STUDI ANALISIS GELOMBANG TEGANGAN PIEZOELEKTRIK
Harriyanto, Agus R. UtomoDepartemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia Harriyanto01@ui.ac.id
Abstrak
Kebutuhan akan energi semakin meningkat. Saat ini, lebih banyak yang menggunakan sumber daya alam terbatas sebagai penghasil energi, seperti solar, bensin, batubara dan lain-lain sehingga banyak peneliti yang mengembangkan energi alternatif dari sumber daya alam yang dapat diperbarui, seperti gelombang laut, angin, matahari, getaran, dan piezoelektrik. Namun, penelitian mengenai piezoelektrik masih sedikit. Oleh karena itu, penulis mencoba untuk menganalisis gelombang tegangan keluaran piezoelektrik sehingga dapat dilihat bentuk serta pemanfaatannya. Penelitian ini merupakan penelitian kualitatif yang menganalisis gelombang tegangan piezoelektrik. Pengambilan data dilakukan dengan menempelkan piezoelektrik pada dinding, kemudian memukulnya menggunakan silinder pemukul yang dipasang pada sebuah motor sehingga ketika motor berputar, silinder pemukul akan mengenai piezoelektrik. Rangkaian ini kemudian dihubungkan dengan osiloskop untuk melihat gelombang yang dihasilkan. Hasilnya adalah gelombang tegangan yang dihasilkan berbentuk sinusoidal (bolak-balik ; AC) dengan gelombang positif lebih besar dibanding dengan gelombang negatifnya yang dikarenakan besar momentum tumbukan lebih besar dibanding regangan. Tegangan yang dihasilkan oleh piezoelektrik berpengaruh terhadap dimensi (luas penampang dan tebal) dari piezoelektrik.
Kata kunci : energi alternatif; piezoelektrik
Abstract
The demand for energy is increasing. Nowadays, people often useunrenewable resources as energy, such as diesel, gasoline, coal and other so researchers are developing alternative energy from renewable resources, such as ocean waves, wind, solar, vibration, and piezoelectric. However, research on piezoelectric still small. Therefore, the author tries to analyze the piezoelectric output voltage waveform that can be seen form and utilization. This research is a qualitative study that analyzed the piezoelectric voltage waveform. Data retrieval is done by attaching a piezoelectric on the wall, then hit him using cylindrical bat mounted on a motor so when the motor spins, the piezoelectric cylinder will bat. The circuit is then connected to an oscilloscope to see the waveform generated. The result is a surge voltage generated sinusoidal (Alternating Current) with positive waves greater than the negative waves that because large momentum pressure greater than strain. The voltage generated by the piezoelectric effect on the dimensions (cross-sectional area and thickness) of the piezoelectric.
1. PENDAHULUAN
Pada era sekarang ini kebutuhan listrik selalu meningkat seiring berjalannya waktu. Listrik merupakan salah satu kebutuhan sangat penting yang digunakan untuk memudahkan kehidupan manusia, misalnya untuk penerangan saat malam hari, untuk menjalankan peralatan rumah tangga serta untuk berbagai pekerjaan manusia lainnya. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pertambahan jumlah manusia/penduduk berbanding lurus dengan peningkatan kebutuhan listrik.
Tenaga listrik merupakan unsur penting dalam perkembangan dan kemajuan teknologi. Seiring dengan perkembangan dan kemajuan teknologi, penggunaan listrik pun semakin meningkat. Seperti yang kita ketahui bahwa pada masa ini lebih banyak listrik yang dihasilkan oleh sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui seperti solar, batubara, dan lain-lain. Padahal sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui tersebut lama-kelamaan akan habis karena dipakai terus-menerus oleh manusia. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu sumber energi baru yang dapat menghasilkan listrik. Tentu saja sumber tersebut merupakan sumber daya alam yang dapat diperbarui sehingga tidak akan habis meskipun digunakan secara terus-menerus.
