Material Magnetik, Dielektrik, dan Optik. Dwi Astuti Dian. Fathurrahman

1. BAHAN MAGNETIK,
DIELEKTRIK DAN OPTIK
Dwi Astuti Dian Kurniasari
Faturrahman

2. Gejala kemagnetan merupakan cikal bakal
berkembangnya pengetahuan tentang kelistrikan.
Ditemukan sejak 2000 tahun yang lalu di Yunani
pada sejenis batuan yang dinamakan magnetit
dikotamagnesia. Awal abad ke 12, magnet mulai
digunakan sebagai kompas karena sifatnya yang
selalu menunjuk arah utara dan selatan bumi. Sifat
kutub magnet mulai diselidiki ilmuwan,diantaranya:
Historis Magnet

3. • Pierre de Maricourt (1269) menemukan garis medan
magnet pada magnet berbentuk bola.
• William Gilbert (1600) menemukan sifat kemagnetan
bumi.
• John Michell (1750) menemukan hubungan gaya
magnet dengan jarak antar magnet.
• HC. Oersted, Marie Ampere, Biot dan Savart (awal
abad 19) menemukan hubungan listrik dan
magnetisme.
• M. Faraday dan J. Henry (1830) menemukan hubungan
medan magnet dengan medan listrik.
• J. C. Maxwell (1860) menyusun teori dan konsep
elektromagnetik.

4. Magnet terbaik umumnya mengandung besi metalik.
Namun, ternyata unsur lainpun menampilkan sifat
magnetik. Dalam teknologi modern kini digunakan
magnet logam dan keramik. Selain itu dimanfaatkan
pula unsur lain untuk meningkatkan kemampuan
magnet sehingga memenuhi persyaratan.
Bahan magnet

5.  Tiap electron atom akan memiliki momen
magnetic pm, yang disebut spin electron oleh ahli
fisika. Momen magnetic disebut magneton Bohr,
dan sama dengan 9,27x10‐27 A.m2. Elektron
biasanya berpasangan dalam orbit dan
membentuk spin atas dan bawah. Jadi, efek luar
dari momen tersebut tidak ada. Atom akan
bersifat magnet bila ada ketidak seimbangan
dalam spin elektron. Akhirnya, diketahui bahwa
hanya beberapa electron memiliki spin electron
yang tidak seimbang, dan dengan demikian
memiliki momen magnetik.
Gejala Kemagnetan Pada Atom

6. Momen dipol magnet atom
6

7. 1. Magnet alam (dahulu disebut batu magnet) Magnet alam
adalah mineral, Fe3O4 dalam fasa keramik alamiah
dengan ion O2‐ dalam kisi kps. Ion besi berada dalam
lokasi intertisial rangkap 4 dan rangkap 6. Secara lebih
terinci dapat dilihat ion Fe2+ berada pada lokasi rangkap
6,sedangkan ion Fe3+ terbagi rata pada rangkap 6 dan
rangkap 4. Struktur ini termasuk jenis struktur NiFe2O4
yang disebut spinnel. Sel satuan ini bersifat magnetic
karena momen magnet ion pada lokasi rangkap 6 sama
arahnya dan yang berada pada lokasi rangkap 4
Komposisi Bahan Magnetik

8. 2. Magnet logam,
Besi merupakan bahan magnet logam yang sering
dijumpai. Bahan logam lain yang memiliki permeabulitas
maksimum yang sangat tinggi, adalah permalloy, dan
medanoersif (‐Hc) yang tinggi adalah Alnico V.
3. Magnet Keramik.
Magnet keramik seperti, ferit terdiri dari senyawa ionik. Jadi
besi berbentuk Fe2+ atau Fe3+. Ion feros kehilangan dua
elektron, yaitu dua electron 4s dan satu electron 3d, jadi
tersisa lima electron yang tidak berpasangan. Contoh
:BeFe12+O19

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

10.  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
Diamagnetik

11.  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
Paramagnetik

12.  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
Feromagnetik

13.  Bahan anti ferromagnetik mempunyai
suscepbilitas positif yang kecil pada segala suhu,
tetapi perubahan suscepbilitas karena suhu
adalah keadaan yang sangat khusus. Susunan
dwikutubnya adalah sejajar tetapi berlawanan
arah. Contohnya hematite
Anti ferromagnetik

