Materi Teknik Elektro: Struktur Fisik dan Sifat Material Teknik

Kontrak Perkuliahan 1 Identitas Mata Kuliah Nama Mata Kuliah Kode Mata Kuliah Jumlah SKS Semester Manfaat MataKuliah Materi TeknikElektro TE 2 SKS 1 : Mahasiswa dapat menjelaskan konsep dasar dari materi TeknikElektro : Kegiatan kuliah Materi Teknik Elektro dilakukan secara berkesinambungan antara teori dan tugas yang diberikan : Materi Teknik Elektro diberikan secara terstruktur yang diselesaikan dalam satu semester dengan 2 SKS : Mampu memahami teori-teori dasar dalam penerapan dan laboratorium : Menggunakan strategi Student Centred Learning (STL) dengan memberikan beberapa topik yang dibahas mahasiswa secara berkelompok ataupun perorangan : Materi bahan-bahan yang dipergunakan pada pembangkitan, transmisi, distribusi dan instalasi : Buku-buku yang berkaitan dengan materi bahan-bahan yang dipergunakanpada ketenagalistrikan : Yang berkaitan dengan hubungan materi teknik elektro dan aplikasibahan : Penilaian berdasarkan kontrak perkuliahan dengan mahasiswa dengan bobot 60% nilai perkuliahan dan 40% nilai tugas-tugas : Perkuliahan dilakukan secara menyeluruh sebanyak 16 kali pertemuan dengan 2 SKS teori dan tugas-tugas yang diserahkan pada minggu berikutnya 2 3 Diskripsi MataKuliah 4 StandarKopetensi 5 KopetensiDasar mempraktikan di 6 Strategi Perkuliahan 7 MateriPokok 8 BukuBacaan 9 Tugas-tugas 10 KreteriaPenilaian 11 Rancangan Perkuliahan Acara Wakil Mahasiswa Bukit Jimbaran Pengampu 1

SAP (Satuan Acara Perkuliahan) No 1 1 Kompetensi Dasar 2 Mendeskripsikan perspektiftentang struktur fisik dan sifat-sifat makroskopik benda padat, cair dan gas; Klasifikasi material teknik elektro, konduktor, semikonduktor, isolator, super konduktor dan bahan magnetik dan permasalannya Indikator Capaian 3 Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswadiharapkan dapat : Materi Pokok 4 1. Pengertian tentang struktur fisik dan sifat- sifat makroskopik benda padat,cair dan gas; Klasifikasi material teknik elektro, konduktor, semikonduktor, isolator, super konduktor dan bahan magnetik. 2. Mampu memahami struktur fisikdan sifat-sifat makroskopik benda padat,cair dan gas; Klasifikasi material teknik elektro, konduktor, semikonduktor, isolator, super konduktor dan bahanmagnetik 1. Mengimplementasikan perspektif tentang struktur fisik dan sifat- sifat makroskopik benda padat, cair dan gas; Klasifikasi material teknik elektro, konduktor, semikonduktor, isolator, super konduktor dan bahan magnetik. 2. Menganalisis struktur fisik dan sifat-sifat makroskopik benda padat, cair dan gas; Klasifikasi material teknik elektro, konduktor, semikonduktor, isolator, super konduktor dan bahan magnetik. 1. Pengertian tentang sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifatmekanis dari bahan 2 Mendeskripsikan perspektiftentang sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifat mekanis dari bahan Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswadiharapkan dapat : 1. Mengimlementasikan perspektif tentang sifat kelistrikan, sifatthermal, 2

konduktivitas, sifatfisis, kimia dan sifat mekanis dari bahan konduktor dan superkonduktor. 2. Menganalisis sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifatfisis, kimia dan sifat mekanis dari bahan konduktordan superkonduktor. konduktor dan superkonduktor konduktor dan superkonduktor. 2. Mampu memahamiSifat kelistrikan,sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifatmekanis dari bahan konduktordan superkonduktor. 1. Pengertian tentang sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifatmekanis dari bahan semikonduktor 2. Mampu memahami sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifatmekanis dari bahan semikonduktor. Mendeskripsikan perspektif tentang sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dansifat mekanis dari bahan semikonduktor 3 Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswadiharapkan dapat : 1. Mengimlementasikan perspektif tentang sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifat mekanis dari bahan semikonduktor. 2. Menganalisis sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifat mekanis dari bahan semikonduktor. Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswadiharapkan dapat : Mendeskripsikan perspektif tentang sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dansifat mekanis dari bahan semikonduktor 1. Pengertian tentang sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifatmekanis dari bahan semikonduktor. 2. Mampu memahamisifat kelistrikan,sifat thermal, 3 1. Mengimlementasikan perspektif tentang sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifat mekanis daribahan semikonduktor. 3

konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifatmekanis dari bahan semikonduktor. 2. Menganalisis sifat kelistrikan,sifat thermal,konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifat mekanis daribahan semikonduktor. Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswadiharapkan dapat : 1. Pengertian tentang sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifatmekanis dari bahan semikonduktor. 2. Mampu memahami sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifatmekanis dari bahan semikonduktor. 4 Mendeskripsikan perspektif tentang Sifat kelistrikan, sifat thermal , sifat fisis,kimiadan sifat mekanis dari bahan isolasi gas, cair (minyak),padat (isolasi isolasi kaca, plastik,polimer); konduktivitas, 1. Mengimlementasikan perspektif tentang sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifat mekanis daribahan semikonduktor. 2. Menganalisis sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifat mekanis daribahan semikonduktor. Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswadiharapkan dapat : berserat, mineral, porselin, 1. Pengertian sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifatmekanis dari bahan magnetik; Sifat fisis dan optis dari serat optik. 2. Mampu memahami sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifatmekanis dari bahan magnetik;Sifat 5 Mendeskripsikan perspektif tentang Sifat kelistrikan, sifat thermal , sifat fisis,kimiadan sifat mekanis dari bahan Sifat fisis dan optis dariserat optik konduktivitas, 1. Mengimlementasikan perspektif tentang sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifat mekanis daribahan magnetik; Sifat fisisdan optis dari seratoptik. 2. Menganalisis sifat kelistrikan, sifat thermal, konduktivitas, sifat fisis, kimia dan sifat mekanis daribahan magnetik; Sifat fisisdan magnetik; 4

optis dari seratoptik. fisis dan optis dari seratoptik. 6 Mendeskripsikan perspektif tentang bahan energi secara langsung (photovoltaic, thermoelectric, elektrokimia, Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswadiharapkan dapat : 1. Pengertian bahan konversi energi secaralangsung (photovoltaic, thermoelectric, elektrokimia, dll); dan mengaplikasikan material ke teknikelektro. 2. Mampu memahami bahankonversi energisecara langsung (photovoltaic, thermoelectric, elektrokimia, dll); dan mengaplikasikan materialteknik elektro. konversi 1. Mengimlementasikan perspektif tentang bahan konversi energi secara langsung (photovoltaic, thermoelectric, elektrokimia, dll); dan mengaplikasikan material ke teknik elektro. 2. Menganalisis bahan konversi energi secara langsung(photovoltaic, thermoelectric, elektrokimia, dll); dan mengaplikasikan material teknikelektro. dll); dan mengaplikasikan material tekni k elektro. 5