Sebenarnya ada banyak sumber energi baru yang berasal dari sumber daya alam yang dapat diperbarui dapat menghasilkan listrik, contohnya matahari, air, gelombang lautan, angin, getaran dan lain-lain. Semua sumber-sumber itu ada di alam, dapat diperoleh secara gratis, dan tidak akan habis meskipun digunakan terus-menerus. Oleh karena itu, saat ini Indonesia bahkan dunia seolah berkompetisi untuk mengembangkan dan menghasilkan listrik menggunakan sumber energi tersebut. Sumber energi yang banyak dikembangkan adalah energi angin, matahari, gelombang laut, dan piezoelektrik. Namun, belum cukup banyak penerapan sumber-sumber energi ini di Indonesia.
Wilayah Indonesia mempunyai perairan yang sangat luas dan berada di daerah khatulistiwa sehingga sinar matahari lebih hangat dibandingkan dengan daerah yang jauh dari garis khatulistiwa. Hal ini mendorong banyak peneliti untuk melakukan penelitian mengenai pemanfaatan energi angin, gelombang laut, dan matahari sebagai sumber energi listrik baru yang akan diterapkan di Indonesia. Namun penelitian piezoelektrik sebagai sumber listrik masih jarang diteliti padahal piezoelektrik dapat dijadikan sumber energi listrik yang baik.
Berdasarkan uraian di atas, dapat dilihat bahwa piezoelektrik merupakan sumber energi listrik yang baik. Hal inilah yang mendasari penulis menganalisa lebih jauh mengenai gelombang tegangan dari piezoelektrik untuk dijadikan sumber tenaga listrik sehingga dapat dimanfaatkan lebih baik lagi.
2. TINJAUAN TEORITIS
Kata piezoelektrik berasal dari Bahasa Yunani, yaitu piezo atau piezein yang berarti tekanan dan electric yang artinya arus listrik (Wikipedia, 2012). Bahan piezoelektrik ditemukan pertama kali pada tahun 1880-an oleh Jacques dan Pierre Curie. Kata piezo berarti tekanan, sehingga efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik terbentuk ketika material dikenai tekanan mekanik.
Piezoelektrik adalah suatu peristiwa adanya muatan yang terdapat dalam bahan-bahan padat (solid) seperti kristal, keramik, dan zat-zat biologis (tulang, protein, DNA) untuk merespon tegangan mekanis. Atau dengan kata lain, piezoelektrik adalah material yang memproduksi medan listrik ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diterapkan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis.
Efek piezoelektrik berasal dari interaksi antara benda mekanik dan keadaan elektrik pada suatu material. Ada dua keadaan dalam efek piezoelektrik, yaitu jika suatu benda padat dialiri arus listrik maka akan menyebabkan perubahan mekanik dan sebaliknya. Jika suatu benda atau material padat diberi tekanan secara mekanik maka akan menimbulkan arus listrik. Pada dasarnya hanya kristal yang memiliki kutub acak (Polycrystal with random polar
axis) yang dapat menyebabkan efek piezolelektrik. Pada polikristal ini, kutub positif dan
negatif tidak dapat ditentukan sehingga untuk menghasilkan efek piezolektrik polikristal ini harus dialiri arus listrik DC. Proses ini disebut dengan poling).
Arus listrik DC yang mengalir tersebut tentu menghasilkan panas sehingga molekul-molekul yang terdapat dalam kristal akan semakin mudah bergerak yang menyebabkan energi kinetik semakin besar. Medan listrik yang timbul menyebabkan molekul-molekul di dalamnya akan memiliki dipole dengan arah yang searah.
Setelah kristal tersebut diberi beda tegangan yang cukup besar maka akan menghasilkan krsital dengan polaritas yang searah tapi tetap masih dalam bentuk polikristal. Kristal keramik yang memiliki polaritas sama setelah dikenai beda tegangan inilah yang akan menimbulkan efek piezoelektrik. Gambar di bawah adalah gambar bagaimana efek piezoelektrik bisa terjadi. Suatu keramik dengan polaritas seperti gambar (a) dikenai tekanan mekanis seperti gambar (b) menyebabkan beda tegangan dengan polaritas yang sama seperti keramik tersebut. Kemudian keramik dikenai regangan mekanis seperti gambar (c) menyebabkan beda tegangan dengan polaritas yang berkebalikan dengan polaritas asli keramik. Sebaliknya ketika keramik tersebut dihubungkan dengan sumber AC ketika polaritas sumber berkebalikan dengan polaritas keramik maka keramik tersebut akan meregang seperti yang terlihat pada gambar (d), dan ketika polaritas sumber sama seperti polaritas keramik maka bahan tersebut akan mengecil dimensinya.
