Pengertian Dielektrik?
Dielektrik menurut definisinya, adalah bahan yang digunakan dalam sistem listrik dan elektronik untuk bertindak sebagai isolator atau penghalang antara komponen konduktif, sambil tetap membiarkan medan listrik melewatinya. Dielektrik merupakan bagian penting dari kapasitor, yang merupakan komponen elektronik pasif yang digunakan untuk menyimpan dan mengelola energi listrik.
Sifat sifat bahan dielektrik
1. Electric susceptibility (Kerentanan Listrik)
Ini merujuk pada ukuran relatif seberapa mudah bahan dielektrik dapat terpolarisasi saat terkena medan listrik. Ini juga merujuk pada permeabilitas listrik bahan tersebut.
2. Dielectric polarization (Polarisasi dielektrik)
Ini adalah jumlah energi listrik yang tersimpan dalam medan listrik saat tegangan diberikan padanya. Karena menyebabkan muatan positif dan muatan negatif mengalir ke arah yang berlawanan, maka hal ini dapat meniadakan medan listrik secara keseluruhan.
3. Electric dipole moment (Momen dipol Listrik)
Sejauh mana muatan negatif dan positif dipisahkan dalam sistem mengacu pada momen dipol listrik . Atom mengandung partikel bermuatan positif dan negatif dan tersusun sebagai dipol dalam material. Pemberian muatan listrik menciptakan momen dipol. Hubungan antara momen dipol dan medan listrik memberikan sifat dielektrik pada material.
4. Electronic polarization (Polarisasi elektronik)
Polarisasi elektronik terjadi ketika molekul dielektrik yang membentuk momen dipol tersusun dari partikel netral.
5. Relaxation time (Waktu bersantai)
Setelah medan listrik yang diberikan dihilangkan, atom-atom dalam bahan dielektrik kembali ke keadaan semula setelah beberapa waktu tunda. Waktu tunda tersebut disebut sebagai waktu relaksasi.
6. Dielectric breakdown (Kerusakan dielektrik)
Jika tegangan pada material dielektrik menjadi terlalu besar dan medan elektrostatik menjadi terlalu kuat, material tersebut mulai mengalirkan arus. Fenomena ini disebut kerusakan dielektrik.
Pada komponen yang menggunakan gas atau cairan sebagai media dielektrik, kondisi ini akan kembali normal jika tegangan turun di bawah titik kritis. Namun, pada komponen yang mengandung dielektrik padat, kerusakan dielektrik biasanya mengakibatkan kerusakan permanen.
7. Dielectric dispersion (Dispersi dielektrik)
Istilah ini mengacu pada polarisasi maksimum yang dicapai oleh bahan dielektrik. Hal ini dipengaruhi oleh waktu relaksasi.
Syarat dielektrik
Agar dielektrik mampu menjalankan tugasnya dengan baik maka dielektrik harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :
1. Mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi, agar dimensi sistem isolasi menjadi kecil dan pengunaan bahan dielektrik semakin sedikit, sehingga harganya semakin murah.
2. Rugi-rugi dielektrik yang rendah, agar suhu bahan isolasi tidak melebihi batas yang ditentukan.
3. Memiliki kekuatan kerak tinggi, agar tidak terjadi erosi karena tekanan elektrik permukaan.
4. Memiliki konstanta dielektrik yang tepat dan cocok, sehingga membuat arus pemuatan tidak melebihi yang diijinkan.
5. Kemampuan menahan panas tinggi (daya tahan panas).
6. Kerentanan terhadap perubahan bentuk pada keadaan panas.
7. Konduktivitas panas yang tinggi.
8. Koefisien muai panas yang rendah.
9. Tidak mudah terbakar.
10. Tahan terhadap busur api.
11. Daya serap air yang rendah.
Karakteristik dielektrik
A. berdasarkan keadaan fisiknya dibagi jadi 3 1. Dielektrik padat
Dielektrik padat adalah bahan dielektrik yang berwujud padat. Bahan ini digunakan sebagai isolasi pada kapasitor, transformator dan sekalar tegangan tinggi, saluran udara, dan kable. Dielektrik padat memiliki konstanta dielektrik sedang.
Contoh bahan dielektrik padat meliputi:
- Keramik - Plastik - Mika
- Tantalum Pentoksida (Ta2O5) 2. Dielektrik cair
Dielektrik cair yang paling umum adalah sebagai isolasi dan pendinginan untuk transformator, reaktor, kapasitor, dan rheostat (resistor variabel yang digunakan untuk mengendalikan arus).
Dielektrik dalam bentuk cair digunakan untuk mencegah atau memperlambat pelepasan muatan listrik. Kerugian utama dari banyak dielektrik cair adalah sifatnya yang sangat mudah terbakar. Meskipun alternatif untuk minyak mineral telah diuji, seperti poliklorinasi bifenil (PCB) – bahan ini sangat beracun dan dilarang pada tahun 1970-an. Dielektrik cair lainnya seperti silikon dan minyak fluorokarbon, harganya sangat mahal.
