Dokumen tersebut membahas tentang bahan magnetik, dielektrik, dan optik. Terdapat penjelasan mengenai sifat dasar bahan magnetik seperti domain magnetik, jenis-jenis bahan magnetik, serta karakteristik bahan magnet. Dokumen juga membahas tentang sifat dielektrik, polarisasi listrik, dan konstanta dielektrik relatif beberapa bahan. Selain itu, dibahas pula tentang prinsip kerja kapasitor dan sifat optik

1. BAHAN MAGNETIK,
DIELEKTRIK DAN OPTIK
Oleh:
• Prapti Jaziroh, S.Pd
• Fathur Rosi , S.Pd.
• Masfufatullailiyah, S.TP
MATA KULIAH: FISIKA
DIAMPU OLEH Prof. Dr. DJUMADI

2. 2
MATERIAL MAGNET
• Magnet pertama ditemukan adalah lodestones
yaitu batuan yang telah dimagnetisasi secara
alami. Sejak zaman Yunani kuno mempelajari
magnet hingga saat ini magnet telah dipelajari
hingga level atom dan elektron.
• Bumi merupakan magnet raksasa
• Apa sebenarnya magnet itu?

3. Sifat dasar bahan magnetik
3
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under
license.
1. Spin elektron 2. Spin nukleus

4. 4
Gerak mengorbit dan
gerak spin elektron
dalam atom
menimbulkan momen
dipol magnetik spin
+
-
v
S
S
U
U
Kombinasi kedua medan
magnet bisa saling
menguatkan atau saling
melemahkan dan
menghasilkan medan
magnet atom

5. Momen dipol magnet atom
5

6. 6
Domain Magnetik
Pada besi, medan magnet atomnya
sangat kuat sehingga atom-atom
besi yang berdekatan membentuk
“domain magnetik” dengan medan
magnet yang cenderung searah
Tiap domain magnetik mengandung
milyaran atom.
Pada batang besi biasa arah-arah medan magnet dari
domain-domain magnetik ini acak.
Domain-domain magnetik

7. 7
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under
license.

8. ©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.

9. Jenis-jenis material magnetik
• Diamagnetik
• Paramagnetik
• Feromagnetik
• Antiferomagnetik
• Ferimagnetik
• Supermagnetik
9

10. Diamagnetik
• Setiap atom memiliki momen magnetik
permanen μo sebesar nol
• Medan magnet eksternal tidak akan
menyebabkan timbulnya torsi pada atom-
atom
• Medan magnet eksternal juga tidak akan
merubah arah medan dari dipol-dipol
magnet.
• Contoh: Hidrogen, helium, bismuth
10

11. Paramagnetik
• Setiap atom memiliki momen magnetik
permanen μo yang kecil tetapi bukan nol
• Medan magnet eksternal akan
menyebabkan timbulnya torsi pada atom-
atom.
• Medan magnet eksternal akan merubah
sedikit arah medan dari dipol-dipol magnet.
• Contoh: potassium, oksigen, tungsten.
Minyak jelantah
11

12. Feromagnetik
• Setiap atom memiliki momen magnetik
permanen μo yang besar kuat
• Medan magnet eksternal akan
menyebabkan timbulnya torsi yang kuat
pada atom-atom.
• Medan magnet eksternal akan merubah
arah medan dari dipol-dipol magnet
dengan mudah.
• Contoh: Besi, Nikel, Cobalt
12

13. Karakteristik materi magnet
Klasifikasi Momen magnetik Nilai B Keterangan
Diamagnetik
Paramagnetik
Feromagnetik
Antiferomagnetik
Ferimagnetik
superparamagnetik
M orbit + m spin = 0
M orbit +m spin = kecil
m spin >> m orbit
m spin >> m orbit
m spin >> m orbit
m spin >> m orbit
B in < B eks
B in > B eks
B in >> B eks
B in = B eks
B in > B eks
B in > B eks
Domain
Momen
berlawanan
Momen
berlawanan tapi
tidak sama besar
Matrik non
magnetik
13

14. Contoh bahan
• Antiferomagnetik: senyawa oksida, sulfida,
klorida
• Ferimagnetik: besi oksida, nikel-seng ferit,
nikel ferit
• Superparamagnetik: kaset audio, kaset vidio
14