Gambar 2. Efek Piezoelektrik
Efek piezolektrik itu sendiri sebenarnya dibagi menjadi dua macam, yaitu direct
piezoelektrik effect dan converse piezoelektrik effect. Keduanya sama-sama terjadi pada bahan
piezo bedanya adalah penyebab dan efek yang ditimbulkan, keduanya saling berkebalikan.
Direct Piezoelektrik effect terjadi ketika suatu bahan piezooelektrik dikenai tekanan ataupun
regangan secara mekanis sehingga timbul beda potensial, kebalikkannya adalah converse
piezoelektrik effect yaitu ketika suatu bahan piezoelektrik diberi beda potensial antara 2
Gambar 3. Efek Piezoelektrik dan Efek Kebalikannya
Piezoelektrik terjadi karena efek kombinasi antara rapat fluks listrik, permitivitas, intensitas medan listrik, modulus Young, serta stress dan strain sesuai hukum Hooke. Sama halnya seperti pada percobaa
ditemukan suatu nilai yang disimbolkan dengan d, yaitu piezoelektrik modulus. Besarnya d pada tiap bahan berbeda-beda tergantung rasio perubahan mekanik terhadap rapat muatan atau rasio rapat muatan terhadap perubahan mekanis. Selanjutnya nilai tersebut akan mempengaruhi perhitungan secara matematis.
3. METODE PENELITIAN
Pada desain peralatan
yang digunakan dapat diberikan tekanan yang kontinyu s
dimunculkan ke osiloskop dapat terlihat lebih jelas dan berkelanjutan. Lempengan piezoelektrik yang digunakan pada percobaan ini adalah lempengan piezoelektrik yang terdapat pada speaker tweeter
dipasaran.
Adapun proses pengambilan data yang diinginkan seperti berikut.
Motor Berputar
Gambar
Untuk menggerakan motor tersebut digunakan adaptop AC to DC yang nantinya output dari adaptor tersebut akan dimasukkan keinput motor sehingga motor dapat berputar.
3. Efek Piezoelektrik dan Efek Kebalikannya
Piezoelektrik terjadi karena efek kombinasi antara rapat fluks listrik, permitivitas, intensitas medan listrik, modulus Young, serta stress dan strain sesuai hukum Hooke. Sama halnya seperti pada percobaan-percobaan ilmiah yang lain, dalam piezoelektrik juga ditemukan suatu nilai yang disimbolkan dengan d, yaitu piezoelektrik modulus. Besarnya d beda tergantung rasio perubahan mekanik terhadap rapat muatan atau rhadap perubahan mekanis. Selanjutnya nilai tersebut akan mempengaruhi perhitungan secara matematis.
METODE PENELITIAN
untuk pengambilan data dibuat agar lempengan piezoelektrik yang digunakan dapat diberikan tekanan yang kontinyu sehingga data yang diperoleh yang dimunculkan ke osiloskop dapat terlihat lebih jelas dan berkelanjutan. Lempengan piezoelektrik yang digunakan pada percobaan ini adalah lempengan piezoelektrik yang tweeter piezo bermerek Audax AX 55 yang mudah didapatkan
Adapun proses pengambilan data yang diinginkan seperti berikut.
Silinder Pemukul Memukul Piezoelektrik
Data Osiloskop Disimpan
Gambar 4. Proses Pengambilan Data
Untuk menggerakan motor tersebut digunakan adaptop AC to DC yang nantinya tersebut akan dimasukkan keinput motor sehingga motor dapat berputar.
