Makalah Sifat-Sifat Bahan Bahan Listrik, Konduktor, Isolator, Semikonduktor, Superkonduktor,Nuklir
BAB 1
Latar
Belakang
Di dalam sistem tanaga listrik bahan
listrik merupakan salah satu elemen yang harus dipenuhi karena bahan
listrik itulah yang akan menentukan kualitas penyaluran energi listrik
itu sendiri, karena tanpa ada bahan yang menyalurkan daya tentunya tidak akan
pernah ada aliran listrik yang sesuai dengan kebutuhan penyaluran. Ada beberapa
bahan listrik yang sering kita dengar atau yang sangat popular di kalangan
orang orang yang menggeluti dunia listrik , yaitu konduktor, semikonduktor, dan
isolator. Satu lagi yang dikenal dengan super konduktor , namun masih
dalam penelitian intensif para ahli . Ketiga bahan tadi secara integratif
dalam sistem kelistrikan dimanfaatkan secara optimal.
Penghantar atau penyalur dalam bahan
listrik adalah zat yang dapat menghantarkan arus listrik, baik berupa zat
padat, cair atau gas. Karena sifatnya yang konduktif maka disebut konduktor.
(id.wikipedia.org) Konduktor yang baik adalah yang memiliki tahanan jenis yang
kecil. Pada umumnya logam bersifat konduktif. Emas, perak, tembaga, alumunium,
zink, besi berturut-turut memiliki tahanan jenis semakin besar. Jadi sebagai
penghantar emas adalah sangat baik, tetapi karena sangat mahal harganya, maka
secara ekonomis tembaga dan alumunium paling banyak digunakan
(id.wikipedia.org).
Yang termasuk bahan-bahan penghantar
adalah bahan yang memiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar orbit.
Elektron bebas ini akan sangat berpengaruh pada sifat bahan tersebut. Jika
suatu bahan listrik memiliki banyak elektron bebas pada orbit-orbit elektron,
bahan ini memiliki sifat sebagai penghantar listrik
(yantekbansel.wordpress.com)
Bahan penghantar dalam penyaluran
listrik yang berupa zat padat, cair ,atau gas yang memiliki banyak electron
adalah konduktor yang baik , termasuk logam yang berupa emas perak ,tembaga,
aluminium, zink, bisa di gunakan sebagai konduktor atau penyalur listrik , yang
bisa di di kategorikan sebagai sebagai bahan penyalur listrik yang baik.
Bahan bahan listrik yang di gunakan
sebagai pengantar atau penyalur listrik yang berupa zat padat,cair, atau gas
dapat di kelompokkan sebagai berikut:
1. Bahan penghantar ( Konduktor)
2. Bahan setengah penghantar (semi konduktor)
3. Bahan penyekat (isolator)
4. Bahan super konduktor
5. Bahan magnetis
6. Bahan nuklir
7. Bahan khusus
BAB 11
PEMBAHASAN
Konduktor, isolator, semi konduktor
dan bahan lainnya mempunya sifat sifat tersendiri , dan jenis sifat sifat
tersebut sebagai berikut:
A. Konduktor
Konduktor dalam rekayasa elektronik
adalah zat yang dapat melakukan arus listrik, baik dalam bentuk padat, cair
atau gas. Karena itu konduktif, itu disebut konduktor
(www.dosenpendidikan.com). Bahan konduktor merupakan penghantar listrik
yang baik . Bahan ini mempunyai daya hantar listrik (Electrical Conductivity)
yang besar dan tahanan listrik (Electrical resistance) yang kecil. Bahan
penghantar listrik berfungsi untuk mengalirkan arus listrik. Saat melakukan
penyaluran arus listrik yang perlu di perhatikan adalah fungsi kabel ,
kumparan/ lilitan yang ada pada alat listrik yang anda jumpai . Juga pada
saluran transmisi/distribusi. Dalam teknik listrik , bahan penghantar yang
sering di jumpai adalah tembaga dan alumunium .
1. Sifat sifat bahan konduktor
a. Daya hantar listrik
Arus
yang mengalir dalam suatu penghantar selalu mengalami hambatan dari penghantar
itu sendiri. Besar hambatan tersebut tergantung dari bahannya. Besar hambatan
tiap meternya dengan luas penampang 1mm2 pada temperatur200C dinamakan
hambatan jenis. Besarnya hambatan jenis suatu bahan dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan :
R= ρl/A
dimana :
R : Hambatan dalam penghantar, satuanya ohm (Ω)
ρ : hambatan jenis bahan, dalam satuan ohm.mm2/m
l : panjang penghantar, satuannya meter (m)
A : luas penampang kawat penghantar, satuanya mm2
b. Koefesien suhu tahanan
Telah
kita ketahui bahwa dalam suatu bahan akan mengalami perubahan volume bila
terjadi perubahan temperatur. Bahan akan memuai jika temperatur suhu naik dan
akan menyusut jika temperatur suhu turun.