15. BAHAN DIELEKTRIK
• Bahan dielektrik yaitu bahan yang apabila diberikan
medan potensial (tegangan) dapat mempertahankan
perbedaan potensial yang timbul diantara permukaan
yang diberikan potensial tersebut.
• Bahan dielektrik memisahkan dua konduktor listrik
tanpa ada aliran listrik diantaranya.
• Fungsi dari bahan listrik dielektrik diantaranya:
Menyimpan energi listrik (dalam bentuk muatan)
misalnya pada kapasitor.
Memisahkan bagian bertegangan dengan bagian
yang tidak bertegangan (isolator).
• Misal: plastik, celah udara transformator, mika, gelas,
porselin, karet, dll.

16. Sifat Dielektrik
• Sifat dielektrik muncul pada isolator listrik
yang tidak dapat melakukan 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

17. Perhatikan gambar
• Dari gambar diatas, Medan Listrik dapat
dirumuskan:

18. • Bila diantara kedua plat tersebut terdapat
ruangan kosong maka rapat muatan Do pada
tiap pelat sebanding dengan medan listrik ξ.
• Untuk setiap volt/m medan terdapat muatan
sebesar 8,85 x 10-12 Coulomb permeter
persegi pelat elektroda. Sehingga:
Do = (8,85 x 10-12 C/V . m ) . ξ

19. • Bila pada gambar diatas ditempatkan bahan,
maka rapat muatan dapat ditingkatkan dari
Do menjadi Dm, perbandingan antara Dm/Do
disebut konstanta dielektrik K dari bahan yang
ditempatkan diantara elektroda :
K = Dm/Do atau K = E/Eo

20. Kekuatan Dielektrik
• Kekuatan dielektrik adalah gradien tegangan yang menghasilkan tegangan tembus
listrik atau "breakdown”.
• Suatu bahan dielektrik tidak mempunyai elektron bebas, tetapi mempunyai elektron-
elektron yang terikat pada inti atom unsur yang membentuk dielektrik tersebut.
• Pada Gambar, Bila elektroda diberi tegangan DC, maka timbul medan elektrik (E) di
dalam dielektrik. Medan elektrik ini memberi gaya kepada elektron-elektron agar
terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron bebas. Dengan kata lain, medan elektrik
merupakan suatu beban bagi dielektrik yang menekan dielektrik agar berubah menjadi
konduktor.
• Beban yang dipikul dielektrik ini disebut juga terpaan medan elektrik (Volt/cm). Setiap
dielektrik mempunyai batas kekuatan untuk memikul terpaan elektrik.
• Jika terpaan elektrik yang dipikulnya melebihi batas yang diizinkan dan berlangsung
cukup lama, maka dielektrik akan menghantarkan arus atau gagal melaksanakan
fungsinya sebagai isolator. Dalam hal ini dielektrik dikatakan tembus listrik atau
"breakdown". Terpaan elektrik tertinggi yang dapat dipikul suatu dielektrik tanpa
menimbulkan dielektrik tembus listrik disebut kekuatan dielektrik.

21. Ada dua syarat yang harus dipenuhi untuk tembus
listrik, yaitu :
1. Terpaan elektrik yang dipikul dielektrik harus
lebih besar atau sama dengan kekuatan
dielektriknya.
2. Lama terpaan elektrik berlangsung lebih besar
atau sama dengan waktu tunda tembus dari
dielektrik.
• Waktu tunda tembus (time lag) adalah waktu
yang dibutuhkan sejak mulai terjadinya ionisasi
sampai terjadinya tembus listrik

22. POLARISASI LISTRIK
• Tempat kedudukan (rata-rata) dari elektron
akan bergeser mendekati elektroda positif,
sedang inti atom sendiri, yang mengandung
proton, akan bergeser mendekati elektroda
negatif. Peristiwa ini disebut sebagai
polarisasi.

