Muhamad Andreansyah (m-10) Konstanta Dielektrik [PDF]

Citation preview

KONSTANTA DIELEKTRIK Muhamad Andreansyah(140310170016)*, Rosaldi Pratama(140310170014) Program Studi Fisika, MIPA Universitas Padjadjaran Jum’at, 10 Mei 2019 (07.00-11.30) Asisten: Ria Nurjanah



Abstrak Dalam bahan dielektrik, terdapat muatan bebas yang tersebar di dalam bahan tersebut yang apabila dialiri listrik akan terjadi perpindahan listrik di dalam bahan tersebut atau disebut juga electric displacement. Besar dari electric displacement tersebut sebanding dengan harga medan listrik yang mengalir dimana konstanta kesebandingannya ialah permetivitas listrik ataupun konstanta dielektrik. Percobaan ini bertujuan untuk menentukan konstanta dielektrik dari plastik dan kaca. Konstanta dielektrik merupakan besaran konstan yang berharga perbandingan antara permitivitas listrik dalam bahan dengan permitivitas listrik di ruang hampa. Alat-alat yang digunakan ialah catu daya sebagai sumber tegangan percobaan, pelat kapasitor sebagai media peloncatan muatan untuk pengukuran konstanta dielektrik, multimeter sebagai pengukur tegangan dan pelat plastik dan kaca sebagai objek pengukuran konstanta dielektrik . Hasil rata-rata konstanta listrik εo yang didapat pada percobaan menentukan konstanta listrik εo adalah 5,02E-12 dengan KSR sebesar 43,26%. Hasil rata-rata pada prosedur kedua yaitu menentukan kebergantungan muatan induksi pada tegangan yaitu sebesar 3,45E-13 dengan KSR sebesar 96,10%. Hasil rata-rata pada prosedur ketiga yaitu menentukan konstanta dielektrik pelat plastik dan kaca yaitu untuk plastic sebesar 1,031297 dengan KSR 75,445% dan untuk kaca adalah 0,992614 dengan KSR 58%. Kata kunci: konstanta dielektrik, muatan, kapasitor



I. Pendahuluan Dielektrik merupakan suatu material nonkonduktivitas. Ketika ruang diantara dua konduktor pada kapasitor diisi dengan dielektrik kapasitansi naik sebanding dengan faktor k yang merupakan karakteristik dielektrik yang disebut dengan konstanta dielektrik. Setiap bahan memiliki konstanta dielektrik yang berbeda-beda. Sehingga perlu adanya pengamatan hubungan kapasitansi dengan tegangan dengan menggunakan plat kapasitor dan menentukan konstanta dielektrik dari bahan. Kapasitor adalah alat yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara sering dugunakan sebagai penggeser fasa dan juga sebagai filter dalam pencatu daya.Sebuah kapasitor sederhana terdiri dari dua keping pelat paralel yang disusun oleh daerah non-konduktif. Daerah nonkonduktor ini biasanya menggunakan bahan dielektrik.



Gambar 1. Garis medan listrik pelat kapasitor



Kapasitansi adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan untuk sebuah potensial listrik yang telah ditentukan. Besarnya kapasitansi yang tersimpan pada kapasitor dapat dirumuskan sebagai banyaknya muatan dibagi beda potensial yang timbul diantara kedua pelat. Jalur medan listrik mulai dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif. Oleh karena kekuatan medan listrik sebanding dengan kerapatan garis medan maka sebanding juga dengan jumlah muatan pada kapasitor. Jika perbedaan muatan antara pelat terlalu besar , maka akan terjadi percikan yang melompati celah antara pelat tersebut dan membuang muatan yang tersimpan (discharge). Untuk meningkatkan jumlah pengisian pada pelat , bahan dielektrik ditempatkan diantara pelat , fungsinya sebagai pemblokir percikan yang bermanfaat untuk meningkatkan kapasitansi muatan. Dielektrik merupakan suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang sangat kecil atau bahkan tidak ada. Ketika bahan dielektrik disisipkan diantara pelat kapasitor sejajar dan diberi medan listrik, maka bahan dielektrik akan melewatkan sebagian arus sesuai dengan permitivitas listrik dari bahan yang berada di antara dua pelat kapasitor tersebut. Sedangkan konstanta dielektrik merupakan perbandingan antara permitivitas listrik dalam bahan tersebut dengan permitivitas listrik di ruang hampa ( ε 0). Semakin besar nilai konstanta dielektrik suatu bahan maka



akan semakin baik pula pelewatan elektron pada bahan tersebut.



