Dielektrik

Suatu kapasitor dapat berfungsi jika kedua pelat/lembar konduktor tidak saling bersentuhan sehingga muatan listrik tidak berpindah dari satu konduktor ke konduktor lainnya. Demikian juga agar muatan listrik tidak berpindah dari konduktor ke udara maka ruang di antara kedua konduktor harus hampa udara. Pada tulisan tentang kapasitor keping sejajar telah dibahas kapasitansi Kapasitor keping sejajar yang kedua pelatnya dipisahkan oleh ruang hampa udara. Kapasitansi kapasitor dalam ruang hampa udara mempunyai keterbatasan sehingga untuk memperbesar kapasitansi maka di antara kedua pelat/lembar konduktor ditempatkan dielektrik.

Dielektrik adalah isolator yang memisahkan kedua pelat/lembar konduktor pada kapasitor. Isolator merupakan bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik, misalnya plastik, kaca, kertas atau kayu. Fungsi dielektrik adalah memperbesar kapasitansi sehingga kapasitor dapat menyimpan banyak muatan listrik dan energi potensial listrik.

Dielektrik meningkatkan kapasitansi karena potensial listrik antara kedua pelat konduktor berkurang

Mengapa kapasitansi kapasitor bertambah setelah dielektrik ditempatkan di antara kedua pelat/lembar konduktor ? Untuk mengetahui jawaban atas pertanyaan ini, terlebih dahulu ingat lagi pelajaran tentang Muatan listrik. Muatan listrik sejenis tolak menolak sedangkan muatan listrik tak sejenis tarik menarik. Misalnya muatan positif tarik menarik Dielektrik 1dengan muatan negatif, tetapi tolak menolak dengan muatan positif. Lalu mengapa plastik yang bermuatan negatif dapat menarik potongan kecil kertas yang tak bermuatan listrik ? Hal ini terjadi karena potongan kertas mengalami pengutuban muatan. Elektron pada bahan isolator seperti kertas tidak dapat bergerak bebas sebagaimana elektron pada bahan konduktor. Jadi ketika plastik bermuatan negatif didekatkan dengan potongan kertas, elektron-elektron yang terikat pada atom ditolak menjauhi plastik yang bermuatan negatif sehingga terjadi pengutuban muatan negatif dan muatan positif pada kertas. Muatan negatif pada kertas berjarak lebih jauh dari plastik sedangkan muatan positif pada kertas mempunyai jarak lebih dekat dengan plastik. Selanjutnya muatan negatif pada plastik tarik menarik dengan muatan positif pada potongan kertas hingga kertas yang ringan bergerak mendekati plastik.

Proses pengutuban alias polarisasi muatan yang terjadi pada potongan kertas serupa dengan polarisasi muatan yang terjadi pada dielektrik. Sebagaimana tampak pada gambar di samping kiri, misalnya mula-mula hanya ada dua keping konduktor bermuatan listrik. Keping kiri bermuatan positif sedangkan keping kanan bermuatan negatif, sehingga arah medan listrik dari kiri ke kanan.

Setelah dielektrik diletakkan di antara kedua pelat konduktor maka muatan positif pada pelat kiri tarik menarik dengan elektron-elektron pada permukaan dielektrik di dekatnya, demikian juga muatan negatif pada pelat kanan tolak menolak dengan elektron-elektron pada permukaan dielektrik di dekatnya. Elektron-elektron pada dielektrik yang merupakan isolator, tidak bebas bergerak seperti elektron-elektron pada konduktor. Karenanya elektron tetap terikat pada atom tetapi terjadi polarisasi elektron-elektron yang bermuatan negatif dan proton-proton yang bermuatan positif, seperti tampak pada gambar. Adanya muatan positif di sisi kanan atom-atom dielektrik dan muatan negatif di sisi kiri atom-atom dielektrik menimbulkan medan listrik yang arahnya dari kanan ke kiri sehingga memperlemah medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan listrik pada pelat konduktor yang arahnya dari kiri ke kanan. Jadi medan listrik berkurang bukan karena muatan listrik pada kedua pelat/lembar konduktor berkurang tetapi karena muncul medan listrik di dalam dielektrik yang arahnya berlawanan. Apabila dielektrik dilepas maka kuat medan listrik yang ditiimbulkan oleh muatan listrik pada kedua pelat/lembar konduktor kembali seperti semula.

