Bahan Listrik. Firdaus, ST, MT

Bahan Listrik

Rencana Kuliah Bahan Listrik

Mata Kuliah : Bahan-bahan Listrik Kode MK : TES 1204

SKS : 2 SKS

Tujuan mata kuliah :

Memberikan pengetahuan tentang sifat dan karakteristik bahan listrik.

Rencana Kuliah Bahan Listrik

Garis besar mata kuliah(1) : - Struktur atom

- Benda dan bahan listrik

- Polaritas & pengaruhnya pada bahan listrik - Polaritas & pengaruhnya pada bahan listrik - Bahan penghantar padat

Rencana Kuliah Bahan Listrik

Garis besar mata kuliah(2) : - Isolasi padat, cair dan gas - Bahan keramik

- Semikonduktor - Semikonduktor

Rencana Kuliah Bahan Listrik

Daftar Pustaka :

• Foundations of Material Science and Engineering, McGrawHill, 1988.

• Iloritsky, Electrical Engineering Material.

• Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan keenam, Pradnya Paramita, 2005

• H.A Muhaimin, Bahan-Bahan Listrik, Pradnya Paramitha,2005

• Sumanto, Pengetahuan Bahan untuk Mesin &

Rencana Kuliah Bahan Listrik

Aturan Penilaian

No. Komponen Penilaian Persentase

1. Tugas 20% 1. 2. 3. 4. Tugas Quiz

Ujian Tengah Semester Ujian Akhir Semester

20% 20% 30% 30%

Rencana Kuliah Bahan Listrik

Range Nilai A > 85 A- = 81-85 B+ = 76-80 B+ = 76-80 B = 71-75 B- = 66-70 C+ = 61-65 C = 51-60 D = 45-50 E < 45

Rencana Kuliah Bahan Listrik

Quiz dilakukan 2 kali : 1. Sebelum UTS

Rencana Kuliah Bahan Listrik

No. Tanggal Materi Kuliah

1. 25-02-13 Pendahuluan, Aturan Penilaian, Kontrak Kuliah, Garis Besar Perkuliahan

2. 04-03-13 Struktur Atom

3. 11-03-13 Benda dan Bahan Listrik

4. 18-03-13 Polaritas & Pengaruhnya pd Bahan Listrik, Quiz 5. 25-03-13 Bahan Penghantar Padat

6. 01-04-13 Jenis-jenis Penghantar Padat 7. 08-04-13 Bahan Keramik

Rencana Kuliah Bahan Listrik

No. Tanggal Materi Kuliah 9. 22-04-13 Isolasi Padat

10. 29-04-13 Isolasi Cair dan Gas

11. 06-05-13 Kerusakan Bahan Isolasi 11. 06-05-13 Kerusakan Bahan Isolasi 12. 13-05-13 Bahan Semikonduktor, Quiz 13. 20-05-13 Komponen Semikonduktor 14. 27-05-13 Superkonduktor (tambahan) 15. 03-06-13 Serat Optik (tambahan)

Rencana Kuliah Bahan Listrik

Tanggal-tanggal penting : (perkiraan)

UTS : 15 – 20 April 2013

Minggu tenang : 10 – 15 Juni 2013 UAS : 17 – 29 Juni 2013

Rencana Kuliah Bahan Listrik

1. Waktu kuliah 08:00-09:40 kelas A Ketua : Andika 083186900045

2. Waktu kuliah 14:00-15:40 kelas B Ketua :

batas terlambat 15 menit

3. Kunci jawaban tugas, quiz, UTS dan UAS akan diunggah di blog

Struktur Atom

Struktur atom merupakan satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya.

mengelilinginya.

Inti atom mengandung campuran proton (bermuatan positif) dan neutron (bermuatan netral).

Elektron-elektron pada suatu atom terikat pada inti atom oleh gaya elektromagnetik.

Struktur Atom

Sekumpulan atom dapat berikatan satu dengan yang lainnya membentuk sebuah molekul.

Atom yang memiliki jumlah proton dan Atom yang memiliki jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral, sedangkan yang memiliki jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau negatif dan disebut sebagai ion.