DAFTAR ISI Lembar Judul ................................................................................ HalamanPengesahan ..................................................................... Kata Pengantar ............................................................................. Kontrak Perkuliahan ..................................................................... SAP............................................................................................... DAFTAR ISI .................................................................................. vi i ii iii iv v BAB I Struktur Sifat-Sifat Dan Mikrokopis Benda Padat, Cair, Dan Gas ......................................................................................... 1.1 Bahan isolasi yang berbentuk gas ................................ 1 1.2 Bahan isolasi berbentuk cair ........................................ 1.3 Bahan Isolasi Berbentuk Padat..................................... 4. Sifat-Sifat Makrokopis Benda Padat, Cair, dan Gas ............................................................... 5. Klasifikasi Bahan Konduktor, Semikonduktor, Isolator, Super Konduktor Dan Bahan Magnetik ...................... BAB II Sifat Kelistrikan, Sifat Thermal, Konduktivitas, Sifat Fisis, Kimia Dan Sifat Mekanis Dari Bahan Konduktor Dan Superkonduktor .................. 2.1 Konduktor .................................................................. 2.2 Super Konduktor ............................................................... 28 BAB III Sifat Kelistrikan, Sifat Thermal, Konduktivitas, Sifat Fisis, Kimia Dan Sifat Mekanis Dari Bahan Semikonduktor .............................................. 34 3.1 Sifat-Sifat Mekanik ..................................................... 34 3.2 Karakteristik Termal ................................................... 37 3.3 Pengaruh Medan Listrik .............................................. 39 3.4 Sifat-sifat Semikonduktor............................................ 40 Bab IV Sifat Kelistrikan, Sifat Thermal, Konduktivitas, Sifat Fisis, Kimia Dan Sifat Mekanis Dari Bahan IsolasiGas, Cair (Minyak), Padat (Isolasi Berserat, IsolasiMineral, Kaca, Porselin, Plastik, Polimer) ............................................ 41 4.1 Bahan Isolasi Gas ....................................................... 4.2 Bahan Isolasi Cair ....................................................... 41 4.3 Bahan Isolasi Padat ..................................................... 42 Bab V Sifat Fisis Dan Optis Dari Serat Optik ...................................... 47 5.1 Fungsi Fiber Optik ...................................................... 47 1 2 3 4 5 22 22 41 6

5.2 Cara Kerja Fiber Optik ............................................... 3. Bagian-Bagian Serat Optik Jenis Single Mode ............. 49 Kode Warna Pada Kabel Serat Optik ......................... BAB VI Bahan Konversi Energi Secara Langsung (Photovoltaic, Thermo Electric, Elektro Kimia, Dll); Aplikasi Material Teknik Elektro .................................... 52 6.1 Photovoltaic .............................................................. 6.2 Thermo Electric ......................................................... 53 6.3 Elektro Kimia ............................................................ 57 6.4 Aplikasi Material Teknik Elektro .............................. 60 48 4. 50 52 7

DAFTARTABEL Tabel 1. Tegangan Tembus Minyak Transformator Untuk Jarak 2,5 mm .................................................................. 3 Tabel 2. Kandungan Silicon Bahan Baja Kelistrikan .................... 19 Tabel 3. Beberapa Bahan Magnet Kertas ...................................... 21 Tabel 4. Nilai Konduktivitas Termal Beberapa Benda .................. 26 Tabel 5. Sifat Mekanik Bahan ....................................................... Tabel 6. Warna Serat Optik .......................................................... 35 50 8

DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Distribusi Fermi-Dirac Sebagai Dasar Struktur Pita Dalam Semikonduktor .................................................. 8 Gambar 2. Contoh isolator ............................................................ Gambar 3. Penggunaan Keramik Sebagai Isolator ......................... 12 Gambar 4. Grafik Hubungan Antara Resistivitas Terhadap Suhu . 14 Gambar 5. Keadaan Normal Atom Kisi Pada Logam .................... 15 Gambar 6. Keadaan Superkonduktor Atom Kisi pada logam ....... 15 Gambar 7. Efek Meissner .............................................................. Gambar 8. Diagram Tegangan-Regangan Bahan ........................... 36 Gambar 9. Sifat Thermal Dan Suhu .............................................. Gamber 10. Kabel Serat Optik ...................................................... Gambar 11. Sel Volta .................................................................... 12 16 38 50 58 9

DAFTAR RUMUS Rumus 1. Sulfur Heksafluorida (SF6) ........................................... Rumus 2. Fluxi .............................................................................. Rumus 3. Kuat Medan ................................................................... Rumus 4. Momen Magnetis ........................................................... 18 Rumus 5. Rapat Fluxi .................................................................... Rumus 6. Suseptibilitas Magnetis .................................................. 18 Rumus 7. Magnetisasi ................................................................... Rumus 8. Hambatan Jenis ............................................................. Rumus 9. Perubahan Hambatan Jenis ............................................ 23 Rumus 10. Konduktivitas Termal .................................................. Rumus 11.Tahanan Termal .......................................................... Rumus 12. Modulus Elastis ........................................................... Rumus 13. Pertambahan penjang L/L yang sebanding dengan naiknya suhu T ................................................38 Rumus 14. Daya Hantar Panas ..................................................... Rumus 15. Pengaruh Medan Listrik .............................................. Rumus 16. Mobilitas ..................................................................... Rumus 17. Tahanan Jenis .............................................................. 1 18 18 18 19 23 25 25 35 38 39 39 39 10

BAB I SIFAT-SIFAT STRUKTUR MIKROKOPIS BENDA PADAT, DAN GAS DAN CAIR, 1.1 Bahan IsolasiYang Berbentuk Gas Contoh : a.Udara Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapat dan mempunyai yang cukup besar yaitu 30kV/cm. Susunan udara di muka bumi, terdiri atas 79% Nitrogen (N2) dan 20% Oksigen (O2), sisanya adalah sekitar 1% terdiri dari: Argon, Helium, Neon, Kripton, karbondioksida dan lain-lain. Pada sistem jaringan tenaga listrik, maka udara merupakan bahan penyekat antara kawat konduktor atau antara kawat konduktor dengan tanah. Pada tekanan yang tidak terlalu tinggi, udara merupakan bahan penyekat yang baik, kebocoran melalui udara adalah kecil sekali. Tetapi pada tekanan yang cukup tinggi, maka akan terjadi loncatan elektron di udara. Udara sering juga pendingin. tegangan tembus sedangkan digunakan sebagai 1

