Apa itu bahan dielektrik?
Bahan dielektrik adalah konduktor listrik yang buruk tetapi pendukung yang efisien untuk medan elektrostatik. Bahan ini dapat menyimpan muatan listrik, memiliki resistansi spesifik yang tinggi, serta koefisien suhu negatif terhadap resistansi.
Lebih lanjut tentang bahan dielektrik
Bahan dielektrik adalah konduktor listrik yang buruk karena tidak memiliki elektron bebas atau terikat lemah yang dapat mengalir melalui material. Elektron dibutuhkan untuk mendukung aliran arus listrik. Arus mengalir dari terminal positif ke terminal negatif, sementara elektron bebas mengalir dalam arah yang berlawanan.
Bahan dielektrik mendukung polarisasi dielektrik, yang memungkinkan mereka bertindak sebagai dielektrik daripada konduktor. Fenomena ini terjadi ketika dielektrik ditempatkan dalam medan listrik, menyebabkan muatan positif bergeser searah medan listrik dan muatan negatif bergeser ke arah yang berlawanan. Polarisasi ini menciptakan medan internal yang kuat, yang mengurangi medan listrik keseluruhan dalam material.
Pertimbangan penting untuk bahan dielektrik
Salah satu pertimbangan penting dalam bahan dielektrik adalah kemampuannya mendukung medan elektrostatik dengan kehilangan energi minimal dalam bentuk panas, yang disebut sebagai kehilangan dielektrik. Semakin rendah kehilangan dielektrik, semakin efektif bahan tersebut sebagai bahan dielektrik.
Pertimbangan lainnya adalah konstanta dielektrik, yaitu sejauh mana suatu zat dapat memusatkan garis-garis fluks elektrostatik. Substansi dengan konstanta dielektrik rendah meliputi ruang hampa sempurna, udara kering, dan sebagian besar gas murni dan kering, seperti helium dan nitrogen. Material dengan konstanta dielektrik sedang mencakup keramik, air suling, kertas, mika, polietilena, dan kaca. Oksida logam umumnya memiliki konstanta dielektrik yang tinggi.
Sifat bahan dielektrik
Berikut adalah sifat-sifat utama bahan dielektrik:
Kerapatan listrik
Mengacu pada ukuran relatif seberapa mudah suatu bahan dielektrik dapat dipolarisasi saat dikenakan medan listrik. Ini juga merujuk pada permeabilitas listrik material.
Polarisasi dielektrik
Ini adalah jumlah energi listrik yang tersimpan dalam medan listrik saat tegangan diterapkan. Karena menyebabkan muatan positif dan negatif mengalir dalam arah yang berlawanan, ini dapat meniadakan medan listrik keseluruhan.
Momen dipol listrik
Besarnya pemisahan muatan negatif dan positif dalam sistem disebut sebagai momen dipol listrik. Saat muatan listrik diterapkan, dipol terbentuk dalam bahan.
Polarisasi elektronik
Polarisasi elektronik terjadi ketika molekul dielektrik yang membentuk momen dipol terdiri dari partikel netral.
Waktu relaksasi
Saat medan listrik yang diterapkan dihilangkan, atom dalam bahan dielektrik kembali ke keadaan semula setelah jeda waktu tertentu, yang disebut waktu relaksasi.
Kerusakan dielektrik
Jika tegangan melintasi bahan dielektrik terlalu besar dan medan elektrostatik menjadi terlalu intens, material mulai menghantarkan arus. Fenomena ini disebut kerusakan dielektrik.
Jenis bahan dielektrik
Bahan dielektrik dikategorikan berdasarkan jenis molekulnya.
Dielektrik polar
Dalam dielektrik polar, pusat massa partikel positif dan negatif tidak bertepatan, menyebabkan momen dipol.
Contoh: air dan asam klorida
Dielektrik nonpolar
Dalam bahan dielektrik nonpolar, pusat massa partikel positif dan negatif bertepatan, sehingga tidak memiliki momen dipol.
Contoh: hidrogen, oksigen, dan nitrogen
Sebagian besar bahan dielektrik berbentuk padatan, seperti:
- porselen (keramik)
- mika
- kaca
- plastik
- banyak oksida logam
Perbedaan antara dielektrik dan isolator
Dielektrik sering dikacaukan dengan isolator. Semua dielektrik adalah isolator, tetapi tidak semua isolator adalah dielektrik.
Aplikasi bahan dielektrik
Bahan dielektrik digunakan dalam berbagai aplikasi, terutama dalam penyimpanan energi dalam kapasitor dan konstruksi saluran transmisi RF.
Bahan dielektrik dengan permitivitas tinggi digunakan untuk meningkatkan performa semikonduktor. Dalam transformator, bahan dielektrik seperti minyak mineral berfungsi sebagai pendingin dan isolator.
Dielektrik juga digunakan dalam LCD, resonator osilator, dan perangkat gelombang mikro yang dapat disesuaikan.
Lihat juga: kapasitor, penyimpanan flash, induktor, dan transduser.