3. Efek Piezoelektrik dan Efek Kebalikannya
Piezoelektrik terjadi karena efek kombinasi antara rapat fluks listrik, permitivitas, intensitas medan listrik, modulus Young, serta stress dan strain sesuai hukum Hooke. Sama percobaan ilmiah yang lain, dalam piezoelektrik juga ditemukan suatu nilai yang disimbolkan dengan d, yaitu piezoelektrik modulus. Besarnya d beda tergantung rasio perubahan mekanik terhadap rapat muatan atau rhadap perubahan mekanis. Selanjutnya nilai tersebut akan
dibuat agar lempengan piezoelektrik ehingga data yang diperoleh yang dimunculkan ke osiloskop dapat terlihat lebih jelas dan berkelanjutan. Lempengan piezoelektrik yang digunakan pada percobaan ini adalah lempengan piezoelektrik yang ang mudah didapatkan
Data Osiloskop Disimpan
Untuk menggerakan motor tersebut digunakan adaptop AC to DC yang nantinya tersebut akan dimasukkan keinput motor sehingga motor dapat berputar.
Mekanik yang digunakan sebagai pemukul berjari-jari sebesar 6,1 cm. Sehingga jarak yang digunakan agar mekanik pemukul dapat menyentuh piezo sehingga memberikan tekanan adalah 6,1cm.
Sesuai dengan rumus tegangan keluaran piezoelektrik pada subbab sebelumnya dapat dilihat bahwa variabel yang dapat dimainkan pada rumus tersebut adalah F (force atau gaya) yang dimana pada desain peralatan yang telah sampaikan tadi dapat dilihat hubungannya berdasarkan dengan pengaruh kecepatan motor yang dimana jika kecepatan motor dinaikan maka F yang diberikan semakin besar. Kecepatan motor tersebut diatur menggunakan adaptor AC to DC yang dimana dapat diatur tegangan keluarannya. Dan tegangan yang diatur pada adaptor adalah 1,5 volt, 3 volt, 4,5 volt,6 volt ,dan 7,5 volt.
Pengambilan data juga dilakukan dengan merangkai dua buah piezoelektrik secara seri dan paralel. Piezoelektrik yang dirangkai tersebut akan ditekan menggunakan dua buah pengggaris yang dirancang agar kedua piezoelektrik mendapatkan tekanan yang sama.
4. HASIL PENELITIAN
Dibawah dijelaskan hasil pengambilan data bentuk keluaran gelombang piezo beserta data tegangan dan frekuensi yang dihasilkan dari percobaan.
4.1 Hasil Bentuk Gelombang Keluaran Piezo
Bentuk keluaran gelombang piezo yang didapatkan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:
Gambar 6. Salah Satu Grafik Hasil Percobaan
4.2 Hasil Rata-Rata Percobaan Piezo
Rata-rata nilai tegangan puncak-lembah (Vpp) dan frekuensi yang dihasilkan oleh masing-masing percobaan dan type adalah sebagai berikut:
Tabel 1. Tabel Rata-Rata Percobaan
Vpp (volt) Vmax (volt) Vmin (-volt) f (Hz) ω (rad/s) 1 3,784 2,552 1,232 134,54 4,821 2 7,688 5,264 2,424 356,84 10,516 3 11,1 8,232 2,856 540,1 15,815 4 11,28 8,664 2,616 221,034 21,428 5 10,64 7,92 2,72 289,24 30,523
4.3 Hasil Percobaan Piezoelektrik Secara Seri
Dalam penelitian ini, peneliti melakukan dua percobaan yaitu piezoelektrik yang dirangkai secara seri dan paralel. Hasil yang didapatkan saat percobaan piezoelektrik dirangkai secara seri adalah:
Hasil ini didapatkan dengan cara memukulkan kedua piezoelektrik dengan menggunakan dua mistar yang disusun seperti pada gambar 4.5 agar kedua piezoelektrik mendapatkan tekanan yang sama.
Gambar 8. Gambar Pengambilan Data Secara Seri
Ketika piezoelektrik dipukul bergantian menggunakan mistar dengan cara yang sama dihasilkan gelombang sebagai berikut:
Gambar 9. Hasil Piezoelektrik 1 dan 2
Pada saat piezoelektrik diberikan tekanan secara tidak bersamaan (ada jeda waktu sesaat) didapatkan hasil sebagai berikut:
4.4 Hasil Percobaan Piezoelektrik Secara Paralel
Dalam penelitian ini, peneliti melakukan percobaan piezoelektrik yang dirangkai secara paralel. Hasil yang didapatkan saat percobaan piezoelektrik dirangkai secara paralel adalah:
Gambar 11. Grafik Percobaan Piezoelektrik Secara Paralel
Hasil ini didapatkan dengan cara memukulkan kedua piezoelektrik dengan menggunakan dua mistar yang disusun seperti pada gambar 12 agar kedua piezoelektrik mendapatkan tekanan yang sama.