23. MACAM-MACAM POLARISASI
1. Polarisasi Elektronik
• merupakan pergeseran ion negatif ke
elektroda positif dan ion positif ke elektroda
negatif.
• terjadi pada frekuensi sangat tinggi ≈ 1016hz
a. Tanpa medan
luar, elektron
terbagi rata
disekitar inti.
b. Ada medan
listrik, terjadi
polarisasi

24. 2. Polarisasi Ionik
• Sama dengan polarisasi elektronik
• Polarisasi ionik ditimbulkan oleh medan listrik
luar.
• Frekuensi maksimum 1013Hz berada dibawah
frekuensi sinar biasa (≈1015Hz)

25. 3. Polarisasi molekul
• Terjadi apabila molekul polar berada dalam
medan listrik.
• Terjadi karena pengutuban pada molekul
• Bersifat tetap, karena merupakan bagian dari
struktur molekul
• Frekuensi mksimum berbeda-beda sesuai jenis
bahan, tetapi selalu lebih kecil dari pada
polarisasi elektonik dan ionik
• Polarisasi ini sangat peka terhadap temperatur.

26. • Polarisasi molekul
CH3Cl, molekul
asimetrik memiliki
ujung positif dan
negtif dan
mengatur diri
dalam medan listrik

27. 4. Polarisasi antar permukaan (muatan ruang)
• Terjadi bila ada
penghantaran
muatan lokal dalam
dielektrik
• Tiap partikel akan
mempunyai sisi
bermuatan positif
dan negatif dalam
medan listrik

28. KONSTANTA DIELEKTRIK RELATIF
BEBERAPA JENIS BAHAN
5/23/2014

29. Sifat Dielektrik Pada Bahan
• Keramik merupakan bahan dielektrik yang tersusun dari
komposisi MgO – Al2O3 –SiO2.
• Bahan ini adalah isolator yang baik karena elektron valensi
dari atom logam pindah secara tetap ke atom oksigen,
membentuk ion O2
-. Ion Al3
+ dari Al2O3 kehilangan semua
elektron valensi yang membawa muatan dalam aluminium
logam. Elektron-elektron tersebut sekarang diikat oleh ion
oksigen. Dalam bahan ionisasi lainnya, elektron Mg2
+ diikat
oleh O2
- dalam MgO, silikon dan oksigen mempunyai
elektron dalam struktur tetrahedral SiO4.
Keramik

30. Konstanta Dielektrik Keramik

31. Kaca
• Kaca pada umumnya terdiri dari campuran silikat
(SiO2 )dan beberapa senyawa antara lain, borat,
phospat.
• Kaca dibuat dengan cara melelehkan beberapa
senyawa silikat (pasir), alkali (Na dan K) dengan
bahan lain (kapur, oksida timah hitam).
• Massa jenis kaca berkisar antara 2 dan 8,1 g/cm3,
kekuatan tekanannya 6000 hingga 21000 kg/cm2,
kekuatan tariknya 100 hingga 300 kg/cm2. Karena
kekuatan tariknya relatif kecil, maka kaca adalah
termasuk bahan yang regas

32. Sifat Kelistrikan Kaca
• Sifat kelistrikan kaca pada suhu normal adalah
sebagai berikut : resistivitas berkisar antara
108 hingga 1017 Ohmcm, permitivitas relatif
berkisar antara 3,8 hingga 16,2
• Kaca silika mempunyai sifat kelistrikan paling
baik, pada suhu kamar besarnya resistivitas
adalah 107 Ohm-cm, permitivitas relatif 3,8.
• Jika kaca ditambahkan bahan natrium dan
kalium, maka resistivitasnya akan menurun.

33. Kapasitor
• Kapasitor atau disebut juga kondensator adalah
alat/perangkat untuk menyimpan muatan listrik
untuk sementara waktu.
• Sebuah kapasitor/kondensator sederhana
tersusun dari dua buah lempeng logam paralel
yang disekat satu sama lain oleh bahan isolator
yang disebut dielektrikum.
• Jenis kondensator diberi nama sesuai dengan
dielektrikumnya, Yaitu : kertas, mika, keramik
dan sebagainya.

34. • Jika lempeng kondensator/kapasitor
dihubungkan pada sumber tegangan DC, terjadi
perpindahan elektron dari kutub ( - ) lempeng B
dan ke kutub (+) lempeng A.
• Hal ini berlangsung sampai beda potensial antara
lempeng A dan lempeng B sama dengan GGL
sumber tegangan DC. Jika hal ini terjadi artinya
kondensator sudah bermuatan penuh.

