dielektrik

1. Pengertian  Dielektrik

Dielektrik adalah suatu lempengan tipis yang diletakkan diantara kedua pelat kapasitor. Jika diantara keping + dan keping – diisi dengan bahan dielek trik  (isolator), kuat medan listrik diantara dua keping akan menurun dan kapasitansi akan naik . Jika medan listrik awal antar keping-keping suatu kapasitor tanpa dielektrik adalah E₀ ,maka medan dalam dielektrik adalah

                                                                          

Dengan adanya suatu lembaran isolator (dielektrik) yang ditempatkan diantara kedua pelat, kapasitansi akan meningkat dengan adanya faktor K (konstanta), yang bergantung pada material didalam lembaran. K disebut sebagai konstanta dielektrik dari material. Oleh karena itu C = κε₀A / d secara umum adalah bener karena κ memiliki nilai 1 untuk udara. Kita juga bisa mendefinisikan ε = κε₀ dan menuliskan C = ε A / d.

ε disebut sebagai permitivitas dari material.

                                                C = κε₀A / d

(a)                                                                   (b)

Arah E searah dengan arah Eo, ini hanya dimungkinkan bila Eind sebanding dengan Eo

Kerapatan Energi dalam sebuah medan listrik dalam sebuah dielektrik adalah

               u  =  1/2  KÎ₀ E²  =  1/2 ÎE²              

Hukum Gauss dapat dirumuskan kembali untuk dielektrik

                ∮ KE·dA =

dimana Q_{tercakup bebas} hanya memasukkan muatan bebas (bukan muatan terikat) yang dicakup oleh permukaan Gaussian tersebut.

2. Alasan penggunaan Dielektrik

v  Memungkinkan aplikasi tegangan yang lebih tinggi(sehingga lebih banyak muatan)

v  Memungkinkan untuk memasang pelat menjadi lebih dekat(membuat d lebih kecil)

v  Memperbesar nilai kapasitansi C karena K > 1

                                                        

3. Energi yang tersimpan dalam kapasitor

Selama proses pengisian kapasitor, muatan positif dipindahkan dari salah satu konduktor ( konduktor negatif) ke konduktor lainnya (konduktor positif). Jika muatan sebesar q dipindahkan maka energi potensial muatan tersebut bertambah sebesar qV. Artinya untuk mengisi kapasitor diperlukan sejumlah usaha (energi) yang kemudian disimpan dalam bentuk energy potensial muatan yang berpindah. Energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan dq melalui beda potensial V adalah

                                        dU =V dq =  dq

Energi yang tersimpan dalam kapasitor (w) :

w = ½ q v = ½ c v² = ½ q²/c                   satuan joule

4.      Bahan Dielektrik:

Bahan dielektrik yaitu bahan yang apabila diberikan medan potensial (tegangan) dapat mempertahankan perbedaan potensial yang timbul diantara permukaan yang diberikan potensial tersebut. Misal : plastik, celah udara transformator, mika, gelas, porselin, kayu, karet, dll.

Sifat dielektrik muncul pada isolator listrik yang tidak dapat melalukan muatan listrik, akan tetapi ia peka terhadap suatu medan listrik.

Contoh Soal:

1. Kapasitor plat sejajar mempunyai luas A = 250 cm2. Kapasitor ini diberi muatan dengan beda potensial Vo=150 volt. Kemudian baterai diputus (muatan Q pada plat tidak berubah), lalu suatu lembaran dielektrik (K = 3,5) .

Tentukan medan listrik pada dielektrik!

                                                   E_d

 

                                                                                  

 

                                       L

                                                    d

Jawaban:

Eo= Q/εoA

  =1,66x10^-8/8,85x10^-12x 2,5x10^-2

    =7.5x104

Pada dielektrik

E = Eo/K = 7,5x10⁴/3,5 = 2,14x10⁴ V/m

Soal kapasitansi

1. Tentukan kapasitansi dari pasangan plat konduktor yang dipisahkan oleh jarak 5 cm dengan luas keping 25 m² dengan medium udara?
2. Hitunglah kapasitas dari kapasitas pelat sejajar dengan luas julat masing-masing

20 em x 3,0 em, terpisah oleh udara pada jarak 1 mm. Dan berapa besar muatan

pada masing-masing pelat, jika kapasitas itu dihubungkan pada baterai 12 volt?