Konsep Dan Aspek Sifat-Sifat Dielektrik Suatu Bahan

Konsep Dan Aspek Sifat-Sifat Dielektrik Suatu Bahan

Oleh: Lea Assyifa (Nim: 210343606466)

Mata Kuliah: Fisika Untuk Bioteknologi

A. Uraian Materi

Dielektrik adalah isolator listrik yang diberikan polarisasi dengan menempatkan isolator di dalam medan listrik. Bahan dielektrik adalah bahan yang bila diberikan suatu tegangan dan bisa mempertahankan perbedaan potensial yang timbul diantara permukaan bahan yang diberikan tegangan tersebut.

Bahan dielektrik ada dua jenis yaitu:

Polar => Molekul tanpa adanya medan listrik (elektron dan inti membentuk dipol).
Non-polar => Terjadi ketika tidak adanya medan listrik antara elektron dan inti tidak tampak sebagai muatan terpisah.

Sifat dielektrik suatu bahan:

Keramik => Tersusun dari MgO - Al₂O₃- SiO₂. Bahan dengan isolator terbaik karena elektron valensi dari atom logam pindah secara teratur/tetap ke atom oksigen dan membentuk ion O₂. Bahan ini juga bisa rusak di bawah pengaruh tegangan tinggi.
Kaca => Umumnya terbentuk dari campuran Silikat (SiO₂) dan beberapa senyawa seperti borat, dan fosfat. Sifat dari kaca juga tergantung dengan komposisi dari bahan pembentuknya.

Bahan dielektik padat digunakan di seluruh rangkaian listrik yang berguna untuk mengisolir bagian pembawa arus dan lainnya. Bahan tersebut harus memiliki rugi-rugi dielektrikum yang rendah, kekuatan mekanis yang tinggi, tahan terhadap perubahan suhu/pengaruh kimia, dan bebas dari pembentukan gas dan debu.

Konstanta dielektrik relatif dalam beberapa jenis bahan:

No.	Jenis bahan	Konstanta dielektrik
1.	Mika	2,5-7
2.	Gelas	4-7
3.	Air	80
4.	Lilin	2,25
5.	Udara	1

B. Fenomena Pada Bidang Bioteknologi

Berikut adalah beberapa berbagai jenis kapasitor yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan cara penggunaannya:

Air – Sering digunakan dalam rangkaian radio tuning
Mylar – Paling sering digunakan untuk sirkuit waktu seperti jam, alarm dan penghitung
Kaca – Baik untuk aplikasi tegangan tinggi
Keramik – Digunakan untuk tujuan frekuensi tinggi seperti antena, X-ray dan mesin MRI
Kapasitor super – Powers listrik dan mobil hibrida

Manfaat Kapasitor

Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain (pada PS = Power Supply)
Sebagai filter dalam rangkaian PS
Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antenna
Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon
Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar
Memilih panjang gelombang pada radio penerima
Menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronik
Untuk memilih frekuensi pada pesawat radio penerima
Untuk menghasilkan arus sesaat yang besar pada komponen blitz

C. Teknologi Pada Bidang Bioteknologi

Dalam industri biofarmasi, kultur sel mamalia dan serangga serta sel tumbuhan semakin penting di seluruh dunia untuk produksi biofarmasi dan sebagai produk itu sendiri, misalnya dalam terapi sel punca. Proses manufaktur berbasis sel yang canggih ini perlu dipantau dan dikendalikan untuk memastikan kualitas produk dan memenuhi persyaratan GMP.

Spektroskopi dielektrik berfungsi sebagai alat untuk memenuhi kebutuhan beberapa PAT. DS (Dielectric Spectroscopy) telah lama digunakan di bidang medis untuk memungkinkan pemantauan parameter kultur sel hidup secara real-time.

DS memiliki potensi untuk memungkinkan pengoptimalan proses, otomatisasi, penghematan biaya, dan kualitas produk yang lebih konsisten. Di sini kita melihat spektroskopi dielektrik sebagai alat untuk memantau proses biokimia. Potensi teknologi ini telah ditunjukkan menggunakan aplikasi saat ini dan masa depan dalam penelitian dan industri kultur sel mamalia dan serangga. Kultur sel hewan, tumbuhan dan serangga telah menjadi alat penting untuk biofarmasi untuk produksi protein dan aplikasi manusia.