35. Medan listrik kapasitor
• (a) tanpa dielektrik
dan
• (b) diberi Dielektrik
Muatan permukaan
pada dielektrik akan
memperlemah medan
listrik awal antar
keeping

36. Kapasitas Kapasitor
• Kapasitas kapasitor yaitu besarnya muatan
listrik yang dapat disimpan tiap satuan beda
potensial antara bidang-bidangnya.
• Dinyatakan dalam persamaan :

37. Untuk kondensator plat sejajar, kapasitasnya
tergantung pada luas dan jarak antara plat
serta jenis / macam zat yang berada diantara
dua plat tersebut. Dinyatakan dalam
persamaan :

38. MATERIAL OPTIK
OPTIK
BENDACAHAYA

39. OPTIK
• Optik adalah cabang fisika yang menggambarkan
kelakuan dan sifat cahaya dan interaksi cahaya
dengan materi.
• Bidang optik biasanya menggambarkan sifat
cahaya tampak, inframerah dan ultraviolet, tetapi
karena cahaya adalah gelombang
elektromagnetik, maka gejala yang sama juga
terjadi di sinar-X, gelombang mikro, gelombang
radio, dan bentuk lain dari radiasi
elektromagnetik.

40. SIFAT CAHAYA
• Cahaya merambat lurus
• Cahaya dipantulkan
• Cahaya dibelokkan (pembiasan cahaya)
• Cahaya diuraikan (dispersi cahaya)

41. BENDA
• Benda yang bisa memancarkan cahaya sendiri
(benda terang) contoh matahari, bintang
• Benda yang tidak memancarkan cahaya
sendiri (benda gelap)

42. BERDASARKAN KEMAMPUAN SUATU
BENDA UNTUK DILEWATI CAHAYA
1. Benda tidak tembus cahaya (benda-benda gelap yang
menghalangi cahaya untuk melewatinya disebut opaque)
contoh Kayu, besi, dan sebagian besar bagian tubuh
memantulkan atau menyerap energi cahaya
2. Benda bening (Benda-benda yang membiarkan cahaya
melewatinya dengan mudah disebut transparans) contoh
Air, udara, dan beberapa jenis kaca meneruskan cahaya
dan tidak menyerap cahaya
3. Benda tembus cahaya (Benda-benda yang membiarkan
sebagian cahaya melewatinya, namun menyebarkan
sebagian cahaya lainnya disebut translusens) contoh
beberapa jenis plastik

43. PERSYARATAN BAHAN OPTIK
• Bahan memiliki kemampuan transmisi tanpa
distorsi, artinya bahan dapat dipenuhi apabila
permukaan datar dan sejajar serta tanpa
cacat dalam
• Bahan harus dapat menyaring (filter) radiasi
inframerah atau ultraviolet
• Untuk lensa optik harus dapat membiaskan
cahaya

44. SIFAT BAHAN OPTIK
• Bahan-bahan yang sifatnya membelokkan
cahaya memiliki indeks bias yang berbeda,
• Indeks bias dipengaruhi oleh kerapatan suatu
bahan
• Daftar indeks bias

45. LANJUTAN
• Secara matematis, indeks bias dapat ditulis:
• dimana:
• n = indeks bias
• c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa
(299,792,458 meter/detik)
• = cepat rambat cahaya pada suatu medium
• Indeks bias tidak pernah lebih kecil dari 1
atau (n ≥ 1).
5/23/2014

46. BAHAN ABSORPSI
• Pada spektrum elektromagnetik berada di
sekitar 5 x 1014 Hz
Daerah ini berada di bawah batas polarisasi
normal dan di atas limit polarisasi ionik, bahan
ionik dan kovalen sederhana biasanya
transparan karena kehilangan energi yang
berkaitan dengan selisis fasa tidak ada

47. BAHAN DISPERSI
• Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya
polikromatik (putih) menjadi cahaya-cahaya
monokromatik (me, ji, ku, hi, bi, ni, u) pada
prisma lewat pembiasan atau pembelokan.
Hal ini membuktikan bahwa cahaya putih
terdiri dari harmonisasi berbagai cahaya
warna dengan berbeda-beda panjang
gelombang

48. PERISTIWA DISPERSI CAHAYA

49. Soal 1
Dari jenis bahan berikut yang merupakan bahan
non magnetik adalah....
A. Feromagnetik
B. Diamagnetik
C. Paramagnetik
D. Ferimagnetik
49