Struktur Atom

Atom dikelompokkan pada jumlah proton dan neutron pada inti atom tersebut. Jumlah proton menentukan unsur kimia atom tersebut, jumlah neutron menentukan isotop tersebut, jumlah neutron menentukan isotop unsur tersebut.

Struktur Atom

Model-model Atom

1.Model Atom John Dalton

- atom adalah bagian terkecil suatu unsur

- atom tidak dapat diciptakan, dimusnahkan, terbagi lagi, - atom tidak dapat diciptakan, dimusnahkan, terbagi lagi,

diubah menjadi zat lain

- atom-atom suatu unsur adalah sama dalam segala hal, tetapi berbeda dengan atom-atom unsur lain

Struktur Atom

Gambar Model Atom

Struktur Atom

Model-model Atom

2. Model Atom JJ Thomson

- atom merupakan suatu bola bermuatan positif dan didalamnya tersebar elektron-elektron seperti kismis didalamnya tersebar elektron-elektron seperti kismis - jumlah muatan positif sama dengan muatan negatif,

Struktur Atom

Gambar Model Atom

Struktur Atom

Model-model Atom

3. Model Atom Rutherford

- atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dengan

muatan positif yang massanya merupakan massa atom muatan positif yang massanya merupakan massa atom tersebut

- elektron-elektron dalam atom bergerak mengelilingi inti tersebut

- banyaknya elektron dalam atom sama dengan

banyaknya proton dalam inti dan ini sesuai dengan nomor atomnya

Struktur Atom

Gambar Model Atom

Struktur Atom

Model-model Atom

4. Model Atom Niels Bohr

- elektron-elektron dalam mengelilingi inti berada pada tingkat-tingkat energi (kulit) tertentu tanpa menyerap tingkat-tingkat energi (kulit) tertentu tanpa menyerap atau memancarkan energi

- elektron dapat berpindah dari kulit luar ke kulit yang lebih dalam dengan memancarkan energi, atau

Struktur Atom

Gambar Model Atom

Struktur Atom

Model-model Atom

5. Model Atom Mekanika Gelombang - elektron tidak mengorbit pada lintasan tertentu

- elektron-elektron berada pada orbital-orbital dengan - elektron-elektron berada pada orbital-orbital dengan

tingkat energi tertentu

- orbital merupakan daerah dengan kemungkinan

Struktur Atom

Gambar Model Atom

Struktur Atom

Pita Energi

Elektron dalam sebuah atom tunggal hanya boleh menempati tingkat-tingkat energi boleh menempati tingkat-tingkat energi tertentu.

Jika banyak atom saling berdekatan maka elektron-elektron dari kulit terluar (elektron valensi) saling berinteraksi sehingga tingkat-tingkat energinya saling bertumpukan dan dianggap membentuk pita energi

Struktur Atom

Pita Energi 1. Pita valensi 2. Pita konduksi 3. Pita larangan

Struktur Atom

1. Pita Valensi

Pita valensi adalah pita energi terakhir yang terisi penuh oleh elektron-elektron.

Struktur Atom

2. Pita Konduksi

Pita konduksi adalah pita energi diatas pita valensi yang kosong atau terisi pita valensi yang kosong atau terisi sebagian oleh elektron-elektron.

Struktur Atom

3. Pita Terlarang

Pita terlarang adalah pita energi di antara pita valensi dan pita konduksi dimana pita valensi dan pita konduksi dimana elektron-elektron tidak diperbolehkan ada pada pita energi ini.

Energi yang diperlukan untuk

memindahkan elektron dari pita valensi ke pita konduksi adalah sebesar energi pita terlarang.

Struktur Atom

Struktur Atom

Perbedaan jenis bahan berdasarkan pita energinya :

1. Isolator 1. Isolator

2. Semikonduktor 3. Konduktor

Struktur Atom

1. Isolator

Bahan-bahan isolator mempunyai pita larangan yang cukup lebar. Untuk larangan yang cukup lebar. Untuk memindahkan elektron dari pita valensi ke pita konduksi diperlukan energi yang lebih besar.

Karena elektron-elektron ini sukar bergerak maka bahan isolator sukar menghantarkan arus listrik.

Struktur Atom

2. Semikonduktor

Bahan-bahan semikonduktor mempunyai pita larangan yang lebih sempit. Untuk pita larangan yang lebih sempit. Untuk memindahkan elektron dari pita valensi ke pita konduksi diperlukan energi yang lebih kecil.

Elektron-elektron dapat bergerak pada bahan semikonduktor dengan energi yang kecil.

Struktur Atom

3. Konduktor

Bahan-bahan konduktor tidak mempunyai pita larangan. Antara pita valensi dan pita pita larangan. Antara pita valensi dan pita konduksinya bisa saling bertumpuk.

Elektron-elektron dapat bergerak bebas pada bahan konduktor.

Struktur Atom

Bahan Listrik

Benda dan Bahan Listrik

Bahan Listrik

Segala jenis benda atau bahan yang dapat digunakan dalam peralatan, perlengkapan digunakan dalam peralatan, perlengkapan dan alat bantu yang berhubungan secara langsung ataupun tidak langsung dengan listrik.

Benda dan Bahan Listrik

Pentingnya pengetahuan bahan listrik ? 1.Mengetahui jenis bahan

2.Mengetahui sifat bahan

Agar dapat :

1.Memperlakukan/memanfaatkan bahan dengan sebaik-baiknya

2.Mengetahui batasan aman/bahaya suatu bahan

Benda dan Bahan Listrik

Secara umum, bahan dapat dikelompokkan menjadi beberapa jenis :

1.Bahan tambang dan non tambang 2.Bahan renewable dan unrenewable 2.Bahan renewable dan unrenewable 3.Bahan logam dan non logam

Benda dan Bahan Listrik

Logam dan non logam 1. Logam - besi - non besi 2. Non logam - padat (batuan, …) - cair (minyak, …) - gas

Benda dan Bahan Listrik

Bahan listrik dapat dikelompokkan menjadi : 1. Bahan penghantar

2. Bahan penyekat

3. Bahan setengah penghantar 4. Bahan magnet

5. Bahan superkonduktor 6. Bahan serat optik

Benda dan Bahan Listrik

Bahan listrik dapat dikelompokkan menjadi : 1. Bahan penghantar (conductors)

Adalah bahan yang dapat menghantarkan listrik dengan mudah. Bahan ini listrik dengan mudah. Bahan ini mempunyai daya hantar listrik (electrical

conductivity) yang besar dan tahanan listrik (electrical resistance) kecil.

Benda dan Bahan Listrik

Bahan listrik dapat dikelompokkan menjadi : 2. Bahan penyekat (insulating materials)

Adalah bahan yang berfungsi untuk menyekat (misal antara 2 penghantar) menyekat (misal antara 2 penghantar) agar tidak terjadi aliran listrik/kebocoran arus apabila kedua penghantar tersebut bertegangan.

Benda dan Bahan Listrik

Bahan listrik dapat dikelompokkan menjadi : 3. Bahan setengah penghantar

(semiconductor materials)

Adalah bahan yang mempunyai daya Adalah bahan yang mempunyai daya hantar listrik lebih kecil dibanding bahan penghantar, tetapi lebih besar dibanding bahan penyekat. Dengan perlakuan khusus, bahan ini dapat diatur untuk bersifat penghantar atau penyekat sesuai kebutuhan.

Benda dan Bahan Listrik

Bahan listrik dapat dikelompokkan menjadi : 4. Bahan magnet (magnetic materials)

Adalah bahan yang bersifat magnet (bahan ini dapat dikelompokkan pada (bahan ini dapat dikelompokkan pada bahan magnet kuat, menengah dan rendah)

Benda dan Bahan Listrik

Bahan listrik dapat dikelompokkan menjadi : 5. Bahan superkonduktor

Adalah bahan yang diolah dan

diperlakukan sedemikian sehingga diperlakukan sedemikian sehingga menjadi bersifat penghantar dengan tahanan listrik yang sangat kecil (mendekati nol)

Benda dan Bahan Listrik

Bahan listrik dapat dikelompokkan menjadi : 6. Bahan serat optik

Adalah bahan serat (tipis, panjang) yang transparan (dapat/baik menyalurkan transparan (dapat/baik menyalurkan cahaya) dan dipergunakan sebagai media telekomunikasi cahaya.

Benda dan Bahan Listrik

Bahan listrik dapat dikelompokkan menjadi : 7. Bahan khusus

Adalah bahan-bahan lain yang digunakan secara tidak langsung sebagai bahan secara tidak langsung sebagai bahan utama peralatan listrik (misalnya untuk memperindah bentuk peralatan listrik)

Benda dan Bahan Listrik

Sifat bahan : 1. Sifat fisik 2. Sifat kimia 3. Sifat listrik

Benda dan Bahan Listrik

Sifat bahan : 1. Sifat fisik

- kekuatan (tarik, tekan, …) 2. Sifat kimia

Benda dan Bahan Listrik

Sifat bahan : 1. Sifat fisik

- kekuatan (tarik, tekan, …) 2. Sifat kimia

- kekuatan (korosi, pelapukan, …) 3. Sifat listrik

Benda dan Bahan Listrik

Sifat bahan : 1. Sifat fisik

- kekuatan (tarik, tekan, …) 2. Sifat kimia

- kekuatan (korosi, pelapukan, …) 3. Sifat listrik

Benda dan Bahan Listrik

Sifat bahan : 1. Sifat fisik 2. Sifat kimia 3. Sifat listrik

Benda dan Bahan Listrik

Latihan.

Tuliskan bahan-bahan yang terdapat di dalam ruangan ini.

Jelaskanlah sifat-sifat fisik, kimia dan Jelaskanlah sifat-sifat fisik, kimia dan listriknya.

Bahan Listrik

Sifat Listrik Bahan

Jenis Bahan / Material: 1.Murni unsur

- logam (Fe, Hg)

- nonlogam [C (grafit, intan), Si, S] - nonlogam [C (grafit, intan), Si, S] 2.Senyawa

- oksida / keramik (tanah liat, SiO₂) - polimer (kayu, karet, plastik)

Sifat Listrik Bahan

Jenis ikatan-kuat antar atom : 1. Ikatan logam

2. Ikatan kovalen 2. Ikatan kovalen 3. Ikatan ionik

Sifat Listrik Bahan

Jenis ikatan-kuat antar atom : 1. Ikatan logam :

elektron terluar dilepas oleh atom, lalu ‘dimiliki bersama’ berupa ‘gas’ elektron yang bergerak bebas, mengikat semua ion positif.

Sifat Listrik Bahan

Jenis ikatan-kuat antar atom : 2. Ikatan kovalen :

satu elektron ’dimiliki bersama’ oleh dua atom, elektron hanya bergerak di sekitar dua atom itu, mengikat kedua atom itu.

Sifat Listrik Bahan

Jenis ikatan-kuat antar atom : 3. Ikatan ionik :

satu atau lebih elektron pindah ke atom lain, terbentuk ion positif dan ion negatif yang lalu saling menarik satu dan lainnya.

Sifat Listrik Bahan

Sifat listrik bahan :

1.Jika elektron bergerak bebas, mudah terjadi arus listrik, maka dapat disebut terjadi arus listrik, maka dapat disebut sebagai penghantar listrik (logam).

2.Jika bahan mudah membentuk kutub positif dan negatif, memiliki sifat dielektrik, dapat disebut sebagai konduktor ion positif/negatif [keramik].

Sifat Listrik Bahan

Sifat listrik bahan

3.Jika elektron terikat pada atom, tidak mudah terjadi arus listrik, dapat disebut mudah terjadi arus listrik, dapat disebut sebagai isolator atau non-konduktor

4.Jika bahan dielektrik diberi medan listrik cukup kuat yang melebihi “kekuatan dielektrik”nya, isolator dapat menjadi konduktor.

