λArah getar
INDUKSI ELEKTROMAGNETIK 2
7.4 GGL Induksi Diri
8.1.2 Konduktivitas Listrik
). Penggunaan bahan isolator selain sebagai bahan penyekat adalah sebagai tahanan.Sesuai dengan penggunaannya bahan tahanan haruslah memiliki tahanan jenis yang tinggi, koefisien temperature yang tinggi, dan memiliki daya elektro-motoris termo yang kecil.
Konduktivitas listrikadalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujung-ujung sebuah konduktor, muatan-muatan bergeraknya akan berpindah, menghasilkan arus listrik. Konduktivitas listrik didefinsikan sebagai ratio dari rapat arus terhadap kuat medan listrik. Sifat daya hantar listrik material dinyatakan dengan konduktivitas, yaitu kebalikan dari resistivitas atau tahanan jenis penghantar
Satuan konduktivitas adalah (ohm meter). Logam atau material yang merupakan penghantar listrik yang baik (konduktor), memiliki konduktivitas listrik dengan orde 107 (ohm.meter) -1 dan sebaliknya material isolator memiliki konduktivitas yang sangat rendah, yaitu antara 10-10 sampai dengan 10-20 (ohm.m)-1. Material semi konduktor yang konduktivitasnya berkisar antara 10-6 sampai dengan 10-4 (ohm.m)-1. Berbeda pada kabel tegangan rendah, pada kabel tegangan menengah untuk pemenuhan fungsi penghantar dan pengaman terhadap penggunaan, ketiga jenis atau sifat konduktivitas tersebut diatas digunakan semuanya.
Pada konduktor:
Bahan Ajar Fisika Teknik 2015
117
Gambar 8.1 Pergerakan elektron
Gambar 8.1 menjelaskan bahwa “Elektron tidak terikat kuat, sehingga ketika suhu naik → atom-atom akan bervibrasi dengan lebih cepat → menghalangi gerakan electron → tahanan naik”
Tabel 8.1Konduktivitas listrik berbagai logam dan paduannya pada suhu kamar.
Logam Konduktivitas listrik Ohm meter
Perak (Ag) 6,8 107 Tembaga (Cu) 6,0 107 Emas (Au) 4,3 10 Alumunium (Ac) 7 3,8 107 Kuningan (70% Cu – 30% Zn) 1,6 10 Besi (Fe) 7 1,0 107
Baja karbon (Efe - C) 0,6 10
Baja tahan karat (Efe - Cr)
7
0,2 107 8.1.3 Ikatan Kimia dalam Konduktor
Na merupakan salah satu padatan yang bersifat logam. Konfigurasi atom Na adalah 1s2 2s2 2p6 3s1
Gambar 8.2 Pita valensi
Pada atom Na orbital 3s yang seharusnya dapat memuat 2 elektron hanya terisi 1 elektron; inilah elektron valensi atom Na. Oleh karena itu pita energi 3s pada padatan Na hanya setengah terisi, dan disebut pita valensi. Orbital berikutnya 3p tidak terisi elektron (kosong). Diantara pita-pita energi terdapat celah energi yang merupakan celah terlarang bagi elektron. Akibatnya adalah bahwa elektron di pita konduksi 3s mempunyai peluang lebih banyak bertemu dengan orbital yang belum terisi. Keadaan bertumpang tindihnya pita energi semacam ini biasa terjadi pada metal.
. Sesudah membentuk padatan, diagram pita energipadatan Na dapat digambarkan seperti terlihat pada gambar berikut :
Pada 0°K elektron terdistribusi dalam pita valensi sampai tingkat tertinggi yang disebut tingkat Fermi, EF. Pada temperature kamar elektron di sekitar tingkat energi Fermi mendapat tambahan energi dan mampu naik ke orbital di atasnya yang masih
Bahan Ajar Fisika Teknik 2015
118
kosong. Elektron yang naik ini relative bebas sehingga medan listrik dari luar akan menyebabkan elektron bergerak dan terjadilah arus listrik. Oleh karena itu material dengan struktur pita energi seperti ini, di mana pita energi yang tertinggi tidak terisi penuh, merupakan konduktor yang baik (juga disebut metal). Pita valensi 3s pada padatan Na yang setengah terisi disebut juga pita konduksi.
Terbentuknya pita energi dapat pula kita lihat sebagai terjadinya perluasan kotak potensial sebagai akibat kotak-kotak yang tumpang-tindih. Ruang di sekitar suatu ion dapat kita pandang sebagai kotak potensial. Dalam kotak inilah electron terjebak. Jika ion-ion tersusun secara rapat, maka kotak-kotak potensial ini saling tumpang-tindih sehingga membentuk kotak potensial yang lebih besar. Dengan membesarnya kotak potensial maka tingkat-tingkat energi menjadi rapat. Rapatnya tingkat energi memudahkan elektron berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi dengan hanya sedikit tambahan energi, misalnya dari medan listrik. Oleh karena itu metal memiliki konduktivitas listrik yang tinggi.
Metal merupakan unsur kimia yang membentuk ion positif jika senyawanya berada dalam larutan dan dengan air membentuk hidroksida bukan membentuk asam. Sekitar 75% unsur kimia adalah metal yang terdapat dalam setiap grup dalam Tabel Periodik Unsur kecuali grup VIIA dan gas mulia. Kebanyakan metal membentuk padatan kristal, memiliki kilat logam, merupakan konduktor listrik yang baik, dan mempunyai reaktivitas kimia yang cukup tinggi. Beberapa jenis metal cukup keras dan memiliki kekuatan fisik (mekanik dan thermal) yang tinggi.
Suatu metal larut dalam metal yang lain (metal alloy). Kehadiran sedikit unsur lain (tidak harus metal) dalam metal sangat mempengaruhi sifat metal; misalnya karbon dalam besi. Metal merkuri, cesium, dan galium, berada dalam fasa cair pada temperatur kamar.
Tumpang tindih pita energi juga terjadi pada metal transisi. Pada Fe misalnya, tumpang tindih terjadi antara pita 3d, 4s, dan 4p. Yang disebut metal transisi (unsure transisi) adalah unsur yang dalam pengisian electrondi tingkat energi terluarnya tersela oleh masuknya orbital dibawahnyanamun memiliki energi lebih tinggi untuk mencapai pengisian dari 8 ke 18atau 32 elektron. Hanya unsur inilah yang membentuk ikatan melaluiperan elektron di tingkat energi terluar dan tingkat dibawahnya. Semuaunsur yang lain membentuk ikatan melalui peran elektron dalam tingkatenergi terluar. Yang termasuk dalam kelompok metal tansisi (unsuretransisi) adalah unsur nomer 21 – 29 (Sc – Cu), 39 – 47 (Y – Ag), 57 – 79(La – Au), 89 dst (Ac dst).
Bahan Ajar Fisika Teknik 2015
119 8.1.4 Bahan Konduktor
Bahan-bahan yang dipakai untuk konduktor harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut:
1. Konduktifitasnya cukup baik.
2. Kekuatan mekanisnya (kekuatan tarik) cukup tinggi. 3. Koefisien muai panjangnya kecil.
4. Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar.
Bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai konduktor, antara lain: 1. Logam biasa, seperti: tembaga, aluminium, besi, dan sebagainya.
2. 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.
3. Logam paduan (composite), yaitu dua jenis logam atau lebih yang dipadukan dengan cara kompresi, peleburan (smelting) atau pengelasan (welding).