b.Hidrogen Sifat-sifatnya berbau,merupakan gas yang teringan,mudah terbakar tetapi tidak memelihara pembakaran,bila bercampur dengan udara mudah meletustegangan hidrogen ekonomis bila dipergunakan pada kapasitas 15 MW ke atas. Keuntungan pengunaan gas hidrogen dibandingkan dengan udara : Kebisingan suara berkurangTemperatur pendinginan yang dibutuhkan relatif rendahEfisiensi dapat naik antara 0,7 sampai 1% lebih tinggi dengan kepekatan Hidrogen 8 sampai 10 kali lebih rendah daripada udara. Daya hantar panas hidrogen 6 sampai 7 kali lebih besar daripada udara. Tidak membutuhkan pengamanan terhadap bahaya kebakaran (hidrogen tidak memelihara kebakaran). c.Sulfur Heksafluorida (SF6) Sulfur heksafluorida (SF6) merupakan gas hasil reaksi eksotermis antara unsur sulfur dengan fluor : adalah: tidak berwarna dan tidak tembusnya 18 kV/cmgas mesin-mesin suatu S + 3 F2 SF6 + 262 kalori................................................................1 Sifat-sifatnya : Merupakan gas terberat (massa jenisnya 6,14 kg/m3 atau sekitar 5 kali berat udara )Tidak mudah terbakar Tidak larut dalam air Tidak beracunTidak berwarna dan tidak berbauTegangan tembusnya sangat tinggi yaitu 75 kV/cmTepat sekali digunakan sebagai pendingin pada peralatan listrik yang menimbulkan panas atau bunga api. 1

d. Ciri Khas Molekul Zat Gas adalah gaya tarik menarik sangat kecil, teratur, letaknya saling berjauhan, dan sangat bebas. susunannya sangat tidak bergerak 1.2 Bahan Isolasi Berbentuk Cair Bahan isolasi cair biasanya digunakan sebagai bahan pengisi pada beberapa peralatan listrik, misalnya: transformator, rheostat dsb. Dalam hal ini, bahan isolasi cair berfungsi sebagai isolator arus listrik dan sekaligus sebagai pendingin. Oleh karena itu bahan isolator cair harus mempunyai tegangan tembus yang besar dan daya hantar panas yang tinggi. a. Minyaktransformator Fungsi minyak transformator adalah mengeluarkan panas yang ditimbulkan kumparan dan melindungi kumparan transformator dari pengaruh air. arus listrik dalam Tabel 1. Tegangan Tembus Minyak Transformator Untuk Jarak 2,5 mm Minyak Sedang dipakai Tegangan Kerja Miyak Baru > 35 KV 40 KV 35 KV 6-35 KV 30 KV 25 KV < 6 KV 30 KV 20 KV 2

Agar minyak transformator dapt berfungsi sebagai pendingin yang baik, maka kekentalannya tidak boleh terlalu tinggi agar mudah dalam tangki. Untuk memperpanjang umur minyak transformator, bisa dilakukan mencampurnya dengan senyawa tertentu, antara lain dengan paraoksi diphenilamin. Senyawa dimasukkan ke dalam minyak transformator yang telah dipanasi hingga 850C. Campuran yang terjadi, konsentrasinya dibuat didinginkan. Minyak transformator yang sudah diberi senyawa paraoksi berwarna kemerah- merahan. Ciri Khas Molekul Zat Cair adalah : gaya tarik menarik tidak begitu beraturan, letaknya agak renggang, dan bebas berpindah-pindah tempat bersirkulasi di dengan cara tersebut 0,1% dan selanjutnya diphenilamin akan kuat, susunannya tidak bergerak 1.3 Bahan Isolasi Berbentuk Padat Ciri Khas Molekul Zat Gas adalah : gaya tarik menarik sangat kecil, susunannya sangat tidak teratur, letaknya saling berjauhan, dan bergerak sangat bebas. a. Bahan tambang Bahan tambang merupakan bahan yang asalnya didapat dari penggalian tanah. Bahan ini ada yang berbentuk bijih (besi, timah, seng dan lain-lain), dan harus diproses terlebih dahulu dalam dapur untuk mendapatkan bahan yang dikehendaki. Selain itu ada beberapa brongkolan/batu (pualam, batu tulis dan sebagainya). 2

1)Batu pualam Yang dimaksud dengan batu pualam adalah batu kapur (CaCo3) atau dolimit yang dipoles. Sifat- sifatnya yaitu ada yang berwarna putih, kuning, kelabu dan lain-lain tergantung dari warna pigmen, mudah pecah dan berat, dan mudah menghisap air atau minyak. Karena sifat-sifat tersebut diatas, maka sekarang batu pualam jarang dipakai sebagai bahan isolasi. 2)Asbes Asbes merupakan bahan yang berserat, tidak kuat dan mudah putus. Selain itu asbes tidak bisa terbakar jadi tahan panas tinggi. Asbes dapat dibuat lempeng- lempeng tipis, yang disebut kertas asbes. Sedangkan semen asbes dibuat dari bahan-bahan semen Portland sebagai pengikat dari asbes, kemudian dipres dalam keadaan dingin dan dibuat dalam lempeng, tabung dan lain-lain. Asbes disamping digunakan sebagai penyekat panas, juga sebagai penyekat listrik. Sebagai penyekat listrik, asbes digunakan pada tegangan mempertinggi daya sekat listriknya, asbes dicelupkan dalam vernis, sirlak atau bahan penyekat lainnya, sehingga daya mekanis dan daya tahanan airnya lebih kuat. bentuk papan, rendah. Untuk 3

3)Mika Sifat-sifat dari mika adalah kekuatan dielektriknya 3.000 V/mm, dielektric loss factornya rendah, tahanan listriknya tinggi, tahan terhadap panas dan lembab, kekuatan mekanisnya baik, temperaturnya kerjanya baik, dan mudah lentur tetapi kuat Bentuk senyawa dari mika : Mika alam, Muscovita [KAl2, AlSi3O(OH)2] disebut juga Lonit mika, merupakan bahan yang paling banyak digunakan. Selain itu Phlogopite [KAl2, AlSiO3(OH)2] sifat-sifatnya tidak sebaik Muscovite, tetapi tahan terhadap temperatur tinggi, mempunyai kestabilan yang tinggi dan jernih.Mika sintetis, fluorophlogopite, mika ini dibuat dengan jalan memanaskan campuran antara silikat, aluminium, magnesium, dan ditambahkan kedalam Fluorence Compound. Susunan atomnya hampir phlogopite.Penggunaan mika :Sebagai bahan isolasi yang terpenting seperti elemen-elemen pemanas mesin-mesin elektrikSebagai termasuk kelas C, karena tahan terhadap temperatur, bila dicampur dengan dielektrik membentuk golongan perantara B dan bila dicampur dengan silikon menghasilkan bahan dielektrik kelas H dipergunakan sebagai bahan pengisi kapasitor.Sebagai bahan kapasitor, mica receiving, mica transmitting dan mica reconstituted. 4). Mekanit Merupakan mika yang dirubah sesuai dengan kebutuhan pemakainya. Contohnya : polat mekanit, mekanit komutator, pita mekanit. sama dengan bahan dielektrik kelas A akan 4