menyiapkan alat



II. Metode Penelitian



menyalakan tombol power



2.1 Skema Alat melakukan pengamatan tanpa dielektrik



melakukan pengamatan dengan dielektrik plastik



melakukan pengamatan dengan dielektrik kaca



analisa



Gambar 2. Skema alat percobaan



kesimpulan



2.2 Alat dan Fungsi Alat- alat yang digunakan pada praktikum kali ini adalah catu daya sebagai sumber tegangan percobaan, pelat kapasitor sebagai media peloncatan muatan untuk pengukuran konstanta dielektrik, multimeter sebagai pengukur tegangan dan pelat plastik dan kaca sebagai objek pengukuran konstanta dielektrik. 2.1 Prosedur Penelitian Langkah pertama yang dilakukan adalah memasangkan rangkaian seperti pada skema di atas. Percobaan pertama dan kedua menentukan nilai ε0 (konstanta listrik) dimana pada percobaan pertama tegangan sumber dibuat konstan dan jarak antar pelat bervariasi , sementara percobaan kedua jarak antara pelat dibuat konstan tetapi tegangan sumber bervariasi. Percobaan ketiga dan keempat menentukan nilai konstanta dielektrik pada pelat plastik dan kaca, dimana sebelumnya harus dicari terlebih dahulu nilai Q , yaitu banyaknya muatan elektron . Setelah nilai Q didapatkan. Kemudian bandingkan nilai Q hasil dari percobaan menggunakan pelat dengan tanpa pelat , didapatlah besaran konstanta dielektriknya.



Gambar 3. Diagram alir percobaan Konstanta Dielektrik



III. Hasil dan Pembahasan 3.1 Data Percobaan dan Pengolahan Data Dari hasil percobaan yang diperoleh adalah sebagai berikut : Tabel 1. Menentukan konstanta listrik εo Vc (KV)



d(mm) 2 4 6 8 10



1.5



V(volt) 0.37 0.34 0.31 0.291 0.28



Q(C) 8.14E-08 7.48E-08 6.82E-08 6.402E-08 6.16E-08



ε˳ ε̅ ˳ KSR 2.04E-12 3.76E-12 5.1E-12 5.02E-12 43.265153 6.43E-12 7.73E-12



Tabel 2. Menentukan kebergantungan muatan induksi Vc (KV) 1 1.5 2 2.5 3



d(mm)



2



V(volt) 0.066 0.069 0.07 0.081 0.086



Q(C) 1.452E-08 1.518E-08 1.54E-08 1.782E-08 1.892E-08



ε˳ ε̅ ˳ KSR 5.47E-13 3.81E-13 2.9E-13 3.45E-13 96.103225 2.69E-13 2.38E-13



Tabel 3. Konstanta dielektrik plat plastic Vc (KV) 1 1.5 2 2.5 3



d(mm)



9



V(volt) plastik 0.069 0.074 0.082 0.087 0.091



V(volt) t.plastik 0.066 0.072 0.078 0.081 0.095



Q(C) plastik 1.52E-08 1.63E-08 1.8E-08 1.91E-08 2E-08



Q(C) t.plastik 1.45E-08 1.58E-08 1.72E-08 1.78E-08 2.09E-08



Tabel 4. Konstanta dielektrik plat kaca



k



k̅



KSR



1.0454545 1.0277778 1.0512821 1.031297 75.44532 1.0740741 0.9578947



Vc (KV) 1 1.5 2 2.5 3



d(mm)



4.4



V(volt) kaca 0.064 0.068 0.073 0.087 0.097



V(volt) t.kaca 0.066 0.073 0.078 0.083 0.09



Q(C) kaca 1.41E-08 1.5E-08 1.61E-08 1.91E-08 2.13E-08



Q(C) t.kaca 1.45E-08 1.61E-08 1.72E-08 1.83E-08 1.98E-08



k



k̅



KSR



0.969697 0.9315068 0.9358974 0.992614 58.64107 1.0481928 1.0777778



K=



1,52 x 10−8 =1,04 1,45 x 10−8



Menghitung KSR Menggunakan persamaan :



KSR=



K lit −K hit x 100% K lit



KSR=



3,45 x 10−13−8,85 x 10−12 x 100 %=96,10 % −12 8,85 x 10



| |



|



|



3.2 Analisa Data



Gambar 4. Grafik hubungan antara dengan lebar celah



muatan



Gambar 4. Grafik hubungan antara dengan tegangan



muatan



Pengolahan data :



