ILMU BAHAN LISTRIK

INDRA DARMAWAN, ST

PERTEMUAN 1

Rencana kuliah

MateriBahan Penghantar

Bahan IsolatorBahan Semikonduktor

Bahan MagnetikBahan Super Konduktor

Rencana kuliah

Komponen Peruliahan

Persentase Penilaian

O Tugas O QUISO Ujian Tengah

SemesterO Ujian Akhir Semester

O 20 %O 15 (6 Kali)%

O 30%O 35 (Bahan Setelah UTS)%

Ilmu dan Rekayasa Material

OMaterial science disiplin ilmu yang mempelajari hubungan antara struktur material dengan sifat–sifat material.

O Material engineeringdisiplin ilmu yang mempelajari hubungan struktur dan sifat bahan, mendisain struktur bahan untuk mendapatkan sifat – sifat yang diinginkan

Material science

O Struktur bahanpengaturan/susunan elemen–elemen di dalam bahan. Tinjauan struktur bahan dibedakan atasO Struktur subatonik : ditinjau dari susunan

elektron dengan inti O Level atom : ditinjau dari pengaturan atom

atau molekul satu sama lain O Mikroskopik : ditinjau dari kumpulan group–

group atom O Makroskopik : ditinjau dari struktur yang bisa

dilihat dengan mata telanjang

Material engineering

O Sifat bahandilihat dari kemampuan bahan menerima perlakuan dari luar. Sifat –sifat bahan padat bisa di kelompokkan atas 6 kategoriO sifat mekanik O sifat listrik O sifat termal / panas O sifat magnet O sifat optik O sifat deterioratif (penurunan kualitas)

Atom

Setiap atom terdiri dari inti yang sangat kecil yang terdiri dari proton dan neutron, dan di kelilingi oleh elektron yang bergerak. Elektron dan proton mempunyai muatan listrik yang besarnya 1,60 x 10 -19 C dengan tanda negatif untuk elektron dan positif untuk proton sedangkan neutron tidak bermuatan listrik. Massa partikel-partikel subatom ini sangat kecil: proton dan neutron mempunyai massa kira-kira sama yaitu 1,67 x 10 -27 kg, dan lebih besar dari elektron yang massanya 9,11 x 10 -31 kg

IKATAN ATOM PADA BAHAN PADAT

O Ikatan IonBiasanya ditemukan pada senyawa

yang dibangun oleh unsur logam dan bukan logam. Atom logam akan memberikan elektron valensinya ke atom-atom non logam. Pada proses ini semua atom akan menjadi stabil atau mempunyai konfigurasi gas mulia dan bermuatan listrik, yaitu atom-atom ini menjadi ion

Ikatan Ion

Ikatan IonO Gaya ikat tarik menarik adalah

coloumbik; yaitu ion positif dan negatif tarik menarik satu sama lain karena adanya muatan listrik netto. Untuk dua ion yang terisolasi, energi tarik EA adalah fungsi jarak atom sesuai dengan

dan dengan analogi yang sama, energi tolak adalah

Pada perumusan diatas, A, B dan n adalah konstanta yang harganya tergantung pada masing-masing sistem ion. Harga n kira-kira 8. Material ion mempunyai karakteristik keras dan rapuh, secara listrik dan termal adalah isolator.

Ikatan KovalenO Pada ikatan kovalen, konfigurasi elektron stabil diperoleh

dengan membagi elektron antara atom yang berdekatan. Dua atom yang berikatan kovalen masing-masing akan menyumbangkan minimal satu elektron keikatan, dan elektron yang dipakai bersama bisa di anggap dipunyai bersama oleh kedua atom

O Ikatan kovalen digambarkan secara skematik pada Gambar dibawah untuk molekul metana (CH4 ). Atom karbon mempunyai empat elektron valensi,sedangkan setiap atom hidrogen mempunyai sebuah elektron valensi. Setiap atom 4 hidrogen bisa mendapatkan konfigurasi elektron helium (dua elektron valensi 1s) ketika atom karbon membaginya dengan satu elektron. Karbon sekarang mempunyai empat tambahan elektron, satu dari setiap hidrogen sehingga total elektron valensi menjadi delapan, dan struktur elektronnya adalah neon