14.  Bahan ferrimagnetik memiliki resisitivitas yang
jauh lebih tinggi dibanding bahan ferromagnet,
Karena itu ferrimagnet (ferrit) layak digunakan
pada peralatan yang menggunakan frekuensi
tinggi disamping arus-eddy yang terjadi padanya
kecil. contohnya ferrit , seng , dan nikel
Ferrimagnetik

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

16.  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.
Bahan dielektrik

17.  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
Sifat Dielektrik

18. Dari gambar diatas, Medan Listrik dapat dirumuskan:

19.  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

20.  Kekuatan dielektrik adalah gradien tegangan
yang menghasilkan tegangan tembus listrik
melalui isolator. umumnya konstanta dielektrik
nilainya lebih tinggi sedikit pada bahan kramik,
karena ion dan bukan dwikutub molekuler yang
dipengaruhi oleh medan listrik. konstanta
dielektrik seperti juga isolator dan polimer peka
terhadap frekuensi. akan tetapi, dalam daerah
suhu biasanya hanya ada sidikit variasi pada
isolator kramik
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.
3. Waktu tunda tembus (time lag) adalah waktu yang
dibutuhkan sejak mulai terjadinya ionisasi sampai
terjadinya tembus listrik

22. Sifat Dielektrik Pada Bah

23. Keramik
Komposisi keramik 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, dan silikon dan oksigen mempunyai elektronnya dalam
struktur tetrahedral SiO4.
Meskipun demikian, bahan isolator keramik dapat juga rusak dibawah
pengaruh tegangan tinggi. Biasanya kerusakan merupakan gejala
permukaan. Sebagai contoh, busi kendaraan bermotor dapat tidak
berfungsi oleh karena terdapat uap lembab pada permukaan isolator

24. Kaca pada umumnya terdiri dari campuran silikat (SiO2 )dan beberapa
senyawa antara lain, borat, pospat. Kaca dibuat dengan cara
melelehkan beberapa senyawa silikat (pasir), alkali (Na dan K) dengan
bahan lain (kapur, oksida timah hitam). Karena itu sifat dari kaca
tergantung dari komposisi bahan-bahan pembentuknya tersebut.
 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.
Kaca

25. Sifat kelistrikan kaca pada suhu normal adalah sebagai
berikut :
a. resistivitas berkisar antara 108 hingga 1017 Ohmcm,
b. permitivitas relatif berkisar antara 3,8 hingga 16,2
c. kerugian sudut dielektriknya 0,00003 hingga 0,01,
d. tegangan break-down 25 hingga 50 KV/mm.
Kaca silika mempunyai sifat kelistrikan paling baik, pada
suhu kamar besarnya resistivitas adalah 107 Ohm-cm,
permitivitas relatif 3,8 dan dan kerugian sudut dielektriknya
1 MHz adalah 0,0003.
Sifat Kelistrikan Kaca

26. Kapasito

27. 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.
Saat kapasitor diberi tegangan, kapsitor akan menjadi bermuatan.
Satu pelat menjadi bermuatan positif dan pelat yang lainnya
bermuatan negatif. Jumlah masing-masing muatan pada kedua
pelat tersebut sama.

28. Jumlah muatanQ yang terdapat pada muatan sebanding dengan beda
potensial V sesuai dengan persamaan :
Q= CV
C menunjukkan kapasitansi kapasitor.
Kapasitansi kapasitor adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan
energi listrik.
Jenis kondensator diberi nama sesuai dengan dielektrikumnya, yaitu :
kertas, mika, film, keramik dan sebagainya.

29. Kapasitor ini digunakan untuk tuning pesawat radio atau
mencari gelombang radio. Kapasitor ini menggunakan
udara sebagai bahan dielektriknya. Kapasitor jenis ini
menggunakan pelat yang tidak dapat digerakkan (stator)
dan pelat yang dapat digunakan (rotor). Varco biasanya
terbuat dari bahan aluminium. Dengan memutar tombol,
luas pelat yang berhadapan dapat diataur sehingga
kapasitas kapasitor dapat diubah. Dengan mengubah
kapasitas kapasitor, frekuensi sirkuit yang dicari dapat
distel. Berikut ditunjukkan suatu varco.
a. Kapasitor variabel
(Varco)

30. Kapasitor keramik mempunyai dielektrik yang terbuat dari
keramik. Kapasitor ini memiliki elektroda logam dan
dielektritnya terdiri atas campuran titanium oksida dan
oksida lain. Kekuatan dielektriknya baik sekali sehingga
mempunyai kapasitas yang besar. Meskipun demikian,
ukuran kapasitor keramik relatif kecil. Kapasitor keramik
digunakan untuk meredam bunga api, seperti pada bunga
api yang timbul pada platina kendaraan bermotor.
b. Kapasitor keramik