Menghitung besar muatan Q=CV Q=0,22 pF x 0.37=8,14 x 10−8C Menentukan nilai permitivitas ϵ Menggunakan persamaan :



Qd Vc A 8,14 x 10−8 C x 0,002 m −12 ϵ= =2 , 04 x 10 1500 x 0,053093 ϵ=



Menghitung nilai k



K=Q bahan /Q tanpabahan



Pada pratikum ini dimana yang bertujuan menentukan konstanta dielektrik suatu bahan .Percobaan yang dilakukan adalah sebanyak 4 kali. Percobaan pertama dilakukan penentuan nila konstanta listrik ( ε ¿¿ o)¿ . Nilai konstanta listrik yang diperoleh adalah berada pada rentang 2,04 x 10−12 - 7,73 x 10−12 dengan KSR yang mencapai angka 43,26%. Serta padapercobaan kedua diperoleh nilai konstanta listrik yang berada pada rentang 2,38 x 10−13 −5.47 x 10−13 dan mencapai KSR 96,10%. Dari data yang didapat, terdapat kecenderungan harga tegangan yang terbaca oleh multimeter untuk variasi jarak pelat kapasitor yang semakin tinggi. Dalam perumusan, terbukti bahwa nilai tegangan berbanding terbalik dengan jarak pelat kapasitor. Ini terjadi karena peloncatan muatan untuk untuk arus yang mengalir dari pelat positif ke pelat negatif semakin rentan karena jarak peloncatan yang jauh serta terhalang oleh udara, sehingga nilai U akan terbaca lebih kecil dari tegangan sumber Uc. Faktor lain yang mempengaruhi rentan tidaknya peloncatan muatan listrik antar pelat ialah permitivitas listrik udara. Dalam hal ini nilai permitivitas listrik udara diasumsikan sama dengan permitivitas ruang hampa karena nilai permitivitas listrik udara yang sangat kecil. Dari grafik pun ditunjukkan bahwa hubungan besar muatan kapasitor dengan invers jarak d cenderung membentuk slope positif. Hubungan tegangan sumber dengan tegangan output (yang telah melewati kapasitor) tentunya akan berbanding lurus (Uc U ). Hasil ini senada dengan hukum Kirchoff tentang kekekalan arus dari sistem sehingga nilai tegangan masukan dan keluaran akan sebanding. Dari grafik pun ditunjukkan bahwa hubungan besar muatan kapasitor dengan tegangan cenderung membentuk slope positif. Pemasangan bahan dielektrik di antara dua pelat kapasitor menurut teori akan menyebabkan nilai tegangan keluaran yang terbaca akan semakin besar daripada tanpa bahan dan nilai sehingga konstanta dielektriknya pun akan lebih besar dari 1 harusnya. Namun keterbatasan multimeter menyebabkan hasil besar muatan yang



diukur dari bahan lebih kecil dibanding saat vakum, sehingga nilai konstnta dielektrik lebih kecil dari satu dan presentasi kesalahan relatif pengukuran sangat besar. Percobaan ketiga dan keempat dilakukan penentuan konstanta dielektrik pada plastik dan kaca. Nilai konstanta yang didapatkan untuk pelat plastik dalah berada pda kisaran 0,95780.1,04545 dan bernilai 0,9696-1.0777 konstanta di elektrik yang di dapatkan sangat lah berbeda dengan konstanta dielektrik pada litelatur hal ini di sebabkan oleh alat tidak menunjukan nilai yang sebenarnya akan tetapi menunjukan pergerakan yang sesuai dengan teori yang ada . KSR pada percobaan konstanta di elektrik didapatkan sebesar 75,445% dan KSR konsanta dielektrik pada kaca didapatkan nilai sebesar 58,64%. IV. Kesimpulan Konstanta dielektrik Untuk pelat plastik dan kaca rata-rata nilai kostanta dielektriknya adalah 1,031287 dengan KSR 75,445% . dan 0,992614 dengan KSR 58,64%



Daftar Pustaka Tipler. Alih bahasa oleh Dr.Bambang Soegijono (2001). Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid 2 . Jakarta : Erlangga. Kho Dickson.2012.Cara kerja kapasitor . https://www.teknikelektronika.com/carakerja-kapasitor-kondensator-strukturkapasitor/ . Diakses pada 05 Mei 2019 pukul 16.29 WIB Ly Dan.2012.Energy Stored in Capasitors https://courses.lumenlearning.com/physics/ch apter/19-7-energy-stored-in-capasitors-/. Diakses pada 05 Mei 2019 pukul 17.07 WIB