Bahan
penghantar yang paling banyak dipakai adalah tembaga , karena tembaga merupakan
bahan penghantar yang paling baik setelah perak dan harganya pun murah karena
banyak terdapat dimana-mana . Akhir-akhir ini banyak digunakan alumunium dan
baja sebagai penghantar walaupun tahanan jenisnya cukup besar , hal ini
dengan pertimbangan sangat berlimpah dan harganya menjadi lebih murah
c. Daya hantar panas
Daya hantar panas menunjukkan jumlah
panas yang melalui lapisan bahan tiap satuan waktu. Diperhitungkan dalam satuan
Kkal/jam 0C. Terutama diperhitungkan dalam pemakaian mesin listrik beserta
perlengkapanya. Pada umumnya logam mempunyai daya hantar panas yang tinggi
sedangkan bahan-bahan bukan logam rendah.
d. Kekuatan tegangan tarik dan
Sifat mekanis bahan sangat penting,
terutama untuk hantaran diatas tanah. Oleh sebab itu, bahan yang dipakai untuk
keperluan tersebut harus diketahui kekuatanya. Terutama menyangkut penggunaan
dalam pendistribusian tegangan tinggi. Penghantar listrik dapat berbentuk padat
, cair , atau gas . yang berbentuk padat umumnya logam , elektrolit dan logam
cair (air raksa) merupakan penghantar cair , dan udara yang diionisasikan dan
gas-gas mulia (neon) ,kripton ,dsb) sebagai penghantar bentuk gas .
e. Timbulnya daya electro motoris termo
Sifat ini sangat penting sekali
terhadap dua titik kontak yang terbuat dari dua bahan logam yang berlainan
jenis, karena dalam suatu rangkaian, arus akan menimbulkan daya elektro-motoris
termo tersendiri bila terjadi perubahan temperatur suhu.
Daya elektro-motoris termo dapat
terjadi lebih tinggi, sehingga dalam pengaturan arus dan tegangan dapat
menyimpang meskipun sangat kecil. Besarnya perbedaan tegangan yang dibangkitkan
tergantung pada sifat-sifat kedua bahan yang digunakan dan sebanding dengan
perbedaan temperaturnya. Daya elektro-motoris yang dibangkitkan oleh perbedaan
temperatur disebut dengan daya elektro-motoris termo.
2. Macam macam bahan konduktor
Fungsi
penghantar pada teknik lisrik adalah untuk menyalurkan energi listrik dari satu
titik ke titik lain Penghantar yang lazim digunakan antara lain: Tembaga dan
Alumunium. Beberapa bahan penghantar yang masih ada dan relevasinya ,antara
lain :
a. Alumunium
b. Tembaga
c. Baja
d. Wolfram
e. Molibdenum
f. Platina
g. Air raksa
h. ahan-bahan resistivitas tinggi
i. Timah hitam
3. Kriteria bahan konduktor
Penghantar
tenaga listrik, selain mensyaratkan konduktivitas yang tinggi juga membutuhkan
sifat mekanis dan fisika tertentu yang disesuaikan dengan penggunaan penghantar
itu sendiri.Selain masalah teknis, penggunaan logam sebagai penghantar ternyata
juga sangat ditentukan oleh nilai ekonomis logam tersebut dimasyarakat.
Sehingga suatu kompromi antara nilai teknis dan ekonomi logam yang akan
digunakan mutlak diperhatikan. Nilai kompromi termurahlah yang akan menentukan
logam mana yang akan digunakan. Pada saat ini, logam Tembaga dan Aluminium
adalah logam yang terpilih diantara jenis logam penghantar lainnya yang
memenuhi nilai kompromi teknis ekonomis termurah.
kriteria
mutu lainnya yang juga harus dipenuhi meliputi seluruh atau sebagian dari sifat
– sifat atau kondisi berikut ini, yaitu:
a. Komposisi kimia.
b. Sifat tarik seperti kekuatan tarik (tensile strength)
dan regangan tarik (elongation).
c. Sifat bending
d. Diameter dan variasi yang diijinkan.
e. Kondisi permukaan kawat harus bebas dari cacat, dan
lain-lain.
4.
Karakteristik
Konduktor
Ada 2 (dua) jenis karakteristik konduktor , yaitu :
a.
Karakteristik
mekanik, yang menunjukkan keadaan fisik dari konduktor yang menyatakan kekuatan
tarik dari pada konduktor (dari SPLN 41-8:1981, untuk konduktor 70 mm
berselubung AAAC-S pada suhu sekitar 30 oC, maka kemampuan maksimal dari
konduktor untuk menghantar arus adalah 275 A).
b.
Karakteristik
listrik, yang menunjukkan kemampuan dari konduktor terhadap arus listrik yang
melewatinya (dari SPLN 41-10 : 1991, untuk konduktor 70 mm2 berselubung AAAC-S
pada suhu sekitar 30 oC, maka kemampuan maksimum dari konduktor untuk menghantar
arus adalah 275 A)
c. Klasifikasi Konduktor Menurut Konstruksinya
1) Kawat padat (solid wire) berpenampang bulat.
2)
Kawat
berlilit (standart wire) terdiri 7 sampai dengan 61 kawat padat yang dililit
menjadi satu, biasanya berlapis dan konsentris.
3) kawat berongga (hollow conductor) adalah kawat
berongga yang dibuat untuk mendapatkan garis tengah luar yang besar.(
www.academia.edu)
5. Persyaratan Persyaratan Bahan Konduktor
a. Konduktifitasnya cukup baik.
b.