Sifat Listrik Bahan

1. Tahanan

kemampuan menahan arus listrik 2. Konduktivitas

kemampuan menghantarkan arus listrik kemampuan menghantarkan arus listrik 3. Kekuatan dielektrik

kemampuan menahan tembus tegangan (batas kemampuan isolasi bahan bila diberi tegangan tertentu sampai isolasinya bocor, arus mengalir)

Sifat Listrik Bahan

Data tahanan-jenis beberapa bahan :

Bahan Tahanan Jenis

Perak (Ag) 16 nΩm Tembaga (Cu) 17 nΩm Kuningan (Cu + ~30% Zn) 70 nΩm Kuningan (Cu + ~30% Zn) 70 nΩm Nichrom (Ni + Cr) 1µΩm Grafit (C; semikond.) 35µΩm Silikon (Si) 2 kΩm Karet (C-isolator) ~1 MΩm Kaca (SiO2) ~1 TΩm Teflon (PTFE) ~100 TΩm

Sifat Listrik Bahan

Data kekuatan dielektrik beberapa bahan :

Bahan Kekuatan Dielektrik

Udara (N₂, O₂) 3 MV/m Lilin (C, H) 10 MV/m Kaca (SiO₂) 14 MV/m Kertas 16 MV/m Polistirena (styrofoam) 24 MV/m Teflon 60 MV/m

Jika tubuh manusia menjadi konduktor, dan dialiri > 1 mA, jantungnya dapat kacau denyutnya, di samping terjadi konversi energi listrik menjadi energi termal.

Sifat Listrik Bahan

Isolator listrik :

1. Atomnya dapat terpolarisasi oleh medan listrik dari luar; “terjadi muatan (ter)induksi”; disebut “bahan dielektrik”. 2. Atom-atomnya dapat membentuk gugus terpolarisasi

permanen : permanen :

- jika orientasi dipol listriknya acak, bahannya

“para-elektrik”; dapat agak diorientasikan oleh medan listrik luar.

- jika orientasi dipol listrik antar-tetangga saling

menyejajarkan, bahannya “fero-elektrik”; orientasinya amat mengurangi pengaruh medan listrik luar dalam bahan.

Sifat Listrik Bahan

Isolator dapat menjadi semikonduktor :

1. Jika atom agak mudah melepas elektron

(misalnya oleh naiknya suhu), atau hadir atom asing yang agak mudah dapat menangkap

elektron. elektron.

2. Bahan itu lalu disebut “semikonduktor” yang ‘intrinsik’, atau ekstrinsik n (jika ada pelepasan elektron), ekstrinsik p (jika ada penangkapan elektron, dan pergeseran elektron lain

mengesankan ada muatan positif, ‘lubang’ bergerak)

Sifat Listrik Bahan

Konstanta dielektrik/permitivitas relatif beberapa bahan isolator

Bahan Konstanta Dielektrik Bahan Konstanta Dielektrik

Vakum 1 Udara 1,00054 Lilin, teflon ~2 Polistirena 2,5 Kertas 3,7 Kaca biasa ~4 Kaca pireks 4 – 6

Sifat Listrik Bahan

Sifat bahan fero-elektrik

1. Bersifat juga “piezo-elektrik” :

- jika diberi medan listrik, terorientasi sambil mengkerut / mengembang (“elektro-striksi”, “electrostriction”);

“electrostriction”);

- jika ditekan, terjadi beda potensial listrik padanya.

2. Manfaat : untuk mikrofon, sonar, pengukur regangan & tekanan darah, akselerometer, peng-emulsi & peng-homogen susu & cat.

3. Jika dipanaskan ke atas “suhu Curie”nya, menjadi para-elektrik.

Sifat Listrik Bahan

Tugas Kelompok

1. Tahanan Karbon ( 1, 4, 7) 2. Tahanan Film (2, 5, 8) 3. Dioda (3, 6, 9) 3. Dioda (3, 6, 9) 4. Transistor (10, 13, 16) 5. Isolator gantung (11, 14, 17) 6. Bushing trafo (12, 15, 18) 7. Kapasitor keramik (19, 22, 25) 8. Kapasitor elektrolit (20, 23, 26)

Sifat Listrik Bahan

Tugas Kelompok

9. Oscillator kristal (21, 24, 27) 10. Kabel NYA (28, 31, 33)

11. Kabel bawah laut (29, 32, 34) 11. Kabel bawah laut (29, 32, 34) 12. Ligthning arrester (30, 33, 35) 13. Thyristor (36, 39, 42)