Dielektrik 2Jika kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan listrik pada kedua pelat konduktor berkurang maka potensial listrik antara kedua pelat konduktor juga berkurang karena medanDielektrik 3 listrik berbanding lurus dengan potensial listrik sebagaimana dinyatakan dalam persamaan E = V / d, di mana E = medan listrik, V = potensial listrik dan d = jarak antara kedua pelat. Apabila sebelum ada dielektrik potensial listrik adalah Vo maka setelah ada dielektrik, potensial listrik berkurang menjadi V sebesar faktor K. Secara matematis, Vo = K V atau V = Vo / K atau K = Vo / V, di mana K = konstanta dielektrik. Vo > V sehingga K>1.
Perlu diketahui bahwa jumlah muatan listrik pada kedua pelat/lembar konduktor tidak berubah sehingga jumlah muatan akhir sama dengan jumlah muatan awal (Q = Qo). Perubahan kapasitansi kapasitor dihitung dengan rumus berikut :

Dielektrik 4

Keterangan rumus : C = kapasitansi akhir, Co = kapasitansi awal, Q = muatan akhir, Qo = muatan awal, V = potensial akhir, Vo = potensial awal, K = konstanta dielektrik

Berdasarkan persamaan di atas disimpulkan kapasitansi awal (Co) lebih kecil sedangkan kapasitansi akhir (C) lebih besar. Kapasitansi bertambah sebesar faktor K, di mana K adalah konstanta dielektrik. Nilai konstanta dielektrik setiap bahan isolator berbeda-beda. Konstanta dielektrik (K) adalah hasil perbandingan kapasitansi kapasitor ketika menggunakan dielektrik, terhadap kapasitansi kapasitor tersebut ketika tidak menggunakan dielektrik.

Dielektrik menambah kapasitansi karena jarak antara kedua pelat konduktor berkurang

Fungsi dielektrik lainnya adalah memperkecil jarak (d) antara kedua pelat konduktor sehingga medan listrik (E) dan tegangan listrik (V) antara kedua pelat/lembar konduktor bertambah seperti dinyatakan oleh persamaan E = V / d. Jika medan listrik dan tegangan listrik antara kedua pelat/keping bertambah maka kapasitansi kapasitor bertambah.
Jika kapasitor yang dimaksud adalah keping sejajar maka kapasitansinya dihitung menggunakan rumus berikut ini :

Dielektrik 5

Berdasarkan kedua rumus di atas disimpulkan kapasitansi (C) kapasitor keping sejajar dapat diperbesar dengan cara memperkecil jarak kedua pelat/lembar konduktor (d).

Dielektrik menambah kapasitansi karena kekuatan dielektrik kapasitor bertambah

Dielektrik terbuat dari bahan isolator yang jika berada di dalam medan listrik yang sangat kuat maka akan mengalami kerusakan. Kerusakan dielektrik terjadi ketika medan listrik sangat kuat hingga dapat menggerakan elektron lepas dari atom, lalu elektron-elektron tersebut menabrak elektron-elektron pada atom-atom lainnya sehingga terjadi aliran elektron dalam dielektrik. Dengan kata lain, kerusakan dielektrik menyebabkan dielektrik yang merupakan isolator listrik berubah menjadi konduktor listrik.

Agar terhindar dari kerusakan maka setiap dielektrik yang terbuat dari bahan isolator tertentu mempunyai nilai medan listrik maksimum yang dapat ditahannya, yang disebut kekuatan dielektrik. Kekuatan dielektrik bahan isolator lebih besar daripada kekuatan dielektrik udara dan masing-masing bahan isolator mempunyai kekuatan dielektrik yang berbeda, ada yang kecil dan ada yang besar. Jadi jika digunakan dielektrik yang mempunyai kekuatan dielektrik besar maka medan listrik yang dapat ditahan semakin besar dan tegangan listrik yang dapat ditahan juga semakin besar. Bila medan listrik dan tegangan listrik yang dihasilkan oleh kedua pelat/lembar konduktor semakin besar maka jumlah muatan listrik yang dapat ditampung oleh pelat konduktor semakin besar. Semakin banyak muatan yang berada di dalam pelat konduktor maka semakin besar kapasitansi kapasitor tersebut.

Anda perlu masuk untuk melihat isi sepenuhnya. Silahkan . Bukan Member? Bergabung

error: