Kajian Ketebalan Tanah Liat,...Jumingin dan Susi Setiawati,...Sainmatika,...Volume 13,...No.1,...Juni 2016,...22-26

## KAJIAN KETEBALAN TANAH LIAT SEBAGAI BAHAN DIELEKTRIK KAPASITOR PLAT SEJAJAR
Jumingin 1 , Susi Setiawati 2 e-mail: juminginpgri@gmail.com
1 Dosen Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas PGRI Palembang
2 Mahasiswa Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas PGRI Palembang

## ABSTRACT
Research  on  the  study  of  the  clay  thickness  as  a  parallel  plate  capacitor dielectric  material  has  been  carried  out  in  the  Laboratory  of  Physics,  Faculty  of Mathematics and Natural Sciences University of PGRI Palembang from  May to July 2013.  This  study  aimed  to  analyze  the  effect  of  dielectric  material  and  the  the  clay thickness  to  the  capacitance  of  parallel  plate  capacitor.  This  research  used experimental  methods,  where  clay  samples  were  made  of  3  x  5  cm  size  with  a thickness variation of 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, and 20 mm. The results obtained showed  that  the  use  of  clay  as  a  dielectric  material  increased  the  capacitance  of  a parallel  plate capacitor.  The capacitance values in  the thickness  of 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14,16, 18, and 20 mm were respectively 4.2; 3.2; 3.0; 2.5; 2.2; 2.0; 1.9; 1.8; 1.6; and 1.4 pF for air dielectric material and 128, 118, 115, 105, 98, 92, 89, 74, 67, and 65 pF for  clay  dielectric  material.  There  was  a  tendency  of  the  greater  thickness  of  the dielectric material, the smaller the capacitance of a capacitor.
Keywords: dielectric material, capacitance, clay

## ABSTRAK
Penelitian  tentang  kajian  ketebalan  tanah  liat  sebagai  bahan  dielektrik  kapasitor  plat sejajar  telah  dilakukan  di  Laboratorium  Fisika  Fakultas  Matematika  dan  Ilmu Pengetahuan  Alam  Universitas  PGRI  Palembang  pada  bulan  Mei  sampai  Juli  2013. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis  pengaruh  penggunaan  bahan  dielektrik tanah  liat  dan  ketebalan  bahan  dielektrik  terhadap  kapasitansi  yang  dihasilkan  pada kapasitor  plat  sejajar.  Penelitian  ini  menggunakan  metode  eksperimental,  dimana sampel tanah liat dibuat dengan ukuran 3x5 cm dengan variasi ketebalan 2, 4, 6, 8, 10, 12,  14,  16,  18,  dan  20  mm.  Hasil  yang  diperoleh  menunjukkan  bahwa  penggunaan tanah liat sebagai bahan dielektrik meningkatkan nilai kapasitansi suatu kapasitor plat sejajar.  Nilai  kapasitansi  pada  ketebalan  2,  4,  6,  8,  10,  12,  14,16,  18,  dan  20  mm adalah  4,2;  3,2;  3,0;  2,5;  2,2;  2,0;  1,9;  1,8;  1,6;  dan  1,4  pF  untuk  bahan  dielektrik udara  dan  128,  118,  115,  105,  98,  92,  89,  74,  67,  dan  65  pF  untuk  bahan  dielektrik tanah  liat.  Ada  kecenderungan  semakin  besar  ketebalan  bahan  dielektrik,  semakin kecil nilai kapasitansi suatu kapasitor.
Kata kunci : Bahan dieletrik, kapasitansi, tanah liat