Ikatan Kovalen

Ikatan LogamO Ikatan logam, jenis ikatan primer terakhir, ditemukan

pada logam dan paduannya. Material logam mempunyai satu, dua atau paling banyak tiga elektron valensi. Dengan model ini, elektron valensi tidak terikat kepada atom tertentu pada bahan padat namun lebih kurang ia akan bebas hanyut/bergerak melewati keseluruhan logam. Elektron ini bisa dianggap dimiliki oleh logam secara keseluruhan, atau membentuk “lautan elektron” atau “awan elektron. Gambar dibawah memperlihatkan ilustrasi skematik ikatan logam

Ikatan LogamIkatan ini bisa lemah atau kuat, jangkauan energinya antara 68 kJ/mol (0,7 ev/atom) untuk raksa hingga 850 kJ/mol (8.8 ev/atom) untuk wolfram. Temperatur leleh masing-masing berturut-turut adalah –39 dan 3410 0 C (–38 dan 6170F).

IKATAN SEKUNDER ATAU IKATAN VAN DER WAALS

O Ikatan sekunder, van der Waals atau fisik adalah lemah jika dibandingkan dengan ikatan primer atau kimia; energi ikat biasanya dalam kisaran 10 kJ/mol (0,1 ev/atom). Ikatan sekunder timbul antara semua atom atau molekul, tapi keberadaannya tidak jelas jika salah satu dari ketiga jenis ikatan primer ada. Ikatan sekunder dibuktikan oleh gas mulia, yang mempunyai struktur elektron yang stabil, dan juga diantara molekul yang strukturnya berikatan kovalen

MOLEKULO Molekul bisa didefinisikan sebagai sebuah kelompok

atom yang terikat bersamasama oleh ikatan primer yang kuat. Dalam konteks ini, keseluruhan spesimen padat yang terikat dengan ikatan logam dan ion bisa dianggap sebagai molekul tunggal. Pada cairan terkondensasi dan bahan padat, ikatan antar molekulnya adalah ikatan sekunder lemah. Konsekuensinya, material molekul mempunyai temperatur leleh dan didih yang rendah. Sebagian besar dari mereka yang mempunyai molekul kecil yang dibentuk oleh beberapa atom adalah gas pada temperatur dan tekanan biasa atau ambien

Bahan Penghantar ( Konduktor)

O Bahan Penghantar (konduktor) adalah bahan yang menghantarkan listrik dengan mudah. Bahan ini mempunyai daya hantar listrik (Electrical Conductivity) yang besar dan tahanan listrik (Electrical Resistance) kecil. Bahan penghantar listrik berfungsi untuk mengalirkan arus listrik

Sifat bahan konduktorO Yang termasuk bahan-bahan penghantar

(konduktor) adalah bahan yang memiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar orbit. Elektron bebasini 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. Bahan penghantar memiliki sifat-sifat penting, yaitu : Daya Hantar Listrik Arus yang mengalir dalam suatu penghantar selalu mengalami hambatan dari penghantar itu sendir

Sifat Bahan KonduktorO Sifat MekanisO Sifat FisisO Sifat Kimia

Sifat Mekanis

yaitu perubahan bentuk dari suatu benda padat akibat adanya gaya-gaya dari luar yang bekerja pada benda tersebut. Jadi adanya perubahan itu tergantung kepada besar kecilnya gaya, bentuk benda, dan dari bahan apa benda tersebut dibuat

Sifat MekanisJika tidak ada gaya dari luar yang bekerja, maka ada tiga kemungkinan yang akan terjadi pada suatu benda :O Bentuk benda akan kembali ke bentuk semula, hal ini

karena benda mempunyai sifat kenyal (elastis).O Bentuk benda sebagian saja akan kembali ke bentuk

semula, hal ini hanya sebagian saja yang dapat kembali ke bentuk semula karena besar gaya yang bekerja melampaui batas kekenyalan sehingga sifat kekenyalan menjadi berkurang. 

