Konduktor, Dielektrik dan Kapasitansi

Presentasi berjudul: "Konduktor, Dielektrik dan Kapasitansi"— Transcript presentasi:

1 Konduktor, Dielektrik dan Kapasitansi
Novvy Nurdiana Dewi

2 Arus Dan Kerapatan Arus
Muatan listrik yg bergerak adalah arus. Satuan arus adalah ampere (A), diartikan sebagai perbandingan pergerakan muatan yg melewati suatu titik sebesar satu coloumb per detik. Arus disimbolkan dengan I

3 Arus diartikan sebagai pergerakan positif, walaupun konduksi yg terjadi pada logam adalah pergerakan elektron. Pada teori lapangan kita biasanya tertarik pada kejadian pada suatu titik dari pada dalam daerah yg luas, dan kita akan menemukan konsep tentang kerapatan arus, dihitung dengan Ampere per satuan luas (A/m2). Kerapatan arus adalah vektor yg dilambangkan dengan J.

4 Kerapatan arus dapat dihubungkan pada kecepatan volume kerapatan muatan di suatu titik. Menentukan muatan elemen ΔQ = ρvΔv = ρvΔS ΔL, seperti yg ditunjukkan pada gambar  (a) di bawah ini

5 dimana vx menunjukkan komponen x pada kecepatan v
dimana vx menunjukkan komponen x pada kecepatan v. dengan istilah kerapatan arus, kita dapatkan Pada gambar (b) pergerakan muatan ΔQ=ρvΔSΔx melalui  referensi tegak lurus terhadap arah gerak dalam selisih waktu Δt, dan resultant Arus

6 Kemalaran Arus Pengenalan konsep arus diikuiti dengan diskusi tentang kekekalan muatan dan persamaan kesinambungan. Prinsip kekealan muatan secara sederhana adalah muatan dapat diciptaan dan dapat dihancurkan, walaupun muata positif dan negatif berjumlah sama mungkin bisa diciptakan, pemisahan, penghancuran dan penghilangan dengan rekombinasi. Persamaan kemalaran didapatkan dari prinsip kestika kita menentukan daerah perbatasan pada permukaan tertutup. Arus yg melintasi permukaan tertutup adalah

7 dan aliran keluar muatan positif harus diseimbangkan dengan megurangi muatan positif (atau dengan peningkatan meeningkatkan muatan negatif) di dalam permukaan tertutup. jika muatan di dalam permukaan tertutup di lambangkan dengan Qi, maka tingkat penurunan adalah -dQi/dt dan prinsip kekealan muatan persamaan diatas adalah bentuk integral persamaan kesinambungan, dan turunan atau titik, bentuk yg didapatkan dengan menggunakan teorema divergensi untuk mengubah integral permukaan menjadi integral volume

8 Muatan permukaan tertutup Qi oleh integral volume pada kerapatan muatan
jika kita membuat permukaan tetap kostan, turunannya akan menjadi turunan parsial dan akan muncul di dalam integral dari semua persamaan diatas kita bisa mendapatkan bentuk umum persamaan kemalaran

9 Konduktor Logam Dalam medan E, elektron yang bermuatan Q= -e akanmengalami gaya di tempat bebas elektron akan mengalami percepatan dan akan terus meningkatkan kecepatan (dan energi), di bahan kristalin peningkatan yg dilakkan elektron dihalangi oleh tabrakan berlanjut dengan struktur kristalin yg panas dan kecepatan rata-rata konstan. kecepatan ini vd diistilahkan dengan drift velocity, dan secara linear berhubungan dengan intensitas medan listrik oleh pergerakan elektron. kita subtitusika dengan persamaan kerapatan muatan

10 hubungan antara J dan E untk konduktor logam juga bida ditentukan dengan koduktivitas σ (sigma)
konduktivitas dapat dinyatakan dalam kerapatan muatan dan pergerakan elektron penerapan hukum Ohm pada daerah makroskopis menjadikanya bentuk yg lebih familiar.pertama, kita asumsikan bahwa J dan E adalah seragam, sebagai daerah silinder seperti ditinjukkan pada gambar dibawah

11

12 dari persamaan diatas kita bisa menuliskan persamaan umum untuk hambatan ketika daerah yang tidak seragam

13 Sifat Konduktor dan Syarat Batas
disekitar jalur kecil tertutup abcda. Integral dipisah menjadi empat bagian mengingat E=0 dalam konduktor, kita jadikan panjang dari a ke b ke c ke d menjadi Δw dan dari b ke c ke d ke a menjadi Δh

14 kita biarkan Δh mendekati 0, menjaga Δw kecil tapi terbatas, itu tidak membuat perbedaan. Δh menyebabkan hasil menjadi kecil. kita integralkan 3 permukaan berbeda

15 itu adalah kondisi pada perbatasan untuk  batas ruang konduktor bebas di elektrostatis
flux listrik yang meninggalkan konduktor pada arah normal ke permukaan, dan nilai kerapatan flux listrik sama dengan kerapatan muatan permukaan.