Gambar 12. Gambar Proses Pengambilan Data Secara Paralel
Ketika piezoelektrik dipukul bergantian menggunakan mistar dengan cara yang sama dihasilkan gelombang sebagai berikut:
Pada saat piezoelektrik diberikan tekanan secara tidak bersamaan (ada jeda waktu sesaat) didapatkan hasil sebagai berikut:
Gambar 14. Hasil Piezoelektrik Ketika Diberikan Tekanan Secara Tidak Bersamaan
4.5 Data Frekuensi Tegangan dengan Kecepatan Motor
Dari tabel 1 dapat dibuat grafik perbandingan antara kecepatan motor untuk pemukul piezoelektrik dengan frekuensi tegangan yang dihasilkan. Grafik tersebut sebagai berikut:
Gambar 15. Grafik Frekuensi vs Kecepatan
4.6 Hubungan Tegangan dengan Luas Piezoelektrik
Dari hasil data rata-rata pada tabel 1 dapat dilihat bahwa nilai Vpp maksimum diperoleh pada saat kecepatan motor senilai 21,428 rad/s. Pada subbab ini, penulis mencoba membuat perubahan besaran diameter piezoelektrik sehingga mendapatkan nilai tegangan yang lebih besar atau lebih kecil. Dari perumusan pada bab 3 dapat dilihat bahwa:
0 100 200 300 400 500 600 0 10 20 30 40 fr e k u e n si ( H z) w (rad/s)
= (1)
Dengan membandingkan V1 dengan V2 maka
= ∶ = (2) = (3) maka = (4)
Dengan luas V1 yang didapatkan pada percobaan sebesar 11,28 volt dan luas penampang piezolektrik yang digunakan adalah
= = 0,011 = 3,8 . 10 (5) maka 11,28 = 3,8 . 10 = 4,288 . 10
Dari data yang dapat diproses mana dengan nilai x = 1/A dan y = V maka jika diproses menggunakan metode teknik komputansi regresi linier untuk mendapatkan persamaan grafik tersebut sebagai berikut:
Gambar 16. Grafik Regresi Linier Tegangan vs Luas Penampang
4.7 Data Vpp dengan Kecepatan
Dari data rata-rata pada pada tabel 1 sebelumnya dapat dibuat grafik perbandingan antara tegangan keluaran dengan kecepatan motor. Grafik tersebut sebagai berikut:
Gambar 17. Grafik Tegangan vs Kecepatan Motor 0 10 20 30 40 50 60 0 5000 10000 15000 V p p ( V o lt ) 1/A (1/m2) yp= -2,79229E-15 + 0,004285723 x 0 2 4 6 8 10 12 0 5 10 15 20 25 30 35 V ( v o lt ) w (rad/s)
5. PEMBAHASAN
Dibawah ini merupakan pembahasan dari hasil data yang didapatkan pada percobaan piezoelektrik. Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa bentuk gelombang piezo adalah sinusoidal (bolak-balik; AC) dengan tegangan keluaran positif lebih besar dari negatif. Penulis mengambil gambar di atas secara manual, yaitu dengan mengetuk dan menahan piezo, kemudian melepaskannya. Ketika piezo ditekan akan mengeluarkan tegangan positif. Apabila penekan masih tetap menekan maka tegangan akan menjadi “0” dan ketika dilepas tekanannya maka keluaran gelombang akan bersifat negatif. Hal ini menunjukan bahwa cara kerja piezoelektrik secara Direct terjadi ketika suatu bahan piezooelektrik dikenai tekanan ataupun regangan secara mekanis sehingga timbul beda potensial. Dengan demikian dapat diketahui salah satu sifat piezoelektrik yaitu untuk mendapatkan tegangan konstan diperlukan tekanan yang berulang-ulang (frekuensi tinggi) sehingga piezoelektrik dapat mengeluarkan tegangan secara terus-menerus. Karena dari percobaan diatas ketika piezoelektrik ditekan terus maka tegangan yang dihasilkan akan menjadi “0” kembali. Ketika piezo ditekan maka akan mengeluarkan tegangan yang bernilai positif dan sebaliknya jika dilepaskan maka akan mengeluarkan tegangan yang bernilai negatif. Hal ini seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 18. Dirrect Piezoelectric Effect
Bentuk gelombang yang dihasilkan piezoelektrik (gambar 6) berupa gelombang sinusoidal (bolak-balik; AC) dengan tegangan keluaran positif lebih besar daripada negatif. Hal ini disebabkan karena tekanan dari pemukul pada piezoelektrik membuat bahan piezoelektrik tersebut memiliki momentum yang besar. Sedangkan saat piezoelektrik meregang bahan piezoelektrik hanya mengandalkan elastisitas dari bahan tersebut sehingga momentum yang terjadi tidak terlalu besar. Oleh karena itu tegangan positif lebih besar dibandingkan tegangan negatifnya.