O Bentuk benda berubah sama sekali, hal ini dapat terjadi karena besar gaya yang bekerja jauh melampaui batas kekenyalan sehingga sifat kekenyalan sama sekali hilang

Sifat FisisBenda padat mempunyai bentuk yang tetap (bentuk sendiri), dimana pada suhu yang tetap benda padat mempunyai isi yang tetap pula. Isi akan bertambah atau memuai jika mengalami kenaikkan suhu dan sebaliknya benda akan menyusut jika suhunya menurun. Karena berat benda tetap , maka kepadatan benda akan bertambah, sehingga dapat disimpulkan sebagai berikut O Jika isi (volume) bertambah (memuai), maka kepadatannya

akan berkurang O Jika isinya berkurang (menyusut), maka kepadatan akan

bertambahO Jadi benda lebih padat dalam keadaan dingin daripada dalam

keadaan panas

Sifat KimiaO berkarat adalah termasuk sifat kimia

dari suatu bahan yang terbuat dari logam. Hal ini terjadi karena reaksi kimia dari bahan itu sendiri dengan sekitarnya atau bahan itu sendiri dengan bahan cairan. Biasanya reaksi kimia dengan bahan cairan itulah yang disebut berkarat atau korosi. Sedangkan reaksi kimia dengan sekitarnya disebut pemburaman.

Sifat PentingO Daya hantar listrikO Koefisien tempratur hambatanO Daya hantar panasO  Modulus kenyalnya (modulus

elastisitas) cukup besarO Timbulnya daya elektro-motoris

termo

Daya hantar listrikO Arus yang mengalir dalam suatu penghantar

selalu mengalami hambatan dari penghantar itu sendiri. Besar penghantar tersebut tergantung dari bahannya

Koefisien tempratur hambatan

O Koefisien tempratur hambatan 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

O Rt = R0 [1+α(t1-T0)

Daya hantar panasO Daya hantar panas daya hantar

panas menunjukkan jumlah panas yang melalui lapisan bahan tipa satuan waktu. Diperhitungkan dalam satuan kilo kalori (Kkal) per jam. Terutama diperhitungkan dalam pemakaian mesin listrik beserta perlengkapannya. Dan pada umumnya suatu logam memiliki daya hantar panas yang tinggi

 Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar

O 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 pedistribusian tegangan tinggi

MODULUS ELASTISITAS

O ReganganDidefinisikan sebagai perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang awalnya (L). Pertambahan panjang ini tidak hanya terjadi pada ujungnya saja, tetapi pada setiap bagian batang yang terentang dengan perbandingan yang sama

O TeganganTegangan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tarik (F) yang dikerjakan pada benda dengan luas penampangnya (A).

Timbulnya daya elektro-motoris termo

O 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

Bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai konduktor, antara lain:

O Logam biasa, seperti: tembaga, aluminium, besi, dan sebagainya.

O Logam campuran (alloy), yaitu sebuah logam dari tembaga atau aluminium yang diberi campuran dalam jumlah tertentu dari logam jenis lain, yang gunanya untuk menaikkan kekuatan mekanisnya.

O Logam paduan (composite), yaitu dua jenis logam atau lebih yang dipadukan dengan cara kompresi, peleburan (smelting) atau pengelasan (welding).

Klasifisikasi konduktor menurut konstuksinya :O kawat padat (solid wire) berpenampang

bulat.O kawat berlilit (standart wire) terdiri 7

sampai dengan 61 kawat padat yang dililit menjadi satu, biasanya berlapis dan konsentris.

O kawat berongga (hollow conductor) adalah kawat berongga yang dibuat untuk mendapatkan garis tengah luar yang besar

TERIMA KASIH