50. Soal 2
Mengapa baja biasa dipilih sebagai bahan
magnet tetap?
Jawab: baja jika berada pada medan magnet
luar, maka medan magnet bahan akan menjadi
jauh lebih besar dan tidak kembali ke nol jika
medan luar ditiadakan (=histerisis)
50

51. Soal 3
Bahan berikut ini yang merupakan bahan
feromagnetik adalah ....
A. Cobalt
B. Keramik
C. Helium
D. Aluminium
51

52. Soal 4
Berikut ini adalah bahan – bahan dielektrik,
kecuali….
a. Kaca
b. Keramik
c. Mika
d. Silikon

53. Polarisasi merupakan ukuran dari…
a. Konstanta dielektrik persatuan volume
b. Gradien tegangan untuk menimbulkan
kegagalan listrik
c. Hasil kali muatan dengan jarak
d. Perbandingan tegangan tanpa dielektrik
dengan tegangan yang dipasang dielektrik
Soal 5

54. Yang bukan merupakan macam-macam
polarisasi listrik pada bahan dielektrik adalah…
a. Polarisasi ion
b. Polarisasi molekul
c. Polarisasi linier
d. Muatan ruangan
Soal 6

55. Kapasitor plat sejajar mempunyai luas A = 250 cm2.
Kapasitor ini diberi muatan dengan beda potensial
Vo=150 volt. Kemudian baterai diputus (muatan Q pada
plat tidak berubah), lalu suatu lembaran dielektrik (K =
3,5).Besar medan listrik pada dielektrik adalah…
a. 36,73x10-5 V/m
b. 10,49x10-5 V/m
c. 1,071x10-5 V/m
d. 5,83 V/m
e. 2,1 V/m
Jawaban:
• Eo= Q/εoA
=1,66x10-19/8,85x10-12x 2,5x10-2
=36,73x10-5
Pada dielektrik
• E = Eo/K = 36,73x10-5/3,5 = 10,49x10-5 V/m
Soal 7

56. SOAL 8
Ali sedang melakukan eksperimen untuk
menentukan kecepatan cahaya di dalam etil
alkohol. Ia melepaskan seberkas cahaya pada
permukaan cairan etil alkohol. Jika indeks bias
mutlak etil alkohol (n = 1,36) dan kecepatan
cahaya di udara 3 x 108 m/s, maka cepat rambat
cahaya di dalam etil alkohol adalah?
A. 2,2 x 108 m/s
B. 2,2 X 10-8 m/s
C. 4,08 X 108 m/s
D. 4,08 X 10-8 m/s

57. PENYELESAIAN
Diketahui:
n = 1,36
c = 3 x 108 m/s
Ditanyakan: v = ?
Jawab:
n = c/v
v = c/n
v = 3 x 108/1,36
v = 2,2 x 108 m/s
• Jadi, cepat rambat cahaya di dalam etil alkohol adalah
sebesar 2,2 x 108 m/s
JAWAB: A

58. SOAL 9
Cahaya natrium memiliki frekuensi 5,09 x 1014 Hz
pada gelas dengan n = 1,56 maka panjang
gelombang cahaya natrium adalah.....
A. 270 x 10-9 m
B. 378 x 10-9 m
C. 440 x 10-9 m
D. 540 x 10-9 m

59. PENYELESAIAN
Diketahui:
f = 5,09 x 1014 Hz
n = 1,56
Ditanya : λ....?
Jawab:
n = C/Vp Vp = C/n = 3x 108/1,09 = 2,75 x 108 m/s
λ = V/f
λ = 2,75 x 108/ 5,09 x 1014
λ = 0,54 x 10-6 m = 540 x 10-9 m
JAWAB: D

60. SOAL 10
• Benda bening adalah benda-benda yang
membiarkan cahaya melewatinya dengan
mudah yang disebut transparans. Berikut
contoh benda bening, kecuali ...
A. Air
B. Plastik
C. Kaca
D. Udara

61. PENYELESAIAN
Benda bening; Benda-benda yang membiarkan
cahaya melewatinya, meneruskan cahaya dan
tidak menyerap cahaya
contoh Air, udara, dan beberapa jenis kaca
Benda tembus cahaya ; Benda-benda yang
membiarkan sebagian cahaya melewatinya,
namun menyebarkan sebagian cahaya lainnya
contoh beberapa jenis plastik
JAWAB : B

62. 5/23/2014
Terimakasih