## PENDAHULUAN
Komponen elektronika
merupakan  alat  atau  benda  yang menjadi  bagian  pendukung  suatu rangkaian  elektronika  yang  dapat bekerja  sesuai  dengan  fungsinya. Komponen  elektronika  mempunyai bentuk  atau  jenis  tersendiri,  dimana komponen  tersebut  terbagi  menjadi komponen  aktif  dan  komponen  pasif. Komponen aktif merupakan komponen elektronika  yang  memerlukan  arus listrik  agar  dapat  bekerja    atau berfungsi dengan baik, misalnya transistor,  diode,  IC  dan  lain-lain.
Sedangkan komponen pasif merupakan komponen  elektronika  yang  bekerja atau dapat berfungsi tanpa memerlukan arus listrik, misalnya resistor, potensiometer, trafo dan kapasitor. Kapasitor  adalah  piranti  yang
berguna untuk menyimpan muatan dan energi  listrik.  Kapasitor  pada  dasarnya tersusun  dari  dua  plat  sejajar  yang disisipi bahan dielektrik (Tipler, 2001). Menurut Young dan Freedman (2003), menyatakan  pada  kapasitor  terdapat bahan  dielektrik  yaitu  zat  yang  dapat dipergunakan untuk memperbesar kapasitas  kapasitor.  Bahan  dielektrik biasanya  terikat  kuat  oleh  masing- masing  atom  sehingga  tidak  dapat bergerak  meskipun  berada  dalam medan listrik.
Bahan  dielektrik  ada  dua  jenis molekul  yaitu  polar  dan  non-polar. Molekul  dielektrik  polar berarti  bahwa molekul  dielektrik  tersebut  dalam keadaan  tanpa  medan  listrik,  antara elektron  dan  intinya  telah  membentuk dipol  listrik.  Sedangkan  molekul  non- polar  ketika  tidak  terdapat  medan listrik  antar  elektron  dan  inti  tidak terlihat  sebagai  muatan  yang  terpisah. Molekul  dielektrik  polar  maupun  non- polar  jika  diletakkan  di  dalam  medan
listrik  akan  mengalami  polarisasi (Zemansky, 1994).
Dielektrik  adalah  suatu  bahan yang  memiliki  daya  hantar  arus  yang sangat  kecil  atau  bahkan  tidak  ada. Bahan  dielektrik  tidak  mempunyai elektron konduksi yang bebas bergerak di seluruh bahan oleh pengaruh medan listrik.  Medan  listrik  tidak  akan menghasilkan pergerakan muatan dalam  bahan  dielektrik.  Sifat  inilah yang menyebabkan bahan dielektrik itu merupakan  isolator  yang  baik.  Dalam bahan dielektrik semua elektron terikat dengan  kuat  pada  intinya  sehingga terbentuk  suatu  struktur  regangan, bagian  positif  dan  negatifnya  terikat bersama-sama  sehingga  pada  tiap aliran massa tidak disertai perpindahan muatan (Diyaning dkk, 2015).
Sifat  dielektrik  menggambarkan kemampuan suatu bahan untuk
menyimpan, mentransmisikan dan memantulkan energi gelombang elektromagnetik. Menurut Harmen (2001), Setiap bahan pertanian memiliki sifat dielektrik yang khas dan besarnya sangat ditentukan oleh kandungan  airnya.  Pemanfaatan  sifat ini cenderung semakin banyak diterapkan  di  bidang  pertanian,  seperti pemanfaatan dalam proses pengeringan bahan  pangan.  Aplikasinya  didasarkan pada kemampuan bahan untuk menyerap radiasi gelombang elektromagnetik dan mengubahnya menjadi panas.
Bahan  dielektrik  sangat  penting dalam  pembuatan  kapasitor  terutama kapasitor  plat  sejajar.  Keberadaan bahan dielektrik dalam kapasitor dapat menghasilkan  kapasitas  kapasitor  yang lebih  besar.  Banyak  sekali  bahan  yang dapat digunakan sebagai bahan dielektrik,  misalnya  plastik,  mika,  air,
kaca  (gelas),  porselin,  karet,  keramik dan lain-lain.
Menurut  Dwi  dan  Supriyadi
(2014),  penggunaan  bahan  kertas karton  sebagai  bahan  dielektrik  pada kapasitor plat sejajar dapat meningkatkan nilai kapasitas kapasitornya dibandingkan dengan kapasitas  kapasitor  udara.  Menurut Juansyah dan Irmansyah (2007), bahwa kapasitas  kapasitor  dengan  bahan dielektrik  buah  semangka  lebih  besar jika dibandingkan dengan nilai kapasitas kapasitor udara. Dari penelitian  yang  dilakukannya  nilai konstanta  dielektrik  buah  semangka sebesar  31,18644,  tetapi  nilai  ini  lebih kecil dari konstanta dielektrik air.
Dengan  berkembangnya  inovasi teknologi  serta  berbagai  penelitian mengenai bahan dielektrik yang digunakan  pada  kapasitor,  maka  perlu dilakukan  inovasi  penggunaan  tanah liat  sebagai  bahan  dielektrik  suatu kapasitor. Tanah liat  merupakan bahan yang  bersifat  isolator,  tanah  liat mempunyai  sifat  dieletrik  yang  cukup baik.
Adapun yang menjadi permasalahan  dalam  penelitian  ini adalah bagaimanakah pengaruh penggunaan bahan dielektrik  tanah liat dan ketebalan bahan dielektrik terhadap  kapasitansi  yang  dihasilkan pada  kapasitor  plat  sejajar.  Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh  penggunaan  bahan  dielektrik tanah liat dan ketebalan bahan dielektrik  terhadap  kapasitansi  yang dihasilkan pada kapasitor plat sejajar.