14. Solenoida (37, 40, 43)

15. Mikropon kristal (38, 41, 44) 16. Isolator gas SF₆ (45, 46)

Tugas Kelompok

A.Buatlah Kelompok yang terdiri dari maks.3 orang B.Setiap kelompok mengumpulkan informasi

tentang salah satu produk : - konduktor

- isolator - isolator

Tugas Kelompok

C. Kumpulkan informasi dari buku, majalah atau website tentang jenis produk yang dipilih kemudian ditulis dalam makalah 3-4 lembar, berisi :

- komposisi materialnya (unsur penyusun, - komposisi materialnya (unsur penyusun,

konstruksi fisik)

- prinsip kerja (jika ada)

- sifat listriknya (tegangan, arus, isolasi, dsb)

- penggunaannya (dimana digunakan, kelebihan, kekurangan)

Tugas Kelompok

D.Dikumpulkan 2 minggu

Bahan Listrik

Definisi Penghantar

Penghantar ialah suatu benda yang berbentuk logam ataupun non logam yang dapat mengalirkan arus listrik dari satu titik ke titik lain.

ke titik lain.

Penghantar dapat berupa kabel

(penghantar dengan selubung isolasi) atau kawat (penghantar tanpa isolasi)

Jenis Bahan Konduktor

Bahan-bahan yang digunakan sebagai konduktor harus memenuhi persyaratan berikut :

1. Konduktifitasnya cukup baik 1. Konduktifitasnya cukup baik

2. Koefisien muai panjangnya kecil

3. Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar

Jenis Bahan Konduktor

Bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai konduktor :

1. Logam biasa, seperti : tembaga, alumunium dan besi

alumunium dan besi

2. Logam campuran (alloy) yaitu logam dari tembaga atau alumunium yang dicampur dengan jumlah tertentu dari logam jenis lain untuk meningkatkan kekuatan mekanisnya

Jenis Bahan Konduktor

Bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai konduktor :

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

Klasifikasi Konduktor

Klasifikasi konduktor menurut bahannya :

1. Kawat logam biasa, contoh : BCC (bare copper conductor) dan AAC (all alumunium conductor)

alumunium conductor)

2. Kawat logam campuran(alloy), contoh : AAAC (all alumunium alloy conductor)

3. Kawat logam paduan(composite),contoh : kawat baja berlapis tembaga (copper clad steel)

Klasifikasi Konduktor

Klasifikasi konduktor menurut bahannya :

4. Kawat lilit campuran(alloy), yaitu kawat yang lilitannya terdiri dari dua jenis logam atau lebih. Contoh : ACSR (alumunium atau lebih. Contoh : ACSR (alumunium conductor steel reinforced)

Klasifikasi Konduktor

Klasifikasi konduktor menurut konstruksinya: 1. Kawat padat (solid wire) berpenampang

bulat

2. Kawat berlilit (stranded wire) terdiri dari 7 2. Kawat berlilit (stranded wire) terdiri dari 7 sampai 61 kawat padat yang dililit menjadi satu

3. Kawat berongga (hollow conductor) adalah kawat berongga yang dibuat untuk mendapatkan diameter yang besar

Klasifikasi Konduktor

Klasifikasi konduktor menurut isolasinya:

1. Konduktor telanjang

2. Konduktor berisolasi, contoh : kabel twisted dan kabel NYY

Karakteristik Konduktor

Ada dua jenis karakteristik konduktor, yaitu :

1. Kekuatan mekanik, contoh : kekuatan tarik

tarik

Resistifitas Listrik

Resistifitas listrik adalah kemampuan suatu bahan dalam menahan arus listrik. Resistifitas listrik dinyatakan sebagai :

Ω R = tahanan dalam bahan (Ω)

ρ = tahanan jenis bahan (Ω.mm2/m) l _{= panjang bahan (m)}

A = luas penampang bahan (mm2₎

A

l

R

₌

ρ

⋅

Koefisien Temperatur Hambatan

besarnya perubahan tahanan akibat perubahan suhu dinyatakan oleh :

)]