Kekuatan
mekanisnya (kekuatan tarik) cukup tinggi.
c.
Koefisien
muai panjangnya kecil.
d. Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar.
B. Semi Konduktor
Semikonduktor
adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara
insulator (isolator) dan konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan
setengah penghantar listrik. Suatu semikonduktor bersifat sebagai insulator
jika tidak diberi arus listrik dengan cara dan besaran arus tertentu, namun
pada temperatur, arus tertentu, tatacara tertentu dan persyaratan kerja
semikonduktor berfungsi sebagai konduktor, misal sebagai penguat arus, penguat
tegangan dan penguat daya. Untuk menggunakan suatu semikonduktor supaya bisa
berfungsi harus tahu spesifikasi dan karakter semikonduktor itu, jika tidak
memenuhi syarat operasinya maka akan tidak berfungsi dan rusak. Bahan
semikonduktor yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide.
(id.wikipedia.com)
Semikonduktor
merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan
sebuah IC (integrated circuit). Disebut semi atau setengah konduktor, karena
bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan-bahan logam seperti tembaga,
besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan
atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.
Tahun 1906 ,pickard merancang suatu diode detector dari Kristal slikon yang
disebut dengan nama Cat’s wishker, dimana alat yang di buatnya ini terdiri atas
suatu kawat yang disambungkan dengan Kristal silicon (elektroloss.blogspot).
Alat inilah yang dikenal sebagai dioada semikonduktor yang pertama.dalam bidang
industri penemuan komponen semikonduktor mengakibatkan banyak perubahan dalam
kehidupan manusia; terutama dilihat mamfaatnya dalam membantu kelancaran
proses industri, diantaranya:
a.
Dipergunakannya
komponen pasif seperti hambatan, kapasitor, Inductor, dan transformator sebagai
kelengkapan dalam menyusun suatu rangkaian elektronik.
b.
Dibuatnya
alat elektronik radio AM, radio FM, penguat suara hi-fi, TV warna, pemancar FM
c.
Penggunaan
alat elektronik untuk mengatur dan menjalankan mesin-mesin industry,dengan
ditemukannya; diode tegangan tinggi, diode daya tinggi
Semikonduktor telah
memberikan pengaruh besar dan menjadi bagian yang tak terpisahkan dalam
peradaban manusia saat ini. Kita bisa menemukan semikonduktor pada jantung chip
mikroprosesor hingga pada transistor. Nyaris semua peralatan elektronik
bergantung sepenuhnya pada keberadaan semikonduktor.
1). Susunan Atom Semikonduktor
Bahan semikonduktor yang banyak
dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Gallium Arsenida
(GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat
komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah
ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan
terbanyak ke dua yang ada di bumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca dan batu-batuan
lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon. Dapatkah anda
menghitung jumlah pasir di pantai.Struktur atom kristal silikon, satu inti atom
(nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang
stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom
kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada
suhu yang sangat rendah (0oK), struktur atom silikon divisualisasikan seperti
pada gambar berikut.
Ikatan
kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti
atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator
karena tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik.
Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas,
sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa
jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi
konduktor yang baik.
2). Jenis Jenis Semikonduktor
Ada dua
jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor
ekstrinsik.
a). Semikonduktor Intrinsik
Semi
konduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum mengalami penyisipan oleh
atom akseptor atau atom donor. Pada suhu tinggi elektron valensi dapat
berpindah menuju pita konduksi, dengan menciptakan hole pada pita valensi.
Pengahantar listrik pada semikonduktor adalah elektron dan hole.
(
elektroloss.blogspot.co.id/)
b). Semikonduktor Ekstrinsik
Semikondutor
ekstrinsik merupakan semikonduktor yang memperoleh pengotoran atau penyuntikan
(doping) oleh atom asing.
3). Karaktersitik Bahan Semikonduktor
a).
Semikonduktor elemental
Semikonduktor
elemental terdiri atas unsur – unsur pada sistem periodik golongan IV A seperti
silikon (Si), Germanium (Ge) dan Karbon (C). Karbon semikonduktor ditemukan
dalam bentuk kristal intan. Semikonduktor intan memiliki konduktivitas panas
yang tinggi sehingga dapat digunakan dengan efektif untuk mengurangi efek panas
pada pembuatan semikonduktor laser.
b).
Semikonduktor Gabungan
Semikonduktor
gabungan (kompon) terdiri atas senyawa yang dibentuk dari logam unsur periodik
golongan IIB dan IIIA (valensi 2 dan 3) dengan non logam pada golongan VA dan
VIA (valensi 5 dan 6) sehingga membentuk ikatan yang stabil (valensi 8).
Semikonduktor gabungan III dan V misalnya GaAs dan InP, sedangakan gabungan II
dan VI misalnya CdTe dan ZnS.
4.) Penggunaan Bahan Semikonduktor
Semikonduktor
merupakan terobosan dalam teknologi bahan listrik yang memungkinkan pembuatan
komponen elektronik dalam wujud mikro, sehingga peralatan elektronik dapat
dibuat dalam ukuran yang lebih kecil. Beberapa komponen elektronik yang menggunakan
bahan semikonduktor yaitu:
a).
