KAPASITANSI DAN DIELEKTRIK (Basic Lesson)

Kapasitansi Kapasitansi adalah jumlah elektron yang dapat disimpan dibawah tekanan yang diberikan oleh listrik (tegangan/voltase). Sifat kapasitansi dalam elektronika ditunjukkan oleh kapasitor. Kapasitoradalah sebuah komponen elektronik pasif yang menyimpan energi dalam bentuk medan elektrostatik (listrik statis). Oleh karena itu kapasitor digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Pada dasarnya, sebuah kapasitor terdiri atas dua pelat konduktor yang dipisahkan oleh ruang yang berisi bahan isolator. Lapisan isolator tersebut disebut sebagai bagian dielektrik pada kapasitor.
Kapasitansi berbanding lurus dengan luas permukaan pelat konduktor dan berbanding terbalik dengan jarak antar pelat. Kapasitor juga berfungsi sebagai filter (penyaring) yang melewatkan arus listrik bolak-balik (AC) dan menahan arus listrik searah (DC). Kapasitansi antara dua keping sejajar dinyatakan ke dalam persamaan V=Q/C. V adalah beda potensial listrik antara kedua permukaan pelat dan Q adalah nilai besaran yang menyatakan jumlah muatan yang melewati kedua pelat tersebut.
Pada rangkaian diatas, ketika saklar dalam keadaan terbuka maka kapasitor tidak akan terisi oleh muatan, tetapi jika saklar ditutup maka arus listrik akan mengalir dan kapasitor akan terisi oleh muatan. Proses pengisian berlangsung karena medan elektromagnet memaksa elektron ke pelat atas kapasitor dari kutub negatif baterai dan menarik elektron lain yang berada d pelat bawah menuju ke kutub positif baterai. Konstanta Waktu Kapasitansi Konstanta waktu yang dimaksud di sini adalah waktu yang diperlukan untuk mengisi muatan listrik sebuah kapasitor. Konstanta ini berbanding lurus dengan nilai kapasitansi kapasitor dan nilai hambatan resistor. Konstanta waktu pada rangkaian resistor - kapasitor (R-C) adalah: t = R x C t = satuan waktu dalam detik (sekon) R = nilai tahanan dalam satuan Ohm C = nilai kapasitansi dalam satuan farad (F) Dielektrik Dielektrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang sangat kecil atau bahkan hampir tidak ada. Bahan dielektrik ini dapat berwujud padat, cair dan gas. Ketika bahan ini berada dalam medan listrik, muatan listrik yang terkandung di dalamnya tidak mengalami pergerakan sehingga tidak akan timbul arus seperti bahan konduktor ataupun semikonduktor, tetapi hanya sedikit bergeser dari posisi setimbangnya yang mengakibatkan terciptanya pengutuban dielektrik. Pengutuban tersebut menyebabkan muatan positif bergerak menuju kutub negatif medan listrik, sedangkan muatan negatif bergerak pada arah berlawanan (yaitu menuju kutub positif medan listrik). Hal ini menimbulkan medan listrik internal (di dalam bahan dielektrik) yang menyebabkan jumlah keseluruhan medan listrik yang melingkupi bahan dielektrik menurun.
Sifat inilah yang menyebabkan bahan dielektrik itu merupakan isolator yang baik. Meskipun isolator juga memiliki konduksi listrik yang rendah, namun istilah “dielektrik” biasanya digunakan untuk bahan-bahan isolator yang memiliki tingkat kemampuan pengutuban tinggi yang besarannya diwakili oleh konstanta dielektrik. Konstanta dielektrik atau permitivitas listrik relatif adalah sebuah konstanta yang melambangkan rapatnya fluks elektrostatik dalam suatu bahan bila diberi potensial listrik.
Konstanta ini merupakan perbandingan energi listrik yang tersimpan pada bahan tersebut jika diberi sebuah potensial, relatif terhadap ruang hampa, yang dapat ditulis secara matematis :
εr = εs / ε0
dimana εs merupakan permitivitas statis dari bahan tersebut, dan ε0 adalah permitivitas ruang hampa. Permitivitas ruang hampa diturunkan dari persamaan Maxwell dengan menghubungkan intensitas medan listrik E dengan kerapatan fluks listrik D.
Pada ruang hampa, permitivitas ε sama dengan ε0, sehingga konstanta dielektriknya adalah 1. Permitivitas relatif dari sebuah medium berhubungan dengan kerentanan (susceptibility) listriknya (χe) melalui persamaan : εr = 1 + χe
Karena sifatnya yang sangat sulit menghantarkan listrik, maka bahan dielektrik ini identik dengan bahan-bahan selain konduktor dan semikonduktor, yaitu isolator.
Contoh umum tentang dielektrik adalah sekat isolator diantara plat konduktor yang terdapat dalam kapasitor. Bahan dielektrik ada dua jenis, yakni polar dan non-polar. Molekul dielektrik polar berarti bahwa molekul dielektrik tersebut dalam keadaan tanpa medan listrik, antara elektron dan intinya telah membentuk dipol. Sedangkan molekul non-polar ketika tidak ada medan listrik antara elektron dan inti tidak tampak sebagai dua muatan terpisah.
Dielektrik molekul polar maupun non polar bila diletakkan dalam medan listrik akan mengalami polarisasi. Bagian permukaan dielektrik yang terpolarisasi terdapat muatan-muatan negatip disatu permukaan dan muatan positif di permukaan lain. Muatan-muatan ini bukan muatan bebas, tetapi masing-masing terikat pada molekul yang terletak didekat permukaan, dan selebihnya dielektik bermuatan total nol. Dielektrik sebagai salah satu bahan listrik mempunyai beberapa sifat-sifat kelistrikan.
Adapun fungsi yang paling penting dari suatu bahan dielektrik adalah :
1. Untuk mengisolasi antara satu penghantar dengan penghantar lainnya.
2. Menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang diisolasinya.
3. Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia.
Tekanan yang diakibatkan oleh medan elektrik, gaya mekanik, thermal maupun kimia dapat terjadi secara serentak. Dengan kata lain, suatu bahan dielektrik dapat dikatakan ekonomis jika bahan dielektrik tersebut dapat bertahan dalam jangka waktu yang lama dengan menahan semua tekanan tersebut diatas
Diambil dari beberapa sumber :
http://fti.unissula.ac.id/download-center
 dll.