5) Bahan-bahan berserat Ada tiga macam golongan dasar yang dipergunakan yaitu tumbuh- tumbuhan, binatang, dan bahan tiruan. Sebenarnya bahan ini kurang baik sebagai penyekat listrik, karena sifatnya yang sangat menyerap cairan. Kita tahu bahwa cairan dapat merusak penyekat dan daya sekat listrik akan turun. Faktor-faktor yang menyebabkan bahan serat dipakai sebagai penyekat listrik adalah bahannya akan melimpah sehingga harganya murah, daya mekanisnya cukup baik (kuat dan fleksibel), dengan disusun berlapis-lapis dan dengan dicampur zat-zat lain, dapat diperbaiki daya mekanisnya, daya sekatnya dan ketahanannya terhadap panas. Contohnya benang, terbuat dari atau sutra. Tekstil, terbuat dari benang yang ditenun dan dijadikan pita atau kain.selain itu dikenal juga tekstil tiruan, misalnya nilon, tetoron, decron, trilin dan sebagainya. 1.4 Sifat-Sifat Makrokopis Benda Padat, Cair, dan Gas Dalam pemilihan jenis bahan listrik, selain sifat listrik, perlu dipertimbangkan beberapa sifat lain dari bahan, yaitu : a. Sifat Mekanis, yaitu perubahan bentuk dari suatu benda padat akibat adanya gaya-gaya dari luar yang bekerja pada benda tersebut. Jadi perubahan itu tergantung kepada besar kecilnya gaya, bentuk benda, dan dari bahan apa benda tersebut dibuat. Jika tidak ada gaya dari luar yang bekerja, maka ada tiga kemungkinan yang akan terjadi pada suatu benda : a) Bentuk benda akan kembali ke bentuk semula, hal ini karena benda mempunyai sifat kenyal (elastis) adanya 4

b) 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. c) Bentuk benda berubah sama sekali, hal ini dapat terjadi karena besar gaya yang bekerja jauh melampaui batas kekenyalan sifat kekenyalan sama sekali hilang. b. Sifat Fisis, Benda padat mempunyai bentuk yang tetap (bentuk sendiri), dimana pada suhu yang tetap benda padat mempunyai isi akan bertambah atau memuai jika mengalami kenaikkan suhu dan menyusut jika suhunya benda tetap , maka bertambah, sehingga dapat disimpulkan sebagai berikut : Jika isi (volume) bertambah (memuai), maka kepadatannya akan berkurang berkurang (menyusut), akanbertambah. Jadi benda lebih padat dalam keadaan dingin daripada dalam keadaan panas. c. Sifat Kimia 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. . sehingga yang tetap pula. Isi sebaliknya menurun. Karena berat kepadatan benda akan benda akan Jika isinya kepadatan maka 5

5. Klasifikasi Bahan Konduktor, Semikonduktor, Isolator, Super Konduktor Magnetik a. BahanKonduktor Semua bahan yang dapat mengalirkan arus dengan mudah dinamakan dengan konduktor, contohnya, tembaga,aluminium termasuk bahan konduktor logam untuk saluran listrik yang membaca aliran listrik, bahan resistif dan bahan lain seperti bahan sekering dan untuk titik kontak saklar. Bahan konduktor untuk saluran listrik dan kabel harus mempunyai rugi daya yang kecil ketika dialiri arus yang besar (untuk kabel yang mana rugi daya dan temperaturnya harus kecil). Dengan kata lain, tahanan bahan digunakan untuk filament pada lampu harus dapat menahan temperatur yang tinggi. Dan Bahan dll, yang digunakan a)Konduktivitas dan Resistifitas Konduktor Faktor yang mempengaruhi Resistivitas Penghantar, adalah Temperatur, Tahanan pada beberapa bahan konduktor terutama pada bahan logam murni akan bertambah dengan kenaikan dari temperatur. Perubahan dari tahanan dari bahan per ohm per derajat celcius dengan adanya perubahan temperatur dinamakan koefesien temperatur tahanan dari bahan, dan Tahanan dari konduktor akan berubah sesuai dengan perubahan temperatur 5

b)Sifat Rendah Bahan pada umumnya digunakan penghantar saluran transmisi dan pada lilitan motor, generator dan transformator, konektor rangkaian Bahan ini digunakan pada semua pengguna dengan rugi daya dan rugi tegangan serendah Tembaga adalah bahan yang sangat banyak penggunaannya, konduktor pada elektronika. Banyak terbuat dari tembaga. Tembaga adalah suatu konduktor yang baik dan sangat penyambungannya. adalah penghantar yang baik,tetapi tidak sebaik tembaga. Bahan ini banyak digunakan transformator tenaga dan saluran transmisi dibandingkan pada bagian rangkaian elektronikanya. bahan dengan Resistifitas dengan resistifitas rendah pada untuk perumahan, distribusi, serta pada bagian elektronika. mungkin. sebagai rangkaian kawat yang mudah untuk Aluminium pada 6

c) Suatu bahan yang mempunyai resistifitas rendah akan mempunyai keadaaan-keadaan sebagai berikut : 1) Koefesien temperatur adalah rendah. 2) Koefesien temperatur perubahan rendah. untuk menentukan jatuh tegangan dan rugi daya yang rendah temperatur. Dengan kenaikan temperatur karena adanya arus yang bahan akan naik dan rugi daya serta rugi tegangan akan mendapatkan kerugian yang rendah bahan konduktor harus mempunyai temperatur rendah. 3) Tekanan mekanik yang cukup 4) Tekanan mekanik adalah diakibatkan oleh angin dan karena berat dari konduktor saluran udaranya sendiri, yang digunakan untuk jaringan distribusi dan transmisi pada penyaluran daya listrik. Oleh karena itu, untuk menahan tekanan mekanis pada beberapa penggunaannya konduktor harus lebih kuat dibandingkan tekanan mekanisnya. tahanan Hal ini diperlukan adalah dengan perubahan mengalir pada bertambah. Untuk koefesien maka bahan 6

