dielktric material of propertis

Pengantar

Bahan dielektrik disebut juga bahan nonkonduktor seperti kaca, kertas atau kayu. Secara mikro, molekul-molekul bahan dielektrik bergerak acak tetapi jika diberi medan listrik luar maka timbul medan listrik yang arahnya berlawanan dengan medan listrik luar.
Karakteristik yang dimiliki oleh semua bahan dielektrik, baik yang berupa cairan, padatan atau gas, berbentuk kristal atau bukan ialah kemampuan untuk menyimpan energi listrik. Penyimpanan ini terjadi dengan pergeseran relatif kedudukan muatan positif internal dan muatan negatif internal terhadap gaya atomik dan molekular yang normal.
Mekanisme yang sesungguhnya dari perpindahan muatan ini berbeda pada setiap bahan dielektrik. Beberapa jenis molekul yang disebut molekul berkutub (molekul polar) mempunyai pergeseran yang permanen antara pusat muatan positif dan “pusat” muatan negatif dan tiap pasang muatan berlaku sebagai dipol. Biasanya dipol ini terorientasi random dalam bahan dielektrik dan suatu medan eksternal yang bekerja padanya akan mengarahkan molekul-molekul tersebut pada suatu arah tertentu. Medan yang cukup kuat dapat menimbulkan pergeseran tambahan antara muatan positif dan negatif.
Molekul takberkutub (molekul nonpolar) tidak mempunyai susunan dipol sebelum medan eksternal dikerjakan padanya. Muatan positif dan negatif bergeser dalam arah yang berlawanan menentang gaya tarik-menariknya, sehingga menimbulkan dipol yang mempunyai arah yang sama dengan medan listriknya.
Konsep penting dalam permasalahan dielektrik adalah momen dipole listrik yang merupakan ukuran pengaruh medan listrik pada sepasang muatan listrik yang yang besarnya sama tapi berlawanan tanda. Ketika medan listrik diberikan pada material dielektrik maka fenomena polarisasi muncul. Bahan dielektrik dipergunakan terutama terkait dengan kemampuananya menyimpan muatan atau energi elektrostatik. Dalam kaiatan ini diperkanalkan beberapa konstanta material dielektrik berkaitan dengan interaksinya dengan medan listrik diantaranya adalah permitivitas dan susceptibilitas untuk besan makro dan konstanta polarisasi untuk skala mikro. Dipihak lain bahan dielektrik juga sangat luas dipakai sebagai isolasi tegangan tinggi.

Baik fungsinya sebagai dielektrik maupun sebagai isolasi material dielektrik memegang peranan sangat penting dalam elektroteknik. Komponen – komponen seperti kapasitor, hingga isolasi pada peralatan listrik seperti motor listrik, generator dan peralatan listrik rumah tangga.

Pendekatan Makroskopik
Di dalam teori elektromagnetik ini adalah peroalan yang sesungguhnya, yang mana sebagian dari kita perlu untuk mengetahui, dan saya akan membuat rangkuman secara ringkas tentang hasil –hasilnya.
Sebuah dielektrik dilambangkan dengan konstanta ε, yang mana berkaitan oleh hubungan kerapatan flux elektrik dan medan elektrik,

Fakta mendasar dari percobaan berasal dari eksperimen condenser yang mana dalam penambahan kapasistansi oleh factor ε, ketika sebuah dielektrik disispkan diantara plat condenser. Alasannya adalah muatan pada permukaan dielektrik seharusnya mendapat muatan yang baru dari baterei untuk menjaga tegangan supaya konstan
Didalam vacum, kerapatan muatan di permukaan plat condenser adalah :

dimana D adalah jarak antara plat, dengan adanya dielektrik kerapatan muatan dipermukaan menjadi :

Ingat sekarang dari teori elektromagnetik bahwa perpindahan dielektrik D, adalah sama ke permukaan muatan di plat metal. Berarti dalam penambahan kerapatan muatan permukaan oleh P, dan kelemahan dielektrik didefenisikan oleh :