(

1

[

₀ 0

t

t

R

R

₌

₊

_α

₋

R = tahanan akhir setelah perubahan suhu (Ω) R₀ = tahanan awal sebelum perubahan suhu (Ω) α = koefisien temperatur bahan

t = temperatur akhir (o_C)

t₀ = temperatur awal (o_C)

0 0

Penamaan Konduktor

1. Penghantar N – tembaga NA – alumunium 2. Isolasi Y – isolasi PVC 2Y – isolasi XLPE

Penamaan Konduktor

3. Selubung dalam G – karet 2G – karet butyl K – timah hitam K – timah hitam

KL – alumunium dengan permukaan licin KWK – selubung dari XLPE

Y – selubung dari PVC

2Y – selubung dari polietilen Z – selubung dari pita seng

Penamaan Konduktor

4. Perisai

B – pita baja F – baja pipih

L – jalinan kawat baja

Q – kawat baja berlapis seng R – kawat baja bulat satu lapis RR – kawat baja bulat dua lapis

Penamaan Konduktor

5. Spiral

D – spiral anti tekan

Gb – spiral dari pita baja 6. Selubung luar

A – selubung dari yute Y – selubung dari PVC

Penamaan Konduktor

7. Bentuk penghantar kabel se – sektor pejal

sm – sektor serabut re – bulat pejal

Penamaan Konduktor

Contoh 1.

kabel : NYY 4x6mm2_{, 0.6/1kV}

artinya kabel 4 inti berpenghantar tembaga masing-masing penghantar tembaga masing-masing penghantar luasnya 6mm2 _{berbentuk bulat pejal.}

Selubung dalam dan selubung luar PVC, batas tegangan nominal penghantar fasa-netral (bumi) 0,6 kV dan tegangan fasa-fasa 1 kV

Penamaan Konduktor

Contoh 2.

kabel : NYM – O 4x2mm2 300/500V

Artinya kabel 4 inti berpenghantar tembaga masing-masing luasnya 2 mm2 tembaga masing-masing luasnya 2 mm2 berbentuk bulat, pelindung dalam dan selubung luar PVC, tegangan nominal penghantar fasa – netral 300V dan tegangan nominal fasa – fasa 500V

Bahan Listrik

Semikonduktor

Peralatan elektron :

- Teknologi tabung gas

Bahan Semikonduktor

Bahan pembentuk semikonduktor : - Germanium

- Silikon

Bahan Semikonduktor

Bahan pembentuk semikonduktor : - Germanium

Konduktivitas tinggi

Digunakan untuk dioda dan transistor daya rendah dan sedang

Bahan Semikonduktor

Bahan pembentuk semikonduktor : - Silikon

Konduktivitas lebih rendah dari Germanium

Germanium

Digunakan untuk dioda dan transistor daya tinggi

Ketahanan termal lebih tinggi daripada Germanium

Bahan Semikonduktor

Bahan pembentuk semikonduktor : - Galium Arsenide

Memiliki sifat-sifat yang dapat diatur mengikuti sifat Germanium dan Silikon mengikuti sifat Germanium dan Silikon

Bahan Semikonduktor

Bahan Semikonduktor

Ketidakmurnian

Ketidakmurnian bahan semikonduktor : 1.Jenis p

Ketidakmurnian

Ketidakmurnian bahan semikonduktor : 1. Jenis-p

• Mengandung aluminium, • Mengandung aluminium,

gallium atau indium • Memiliki kekurangan

elektron pada atomnya (bermuatan positif)

Ketidakmurnian

Ketidakmurnian bahan semikonduktor : 2. jenis-n

• Mengandung arsenic dan • Mengandung arsenic dan

antimony

• Memiliki kelebihan elektron pada atomnya (bermuatan negatif)

Sambungan Semikonduktor

Sambungan Semikonduktor

Sambungan Semikonduktor

Semikonduktor

Semikonduktor

Semikonduktor

Kuis.

Jelaskan perbedaan semikonduktor jenis p dan semikonduktor jenis n !