31. Kapasitor ini mempunyai dielektrik yang terbuat dari
kertas. Kapasitor kertas mempunyai lapisan-lapisan
kertas setebal 0,05-0,02 mm di antara dua lembaran
kertas aluminium. Kertas tersebut diresapi dengan
minyak untuk memperbesar kapasitas dan kekuatan
dielektriknya.
c. Kapasitor kertas

32. Kapasitor plastik mempunyai selaput plastik sebagai
dielektriknya. Kapasitor ini mempunyai elektroda logam dan
lapisan dielektrik yang terbuat dari bahan polisterina, milar
atau teflon dengan tebal 0,0064 mm. Kapasitor plastik
digunakan untuk koreksi faktor daya dalam sisitem daya
listrik pada fisi nuklir, pembentukan logam hidrolik,
d. Kapasitor plastik

33. e. Kapasitor elektrolit (Elco)
Kapasitor elektrolit mempunyai dielektrik berupa oksida aluminium. Elektroda
positif terbuat dari bahan logam, seperti aluminium dan tantalum, sedangkan
elektroda negatif terbuat dari bahan elektrolit. Bahan dielektrik digunakan
untuk melapisi elektroda negatif. Tebal lapisan oksida sekitar 0,0001 mm.
Kapasitor ini hanya digunakan pada tegangan DC pada rangkaian radio,
televisi, telefon, telegraf, peluru kendali, dan perlengkapan komputer. Fungsi
elco adalah sebagai perata denyut arus listrik.

34. Kapasitas Kapasitor
Kapasitas kapasitor yaitu kemampuan kapasitor
untuk menyimpan energi listrik.
Dinyatakan dalam persamaan :

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

36. KONSTANTA DIELEKTRIK RELATIF
BEBERAPA JENIS BAHAN
4
5

37. Optik

38.  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,

39. BENDA
a. Benda yang bisa memancarkan cahaya sendiri (benda
terang) contoh matahari, bintang
b. Benda yang tidak memancarkan cahaya sendiri (benda
gelap)
Berdasarkan kemampuan suatu benda untuk dilewati
cahaya
1. Benda tidak tembus cahaya
2. Benda bening
3. Benda tembus cahaya

40. Benda tidak tembus cahaya atau Opaque, adalah benda-benda gelap yang
menghalangi cahaya untuk melewatinya. Opaque memantulkan semua cahaya
yang mengenainya. Benda semacam ini contohnya adalah buku, kayu, besi,
tembok, air keruh. dan sebagian besar bagian tubuh memantulkan atau
menyerap energi cahaya

41. Benda Transluent Benda transluent adalah benda-benda yang dapat
meneruskan sebagian cahaya yang datang dan menyebarkan sebagian
cahaya yang lainnya. Contohnya kain gorden tipis, dan beberapa jenis
plastik.

42. Benda Bening, yakni benda-benda yang dapat ditembus cahaya. Benda
bening juga sering disebut benda transparant. Benda transparant meneruskan
semua cahaya yang mengenainya. Contohnya kaca yang bening dan air jernih

43. PERSYARATAN BAHAN OPTIK
1. Bahan memiliki kemampuan transmisi tanpa distorsi, artinya
bahan dapat dipenuhi apabila permukaan datar dan sejajar
serta tanpa cacat dalam
2. Bahan harus dapat menyaring (filter) radiasi inframerah atau
ultraviolet
3. Untuk lensa optik harus dapat membiaskan cahaya
SIFAT BAHAN OPTIK
1. Bahan-bahan yang sifatnya membelokkan cahaya memiliki
indeks bias yang berbeda,
2. Indeks bias dipengaruhi oleh kerapatan suatu bahan

44. SIFAT CAHAYA
 Cahaya merambat lurus
 Cahaya dipantulkan
 Cahaya dibelokkan (pembiasan cahaya)
 Cahaya diuraikan (dispersi cahaya)

45. PEMANTULAN CAHAYA
A. Hukum pemantulan cahaya
 sinar datang (i), garis normal dan sinar
pantul (r) terletak pada satu bidang datar
 sudut datang sama dengan sudut pantul
(i = r)