5) Dapat dibengkok 6) Pada ukuran yang berbeda dan lampung yang berbeda dari penghantar adalah diperlukan untuk penggunaan. Untuk penggunaan ini, bahan konduktor dapat kedalam ukuran dan berbeda : Tahan Korosi Bahan konduktor diharapkan untuk tidak mudah terkorosi atau berkarat bila digunakan tanpa isolasi dan digunakan diluar. 7) Sifat bahan dengan Bahan yang mempunyai resistifitas yang tinggi adalah pada umumnya bahan yang terbuat dari campuran Contoh yang paling umum dari bahan yang resistifitas tinggi constanta, ichrom, dan lain-lain. 8) Contoh penggunaannya sebagai berikut: Elemen pemanas, Start pada motor listrik, Tahan beban, Rheostat berbagai jenis mudah lempung dan diolah yang konduktor tersebut Resistifitas tinggi yang berbeda. adalah: anganin, 7

b. Semi Konduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator (isolator) dan konduktor. Semikonduktor disebut bahan setengah penghantar semikonduktor bersifat sebagai insulator jika tidak diberi arus listrik dengan cara dan besaran arus tertentu, namun pada temperatur, arus tatacara tertentu dan semikonduktor berfungsi sebagai konduktor, misal sebagai penguat arus, penguat penguat daya. Untuk semikonduktor supaya bisa berfungsi harus tahu spesifikasi dan karakter semikonduktor itu, jika tidak memenuhi syarat operasinya tidak berfungsi dan rusak. Bahan semikonduktor yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide. Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan (biasa disebut pendonor elektron). juga sebagai listrik. Suatu tertentu, kerja persyaratan tegangan dan menggunakan suatu maka akan materi lain Doping Semikonduktor 7 Gambar 1. Distribusi Fermi-Dirac Sebagai Dasar Struktur Pita Dalam Semikonduktor

Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronikn dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. disebut dopan. Doping sejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan faktor lebih besar dari satu milyar.[butuh rujukan]Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline silicon didop- berat seringkali digunakan sebagai pengganti logam. Bahan-bahan semi konduktor yang sering digunakan adalah Germanium dan Silikon. Sifat-sifat bahan tersebut sebagai berikut : a). Germanium Germanium merupakan salah satu bahan semi konduktor yang banyak diperoleh sebagai serbuk melalui proses kimia, yaitu dengan mereduksi germanium oksida. Selain itu juga diperoleh dari pemurnian Kadmium dan seng. Germanium adalah bahan semi konduktor yang bervalensi 4 dan seperti karbon atau germanium adalah sebagai berikut: elektronik adalah sifat Ketidakmurnian ini dapat dijelaskan dipakai. Germanium berwarna kelabu dapat mempunyai susunan silikon. Spesifikasi 8

: 0,14 Cal/cm dtC : 0,08 Cal/gr C Daya hantar panas Kapasitas panas Koefisien muai panjang (0-100 C) : 6 x Titik lebur : 936 C : 16 C2/Nm2 Permitivitas Tahanan jenis listrik pada 20 C : 0,47 m Pada temperatur yang rendah, bahan semi konduktor ini bersifat sebagai isolator, kemudian pada suhu yang cukup tinggi, bahan ini berubah sifatnya menjadi bahan penghantar yang baik. Germanium merupakan bahan yang sangat luas pemakaianya didalam pembuatan rectifier, transistor, dan peralatan semi konduktor yang lain. Germanium yang dicampur dengan Arsen (As) disebut N- Germanium. N artinya negatif, karena pada temperatur kamar, germanium tipe N ini mempunyai banyak elektron bebas yang bermuatan negatif. Arsen yang memberikan elektron disebut donor. Germanium yang dicampur dengan Indium (In) yang mempunyai 3 elektron valensi disebut P- Germanium. P artinya positif, dan menunjukkan bahwa banyak sekali hole yang bermuatan positif yang ada dalam Germanium tipe P ini. 8

b)Silikon Silikon (Si) tidak ditemukan dalam bentuk aslinya, akan tetapi ditemukan dalam bentuk silika yang direduksi kemudian dimurnikan menghasilkan SiO atau SiHCl, proses didestilasi berulang-ulang dan kemudian direduksi dengan hydrogen menghasilkan SiH. Sifat-sifat silikon : a.Mempunyai mobilitas yang tinggi b.Konstanta dielektriknya kecil c.Konduktivitas termis yang besar d.Disipasi panas yang baik. e.Impurity ionization energy yang sangat kecil dengan dengan kokas converter, atau dengan dan Dari sifat-sifat silikon tersebut diatas, maka silikon banyak digunakan sebagai bahan semi konduktor, misalnya sebagai dioda thyristor (SCR), dan lain-lain. Senyawa silikon, SiO (quartz), sering dipergunakan pada alat-alat optik dengan index bias 1,54. rectifier, 9

c) Dioda dan Transistor 1) Dioda Jika dua tipe bahan semi konduktor yaitu type-P dan type-N digabung menjadi satu, maka akan didapat sambungan P-N (p-n yang dikenal sebagai dioda. Pada pembuatannya memang material tipe P dan tipe N bukan disambung begitu saja, melainkan dari bahan semi konduktor diberi doping (impurity material) yang berbeda. Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N, elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N dan mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P. Sebaliknya jika diberi (reverse bias), maka tidak ada elektron yang dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, karena tegangan potensial di sisi N lebih tinggi. Hal itu menyebabkan dioda hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, sehingga dipakai untuk aplikasi rangkaian penyearah (rectifier). junction) satu tegangan balik 9

2). Transistor Transistor sambungan (junction). transistor terminalnya berturut-turut disebut emitor, base, dan kolektor. Base selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor. Transistor ini disebut transistor bipolar, karena struktur tergantung dari perpindahan elektron di kutub negatif mengisi kekurangan elektron (hole) di kutub positif. Transistor bipolar pertama William Schockley pada tahun 1951. Transistor adalah komponen yang dapat bekerja sebagai sakelar (switch on/off) dan juga sebagai penguat (amplifier). Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan transistor tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin. Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar. merupakan dioda dengan dua Sambungan itu membentuk maupun NPN. PNP Ujung-ujung dan prinsip kerjanya kali ditemukan oleh 10

Transistor bipolar memiliki 2 junction yang dapat disamakan dengan penggabungan 2 buah dioda. Emiter-Base adalah salah satu Kolektor junction lainnya. Seperti pada dioda, arus hanya akan mengalir hanya jika diberi bias positif, yaitu hanya jika tegangan pada material P lebih positif daripada material N (forward bias). Pada gambar ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction base- emiter diberi bias positif sedangkan base-colector mendapat bias negatif (reverse bias). Karena base-emitor mendapat bias positif maka seperti pada dioda, elektron mengalir dari emiter menuju base. Kolektor pada rangkaian ini lebih positif sebab mendapat tegangan positif. Karena kolektor ini lebih positif, aliran elektron bergerak menuju kutub ini. Misalnya tidak ada kolektor, aliran elektron seluruhnya akan menuju Tetapi karena lebar base yang sangat tipis, sebagian elektron yang dapat bergabung dengan hole yang ada pada base. Sebagian besar akan menembus lapisan base menuju kolektor. Itulah alasannya mengapa jika dua dioda digabungkan tidak dapat menjadi sebuah transistor, karena persyaratannya adalah lebar base harus sangat tipis sehingga dapat diterjang oleh elektron. Jika misalnya tegangan base-emitor dibalik (reverse bias), maka tidak akan terjadi aliran elektron dari emitor menuju kolektor. Jika base diberi bias maju (forward bias), elektron mengalir menuju kolektor dan besarnya sebanding dengan besar arus bias base yang diberikan. junction dan Base- base seperti pada dioda. hanya 10

d) Persiapan bahansemikonduktor Semikonduktor dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan untuk produksi massa. Tingkat kemurnian kimia yang diperlukan sangat tinggi karena adanya ketidaksempurnaan, bahkan sangat kecil dapat memiliki efek besar pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan yang tinggi juga karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti dislokasi, kembaran, dan retak tumpukan) mengganggu properti semikonduktivitas 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. handal diperlukan dalam proporsi diperlukan, dari 11