Dioda
Dioda
merupakan peranti semikonduktor yang dasar. Diode memiliki banyak tipe dan tiap
tipe memiliki fungsi dan karakteristik masing-masing. Kata Diode berasal
dari Di (Dua) Ode (Elektrode), jadi Diode adalah komponen yang memiliki
dua terminal atau dua electrode yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik
dalam satu arah. Dengan kata lain diode bekerja sebagai Konduktor bila beda
potensial listrik yang diberikan dalam arah tertentu (Bias Forward) tetapi diode
akan bertindak sebagai Isolator bila beda potensial listrik diberikan dalam
arah yang berlawanan (Bias Reverse) Tipe dasar dari diode adalah diode
sambungan PN.
b).
Transistor
Transistor
adalah komponen elektronik yang dibuat dari materi semikonduktor yang dapat
mengatur tegangan dan arus yang mengalir melewatinya dan dapat berfungsi
sebagai saklar elektronik dan gerbang elektronik.
c). IC
(Integrated Circuit)
Integrated
Circuit merupakan komponen elektronik yang terdiri atas beberapa terminal
transistor yang tergabung membentuk gerbang. Masing – masing gerbang dapat
dioperasikan sehingga membentuk logika tertentu yang dapat mengendalikan
pengoperasian suatu perangkat elektronik. Gabungan dari beberapa buah IC dan
komponen lain dapat diproduksi dengan menggunakan bahan semikonduktor dalam
bentuk chip. Chip multifungsi ini kemudian dikenal sebagai mikroprosesor yang
berkembang hingga sekarang.
5). Doping dan Persiapan bahan semikonduktor
a). Doping
semikonduktor
Salah satu
alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya
dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil
ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini disebut dopan. Doping sejumlah besar ke
semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan faktor lebih besar
dari satu milyar. Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline
silicon didop-berat seringkali digunakan sebagai pengganti logam.
b).
Persiapan bahan semikonduktor
Semikonduktor
dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan handal diperlukan untuk
produksi massa. Tingkat kemurnian kimia yang diperlukan sangat tinggi karena
adanya ketidaksempurnaan, bahkan dalam proporsi sangat kecil dapat memiliki
efek besar pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan
yang tinggi juga diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti
dislokasi, kembaran, dan retak tumpukan) mengganggu properti semikonduktivitas
dari material. Retakan kristal merupakan penyebab utama rusaknya perangkat
semikonduktor. Semakin besar kristal, semakin sulit mencapai kesempurnaan yang
diperlukan. Proses produksi massa saat ini menggunakan ingot (bahan dasar)
kristal dengan diameter antara empat hingga dua belas inci (300 mm) yang
ditumbuhkan sebagai silinder kemudian diiris menjadi wafer.
Karena
diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk
membuat perangkat semikonduktor, metode khusus telah dikembangkan untuk
memproduksi bahan semikonduktor awal. Sebuah teknik untuk mencapai kemurnian
tinggi termasuk pertumbuhan kristal menggunakan proses Czochralski. Langkah
tambahan yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal
sebagai perbaikan zona. Dalam perbaikan zona, sebagian dari kristal padat
dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan,
sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga menghasilkan
bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan.
Dalam
pembuatan perangkat semikonduktor yang melibatkan heterojunction antara
bahan-bahan semikonduktor yang berbeda, konstanta kisi, yaitu panjang dari
struktur kristal yang berulang, penting untuk menentukan kompatibilitas antar
bahan.
(www.academia.edu)
C. Isolator
Bahan
penyekat (isolator) digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan.
Untuk itu pemakaian bahan penyekat perlu mempertimbangkan sifat kelistrikanya.
Di samping itu juga perlu mempertimbangkan sifat termal, sifat mekanis, dan
sifat kimia. Sifat kelistrikan mencakup resistivitas, permitivitas, dan
kerugian dielektrik. Penyekat membutuhkan bahan yang mempunyai resistivitas
yang besar agar arus yang bocor sekecil mungkin. Yang perlu diperhatikan di
sini adalah bahwa bahan isolasi yang higroskopis hendaknya dipertimbangkan
penggunaannya pada tempat-tempat yang lembab karena resistivitasnya akan turun.
Resistivitas juga akan turun jika tegangan yang diberikan naik.
Isolator :
1).
mempunyai sifat dapat mengisolir arus listrik,
2). memiliki
tahanan listrik (resistansi) yang besar sekali.
3). susunan
atomnya sedemikian rupa sehingga elektronvalensinya sulit berpindah
ke pita konduksi, karena celah energinya (energy gap) besar
sekali.
4). Jika
terjadi perpindahan elektron dari pita valensi ke pita konduksi, dengan
perkataan lain terjadi tegangan tembus (breakdown voltage).
Bahan yang
disebut sebagai bahan isolator adalah bahan dielektrik, ini disebabkan jumlah
elektron yang terikat oleh gaya tarik inti sangat kuat. Elektro-elektronya
sulit untuk bergerak atau bahkan tidak sangat sulit berpindah, walaupun telah
terkena dorongan dari luar. Bahan isolator sering digunakan untuk bahan
penyekat (dielektrik). Pennyekat listrik terutama dimaksudkan agar listrik
tidak dapat mengalir jika pada bahan penyekat tersebut diberi tegangan listrik.