Pendekatan Microscopic
Sekarang kita akan mencoba untuk mejelaskan efek dari sifat atom. Dengan melihat bagaimana reaksi atom – atom tersebut terhadap medan elektrik Atau kejadian sebelum terjadinya reaksi. Atom memiliki sebuah inti yang positif dan dikelelingi oleh awan electron. Ketika suatu medan elektrik diterapkan, ada suatu pergeseran dalam pusat muatan, terutama sekali dari elektron itu. Jika separasi adalah d, muatan total adalah q, molekul mempunyai suatu induksi momen dipole :

Sekarang mari kita kembali ke uraian mikroskopik dan mengkalkulasi jumlah muatan yang muncul ke permuakaan dari dielektris.. Jika pusat dari muatan elektron bergerak pindah dengan suatu nilai δ, kemudian volume total yang ditempati oleh elektron ini adalah Aδ, di mana A adalah luas. Nm menandakan banyaknya molekul per unit volume dan memperhatikan fakta bahwa molekul masing-masing mempunyai suatu muatan q, total muatan yang muncul di Aδ adalah AδNmq, atau singkatnya Nmqd per luas – inilah yang dimaksud dengan kerapatan muatan permukaan.
Adalah sangat penting untuk dicatat bahwa polarisasi kerapatan muatan permukaan ini adalah persis sama dengan jumlah dipole momen tiap unit volume, yang mana dari persamaan ( 10.6) adalah juga Nmqd sehingga kita telah memperoleh hubungan pertama antara nilai mikroskopik dan makroskopik. :

Karena medan elektrik rendah kita boleh berasumsi bahwa momen dipole adalah sebanding denga lokal elektris , :

Sebagai catatan bahwa adanya penambahan dipole di medan lokal ( fig 10.2) yang akan selalu menjadi lebih besar dari medan elektrik yang diterapkan





MACAM – MACAM POLARISASI

a. Elektronika
Suatu material tersusun atas inti atom yang dikelilingi oleh electron, electron – electron tersebut dipengaruhi oleh medan listrik yang diberikan, dan cenderung mengikuti medan frekuensi.
b. Molekul
Ikatan antara atom dikuatkan denganmenhadirkan medan listrik, polarisasi ini terjadi pada ikatan atom gol VII pada system periodic. Contol Ikatan NaCl
Sepeti terlihat pada gambar dibawah ini





c. Orientasi
Yaitu polarisasi akibat dipole – dipole didalam bahan dielektrik mengalami perubahan orientasi akibat medan listrik. Polarisasi ini terjadi didalam material dielektrik yang mempunyai dipole permanent (dipolar) seperti HCl pada saat tidak ada medan luar maka dipole – dipole berorientasi secara acak dan tidak ada polarisasi netto.
Konstanta dielektrik kompleks dan indeks refraktif
Konstanta dielektrik kompleks merupakan konstanta material, dalam aplikasi kerekayasaan kita meminimasi komponen imaginer untuk suatu komponen real, yang didefinisikan sebagai konstanta rugi – rugi dielektrik. Ini dapat diturunkan dari persamaan maxwel dengan penulisan kembali dalam bentuk langsung seperti dibawah ini



Dimana bentuk ini dalam kurung ditunjukan sebagai konstanta dielektrik kompleks. Dan notasi yang digunakan adalah :

Indeks refraksi di dedinisikan sebagai rasio dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa kedalam material tersebut.


Ketika m r = 1 untuk semua material itu mentransmisikan cahaya

Kita membahas konstanta dielektrik ( permitivitas ) untuk frekuensi rendah dalam spectrum elektromagnetic dan index refraksi untuk cahaya, persamaan 10.16 menunjukkan bahwa ada persamaan untuk tekanan dari polarisabilitas dari sebuah material didalam medan elektrik searah.
Suatu aplikasi penting dari dielektrik ke optic telah ……. Dengan mempertimbangkan struktur lapisan yang digambarkan dalam gambar 10.5


dengan kesimpulan koefisien refleksi pada (b) akan menghasilkan persamaan berikut ini:

Beberapa aplikasi dari prinsip ini dapat ditampilkan dengan bentuk setengah gelombang. Bentuk dari ‘blooming’ digunakan pada lapisan tengah dari sebuah gelas

Lapisan material ditampilkan dalam indeks n1 pada gelombang keempat yang dapat dilihat pada gambar 10.17












Xerox Process (Proses Memfoto-kopi)
Pengembangan besar dari masa lampau selama dua dekade membuka peluang produksi dengan mutu yang tinggi dari dokumen yang ada dengan cepat dan mudah. Pengambilan keputusan yang lebih demokratis, birokrat yang kuat, menyebabkan hutan yang luas akan habis dikonsumsi untuk menyediakan kertas. Secara ilmiah, prinsipnya sederhana. Jantungnya mesin Xerox adalah plat yang dibuat dari suatu lapisan yang tipis dari semikonduktor amorf di suatu plat metal. Semikonduktor adalah suatu campuran dari As, Se, dan Te. Yang merupakan bahan isolasi, seperti suatu dielektrik, tetapi juga merupakan suatu photo-conductive yang akan memancarkan cahaya. Plat dielektrik dibebankan secara elektrostatik oleh elektroda kawat sekitar 30 KV. Dokumen yang dicopy akan tergambar ke plat. Keseluruhan plat akan terkena debu dari suatu serbuk yang terdiri dari butiran karbon, tanah kerikil, dan suatu thermosetting polymer. Bedak surplus dilepaskan, dan melekat pada daerah yang gelap pada selembar kertas kemudian ditekan ke plat oleh alat penggulung. serta mengambil butiran debu dan dilewatkan dibawah sinar infra-red.

Liquid Crystals (Cairan Kristal)
Ada tiga jenis struktur cairan kristal yaitu, nematic,cholesteric, dan smectic. Nematic adalah jenis cairan kristal yang paling sering digunakan sebagai display.
Kristal cair dipegang antara dua plat kaca. Jika plat kaca yang sesuai diperlakukan, kemudian permukaan molekul akan membariskan di manapun arah yang diinginkan sehingga dengan demikian dapat mencapai molekul pada kedua permukaan terbalik akan tegak lurus satu sama lainnya10.21(a) itu bukanlah hal yang sukar untuk membayangkan cahaya peristiwa dengan suatu polarisasi yang tegak lurus ke arah dari molekul yang mampu mengikuti dan akan muncul dengan suatu polarisasi terbalik 900. Seperti itu, di bentuk wujud dari Fig.10.21a, dengan polarisasi keduanya pada tempatnya, cahaya akan mudah dipancarkan. Ketika suatu tegangan diterapkan. Molekul berbaris paralel dengan medan elektrik (Fig. 10.21(b)), cahaya masuk tidak lagi ganda polarisasi, dan sebagai konsekwensi tidak (ada) penerusan cahaya berlangsung.
Anda boleh bertanya langkah ini, mengapa ini suatu pajangan divice ? Jawaban adalah bahwa . ini adalah hanya suatu klep, tetapi [itu] dapat diubah menjadi sebagai suatu alat pajangan dengan penempatan suatu cermin di belakang itu. Dengan voltase batal/mulai pajangan adalah terang/cerdas sebab [itu] cerminkan cahaya yang berkenaan dengan lingkungan. Dengan voltase di sana adalah tidak (ada) cerminan/pemantulan cahaya.
Lain jenis pajangan hablur cair juga ada. Suatu tanggapan warna dapat diperoleh oleh yang disebut efek tuan rumah-tamu, yang bersandar pada suatu celupan anisotrop membariskan dengan molekul hablur cair.