Ketika piezoelektrik dirangkai secara seri dihasilkan nilai Vpp sebesar 20,6 volt. Hal ini sesuai dengan hukum Kirchoff yang menyatakan bahwa sumber tegangan akan dijumlahkan pada rangkaian seri. Jika dibandingkan dengan hasil yang didapatkan ketika piezoelektrik ditekan secara bersama-sama (gambar 7) dapat dilihat bahwa dari hasil tegangan keluaran dari piezoelektrik yang ditekan bersama-sama lebih besar dibandingkan dengan hasil tegangan keluaran jika piezoelektrik ditekan secara tidak bersamaan (gambar 10). Hal ini disebabkan karena ketika kedua gelombang tegangan dijumlahkan, kedua puncak gelombang tidak bertemu sehingga tegangan yang dihasilkan menjadi lebih kecil (saat piezoelektrik ditekan saat tidak bersamaan). Namun dari besarnya frekuensi yang dihasilkan, frekuensi saat piezoelektrik ditekan bersama lebih besar dibandingkan dengan frekuensi saat piezoelektrik ditekan tidak bersamaan. Hal ini disebabkan karena penambahan gelombang tegangan tidak sama sehingga membuat gelombang tegangan yang dihasilkan lebih panjang (frekuensi kecil). Pada percobaan piezoelektrik saat dirangkai secara paralel didapatkan hasil gambar 11 dan 13, dimana nilai Vpp dari piezoelektrik 1 dan 2 masing-masing sebesar 18,0 volt dan 20,8 volt. Ketika piezoelektrik dirangkai secara paralel dihasilkan nilai Vpp sebesar 14,4 volt. Hal ini sesuai dengan rumus yang jika tengangan diparalel seperti berikut:
1
= 1 + 1 (6)
= +
(7)
Jika dibandingkan dengan hasil yang didapatkan ketika piezoelektrik ditekan secara bersama-sama (gambar 11) dapat dilihat bahwa dari hasil tegangan keluaran dari piezoelektrik yang ditekan bersama-sama lebih kecil dibandingkan dengan hasil tegangan keluaran jika piezoelektrik ditekan secara tidak bersamaan (gambar 14). Hal ini disebabkan karena ketika kedua gelombang tegangan dihubungkan secara paralel, jika terjadi perbedaan besarnya tegangan antara piezoelektrik 1 dan piezoelektrik 2, penghasil tegangan yang besar menyuplai tegangan yang lebih kecil sehingga keluaran tegangan tersebut sama hasilnya. Oleh karena itu jika diparalel tegangan yang dihasilkan saat piezoelektrik ditekan secara bersama akan lebih kecil. Namun dari besarnya frekuensi yang dihasilkan, frekuensi saat piezoelektrik ditekan bersama lebih besar dibandingkan dengan frekuensi saat piezoelektrik ditekan tidak bersamaan. Hal ini disebabkan karena saat menghasilkan gelombang tegangan tidak sama sehingga membuat gelombang tegangan yang dihasilkan lebih panjang (frekuensi kecil).