Untuk dapat memenuhi persyaratan tersebut, diperlukan jenis bahan yang sesuai.
Selain syarat tersebut juga diperlukan syarat yang lain yang dipertimbangkan
untuk memenuhi pemakaianya. Antara lain:
1). Sifat Kelistrikan isolator
Bahan
penyekat mempunyai tahanan listrik yang besar. Penyekat listrik ditujukan untuk
mencegah terjadinya kebocoran arus listrik antara kedua penghantar yang berbeda
potensial atau untuk mencegah loncatan listrik ketanah. Kebocoran arus listrik
harus dibatasi sekecil-kecilnya (tidak melampui batas yang telah ditentukan
oleh peraturan yang berlaku).
2). Sifat Mekanis isolator
Mengingat
luasnya pemakaian bahan penyekat, maka dipertimbangkan kekuatan struktur
bahannya. Dengan demikian, dapat dibatasi hal-hal penyebab kerusakan dikarenakan
kesalahan pemakaiannya. Misal diperlukan bahan yang tahan tarikan, maka kita
harus menggunakan bahan dari kain daripada kertas. Bahan kain lebih kuat
terhadap tarikan daripada bahan kertas.
3). Sifat Termis isolator
Panas yang
ditimbulkan dari dalam oleh arus listrik atau oleh arus gaya magnet,
berpengaruh terhadap kekuatan bahan penyekat. Demikian panas yang berasal dari
luar (alam sekitar). Dalam hal ini, kalau panas yang ditimbulkan cukup tinggi,
maka penyekat yang digunakan harus tepat. Adanya panas juga harus
dipertimbangkan, agar tidak merusak bahan penyekat yang digunakan.
4). Sifat Kimia isolator
Panas yang
tinggi yang diterima oleh bahan penyekat dapat mengakibatkan perubahan susunan
bahan kimia . Demikian juga pengaruh adanya kelembaban udara, basah yang ada di
sekitar bahan penyekat. Jika kelembaban tidak dapat dihindari, haruslah dipilih
bahan penyekat yang tahan terhadap air. Demikian juga adanya zat-zat lain dapat
merusak struktur kimia bahan. Mengingat adanya bermacam-macam asal, sifat dan
ciri bahan penyekat, maka untuk memudahkan kita dalam memilih untuk aplikasi
dalam kelistrikan, kita akan membagi bahan penyekat berdasar kelompoknya.
Pembagian kelompok bahan penyekat adalah sebagai berikut:
a). Bahan tambang (batu pualam, asbes, mika,
dan sebagainya)
b). Bahan berserat (benang, kain, kertas,
prespon, kayu, dan sebagainya)
c). Gelas dan keramik
d). Plastic
e). Karet, bakelit, ebonit, dan sebagainya
f). Bahan yang dipadatkan.
Penyekat
bentuk cair yang penting dan banyak digunakan adalah minyak transformator dan
macam-macam hasil minyak bumi. Sedang penyekat bentuk gas adalah nitrogen dan
karbondioksida (CO2). Penggunaan bahan isolator selain sebagai bahan penyekat
adalah sebagai bahan tahanan (resistor). Bahan tahanan yang umumnya dipakai
merupakan paduan/ campuran logam-logam terdiri dari dua atau lebih unsur bahan
campuran. Pemakaian bahan tahanan dalam kelistrikan, antara lain:
a). Untuk pembuatan kotak tahanan standart
dan shunt
b). Untuk tahanan dan rheostats
c). Untuk
unsur pemanas, kompor listrik dan sebagainya.
Sesuai
dengan penggunaanya bahan tahanan haruslah memiliki tahanan jenis yang tinggi,
koefisien temperatur yang tinggi, dan memiliki daya elektro-motoris termo yang
kecil. Pada penggunaan yang membutuhkan daya tahan panas tinggi, bahan tahanan
harus dipilih yang memiliki titik cair yang tinggi, selain itu bahan tahanan.
pada keadaan panas yang tinggi tidak mudah dioksidir sehingga menjadi berkarat.
D. Superkonduktor
Superkonduktivias
adalah sebuah fenomena yang terjadi dalam beberapa material pada suhu rendah,
dicirikan dengan ketiadaan hambatan listrik dan "dampin" dari medan
magnetik interior (efek Meissner). Superkonduktivitas adalah sebuah fenomena
mekanika-kuantum yang berbeda dari konduktivitas sempurna.
Dalam
superkonduktor konvensional, superkonduktivitas disebabkan oleh sebuah gaya
tarik antara elektron konduksi tertentu yang meningkat dari pertukaran phonon,
yang menyebabkan elektron konduksi memperlihatkan fase superfluid terdiri dari
pasangan elektron yang berhubungan. Ada juga sebuah kelas material, dikenal
sebagai superkonduktor tidak konvensional, yang memperlihatkan
superkonduktivitas tetapi yang ciri fisiknya berlawanan dengan teori
superkonduktor konvensional. Apa yang disebut superkonduktor suhu-tinggi
superkonduk pada suhu yang jauh lebih tinggi dari yang dimungkinkan menurut
teori konvensional (meskipun masih jauh di bawah suhu ruangan.) Sekarang ini
tidak ada teori lengkap tentang superkonduktivitas suhu-tinggi.
