KARAKTERISASI SIFAT LISTRIK BAHAN

Presented:Derry Pradana N.M. Syawaludin A.M. F. Rozi

Peta Konsep

2.1 Hambatan R dan Resistivitas

2.2 Uji Resistivitas Suatu Bahan

2.3 Sifat Dielektrik Suatu Bahan

2.1 Hambatan dan Restivitas

Zat /material padat memiliki sifat dankarakteristik yang berbeda-beda, salahsatunya sifat yang berhubungan dengandaya hantar (konduktifitas)

Berdasarkan konduktifitas, zat padat dibagiatas beberapa macam yaitu: Isolator

Konduktor

Semi koduktor

Super konduktor

Konduktor masih memiliki resistansiwalaupun sebagai penghantar yang baiksehingga efisiensinya

Adanya resistansi(hambatan) tersebutkarena elektron mengalami rintangandisebabkan adanya molekul dan ion dalammaterial yang menghalangi (fonon)

Tumbukan anatar elektron dan fononmenyebabkan sebagian elekrton tidak bisamengalir, sehingga energinya dirupakansebagai panas.

Persamaan hambatan(resistansi suatubahan)

R = hambatan/resistansi (ohm)

= hambatan jenis/resistifitas (ohmmeter)

l = panjang kawat(meter)

A= luas penampang kawat (meter persegi)

A

lR

Resistivitas merupakan sifat dari medium, zat dengan sifat konduktifitas yang baikmemiliki resistifitas yang kecil, sedangkanisolator sebaliknya

Resistansi merupakan fungsi daritemperatur

R =resistnsi pada temperatur (T)

T = suhu material saat itu

R= resistansi pada temperatur kamar(T)

= koefisien temperatur resistansi

T=temperatur kamar

)( 000 TTRRR

Grafik perubahan resistansiterhadap temperatur(tembaga)

Data resistivitas dan konstanta temperaturresistansi pada suatu bahan

2.2 Uji Resistivitas Suatu Bahan

1. pengukuran resistivitas dengan metode dua probe

Metode dua probe merupakan salah satu metode standar danpaling umum digunakan untuk pengukuran resistivitas

multimeter

2. Pengukuran Empat Probe

Skema pengukuran empat probe

1. Ke empat probe diturunkan dahulu2. Arus I dialirkan ke Probe 1 dan 43. Saat probe 2 dan 3 bersentuhan dengan

sampel tegangan drob diukur denganvoltmeter

4. Dari variasi perubahan arus yang diberikan, akan diperoleh perubahan tegangan yangdiukur

5. Aliran arus pada probe 2 dan 3 sangat kecil dandapat diabaikan sebab tegangan diukur denganmenggunakan voltmeter rintangan tinggi

6. akan diperoleh nilai kerintangan (resistivity) thin film bahan sampel

4.gtI

VR

4.gt

R

s

t

s

t

g

2sinh

sinh

ln1

4

xx eex 2

1sinh

2.3 Sifat Dielektrik Suatu Bahan

Dielektrik adalah jenis bahan isolator listrik yang dapat dipolarisasi dengan cara menempatkannya dalam medan listrik.

Polarisasi listrik merupakan peristiwa terinduksinya atom atau molekul membentuk dipole listrik yang terorientasi pada arah tertentu akibat adanya medan listrik.

Walaupun istilah isolator berarti konduksi listriknya rendah, seperti dielektrik, namun istilah dielektrik digunakan untuk bahan-bahan isolator yang memiliki tingkat polarisasi tinggi yang besarnya diwakili oleh konstanta dielektrik.

Mekanisme polarisasi bahan dielektrik

a. Polarisasi Elektronik.

Terjadi di dalam sebuah atom. Awalnya, atom berada dalam keadaan setimbang. Setelah bahan tersebut dikenai medan listrik yang arahnya ke atas, maka elektron dalam atom tertarik kebawah.

Mekanisme polarisasi bahan dielektrik

b. Polarisasi Ionik

Terjadi pada tingkatan ion dalam suatu bahan. Ionion pada suatu bahan dalam keadaan setimbang tersebar merata di dalam sebuah bahan. Setelah diimbasi medan listrik, ionion positif tertarik ke atas. Sebaliknya, ion negative tertarik ke bawah.

Mekanisme polarisasi bahan dielektrik

c. Polarisasi molekuler

Terjadi pada tingkatan molekuler pada suatu bahan. Setelah diimbas dengan medan listrik yang arahnya keatas, terjadilah reposisi atau reformasi. Dengan berotasi, atom-atom dalam molekul yang lebih elektro positive tertarik ke atas, dan yang lebih elektro negative berada pada posisi bawah dalam molekul.

Mekanisme polarisasi bahan dielektrik

d. Polarisasi kelompok atom atau kelompok molekul

Dalam suatu bahan, mungkin tersusun oleh sekelompok atom, atau sekelompok molekul. Distribusi muatan dalam kelompok ini biasanya berada pada bagian terluar. Namun dalam volume yang agak besar distribusi muatan permukaan ini sedemikian rupa, sehingga terjadi kesetimbangan. Setelah diimbas dengan medan listrik terjadilah redistribusi muatan.

Menguji polarisabilitas suatu bahan

Menyisipkan bahan pada sepasang plat kapasitor (sebagai medan listrik).

o terjadinya polarisasi dalam bahan dielektrik.

o muatan yang tersimpan dalam kapasitor semakin bertambah.

Kapasitas bahan dielektrik :

Tetapan dielektrik :

Polarisasi dielektrik :

= dipol listrik

E = medan listrik pengimbas (V/m),

(-1) / = permitivitas bahan

. .

d

AC

0

r

EP 01

)( e

Pengklasifikasian bahan dielektrik

a. Bahan dielektrik polar

Dielektrik polar memiliki dipole permanen,

Dipole yang terbentuk di dalam medan listrik cenderung sejajar dengan kuat medan,

Mungkin mengalami induksi listrik sehingga mengandung juga muatan induksi.

b. Bahan dielektrik non-polar

Dielektrik non-polar tidak memiliki dipole permanen,

Dipole yang terbentuk berarah sejajar dengan arah medan listrik.

Contoh Uji Dielektrisitas

Dielektrisitas Nanopartikel Fe3-xZnx O4 yang dinyatakan oleh nilai konstanta dielektrik dievaluasi dalam variasi frekuensi. Hubungan antara peningkatan jumlah komposisi doping ion Zn2+ dan konstanta dielektrik serta invers volume Kristal Nanopartikel Fe3-xZnxO4 ditampilkan berikut,

Contoh Uji Dielektrisitas

Semakin besar frekuensi semakin menurun nilai dielektrisitas sampel, dan semakin kecil frekuensinya sifat dielektrik nanopartikel Fe3-xZnx O4 semakin meningkat.

Contoh Uji Dielektrisitas

Mekanisme mikroskopik yang terjadi adalah

Terjadinya polarisasi yang berkorelasi dengan pergeseran muatan pada sampel.

Elektron-elektron valensi lebih sulit berpindah akibat bertambahnya doping ion Zn2+ pada Fe3-x O4

meningkatnya dielektrisitas juga disumbang oleh polarisasi pada kompleks tetrahedral struktur spinel Fe3-xZnx O4. Pada kompleks tetrahedral ini, polarisasi memiliki nilai tertentu walaupun sampel belum diberi medan listrik.