Kerapatan arus konduksi, J konduktor adalah material yang memiliki elektron-elektron yang dapat bergerak bebas dalam jumlah yang besar. Arus
konduksi terjadi ketika suatu medan elektrik, E memberikan gaya pada elektron- elektron yang dapat bergerak bebas sehingga mengakibatkan terjadinya aliran
muatan yang teratur di sepanjang material konduktor. Sedangkan, konduktivitas, suatu material merupakan ukuran dari ketersediaan dan mobilitas elektron
konduksi dari dalam material. Berdasarkan hubungan antara medan elektrik, E dan arus konduksi,
diberikan melalui persamaan berikut ini. J= E Am² 2-6
Jika sebuah konduktor dengan luas area penampang melintang A dan panjang l dan memiliki beda potensial diantara kedua ujungnya adalah V maka
persamaan 2-6 dapat dibuat menjadi persamaan berikut. J= Vl 2-7
Dengan mengasumsikan bahwa, arus terdistribusi secara merata pada luasan A, maka arus total adalah:
I=JA= AVl 2-8 Dengan demikian, sesuai dengan hukum Ohm maka resistansi suatu kawat dengan
luas penampang A didefenisikan sebagai, R=l A 2-9
2.1.4. Potensial dan Momen Dipole
Bila kombinasi dua buah muatan Q yang berlainan tanda dipisahkan dengan suatu jarak L adalah merupkan suatu dipole elektrik, dan hasil kali antara muatan
Q dan jarak L adalah merupakan suatu momen dipole elektrik, maka kontour garis-garis medan yang ekuipotensial diperlihatkan pada Gambar 2.2 di halaman
berikut ini.
Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009
a b Gambar 2.2. Gambar kontour garis medan elektrik a,
dan b Momen dipole. Potensial total akibat dari ke dua muatan pada suatu titik p adalah:
⎟⎟⎠ ⎞
⎜⎜⎝ ⎛ −
= +
=
2 1
2 1
1 1
4 r
r o
Q V
V V
πε dimana,
θ θ
cos 2
, cos
2
2 1
L r
r dan
L r
r +
= −
=
Sehingga, potensial p pada jarak r dari dipole elektrik adalah,
2
. 4
r o
QLCos V
πε θ
= 2-10
Dengan asumsi, r L maka dapat diabaikan dibandingkan
2
L
2
r . Persamaan 2-10, bila difaktorisasi maka terdapat empat faktor dasar, yaitu
medan dipole, sudut, jarak dan suatu konstanta, yaitu: o
r Cos
QL V
πε θ
4 1
. 1
. .
2
= Volt 2-11
Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009
2.1.5. Dielektrik dan Polarisasi
Telah diketahui bahwa, bila suatu bahan dielektrik dikenai suatu medan elektrik E, maka elektron-elektron akan mengalami gaya yang arahnya
berlawanan dengan arah medan E. Medan elektrik adalah merupakan suatu beban yang dapat menekan bahan dielektrik sehingga dapat merubah sifat dielektrik
menjadi sifat konduktor. Hal ini dapat terjadi apabila medan elektrik E, melampaui batas kritis ketahanan suatu bahan dielektrik yang mengakibatkan
muatan-muatan didalam bahan dielektrik terjadi proses ionisasi berantai yang akhirnya dapat mengakibatkan tembus listrik, breakdown.
Meskipun tidak ada migrasi muatan ketika suatu bahan dielektrik isolator ditempatkan didalam medan elektrik, E namun umumnya terjadi sedikit
pergeseran muatan positif dan muatan, awan, elektron negatif atau re-orient atau terpolarisasi pada atom atau molekul. Akan tetapi, umumnya dengan
menghilangkan pengaruh medan elektrik maka atom atau molekul akan kembali ke keadaan normalnya, reversible. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 2.3 berikut.
Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009
Gambar 2.3. Polarisasi pengaruh medan elektrik, E.
Sedangkan, pengaruh medan elektrik pada suatu bahan dielektrik seperti pada slab kapasitor diperlihatkan seperti pada gambar 2.4 berikut.
Gambar 2.4. Polarisasi pada slab kapasitor Bila bahan dielektrik di dalam suatu volum seperti pada slab kapasitor seperti
pada gambar 2.4, dengan n adalah jumlah dipole dan Q = nq adalah muatan semua dipole, serta QL’ adalah net momen dipole dalam volum maka polarisasi, P atau
momen dipole per unit volum adalah: v
QL qL
v n
P =
= 2-12
Sedangkan, volum segi empat dengan volum permukaan adalah A dan tebal adalah L’ , sedangkan v =AL’, maka persamaan 2-12 menjadi:
s
A Q
AL QL
P ρ
= =
= 2-13
2 −
Cm
Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009
Sehingga dimensi muatan persatuan luas adalah sama dengan densitas fluk elektrik D.
Dengan demikian fluks elektrik, D pada bahagian slab atas pada suatu kapasitor seperti gambar 2.4, adalah:
E D
ε =
2-14 Dimana :
Do = densitas fluk elektrik dalam ruang vakum udara,
2 −
Cm = permittivitas dalam ruang vakum = 8.85 pFm.
E =
Vd = intensitas medan elektrik, Vm. V
= tegangan elektroda = Velek
s
ρ = adalah densitas muatan permukaan dari muatan polarisasi
yang muncul pada permukaan slab.
Persamaan 2-14, berlaku untuk bahan dielektrik linier, isotropic. Sedangkan, D pada bahagian bawah slab dengan bahan dielektrik, terjadi
polarisasi di dalam medan elektrik yang menyebabkan densitas muatan permukaan
s
ρ muncul pada kedua permukaan pada slab dielektrik. Jadi densitas fluk elektrik
pada bahan elektrik menjadi:
s
E D
ρ ε +
= 2-15
Sedangkan dari persamaan 2-13, P
s
= ρ
, maka persamaan 2-15 berlaku untuk non isotropic non homogen, dengan P adalah polarisasi bahan dielektrik.
Atau secara umum dapat ditulis: P
E E
D D
o d
+ =
= =
ε ε
2-16
2.2. Pembangkit Tegangan Tinggi