Superkonduktivitas
terjadi di berbagai macam material, termasuk unsur sederhana seperti timah dan
aluminum, beberapa logam alloy, beberapa semikonduktor di-dop-berat, dan
beberapa "compound" keramik berisi bidang atom tembaga dan oksigen.
Kelas compound yang terkahir, dikenal sebagai kuprat, adalah superkonduktor
suhu-tinggi.
Superkonduktivitas
tidak terjadi dalam logam mulia seperti emas dan perak, atau di banyak logam
ferromagnetik, meskipun ada beberapa material menampilkan baik superkonduktivitas
dan ferromagnetisme telah ditemukan tahun-tahun belakangan ini.
(Wikipedia.id)
1). Sifat kelistrikan superkonduktor
Sebelum
menjelaskan prinsip superkonduktor, akan lebih baik jika terlebih dahulu
menjelaskan bagaimana kerja logam konduktor pada umumnya. Bahan logam tersusun
dari kisi-kisi dan basis serta electron bebas. Ketika medan listrik diberikan
pada bahan, elektron akan mendapat percepatan. Medan listrik akan menghamburkan
elektron ke segala arah dan menumbuk atom-atom pada kisi. Hal ini menyebabkan
adanya hambatan listrik pada logam konduktor.
Pada bahan
superkonduktor terjadi juga interaksi antara electron dengan inti atom. Namun
elektron dapat melewati inti tanpa mengalami hambatan dari atom kisi. Efek ini
dapat dijelaskan oleh Teori BCS. Ketika elektron melewati kisi, inti yang
bermuatan positif menarik elektron yang bermuatan negatif dan mengakibatkan
elektron bergetar.
Jika ada dua
buah elektron yang melewati kisi, elektron kedua akan mendekati elektron
pertama karena gaya tarik dari inti atom-atom kisi lebih besar. Gaya ini
melebihi gaya tolak-menolak antar electron sehingga kedua elektron bergerak
berpasangan. Pasangan ini disebut Cooper Pairs. Efek ini dapat dijelaskan
dengan istilah Phonons. Ketika elektron pertama pada Cooper Pairs melewati inti
atom kisi. Elektron yang mendekati inti atom kisi akan bergetar dan memancarkan
Phonon. Sedangkan elektron lainnya menyerap Phonon. Pertukaran Phonon ini
mengakibatkan gaya Tarik menarik antar elektron. Pasangan elektron ini akan
melalu kisi tanpa gangguan dengan kata lain tanpa hambatan.
2). Sifat kemagnetan seperkonduktor
Sifat lain
dari superkonduktor yaitu bersifat diamagnetisme sempurna. Jika sebuah
superkonduktor ditempatkan pada medan magnet, maka tidak akan ada medan magnet
dalam superkonduktor. Hal ini terjadi karena superkonduktor menghasilkan medan
magnet dalam bahan yang berlawanan arah dengan medan magnet luar yang
diberikan. Efek yang sama dapat diamati jika medan magnet diberikan pada bahan
dalam suhu normal kemudian didinginkan sampai menjadi superkonduktor. Pada suhu
kritis, medan magnet akan ditolak. Efek ini dinamakan Efek Meissner.
3). Sifat
quantum superkonduktor
Teori dasar
Quantum untuk superkonduktor dirumuskan melalui tulisan Bardeen, Cooper dan Schriefer
pada tahun 1957. Teori dinamakan teori BCS. Fungsi gelombang BCS menyusun
pasangan partikel dan. Ini adalah bentuk lain dari pasangan partikel yang
mungkin dengan Teori BCS. Teori BCS menjelaskan bahwa :
a).
Interaksi tarik menarik antara elektron dapat menyebabkan keadaan dasar
terpisah dengan keadaan tereksitasi oleh energi gap.
b).
Interaksi antara elektron, elektron dan kisi menyebabkan adanya energi gap yang
diamati. Mekanisme interaksi yang tidak langsung ini terjadi ketika satu
elektron berinteraksi dengan kisi dan merusaknya. Elektron kedua memanfaatkan
keuntungan dari deformasi kisi. Kedua elektron ini beronteraksi melalui
deformasi kisi. (academica.edu)
4). Tipe
tipe superkonduktor
Berdasarkan
interaksi dengan medan magnetnya, maka superkonduktor dapat dibagi menjadi dua
tipe yaitu Superkonduktor Tipe I dan Superkonduktor Tipe II
a). Superkonduktor tipe I
Superkonduktor
tipe I menurut teori BCS (Bardeen, Cooper, dan Schrieffer) dijelaskan dengan
menggunakan pasangan elektron (yang seringdisebut pasangan Cooper). Pasangan
elektron bergerak sepanjang terowongan penarik yang dibentuk ion-ion logam yang
bermuatan positif .