46. SIFAT BAHAN OPTIK
Ketika seberkas cahaya mengenai permukaan suatu
benda, maka cahaya tersebut ada yang dipantulkan dan
ada yang diteruskan. Jika benda tersebut transparan
seperti kaca atau air, maka sebagian cahaya yang
diteruskan terlihat dibelokkan, dikenal dengan pembiasan.
Perambatan cahaya dalam ruang hampa udara memiliki
kelajuan c. Ketika cahaya merambat di dalam suatu
bahan, kelajuannya akan turun sebesar suatu faktor yang
ditentukan oleh karakteristik bahan yang dinamakan
indeks bias (n). Indeks bias merupakan perbandingan
(rasio) antara kelajuan cahaya di ruang hampa terhadap
kelajuan cahaya di dalam bahan seperti dinyatakan :
(299,792,458 meter/deti

47. No Medium Indeks
1 Vakum 1
2 Udara 1
3 Air (20°C) 1,33
4 Kuarsa 1,46
5 Kerona 1,52
6 Flinta 1,58
7 Kaca plexi 1,51
8 Intan 2,42
Indeks bias dari beberapa medium

48. A. Hukum
Pembiasan
Cahaya
1. sinar datang,
garis normal
dan sinar bias
terletak pada
satu bidang
datar.
2. perbandingan
sinus sudut
datang (i) dan

49. Pada pembiasan cahaya
berlaku:
n1 sin i = n2 sin r
n1 V1 = n2 V2
n1 . 1 = n2 . 2
f1 = f2
Keterangan:
n1 , n2 = indek bias medium 1 dan 2
v1 , v2 = cepat rambat cahaya dalam
medium 1 dan 2
f1 , f2 = frekuensi cahaya dalam
medium 1 dan 2
i = sudut datang
r = sudut bias

50. 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

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

52. 2. Bahan logam yang memiliki permeabulitas
maksimum yang sangat tinggi ...
A. Permalloy
B. Alnico
C. Nikel
D. Cobalt
Jawaban : A

53. 3. Bahan-bahan magnitik...
1. Cobalt
2. oksigen
3. Helium
4. Aluminium
5. Hidrogen
Diantara bahan-bahan diatas manakah bahan diamagnetik.
a. 3 dan 2
b. 3 dan 5
c. 3 dan 4
d. 1dan 5
Jawaban : B

54. 4. Disebut apakah suatu bahan yang apabila diberikan
medan potensial (tegangan) dapat mempertahankan
perbedaan potensial yang timbul diantara
permukaan yang diberikan potensial tersebut.
 A. magnetik
 B. dielektrik
 C. polarisator
 D. feromagnetik
Jawaban : B

55. 5. Sebuah kondensator 4,7 µF dihubungkan pada
tegangan 100 V. Berapakah muatan konsendatornya??
a. 470.10-6
b. 470. 10-5
c. 470. 10-7
d. 470. 10-3
Jawaban : A
Q= u C
Q= 100 x 4,7.10-6
Q= 470. 10-6

56. 6. Perhatikan pernyataan berikut ini:
1. Dapat menyaring (filter) radiasi inframerah
2. Terpaan elektrik yang dipikul dielektrik harus lebih besar atau sama
dengan kekuatan dielektriknya.
3. Memiliki kemampuan transmisi tanpa distorsi
4. Waktu tunda tembus (time lag) adalah waktu yang dibutuhkan sejak
mulai terjadinya ionisasi sampai terjadinya tembus listrik
Dari pernyataan diatas yang merupakan syarat yang harus dipenuhi untuk
tembus listrik ...
a. 1 dan 2
b. 1 dan 3
c. 2 dan 3
d. 2 dan 4 Jawaban : D

57. 7. Berikut ini adalah bahan – bahan
dielektrik, kecuali….
a. Kaca
b. Keramik
c. Mika
d. Silikon
Jawaban : D

58. 8. Perhatikan pernyataan dibawah ini:
1. Bahan memiliki kemampuan transmisi tanpa distorsi
2. Bahan dapat dipenuhi apabila permukaan datar dan
sejajar serta tanpa cacat dalam
3. Bahan yang sifatnya membelokkan cahaya memiliki
indeks bias yang berbeda
4. Bahan harus dapat menyaring (filter) radiasi inframerah
atau ultraviolet
Pernyataan diatas merupakan persyaratan bahan optik,
kecuali ...
a. 1
b. 2
c. 3
d. 4
Jawaban : C

59. 9. Yang merupakan benda transulent adalah
...
a.Buku dan plastik
b.Kaca bening dan besi
c. Gorden tipis dan plastik
d.Kaca bening dan air jernih
Jawaban : C

60. 10. 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/sJawaban : A

61. 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