Karena kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat semikonduktor, khusus telah dikembangkan untuk memproduksi bahan semikonduktor awal. untuk mencapai kemurnian tinggi termasuk pertumbuhan kristal Czochralski. Langkah tambahan yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal sebagai perbaikan perbaikan zona, sebagian dari kristal padat dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan, sedangkan material yang diinginkan mengkristal 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 kompatibilitas antar bahan. diperlukannya tingkat kemurnian metode Sebuah teknik menggunakan proses zona. Dalam kembali sehingga untuk menentukan 11

c. Isolator Tidak semua bahan dapat mengalirkan arus listrik, hal tersebut tidak berarti bahwa arus listrik tidak mengalir dalam rangkaian tertutup. Hal ini disebabkan karena hambatan jenis sehingga sulit menghantarkan arus listrik. Isolator adalah bahan menghantarkan arus listrik. Hampir seluruh bahan non logam adalah isolator. Contoh isolator adalah asbes, kayu kering, gelas, plastik, karet dll. Dalam bahan isolator , elektron-elektron tidak bebas bergerak . Hal ini karena setiap atom dari bahan isolator terikat dengan kuat. Pada isolator, setiap muatan elektron dipegang erat oleh inti atomnya, sehingga pada suhu ruangan/normal tidak mungkin adanya pengaliran arus listrik. Apabila isolator diberi tegangan besar sehingga menghasilkan energi listrik yang mampu mengatasi energi pengikat elektron, elektron akan berpindah. Dengan demikian mengalirkan arus listrik.Berdasarkan hal itu di katakan bahwa pada tegangan yang tinggi, dapat berfungsi sebagai konduktor. penghantar terlalu besar yang tidak dapat dapat dapat isolator isolator Gambar 3. Penggunaan Keramik Sebagai Isolator Gambar 2. Contohisolator 12

a) Isolator Porselen isolator porselen proses basah masih merupakan bentuk yang paling banyak digunakan pada isolasi listrik . isolator ini berasal dari isolator jenis pin yang digunakan pada jalur komunikasi. Dalam aplikasi pertama pada transmisi daya, isolator komunikasi jenis pin diperbesar pada mencegah kebocoran listrik dan diameternya dibuat lebih besar untuk meningkatkan jarak kebocoran. Kegagalan yang sering terjadi adalah kebocoran listrik pada porselen karena celah-celah dielektrik porselen yang diduga disebabkan oleh ekspansi semen. Perkembangan penampangnya untuk b) Porselin ( Porselen) Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangat penting dan luas penggunaannya. Istilah bahan-bahan keramik digunakan untuk semua bahan anorganik yang dibakar pada pembakaran dengan suhu tinggi dan bahan asli berubah substansinya. Porselin terbuat dari tanah liat china (China Clay) yang terdapat di alam dalam bentuk aluminium silikat. Bahan tersebut dicampur kaolin fealspar dan Quarts. Kemudian campuran ini dipanaskan dalam tungku yang suhunya dapat diatur. Bahan porselin dibakar sampai keras, halus mengkilat dan bebas dari lubang-lubang. 12

Untuk mendapatkan sifat-sifat listrik dan sifat mekanis yang baik harus dipilih suhu pemrosesan bahan isolasi yang sesuai, karena jika bahan isolasi diproses pada suhu yang agak rendah, sifat mekanisnya baik, tapi bahan tetap berlubang. Sedangkan bila dipanaskan pada suhu tinggi, lubang-lubangnya berkurang, tetapi bahan menjadi rapuh. Isolator yang baik secara mekanis mempunyai kuat dielektrik kira- kira 60 kV/cm, kuat tekan dan kuat tariknya msing-masing, 70.000Kg/cm2 dan 500Kg/cm2. Untuk pembuatan isolator porselin diperlukan suhu berkisar antara 1300 derajat celsius hingga 1500 derajat Celcius dalam jangka waktu 20 hingga 70 jam. Sifat-sifat porselin: a) Massa jenisnya berkisar antara 2,3 hingga 2,5 g/cm3 b) Koefisien muai panjang 3.10-6 hingga 4,5.10-6 per derajt Celcius. c) Kekuatan tekan 4000 hingga 6000 kg/cm2 d) Kekuatan tarik 300-500 kg/cm2 yang menggunakan pelapis . 200-300 kg/cm2 yang tanpa pelapis. e) Kekuatan tekuk 80 hingga100 kg/cm2. poerselin lebih regas daripada kaca. f) Tegangan tembus berkisar antara 10 hingga 30 kV/mm g) Resistivitas 10"11 hingga 10 pangkat 14 ohmcm. h) Permitivitas berkisar antara 6 hingga 7 i) Sudut kerugian dielektrik akan naik jika suhu dinaikkan. 13

d. Super Konduktor Superkonduktor pembicaraan dan Superkonduktor menjanjikan banyak hal bagi kita, misalnya transmisi listrik yang efisien (tak ada lagi kehilangan energi selama transmisi). Saat ini penggunaan superkonduktor dikarenakan masalah perlunya pendinginan (suhu kritis superkonduktor masih jauh di bawah suhu kamar). Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan dibawah suatu nilai suhu tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor, semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan ruang. Suhu dimana terjadi perubahan sifat konduktivitas superkonduktor disebut dengan temperatur kritis (Tc). Superkonduktor merkuri, ternyata beberapa unsur- unsur lainnya juga superkonduktor dengan harga Tc yang Sebagai contoh, karbon superkonduktor dengan Tc15K. Suhu tertinggi suatu bahan menjadi superkonduktor hingga saat ini adalah 138 K, yaitu untuk suatu bahan yang Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33. belakangan penelitian yang paling populer. ini menjadi topik belum praktis, menjadi menunjukkan sifat berbeda. bersifat juga memiliki rumus 14

a)Pengertian Superkonduktor Superkonduktor material yang memiliki listrik bernilai nol pada suhu yang sangat rendah. Artinya superkonduktor dapat menghantarkan arus walaupun tanpa adanya Karakteristik Superkonduktor adalah medan magnet dalam superkonduktor bernilai nol dan mengalami efek meissner. Resistivitas suatu bahan bernilai nol jika dibawah suhu kritisnya. merupakan bahan hambatan sumber dari tegangan. bahan Gambar 4. Grafik Hubungan Antara Resistivitas Terhadap Suhu 14

b) Sifat KelistrikanSuperkonduktor Sebelum menjelaskan prinsip superkonduktor, akan lebih baik jika terlebih dahulu menjelaskan bagaimana kerja logam umumnya. Bahan logam tersusun dari kisi-kisi dan basis serta elektron bebas. Ketika medan listrik diberikan pada bahan, elektron akan mendapat percepatan. Medan listrik menghamburkan elektron ke segala arah dan menumbuk atom-atom pada kisi. Hal ini menyebabkan adanya hambatan logam konduktor. konduktor pada akan listrik pada Gambar 5. Keadaan Normal Atom Kisi Pada Logam 15