Akibat dari
adanya pembentukan pasangan dan tarikan ini arus listrik akan bergerak dengan
merata dan superkonduktivitas akan terjadi. Superkonduktor yang berkelakuan
seperti ini disebut superkonduktor jenis pertama yang secara fisik
ditandai dengan efek Meissner, yakni gejala penolakan medan magnet luar
(asalkan kuat medannya tidak terlalu tinggi) oleh superkonduktor. Bila kuat
medannya melebihi batas kritis, gejala superkonduktivitasnya akan menghilang.
Maka pada superkonduktor tipe I akan terus menerus menolak medan magnet yang
diberikan hingga mencapai medan magnet kritis. Kemudian dengan tiba-tiba bahan
akan berubah kembali ke keadaan normal.
b). Superkonduktor tipe II
Superkonduktor
tipe II ini tidak dapat dijelaskan dengan teori BCS karena apabila
superkonduktor jenis II ini dijelaskan dengan teori BCS, efek Meissner nya
tidak terjadi. Abrisokov berhasil memformulasikan teori baru untuk menjelaskan
superkonduktor jenis II ini. Ia mendasarkan teorinya pada kerapatan pasangan
elektron yang dinyatakan dalam parameter keteraturan fungsi gelombang.
Abrisokov dapat menunjukkan bahwa parameter tersebut dapat
mendeskripsikan pusaran (vortices) dan bagaimana medan magnet dapat memenetrasi
bahan sepanjang terowongan dalam pusaran-pusaran ini. Lebih lanjut ia pun
dengan secara mendetail dapat memprediksikan jumlah pusaran yang tumbuh seiring
meningkatnya medan magnet. Teori ini merupakan terobosan dan masih digunakan
dalam pengembangan dan analisis superkonduktor dan magnet
Superkonduktor
tipe II akan menolak medan magnet yang diberikan. Namun perubahan sifat
kemagnetan tidak tiba-tiba tetapi secara bertahap. Pada suhu kritis, maka bahan
akan kembali ke keadaan semula. Superkonduktor Tipe II memiliki suhu kritis
yang lebih tinggi dari superkonduktor tipe I.
E. Bahan
Magnetis
Magnet atau
magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet
(magnit) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu
Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang
kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu
magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Pada saat ini,
suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi
tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang
sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan.
Magnet
selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan
(south/ S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut
akan tetap memiliki dua kutub. Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda
bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua
logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua
contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan
oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh
magnet.
a). sifat
sifat magnetis
1). Sifat
kutub
Semua magnet
memperlihatkan ciri-ciri tertentu. Magnet memiliki dua tempat yang gaya
magnetnya paling kuat. Daerah ini disebut kutub magnet. Ada 2 kutub magnet,
yaitu kutub utara (U) dan kutub selatan (S). Seringkali kita menjumpai magnet
yang bertuliskan N dan S. N merupakan kutub utara magnet itu (singkatan dari
north yang berarti utara) sedangkan S kutub selatannya (singkatan dari south
yang berarti selatan).
Magnet dapat
berada dalam berbagai bentuk dan ukuran. Bentuk yang paling sederhana berupa
batang lurus. Bentuk lain yang sering kita jumpai misalnya bentuk tapal kuda
(ladam) dan jarum. Pada bentuk-bentuk ini, kutub magnetnya berada pada ujung-ujung
magnet itu. Gambar C1 memperlihatkan berbagai bentuk magnet yang sering kita
jumpai.
Jika dua
buah magnet saling didekatkan, magnet pertama akan mengerjakan gaya pada magnet
kedua, dan magnet kedua mengerjakan gaya kepada magnet pertama. Gaya magnet,
seperti halnya gaya listrik, berupa tarikan dan tolakan. Jika dua kutub utara
didekatkan, maka keduanya tolak-menolak. Dua kutub selatan juga saling menolak.
Namun, jika kutub selatan didekatkan pada kutub utara, maka kedua kutub ini
akan tarik-menarik. Sehingga kita dapat membuat aturan untuk kutub magnet:
kutub senama tolak-menolak, dan kutub tak senama tarik-menarik.
b). Theory
magnet
Teori lain
tentang sifat magnet adalah teori Weiss yang mendasarkan padasifat spin
elektron. Weiss mengemukakan bahwa setiap elektron yang ada pada atomunsur
selalu berputar pada sumbunya dan bersifat sebagai magnet elementer. Arah
perputaran (spin) elektron yang satu dengan elektron lainnya dapat saling
berlawanan(oleh karena itu jika arah yang satu diberi harga positif maka arah
kebalikannya diberiharga negatif). Semakin banyak suatu logam memiliki elektron
berspin sama (berarahsama), semakin kuat sifat kemagnetan dari logam itu. Logam
transisi tertentu(terutama besi dan campurannya), spin elektronnya dapat diarahkan
menjadi spinsearah. Kelompok elektron yang mempunyai spin searah disebut
kelompok Weiss;
kelompok-kelompok
Weiss dalam logam akan saling memperkuat dan membuatlogam itu bersifat magnet.
F. Bahan
Nuklir
Bahan
Nuklir. Beberapa bahan yang ada di alam, seperti uranium, apabila direaksikan
dengan neutron, akan mengalami reaksi pembelahan dan menghasilkan energi yang
dapat digunakan untuk memanaskan air hingga menjadi uap. Selanjutnya uap
tersebut dapat digunakan untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik.