## BAHAN DAN METODE
Penelitian  ini  telah  dilakukan  di Laboratorium Fisika Fakultas
Matematika  dan  Ilmu  Pengetahuan Alam  Universitas  PGRI  Palembang
pada bulan Mei samapi Juli 2013. Alat- alat  yang  digunakan  dalam  penelitian ini  adalah  oven  listrik,  jangka  sorong, dan kapasitansimeter.
Sedangkan bahan  yang  digunakan  adalah  pelat aluminium dengan ukuran 3 cm x 5 cm dan  tanah  liat  sebagai  bahan  dielektrik dengan ketebalan 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14,
16, 18 dan 20mm. Dalam penelitian ini menggunakan  metode  eksperimental dalam  laboratorium,  dengan  perlakuan tanpa  bahan  dielektrik  dan  dengan bahan  dielektrik  berupa  tanah  liat. Tanah  liat  yang  digunakan  sebagai bahan  dielektrik  berasal  dari  pabrik genteng  di  daerah  Serong  Kecamatan Talang  Kelapa  Kabupaten  Banyuasin. Tanah  liat  tersebut  berwarna  merah marun dengan tekstur yang halus, yang telah  dipisahkan  dari  kerikil  dan material  lain.  Tanah  liat  ini  dicetak dengan  ukuran  3  cm  x  5  cm  dengan ketebalan masing-masing 2, 4, 6, 8, 10, 12,  14,  16,  18  dan  20  mm,  kemudian dikeringkan  dengan  cara  dimasukkan ke  dalam  oven  listrik  dengan  suhu 100 o C selama 5 jam.
Selanjutnya  kedua  plat  disusun sejajar yang dipisahkan pada jarak 2, 4, 6,  8,  10,  12,  14,  16,  18  dan  20  mm tanpa  bahan  dielektrik  (berupa  udara), kemudian  diukur  nilai  kapasitansinya dengan  kapasitansimeter.  Kemudian untuk  perlakuan  berikutnya  diantara kedua  plat  tersebut  disisipi  bahan dielektrik  tanah  liat  yang  telat  dicetak sesuai  dengan  ukuran  dan  telah dikeringkan  kemudian  diukur  nilai kapasitansinya dengan kapasitansimeter. Data  dari  hasil  pengukuran  pada penelitian ini dianalisis secara
deskriptif  untuk  mengetahui  pengaruh bahan  dielektrik  tanah  liat  terhadap nilai  kapasitansinya  dan  bagaimana pengaruh dari ketebalan bahan
dielektrik  terhadap  kapasitansi  yang dihasilkan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian terhadap kapasitas  kapasitor  plat  sejajar  tanpa bahan  dielektrik  (udara)  dan  tanah  liat sebagai bahan dielektrik dengan
berbagai ketebalan disajikan pada tabel
1 berikut.
Tabel  1.  Kapasitas  kapasitor  pelat sejajar tanpa bahan dielektrik (udara)  dan  dengan  bahan dielektrik  tanah  liat  dengan berbagai ketebalan Ketebalan (mm) Kapasitas Kapasitor (pF) Bahan Dielektrik Udara Tanah Liat 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 4,2 3,2 3,0 2,5 2,2 2,0 1,9 1,8 1,6 1,4 128 118 115 105 98 92 89 74 67 65 Dari  tabel  1  dapat  dilihat  bahwa adanya bahan dielektrik yang disisipkan diantara kedua plat menyebabkan  terjadinya  perbedaan nilai kapasitansi kapasitor yang dihasilkan.  Pada  kapasitor  dengan bahan dielektrik udara,
nilai kapasitansi terkecil 1,4 pF dan terbesar 4,2  pF.  Sedangkan  pada  kapasitor dengan bahan dielektrik tanah liat, nilai kapasitansi  terkecil  65  pF  dan  terbesar 128  pF.  Nilai  kapasitas  kapasitor dengan  tanah  liat  sebagai  bahan dielektrik  lebih  besar  daripada  nilai
kapasitas kapasitor hampa udara (tanpa bahan  dielektrik).  Hal  ini  disebabkan oleh  struktur  dari  bahan  dielektrik tanah  liat,  karena  tanah  liat  termasuk bahan  isolator  yang  mempunyai  sifat dielektrik  yang  cukup  baik.  Menurut Sehah,  dkk  (2009)  menyatakan  bahwa setiap  bahan  isolator  termasuk  tanah liat mempunyai sifat dielektrik.
Pada  kapasitor  dalam  keadaan vakum  (kapasitor  bahan  dielektrik udara)  arah  medan  listrik  dari  kutub positif ke kutub negatif, semakin besar jumlah muatan yang terakumulasi pada kedua  plat  akan  semakin  besar  medan listrik yang tersimpan. Sedangkan pada kapasitor  dengan  bahan  dielektrik tanah  liat,  dengan  adanya  akumulasi muatan pada kedua plat akan menyebabkan terjadinya polarisasi.
Bahan  dielektrik  yang  disisipkan menggantikan  ruang  hampa  diantara kedua  plat  penghantar  mengakibatkan terjadinya  mekanisme  polarisasi  dalam bidang  dielektrik,  yang  berdampak bertambah  besarnya  muatan  listrik yang  tersimpan  dalam  kapasitor.  Hal ini dikarenakan sumbangan dipol-dipol listrik akibat mekanisme polarisasi dan jumlah  muatan  yang  tersimpan  dalam kapasitor,  yang  berpengaruh  terhadap permitivitas  bahan  (berprilaku  bahan dielektrik).  Adanya  permitivitas  bahan ini akan berpengaruh terhadap kapasitansi dari suatu kapasitor.
Semakin  matang  buah  pisang maka  nilai  kapasitansi  dan  konstanta dielektrik  akan  semakin  besar.  Hal  ini menunjukkan bahwa pada buah pisang yang  matang  terdapat  butiran  yang lebih  banyak  dari  pada  buah  pisang yang masih matah,  yang menyebabkan nilai  kapasitansinya  semakin  besar (Diyaning dkk, 2015).
Dari  tabel  1  juga  terlihat  bahwa ketebalan  bahan  dielektrik  atau  jarak antar  kedua  plat  berpengaruh  terhadap
nilai  kapasitansinya.  Pada  ketebalan  2 mm,  nilai  kapasitas  kapasitor  dengan bahan  dielektrik  udara  sebesar  4,2  pF dan  dielektrik  tanah  liat  128  pF. Sedangkan  pada  ketebalan  20  mm, nilai  kapasitas  kapasitor  dengan  bahan dielektrik  udara  sebesar  1,4  pF  dan dielektrik  tanah  liat  65  pF.  Hal  ini menunjukkan  bahwa  semakin  tebal bahan dielektrik yang disisipkan diantara kedua plat, semakin kecil nilai kapasitas  kapasitor  yang  dihasilkan. Secara  teoritik  dapat  dijelaskan  bahwa semakin besar jarak pisah antara kedua plat  sejajar  (ketebalan)  akan  semakin kecil  kapasitansi yang  dihasilkan
( d A k C 0   ),  dengan  d  adalah  jarak
pisah  antara  kedua  plat  atau  ketebalan (m).