Pada bahan superkonduktor terjadi juga interaksi antara elektron atom. Namun elektron dapat melewati inti tanpa mengalami hambatan dari atom kisi. Efek ini dapat dijelaskan oleh Teori BCS. melewati kisi, inti yang positif menarik bermuatan negatif dan mengakibatkan elektron bergetar. dengan inti Ketika elektron bermuatan elektron yang Gambar 6. Keadaan Superkonduktor Atom Kisi pada logam 15

Jika ada dua buah elektron yang melewati kisi, elektron kedua elektron pertama karena gaya tarik dari inti atom-atom kisi lebih besar. Gaya ini melebihi gaya tolak- elektron sehingga kedua elektron bergerak berpasangan. c) Sifat Kemagnetan Superkonduktor 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 menghasilkan medan magnet dalam bahan yang berlawanan arah magnet luar yang diberikan. Efek yang sama dapat diamati jika medan magnet diberikan pada bahan dalam suhu normal kemudian didinginkan superkonduktor. Pada suhu kritis, medan magnet akan ditolak. Efek ini dinamakan Efek Meissner. akan mendekati menolak antar superkonduktor dengan medan sampai menjadi 16

d) Efek Meissner Ketika superkonduktor ditempatkan di medan magnet luar yang lemah, medan magnet akan menembus superkonduktor pada sangat kecil dan dinamakan London Penetration Depth. Pada bahan superkonduktor umumnya London Penetration Depth sekitar 100 nm. Setelah itu medan magnet bernilai nol. Peristiwa ini dinamakan Efek Meissner dan karakteristik dari superkonduktor. Efek Meissner adalah efek dimana menghasilkan medan magnet. Efek Meissner ini sangat kuat sehingga sebuah magnet dapat melayang karena ditolak oleh superkonduktor. Medan magnet ini boleh terlalu besar. Apabila medan magnetnya terlalu besar, maka efek Meissner ini akan hilang dan material akan superkonduktivitasnya. jarak yang merupakan superkonduktor juga tidak kehilangan sifat Gambar 7. Efek Meissner 16

e. BahanMagnetik Menurut sifatnya terhadap adanya pengaruh kemagnetan,bahan magnet dapat digolongkan menjadi 5 yaitu diamagnetic, paramagnetic, ferromagnetic,anti feromagnetik, dan ferrimagnetik(ferrit). a) Bahan diamagnetic adalah bahan yang sulit menyalurkan garis Permeabilitasnya sedikit lebih kecil dari 1 dan tidak mempunyai dwikutub yang permanen. Bahan bahan diamagnetic antara lain : Bi,Cu,Au,Al O ,NiSo . b) Bahan paramagnetic adalah bahan yang dapat menyalurkan garis gaya magnit (ggm) tetapi tidak banyak. Permeabilitasnya besar dari 1. Susunan beraturan. Bahan-bahan paramagnetic antara lain: Al,Pb, Fe So , Fe So , Fe Cl , Mo,W, Ta, Pt, danAg. c) Bahan ferromagnetic adalah bahan yang mudah menyalurkan ggm. Permeabilitasnya jauh diatas 1. Bahan ferromagnetic antara lain : Fe, Co, Ni, Gd, Dy, d) Teori anti ferromagnetic dikembangakan oleh Neel seorang ilmuwan perancis. gaya magnit(ggm). sedikit lebih dwikutubnya tidak 17

e) Resistivitas bahan ferromagnet adalah rendah. Hal ini menyebabkan pemakian ferromagnetic terbatas pada frekuensi rendah. Sedangkan pada bahan ferrimagnetik resistivitasnya jauh lebih tinggi dibanding bahan ferromagnet. ferritmagnet (ferrit) peralatan yang menggunakan frekuensi tinggi disamping arus-eddy yang terjadi padanya kecil. f) Rumus bahan ferrimagnetik adalah Mo. Fe O ( M adalah logam bervalensi 2 yaitu Mn, Mg, Ni, Cu, Co, Zn, Cd). Contoh : ferrit, seng ,nikel rumusnya adalah NiO, ZnO, Fe O dimana + =1. g) Bahan bahan ferromagnetic dapat dikategorikan menjadi 2 yaitu: Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetic lunak, bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator,rele,peralatan, sonar, atau radar. h) Bahan ferromagnetic yaitu sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet tidak mudah kembali seperti semula disebut bahan magnetic keras, bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen. Karena itu layak digunakan pada 17

i) Parameter-parameter magnetik j) Permeabilitas dan susceptibilitas magnetic. k)Pada perhitungan perhitungan tentang magnet, terdapat hubungan antara fluxi (B) dengan satuan Wb/m2 atau tesla dengan kuat medan (H) dengan satuan A lilit/m sebagai berikut: B = H ....................... ................(2) = r. o sehingga: B= r. o. H ................. .... (3) adalah permeabilitas bahan yang merupakan hasil perkalian permeabilitas absolute ( o) dengan permeabilitas relative ( r). besarnya 7H/m. besarnya untuk bahan ferromagnetic adalah tidak konstan. o= 4. .10- 18

a) Momen magnetic Besar torsi akan tergantung pada : luas kumparan, arus,dan rapat fluksi yang terpotong bidang kumparan. Momen dwikutub magnetic hubungan dengan torsi adalah : Pm = I.Akumparan ...................................... ................. .(4) pm dengan satuan A/m2 adalah merupakan vector yang arahnya tegak lurus terhadap kumparan. b) Magnetisasi Semua bahan adalah memungkinkan menghasilkan medan magnetic, dari eksperimental untuk menimbulkan momen magnetic. Besarnya momen Ini magnetisasi dari medium (M) dengan satuan C/m. dt atau A/m. Pada saat medan magnetic diberikan pada suatu bahan, induksi magnetic (rapat fluksi) adalah penjumlahan dari efek pada keadaan pakem suatu bahan, sehingga besarnya rapat fluksi (E) menjadi : itu diperoleh secara per unit volume disebut B = o. H + o. M ........................................ ............... (5) M = ( -1) . H = Xm.H ........................ . (6) 18