Berdasasrkan gambar 15 dapat dilihat bahwa dari kecepatan motor 5 sampai dengan 15 rad/s frekuensi tegangan yang dihasilkan semakin membesar yang dimana artinya besarnya gelombang keluaran yang dihasilkan semakin kecil. Namun ketika kecepatan motor diatas 15 rad/s frekuensi yang dihasilkan menurun lagi (gelombang keluaran semakin besar). Hal ini bisa disebabkan karena ketika kecepatan motor bertambah maka besarnya momentum dan tekanan yang dihasilkan semakin besar sedangkan bahan piezoelektrik mempunyai batasan tegangan dan regangan secara mekanik (tegangan keluaran sudah maksimal) sehingga membuat panjang gelombang keluaran semakin lebar (frekuensi menurun).
Dari gambar 17 dapat dilihat bahwa peningkatan nilai Vpp diiringi dengan meningkatnya kecepatan motor yang dipengaruhi oleh gaya yang nilainya semakin tinggi karena adanya kecepatan ketika pemukul mengenai piezo sehingga piezo mengalami perlambatan (percepatan bernilai negatif). Dengan semakin besar kecepatan putaran motor, maka semakin besar juga perlambatan serta gaya yang terjadi sehingga tegangan yang dihasilkan menjadi lebih besar. Jika dilihat berdasarkan rumus tegangan statik piezoelektrik yang berbentuk lempengan bulat dapat dilihat bahwa semakin besar nilai F (gaya) maka akan semakin besar nilai V (tegangannya). Namun dari grafik dapat dilihat juga bahwa pada saat kecepatan melebihi 15 rad/s selanjutnya nilai besaran Vpp dilihat mengalami peningkatan yang tidak terlalu besar dibanding dengan kenaikan kecepatan putaran awal. Hal ini berarti bahwa terdapat nilai besaran maksimum Vpp yang dikeluarkan oleh piezo tersebut, karena dari bahan piezoelektrik tersebut sendiri mempunyai batasan tegangan dan regangan mekanik.
6. KESIMPULAN
Pada studi analisis gelombang tegangan piezoelektrik ini, dapat ditarik kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut:
a. Gelombang yang dihasilkan sinusoidal (bolak-balik;AC) dengan gelombang positif lebih besar dibanding gelombang negatif yang dikarenakan momentum tegangan mekanik lebih besar dibandingkan momentum regangan mekanik.
b. Piezoelektrik akan menghasilkan tegangan lebih besar jika dihubungkan secara seri dibandingkan dengan paralel.
c. Dengan memberikan tekanan yang tidak bersamaan (jeda sesaat) pada cara seri atau paralel frekuensi gelombang keluaran tegangan lebih kecil (panjang gelombang besar).
d. Besarnya frekuensi dari gelombang tegangan piezoelektrik akan terus bertambah hingga tegangan keluaran sudah maksimum (jenuh) nilai frekuensi akan menurun lagi karena besarnya tekanan sudah melebihi batas untuk kemampuan tegangan mekanik piezoelektrik dan membuat gelombang tegangan lebih lebar (frekuensi turun).
e. Tegangan yang dihasilkan berbanding terbalik dengan luas penampang dan berbanding lurus dengan ketebalan dari piezoelektrik.
f. Tekanan yang dialami piezo berbanding lurus dengan tegangan yang dihasilkan akan tetapi tegangan akan mencapai nilai maksimal meskipun tekanan bertambah karena piezoelektrik mempunyai batasan tegangan dan regangan mekanik.
g. Dari hasil percobaan piezo ini didapatkan tegangan maksimum sebesar sebesar 8,664 V dan tegangan minimum sebesar -2,856 V.
7. DAFTAR ACUAN
1. Saputri, Winda. 2011. Penggunaan Piezoelektrik sebagai Sumber Energi LED Street
Light untuk Penerangan Jalan. Skripsi. Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang.
2. Anne, Hamu. Bab I Pendahuluan. Tersedia pada
http://www.scribd.com/doc/94682546/BAB-I (diunduh pada 3 Oktober 2012 pukul 21.06)
3. Anonim. The Piezoelectric Effect. Tersedia pada
http://www.aurelientr.com/electronique/piezo/piezo.pdf (diunduh pada 4 Oktober 2012 pukul 21.38 WIB).
4. Kwan, Chi Kau. 2004. Dielectric Phenomena in Solids: with emphasis on physical concepts of electronic processes. Oxford: Elsevier, Inc.