## KESIMPULAN
1. Penggunaan  tanah  liat  sebagai bahan dielektrik, dapat meningkatkan nilai kapasitansi pada kapasitor plat sejajar.
2. Semakin  besar  ketebalan  bahan dielektrik  yang  disisipkan  diantara plat sejajar kapasitor, semakin kecil kapasitansi yang dihasilkan.

## DAFTAR PUSTAKA
Dianing,  G.  N.,  Trihandaru,  S.,  dan
Shanti, M. R. S. 2015.
Identifikasi Sifat Dielektrik Pisang pada Tingkat Kematangan  Berbeda  dengan Rangkaian RLC. Jurnal Radiasi . Vol. 6, No. (2): 1-7.
Dwi,  R.  B.,  dan  Supriyadi.  2014.
Konstanta  Dielektrik  Bahan Kertas  Karton  pada  Keping Sejajar. Jurnal  Fisika .  Vol.  4, No. (2): 74-77.
Harmen.  2001. Rancang  Bangun  Alat dan  Pengukuran  Nilai  Sifat
Bahan Pertanian pada Kisaran Frekuensi  Radio .  Tesis  Ilmu Keteknikan Pertanian IPB. Bogor. Juansyah,  J.,  dan  Irmansyah.  2007. Kajian  Sifat  Dielektrik  Buah Semangka  dengan  Pemnfaatan Sinyal Listrik Frekuensi Rendah. Jurnal  Sains  MIPA .
Vol. 13, No. (3): 159-164. Sehah,  Abdullah,  N.  A.,  dan  Zaroh,  I. 2009. Pemanfaatan Teknik Lissajous  untuk  Mengetahui Korelasi antara Kandungan Air terhadap Sifat Dielektrik Tanah (Studi  Kasus:  Sampel  Tanah Permukaan  di  Sekitar  Kota Purwokerto). Berkala  Fisika . Vol. 12, No. (3): 77-84.
Tipler.  2001. Fisika .  Jilid  2.  Erlangga.
Jakarta. Indonesia.
Zemansky, S. 1994. Fisika Universitas . Jilid 2. Indonesia.
Young,  H.  D.,  dan  Freedman,  R.  A.
2003. Fisika Universitas .
Erlangga. Jakarta.