Xm adalah susceptibilitas magnetic. Magnetisasi (M) dari bahan dapat diekspresikan sebagai momen dwikutub magnetic (pm) dengan satuan C. m2/dt atau A/m2 dimana : M = N. pm ......... .................(7) N adalah jumlah dwikutub magnetic per unit volume. Dari persamaan (10-5) susceptibilitas magnetic Xm= ur -1 dari bahan sebagai magnetisasi per satuan medan magnet (H). berdasarkan dapat dibedakan sifat kemagnetan suatu bahan yaitu : untuk Xm berbanding terbalik dengan suhu )adalah paramagnetic, untuk Xm ferromagnetic. c) Laminasi bajakelistrikan Cara yang paling praktis untuk mengubah bahan magnetic lunak untuk menjadi baja kelistrikan adalah dengan menambah komposisinya. Cara ini akan mengurangi rugi histerisis dan arus pusar dengan tajam karena resistivitasnya bertambah. Paduan silicon sekarang sangat magnetic lunak pada teknik listrik. Tapi perlu kita ingat penambahan silicon dapat merapuhkan bahan. susceptibilitasnya yang besar adalah silicon kedalam baja dengan untuk penting bahan 19

Tabel 2. Kandungan Silicon Bahan Baja Kelistrikan Resistivitas (ohm-mm2/m) Massajenis (g/cm3) Kandungan Si (%) 0,8-1,8 1,25 7,8 1,8-2,8 0,4 7,75 2,8-4,0 0,5 7,65 4,0-4,8 0,57 7,55 Laminasi mengandung Si sekitar 4%, jangkar motor listrik kandungan Si nya 1-2 %. Ketebalan laminasi baja transformator untuk inti peralatan listrik adalah 0,1 hingga 1 mm . baja listrik jenis lain adalah baja listrik dengan proses dingin. d) Bahan magnetik lunak Lain Bahan magnetic lunak yang banyak digunakan adalah paduan besi- nikel. Paduan yang terdiri dari besi nikel molybdenum,chromium Permalloy dapat dibedakan berdasarkan kandungan nikelnya yaitu permalloy nikel untuk transformator umumnya sedangkan untuk dengan atau tambahan disebut tembaga 19

rendah yaitu permalloy yang mengandung nikel 40 hingga 50% dan permalloy yang mengandung nikel 72 hingga 80% disebut permalloy tinggi. Alfiser adalah bahan yang tegas sehingga sangat mudah dijadikan bubuk untuk dibuat bahan dielektrikmagnet. Harganya lebih murah permalloy karena komposisinya tidak tergantung Ni. Ferrit adalah bahan semikonduktor yang mempunyai resistivitas anatara 102hingga 107 cm. e) Bahan magnetpermanen Magnet permanen digunakan penginderaan,rele, mesin-mesin listrik yang kecil dan banyak lagi. Baja karbon yaitu baja dengan komposisi karbon 0,4 hingga 1,7% merupakan bahan dasar pembuatan magnet permanen.untuk kemagnetannya, maka wolfram,kromium ,dan baja kobal harus dikeraskan sebelum dimagnetisasi. Bahan paduan alni terdiri dari alumunium ,nikel,dan besi. Sedangkan alnico adalah bahan paduan alumunium,nikel,dan kobal. Penggunaannya antara lain : magnet pada pengeras suara, perangkat penggandeng magnetic. daripada pada instrumen meningkatkan karbon baja ditambah yang terdiri dari 20

Tabel 3. Beberapa Bahan Magnet Kertas Hc A- lilit/m Br Wb/m2 (BH)maks J/m3 Nama Komposisi Baja 93,3% Fe, 0,7 4.800 1,05 2.400 wolfram %C,6%W 4.800 0,9 2.200 Baja 96% Fe, 1% C,3% 17.500 0,9 7.440 chrom Cr 43.800 0,55 10.400 Baja 59% Fe, 1% C, kobal 5% Cr, 5% W, 63.700 11.200 Alni 30% Co 0,4 57% Fe, 4% Cu, 50.000 17.000 Alnisi 25% Ni, 14% Al 50.000 0,7 45.000 51%Fe, 4% Cu, Alnico II 25% Ni, 14% Al 70.000 1,2 4.000 55% Fe, 17% Ni, Alnico V 12% Co,10%Al 200.000 0,6 16.000 51% Fe,24% Co, Vektolit 14% Ni, 8% Al 0,45 44% Fe3O4, 30% Fe2O3, 26% Co2O3 Platina kobal 77% Pt, 23% Co 21

f)Magnetostriksi Pada diamaganetisasi, umumnya secara fisik terjadi perubahan dimensi. Hal atau gejala seperti ini disebut magnetostriksi. Terdapat 3 jenis magnetostriksi yaitu: a. Magnetostriksi perubahan panjang magnetisasi. Perubahan ini dapat bertambah dan berkurang. b. Magnetostriksi transversal yaitu perubahan dimensi tegak lurus magnetisasi. c. Magnetostriksi volume yaitu perubahan volume sebagai akibat dari kedua efek atas. sebuah bahan ferromagnetic longitudinal searah adalah dengan dengan arah 21

BAB II SIFAT KELISTRIKAN, SIFAT THERMAL, KONDUKTIVITAS, SIFAT FISIS, KIMIA DAN SIFAT MEKANIS DARI BAHAN KONDUKTOR DAN SUPERKONDUKTOR 1. Konduktor Bahan listrik dalam sistem tanaga listrik merupakan salah satu elemen penting yang akan menentukan kualitas penyaluran energi listrik itu sendiri . Bahan listrik yang sangat populer selama ini meliputi konduktor, semikonduktor, dan isolator. Satu lagi yang dikenal dengan super konduktor , namun masih dalam penelitian intensif para ahli . Ketiga bahan tadi secara integratif dimanfaatkan secara optimal. Seperti konduktor adalah salah satu material paling besar yang dipakai dalam penyaluran tenaga listrik baik alumunium maupun tembaga atau campuran dengan bahan lain. Suatu bahandapatberbentukpadat, cairataugas.Wujudbahantertentujugabisaberubah karena pengaruh suhu. Selain pengelompokkan besdasarkan wujud tersebut dalam teknik listik bahan-bahan juga dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1. Bahan penghantar (Konduktor) 2. Bahan penyekat (Isolator) 3. Bahan setengah penghantar (Semi konduktor) 4. Bahan magnetis 5. Bahan Super konduktor 6. Bahan nuklir 7.Bahankhusus Penghantar dalam teknik adalah zat yang dapat menghantarkan arus listrik, baik berupa zat padat , cair atau gas. Karena sifatnya yang konduktif maka di sebut konduktor. 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 sangat mahal harganya, maka secara ekonomis tembaga dan alumunium paling banyak digunakan. dalam sistem kelistrikan a. Sifat-Sifat Bahan Konduktor: Bahan-bahan listrik mempunyai sifat-sifat penting ,seperti : 22