16 Kesimpulan yang dapat diterapkan pada konduktor di medan elektrostatis 1. intensitas medan listrik di dalam konduktor adalah nol. 2. intensitas medan listrik pada permukaan konduktor dimana- mana mengarah ke komponen normal permukaan 3. permukaan konduktor adalah permukaan equipotensial

17 Semikonduktor Pada bahan semikonduktor intrinsik seperti germanium atau silikonmurni ada dua jenis pembawa arus yaitu elektron dan lubang (hole). Elektronnya datang dari bagian atas pita valensi penuh yang menerima energi yang cukup (biasanya energi termal) untuk menyeberangi pita terlarang yang relatif kecil ke pita produksi. Jurang pita energi yang terlarang biasanya dalam orde satuelektronvolt. Kekosongan yang ditinggalkan elektron tersebutmenjadi tingkat energi yang tak terisi pada pita valensi yang dapat juga berpindah dari satu atom ke atom lainnya dalm kristal. Kekosongan ini disebut lubang, banyak sifat semikonduktor dapat digambarkan dengan memperlakukan lubang tersebut seakan-akanbermuatan positif e dengan mobilitas μ h dan masa efektif yanghampir sama dengan masa efektif elektron. Kedua jenis pembawa inibergerak dalam medan listrik dan arah geraknya berlawanan, jadi masing-masing akan memberi sumbangan pada arus total. Konduktivitasnya merupakan fungsi dari konsentrasi lubang, konsentrasi elektron dan mobilitas

18 Sifat Bahan Dielektrik
Sifat dielektrik muncul pada isolator listrik yang tidak dapat melalukan muatan listrik akan tetapi ia peka terhadap suatu medan listrik. Hal ini dapat dibuktikan dengan memisahkan dua pelat elektroda sejarak d dan memberikan tegangan E diantara kedua pelat tersebut (lihat gambar)

19 BAHAN DIELEKTRIK POLARISASI
Bila pada suatu bahan dielektrik diberikan medan listrik, maka muatan positip akan bergerak searah dengan arah medan listrik sedangkan muatan negatip bergerak berlawanan arah dengan arah medan listrik, sehingga terjadi momen dipole listrik p = Q d Polarisasi didefinisikan sebagai jumlah momen dipole listrik per satuan volume Polarisasi ini akan menambah besarnya rapat fluks listrik : Untuk bahan isotropik : e = suseptibilitas listrik r = permitivitas relatip  = permitivitas

20

21

22

23 Dengan adanya suatu lembaran isolator (“dielectric”) yang ditempatkan di antara kedua pelat, kapasitansi akan meningkat dengan faktor K, yang bergantung pada material di dalam lembaran. K disebut sebagai konstanta dielektrik dari material. dielectric Karenanya C = K0A / d secara umum adalah benar karena K bernilai 1 untuk vakum, dan mendekati 1 untuk udara. Kita juga dapat mendefinisikan  = K 0 dan menuliskan C = A / d.  disebut sebagai permitivitas dari material C = K0A / d

24 Permitivitas Dielektrik
Untuk sebuah kapasitor pelat sejajar dengan dielektrik yang mengisi ruang di antara kedua pelatnya, kapasitansi C adalah: C = KC0 = K0 A =  A d d Dimana  = K0 dinamakan permitivitas dielektrik.

25

26 KAPASITANSI Kapasitansi didefinisikan sebagai perbandingan antara muatan dan tegangan Kapasitor pelat sejajar Kapasitor dihubungkan seri dan paralel

27 Kapasitansi silinder berongga
Kapasitansi bola berongga Energi yang tersimpan dalam kapasitor

28 Kapasitor Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Kapasitor terdiri dari dua konduktor yang berdekatan tetapi terisolasi Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan dielektrik adalah bahan isolator yang diselipkan diantara keping kapasitor. Bahan-bahan dielektrik yang umum digunakan misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain.

29 Kapasitas (Kapasitansi) Kapasitor
Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk menampung muatan elektron pada level tegangan tertentu. Dengan rumus dapat ditulis : Q = CV Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farads) V = besar tegangan dalam V (volt)

30 Kapasitor Keping Sejajar
Kapasitor keping sejajar adalah kapasitor yang terdiri dari dua keping konduktor yang dipisahkan oleh bahan dielektrik. Kedua keping kapasitor dihubungkan dengan baterai. Baterai akan memberikan muatan +q pada keping pertama dan –q pada keping kedua. Dalam celah antara kedua keping akan timbul medan listrik. E -q +q d

31

32

33

34

35

36 Susunan Kapasitor 1. Secara Seri
Muatannya menjadi sama besar tiap kapasitor Tegangan berbeda tiap Kapasitor 2. Secara Pararel Muatannya berbeda tiap Kapasitor Tegangan menjadi sama tiap kaasitor

37

38

39

40 KONTINUITAS PADA BIDANG BATAS ANTARA DUA DIELEKTRIK

41 SEKIAN TERIMA KASIH