Mekanisme Polarisasi

10.4. Mekanisme Polarisasi

Kenaikan kapasitansi dari C 0 menjadi ε r C 0 apabila kapasitor disisipi material dielektrik sebagaimana kita bahas secara makro di sub-bab 10.1 dihasilkan oleh terjadinya polarisasi. Dalam skala molekul kita membedakan dua macam dielektrik, yaitu dielektrik polar dan dielektrik non-polar . Dielektrik non-polar tidak mengandung molekul dipole permanen, sedangkan dielektrik polar mengandung dipole permanen. Peristiwa polarisasi dapat terjadi baik pada dielektrik polar maupun dielektrik non-polar.

Polarisasi Elektronik. Polarisasi elektronik terjadi pada semua jenis dielektrik. Polarisasi ini terjadi karena pergeseran awan elektron pada atom atau molekul karena adanya medan listrik; pusat muatan listrik positif dan negatif yang semula berimpit menjadi terpisah sehingga terbentuk dipole. Pemisahan titik pusat muatan ini berlangsung sampai terjadi keseimbangan dengan medan listrik yang menyebabkannya. Dipole yang terbentuk merupakan dipole tidak permanen; artinya dipole terbentuk selama ada pengaruh medan listrik saja. Jika medan listrik hilang maka titik-titik pusat muatan kembali berimpit lagi. Apabila medan yang diberikan adalah medan searah, dipole terbentuk hampir seketika dengan hadirnya medan listrik. Oleh karena itu polarisasi elektronik bisa terjadi pada medan listrik bolak-balik berfrekuensi tinggi. Lihat Gb.10.2.

164 Sudaryatno S & Ning Utari S, Mengenal Sifat Material

(a) (b) tanpa medan listrik dengan medan listrik

Gb.10.2. Polarisasi elektronik.

Polarisasi Ion. Polarisasi jenis ini hanya teramati pada material dengan ikatan ion. Polarisasi terjadi karena pergeseran ion-ion yang berlawanan tanda oleh pengaruh medan listrik. Gb 10.3. menggambarkan peristiwa ini. Sebagaimana halnya dengan polarisasi elektronik, dipole yang terbentuk dalam polarisasi ion juga merupakan dipole tidak permanen. Namun polarisasi ion terjadi lebih lambat dari polarisasi elektronik. Apabila di berikan medan searah, diperlukan waktu lebih lama untuk mencapai keadaan seimbang; demikian pula jika medan dihilangkan posisi ion akan kembali pada posisi semula dalam waktu lebih lama dari polarisasi elektronik. Oleh karena itu pada medan bolak-balik polarisasi masih bisa berlangsung namun pada frekuensi yang lebih rendah.

(a) (b) tanpa medan listrik dengan medan listrik

Gb.10.3. Polarisasi ion.

Polarisasi Muatan Ruang . Polarisasi ini terjadi karena pemisahan muatan-muatan ruang, yang merupakan muatan-muatan bebas dalam

ruang dielektrik. Dengan proses ini terjadi pengumpulan muatan sejenis di dua sisi dielektrik. Lihat Gb.10.4. Polarisasi ini berlangsung lebih lambat lagi dan pada waktu medan listrik dihilangkan muatan ruang dapat menempati posisi yang baru, tidak seluruhnya kembali pada posisi awal.

− + + − + − + + + + − − (a) (b)

tanpa medan listrik dengan medan listrik

Gb.10.4. Polarisasi Muatan ruang.

Polarisasi akan lebih mudah terjadi jika dilakukan pada temperatur yang agak tinggi. Pada polyimide misalnya, polarisasi dapat dilakukan pada temperatur 200 o

C dan keseimbangan sudah bisa tercapai dalam waktu satu jam. Jika temperatur diturunkan lagi ke temperatur kamar dalam keadaan medan tidak dihilangkan, maka ion-ion akan terjebak pada posisi yang baru; dielektrik akan menjadi elektret. [8].

Polarisasi Orientasi . Polarisasi ini terjadi pada material yang memiliki molekul asimetris yang membentuk momen dipole permanen. Dipole- dipole permanen ini akan cenderung mengarahkan diri sejajar dengan medan listrik; namun tidak semua dipole akan sejajar dengan arah medan. Kebanyakan dipole permanen ini membentuk sudut dengan arah medan. Lihat Gb.10.5. Waktu yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan juga cukup lama.

Seperti halnya polarisasi muatan ruang, terjadinya polarisasi orientasi juga dapat dipermudah pada temperatur tinggi. Pembentukan elektret juga dapat terjadi jika dengan tetap mempertahankan medan polarisasi, temperatur diturunkan sampai temperatur kamar. Posisi dipole dapat kembali hampir pada posisi semula jika dilakukan pemanasan lagi. [8,9,11].

166 Sudaryatno S & Ning Utari S, Mengenal Sifat Material

(a) (b) tanpa medan listrik dengan medan listrik

Gb.10.5. Polarisasi orientasi.