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir komersial yang pertama adalah Reaktor Magnox,
yang dibangun pada tahun 1950-an di Inggris. Bahan nuklir sering dipakai
sebagai bahan baker reaktor nuklir. Reaktor nuklir adalah pesawat yang
mengandung bahan-bahan nuklir yang dapat membelah, yang disusun sedemikian
sehingga suatu reaksi berantai dapat berjalan dalam keadaan dan kondisi
terkendali. Dengan sendirinya syarat agar suatu bahan dapat dipergunakan
sebagai bahan bakar nuklir adalah bahan yang dapat mengadakan fisi (pembelahan
atom). Dalam reaktor nuklir digunakan bahan bakar uranium 235, plutonium-239,
uranium-233.
BAB III
KESIMPULAN
Adapun bahan
listrik yang sering kita dengar atau yang sangat popular di kalangan orang
orang yang menggeluti dunia listrik atau electro, yaitu konduktor.
Semikonduktor, isolator dan superkonduktor. Konduktor dalam rekayasa elektronik
adalah zat yang dapat melakukan arus listrik, baik dalam bentuk padat, cair
atau gas. Karena itu konduktif, itu disebut konduktor, Dalam bahan konduktor
mempunyai sifat sifat penting seperti, daya hantar panas, koipisien suhu,
kekuatan tegangan Tarik dan Timbulnya daya electro motoris termo, adapun bahan
bahan yang di gunakan dalam konduktor meliputi Alumunium, Tembaga, Baja,
wolfram, molibdenium, platina dan air raksa. Kriteria bahan konduktor meliputi
: Komposisi kimia. Sifat tarik seperti kekuatan tarik (tensile strength)
, tegangan tarik (elongation) dan Sifat bending, konduktor memiliki dua
karakteristik, yaitu Karakteristik mekanik yang menunjukkan keadaan fisik
dari konduktor dan yang ke dua Karakteristik listrik, yang menunjukkan
kemampuan dari konduktor. Adapun klasifikasi konduktor menurut konstruksinya
meliputi Kawat padat (solid wire) berpenampang bulat, Kawat berlilit (standart
wire) terdiri 7 sampai dengan 61 kawat padat yang dililit menjadi satu, kawat
berongga (hollow conductor) adalah kawat berongga yang dibuat untuk mendapatkan
garis tengah luar yang besar. Adapun Persyaratan Persyaratan Bahan Konduktor
meliputi. Konduktifitasnya cukup baik, Kekuatan mekanisnya (kekuatan tarik)
cukup tinggi.Koefisien panjangnya kecil. Dan Modulus kenyalnya (modulus
elastisitas) cukup besar. Di dalam bahan listrik istilah Semikonduktor
merupakan elemen yang tidak akan terpisahkan, Semikonduktor adalah sebuah bahan
dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator (isolator) dan
konduktor. Adapun susunan Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya
adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Gallium Arsenida (GaAs). Germanium. Ada
dua jenis semi konduktor yang pertama, Semi konduktor intrinsik adalah
semikonduktor yang belum mengalami penyisipan oleh atom akseptor atau atom
donor, dan yang ke dua Semikondutor ekstrinsik merupakan semikonduktor yang
memperoleh pengotoran atau penyuntikan (doping) oleh atom asing. Adapun
karakteristik semikonduktor meliputi semi konduktor elemental dan semikonduktor
gabungan. Penggunaan bahan semikonduktor meliputi, diode atau peranti
semikonduktor dasar, Transistor atau komponen elektronik yang dibuat dari
materi semikonduktor, dan Integrated Circuit yang merupakan komponen elektronik
yang terdiri atas beberapa terminal transistor yang tergabung membentuk
gerbang. Dalam bahan listrik isolator tidak akan terpisahkan dari sitem tenaga
listrik atau elektrik, Bahan penyekat (isolator) digunakan untuk memisahkan
bagian-bagian yang bertegangan, mempunyai sifat dapat mengisolir arus listrik,
memiliki tahanan listrik (resistansi) yang besar. Bahan yang disebut sebagai
bahan isolator adalah bahan dielektrik, yang disebabkan oleh jumlah elektron
yang terikat oleh gaya tarik inti yang kuat. Adapun isolator mempunyai sifat
kelistrikan, sifat mekanis, sifat termis dan sifat kimia, pembagian bahan
isolator meliputi, Bahan tambang, Bahan berserat, Gelas dan keramik, Karet,
bakelit, ebonit, dan sebagainya. Dan begitu juga dengan bahan Superkonduktor.
Bahan superkonduktor atau Superkonduktivias adalah sebuah fenomena yang
terjadi dalam beberapa material pada suhu rendah, dicirikan dengan ketiadaan
hambatan listrik dan "dampin" dari medan magnetik interior (efek
Meissner). superkonduktor memiliki sifat kelistrikan, sifat kemagnetan
dan sifat quantum, adapun tipe tipe dari superkonduktor yaitu Superkonduktor
tipe I yang menurut teori BCS (Bardeen, Cooper, dan Schrieffer) dijelaskan
dengan menggunakan pasangan elektron (yang seringdisebut pasangan Cooper), dan
superkonduktor tipe II.