Sebagai contoh, sel serangga yang digunakan untuk memproduksi protein rekombinan, virus, atau komponen virus menjadi semakin penting dalam bidang kedokteran regeneratif, terutama dalam terapi gen. Proses pembuatan sel atau produk terkait sel sangat kompleks dan harus memenuhi persyaratan GMP. Alat yang membantu memberikan informasi online langsung tentang status biologis kultur sel sangat berharga.

D. Contoh Soal Pada Bidang Bioteknologi Dan Pembahasannya

1. Jika muatan dan kapasitas kapasitor diketahui berturut-turut sebesar 5 μC dan 20 μF, tentukan beda potensial kapasitor tersebut !

ØDiketahui: Q= 5μC = 5x10-6C

C= 20μF = 2x10-5F

ØDitanya: V?

ØJawab:

2. Dua buah kotak bermuatan listrik masing masing 2μ dan 4μC terpisah pada jarak 30cm. (k=9.10⁹ Nm²/C²) tentukan gaya Coulomb kedua muatan tersebut, jika berada di udara dan berada di zat yang memiliki konstanta dielektrik =40!

ØDiketahui: Q1= 2μC

Q2= 4μC

Terpisah di jarak (r)= 30 cm

Konstanta (k)= 9x10⁹N.M²/C².

ØDitanya: Gaya Coloumb dalam kondisi:

a. Kedua muatan di udara?

b. Kedua muatan berada di zat dengan konstanta dielektrik sebesar 40?

ØJawab:

a. Gaya coloumb kedua muatan di udara

b. Gaya coloumb kedua muatan di zat dengan konstanta dielektrik (k)=40

E. Permasalahan Kontekstual Pada Bidang Bioteknologi, Solusi Penyelesaiannya, Dan Disain Miniatur Teknologi Penyelesaiannya

Penetapan peralatan uji dan prosedur untuk mengekstrak permitivitas komposit dielektrik yang digunakan dalam bahan bioteknologi, terutama di bidang medis, lingkungan, dan makanan rentang gelombang mikro. Kit uji dirancang untuk memudahkan pengisian sampel untuk karakterisasi. Penggunaan matriks kaskade gelombang untuk mengatasi efek diskontinuitas berlaku untuk dua panjang saluran transmisi yang berbeda dengan bentuk yang sama. Semua sampel yang digunakan dalam perangkat dianggap non-magnetik dan penelitian akan disetujui hanya ketika mode quasi-TEM disebarkan.

Teknologi broadband yang diusulkan dalam artikel ini adalah metode pengukuran parameter-S dan mengekstraksi cairan, pasir, dan umpan dengan kompleks palma permitivitas relatif dari perangkat saluran transmisi koaksial melingkar. Meskipun beberapa alternatif telah dipertimbangkan dalam literatur yang ada, bagian ini menunjukkan kemungkinan penggunaan bahan bioteknologi di bawah pengaruh formulasi matematika yang ketat tanpa menggunakan geometri. Ini adalah teknik yang cepat dan mudah ketika perangkat telah terisi penuh dengan sampel yang diuji. Teknologi saluran transmisi cocok untuk rentang frekuensi yang luas, tetapi penggunaannya dibatasi oleh diskontinuitas antarmuka antara konektor dan sel uji.

Dalam kasus terakhir, menggunakan dua saluran transmisi adalah cara yang lebih baik untuk memecahkan masalah daripada memilih rangkaian listrik yang setara untuk mewakili diskontinuitas.

F. Contoh Artikel Yang Sesuai

https://vincy23.blogspot.com/2019/10/penggunaan-kapasitor-dalam-kehidupan.html?m=1

https://core.ac.uk/download/pdf/5172843.pdf

https://www.researchgate.net/publication/336345307_COMPLEX_RELATIVE_PERMITTIVITY_EXTRACTION_TECHNIQUE_OF_BIOTECHNOLOGY_MATERIALS_IN_MICROWAVES_DOMAIN

https://blog.ub.ac.id/dedeadee/2013/02/19/bahan-dielektrik/

https://www.pinterpandai.com/konstanta-dielektrik-rumus-soal-jawaban/

http://ngestie-oetami.blogspot.com/2012/07/bahan-dielektrik-keramik.html?m=1