Dielektrik dan Kapasitansi

=> Dielektrik sering juga disebut sebagai bahan isolator dapat dipandang sebagai susunan sejumlah banyak dwi kutub mikroskopis dalam ruang hampa ; susunan pasangan muatan positif dan negatif yang pusatnya tidak berimpit.

=> Muatan-muatan tersebut bukan muatan bebas, tetapi terikat oleh adanya gaya atomik dan molekular.

=> Berbeda dengan muatan yang menentukan konduktivitas, muatan terikat dapat dipandang sebagai sumber medan elektrostatik.

A. Sifat bahan dielektrik

    1. Bahan dielektrik pada kondisi tertentu tidak bersifat menghantarkan muatan listrik . Contoh : gelas, kayu dan kertas .

    2. Kuat dielektrik : Kemampuan suatu bahan untuk tidak menghantarkan muatan listrik- Molekul-molekul dapat bersifat polar dan nonpolar .

       3. Perubahan susunan molekul nonpolar menjadi polar disebut proses polarisasi

B. Polarisasi .

Akibat polarisasi maka kerapatan flux listrik dapat lebih besar dari pada dalam ruang hampa

Vektor polarisasi dari bahan dielektrik didefinisikan sebagai berikut :

atau

dimana : P = Jumlah momen dipol yang terpolarisasi

                n = Jumlah molekul persatuan vol

=> Sebagai fungsi kuat medan listrik E dan sifat dielektrik bahan,, vector polarisasi P berbentuk : 

 = sifat bahan dielektrik atau disebut suseptibilitas

=> Bila medan E besar, maka vector polarisasi semakin besar pula sehingga ada dipol muatan yang berpindah (diplacement). Faktor perpindahan tersebut adalah

atau

 

dengan 

 = permitivitas relatif atau koefisien dielektrik 

dan persamaan dapat disederhanakan menjadi :

dengan 

C. Syarat batas antara dua bahan

Dalam bagian ini akan dibahas kelakuan medan listrik dan pergeseran dielektrik pada bidang batas antara dua macam bahan. 

   - Bidang batas antara dua jenis dielektrik

 dan

Dengan melakukan integral keliling 1-2-3-4-1 kuat medan E pada bidang batas sebagaimana tergambar diatas

dengan lintasan 2-3 dan 4-1 kecil maka akan diperoleh 

dan ini akan menghasilkan :

  ...... (6a)

(Komponen tangensial E malar pada bidang batas)

....... (6b)

(Komponen tangensial D tidak kontinu pada bidang atas)

Dengan menerapkan Hukum Gauss pada bidang batas diperoleh :

 , pada bidang batas tak ada muatan

 (komponen normal D malar)

 (komponen normal E tak malar)

- Bidang batas antara dielektrik dan konduktor

Dalam keadaan statis semua muatan total berada diluar permukaan konduktor, dan karena medan listrik bersifat konservatif maka integral keliling kuat medan bidang batas nol, sehingga diperoleh:

 

Dengan Hukum Gauss diperoleh komponen normal : 

 dan

D. Kapasitansi, C (F=Farad)

Kemampuan kapasitor untuk mmenyimpan muatan (tenaga) jika diberi beda tegangan antara kedua lempeng kapasitor, disebut kapasitansi.

atau

Satuan kapasitansi adalah Farad

- Kapasitor plat sejajar:

- Kapasitor silinder : 

- Pengaruh dielektrik :

- Energi kapasitor

Energi yang diperlukan untuk mengisi kapasitor sampai penuh muatan

- Rangkaian Kapasitor 

- Efek polarisasi dalam kapasitor pelat sejajar tanpa dielektrik (dalam hampa)

=> Pada tegangan tetap

Jadi,

dengan V = Tegangan antara kedua plat

              d = Jarak antara kedua plat

Komponen normal D

dengan Q = Muatan plat

=> Pada dielektrik

Muatan ruang maupun muatan plat bertambah dengan faktor yang berasal dari sumber tegangan.

=> Tanpa dielektrik pada muatan tetap

Kapasitor dihubungkan dengan sumber tegangan kemudian dilepas, sehingga kapasitor bermuatan

=> Dengan dielektrik 

Besarnya E menurun dengan faktor 

=> Kapasitor dengan dielektrik ganda

Kapasitor dielektrik ganda seakan akan seperti dua kapasitor disambung seri.