Contoh bahan dielektrik cair meliputi:
- Hidrokarbon minyak mineral - Cairan silicon
- Ester sintetis 3. Dielektrik gas
Dielektrik gas umumnya digunakan dalam transformator tertutup, saluran berisolasi gas (GIL), peralatan sakelar tegangan, pemutus sirkuit, dan transformator berisolasi gas (GIT). Gas isolasi yang paling umum, sulfur heksafluorida, mengandung fluorin dalam jumlah tinggi, yang sangat baik dalam meredam pelepasan muatan dan memiliki sifat pendinginan yang baik. Namun, penguraian dapat menghasilkan disulfur dekafluorida, yang sangat beracun.
contoh dielektrik gas meliputi:
- Sulfur heksafluorida - Nitrogen
- Udara
- Karbon dioksida
- Hidrogen
B. Berdasarkan pada jenis molekul 1. Dielektrik polar
Dalam dielektrik polar, pusat massa partikel positif dan negatif tidak bertepatan. Molekul berbentuk asimetris, dan momen dipol ada dalam material. Ketika medan listrik diterapkan pada material, molekul-molekul menyelaraskan diri dengan medan listrik. Ketika medan dihilangkan, momen dipol bersih dalam molekul menjadi nol.
Contoh: air dan asam klorida 2. Dielektrik nonpolar
Pada bahan dielektrik nonpolar, pusat massa partikel positif dan negatif bertepatan. Molekul- molekulnya berbentuk simetris, dan bahan dielektrik tidak memiliki momen dipol.
Contoh: hidrogen, oksigen dan nitrogen Aplikasi Bahan Dielektrik
Bahan dielektrik banyak digunakan dalam sistem listrik dan elektronik karena dapat mengisolasi, menyimpan energi listrik, dan meningkatkan kinerja berbagai komponen. Berikut ini adalah beberapa aplikasi umum bahan dielektrik:
1. Isolator:
Bahan dielektrik banyak digunakan sebagai isolator untuk mencegah aliran arus listrik. Bahan ini digunakan dalam saluran listrik tegangan tinggi, transformator, dan sakelar listrik untuk mengisolasi dan melindungi komponen konduktif, sehingga menjamin keamanan dan keandalan infrastruktur listrik. Bahan yg digunakan Kaca, Porselen, Keramik, Mika, Plastik, Karet.
2. Kapasitor:
Bahan dielektrik merupakan komponen dasar kapasitor. Bahan ini ditempatkan di antara pelat konduktif kapasitor untuk memisahkannya dan mencegah kontak listrik langsung. Dielektrik meningkatkan kapasitansi kapasitor, sehingga memungkinkannya menyimpan lebih banyak energi listrik. Bahan dielektrik umum yang digunakan dalam kapasitor meliputi keramik, plastik, dan kertas.
3. Perangkat Semikonduktor:
Semikonduktor adalah bahan yang memiliki konduktivitas listrik yang berada di antara isolator dan konduktor. Semikonduktor digunakan dalam berbagai perangkat elektronik karena sifatnya yang unik, seperti kemampuannya untuk mengendalikan aliran arus. Semikonduktor yang umum digunakan adalah silikon, germanium, dan galium arsenida.
Contoh rangkaian dielektrik 1. Kapasitor
Kapasitor plat paralel merupakan bentuk paling sederhana dari kapasitor. yang mana dapat dibuat dengan menggunakan dua plat logam atau lembaran logam dengan jarak yang sejajar satu sama lain, dengan nilai kapasitansi dalam Farad (F), dimana luas permukaan serta jarak antar plat dapat diatur.
Karena kapasitor menyimpan energi elektron dalam bentuk muatan listrik pada plat, maka apabila luas permukaan plat semakin besar atau semakin kecil jarak antar plat, maka muatan yang dimiliki kapasitor akan semakin besar untuk setiap tegangan pada platnya.
Dengan kata lain, pelat lebih besar, jarak lebih kecil, maka kapasitansi lebih banyak.
Berdasarkan tegangan pada kapasitor dan jumlah muatan pada plat, rasio muatan Q ke tegangan V akan memberikan nilai kapasitansi kapasitor dan oleh karena itu dirumuskan sebagai:
C = Q / V persamaan ini juga dapat diatur untuk memberikan formula yang dikenal untuk jumlah muatan pada pelat sebagai: Q = C x V
Perlu dicatat!, walaupun telah dijelaskan sebelumnya bahwa muatan disimpan pada plat kapasitor, tetapi pada konsepnya atau lebih tepatnya bahwa energi dalam muatan disimpan dalam
"medan elektrostatik" antara dua pelat.
Ketika arus listrik mengalir ke kapasitor, maka akan terisi arus, sehingga medan elektrostatik menjadi lebih kuat karena menyimpan lebih banyak energi di antara pelat.
Sebaliknya, ketika arus mengalir keluar dari kapasitor, maka beda potensial antara dua pelat akan berkurang sehinga medan elektrostatik akan berkurang ketika energi bergerak keluar dari pelat.
Adapun kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan pada platnya dalam bentuk medan elektrostatik disebut Kapasitansi Kapasitor.