Bahan Listrik

Ujian Tengah Semester S1-A

1. Gambarkan dan jelaskan perbedaan pita energi bahan konduktor dan isolator

2. Jelaskan sifat listrik bahan berdasarkan ikatan kimianya

kimianya

3. Jelaskan klasifikasi konduktor berdasarkan bahannya

4. Tentukan R jika ro=10 Ohm

5. Gambarkan dan jelaskan kurva karakteristik sambungan p-n

Ujian Tengah Semester S1-B

1. Jelaskan ciri-ciri struktur atom bahan isolator ! 2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan bahan

ferro elektrik dan berikan contoh

penggunaannya! penggunaannya!

3. Jelaskan perbedaan antara kawat berlilit dan kawat berongga !

4. Tentukan R jika ro=10 Ohm

5. Jelaskan proses pembentukan bahan

semikonduktor jenis-p dan jenis-n !

Bahan Listrik

Isolator Padat

a.Bahan Isolator

Bahan-bahan yang biasa digunakan dalam pembuatan isolator :

1. poliester 2. resin

3. porselen 4. micaver

Bahan Isolator

1. poliester

• dibentuk dari poliester poliglass yang diperkuat dengan fiberglass

• tidak mudah pecah

• mempunyai karakteristrik listrik dan mekanik • mempunyai karakteristrik listrik dan mekanik

yang tinggi

• dapat digunakan pada temperatur ruang yang tinggi dan didekat bahan-bahan korosif

Bahan Isolator

2. resin

• dibentuk dari polimeric epoxyresin atau

cycloalphatic resin dapat juga diperkuat dengan fiber glass atau fiber carbon

• Mempunyai ketahanan mekanik dan ketahanan • Mempunyai ketahanan mekanik dan ketahanan

terhadap bahan kimia yang baik • Harga relatif lebih murah

Bahan Isolator

3. porselin

• Porselin terbuat dari tanah liat china (China Clay) yang terdapat di alam dalam bentuk

aluminium silikat yang dicampur dengan kaolin fealspar dan Quarts dengan kaolin fealspar dan Quarts

(kwarsa).

• Kemudian campuran ini dipanaskan dalam tungku yang suhunya dapat diatur, dibakar sampai keras, halus mengkilat dan bebas dari lubang-lubang.

Bahan Isolator

3. porselin

• Untuk pembuatan isolator porselin diperlukan suhu berkisar antara

1300oC–1500oC dalam waktu 20–70

1300 C–1500 C dalam waktu 20–70

Bahan Isolator

4. Micaver (mika)

• dibentuk dari bahan-bahan mineral yang tahan terhadap panas

• mempunyai karakteristrik listrik • mempunyai karakteristrik listrik

maju dan mundur yang aman

Bahan Isolator

4. micaver (mika)

• dapat beroperasi hingga temperatur 350oC sampai dengan 400oC

Isolator Padat

b.Jenis Isolator

Isolator untuk saluran transmisi diklasifikasikan menurut penggunaan dan konstruksinya menjadi :

1. Isolator gantung (suspension) 2. Isolator pasak (pin)

2. Isolator pasak (pin)

3. Isolator batang panjang (long-rod) 4. Isolator pos-saluran (line post)

Jenis Isolator

1. Isolator gantung (suspension)

Gandengan isolator gantung pada umumnya dipakai pada saluran transmisi tegangan tinggi. Ada dua jenis isolator gantung, yaitu jenis clevis dan jenis ball-and-socket.

Jenis Isolator

2. Isolator pasak (pin)

Isolator pasak adalah isolator yang memiliki pasak baja yang disekrup pada bagian bawahnya. Digunakan untuk keperluan sendiri-sendiri, karena kekuatan mekanisnya rendah sehingga mekanisnya rendah sehingga tidak dibuat dalam ukuran-ukuran yang besar.

Jenis Isolator

3. Isolator batang panjang (long-rod)

Isolator batang panjang mempunyai sedikit bagian logam sehingga tidak mudah menjadi rusak. Bentuk rusuknya yang sederhana menyebabkan isolator batang panjang mudah tercuci oleh hujan, sehingga mudah tercuci oleh hujan, sehingga tepat untuk penggunaan pada tempat-tempat yang banyak dikotori oleh garam atau debu.

Jenis Isolator

4. Isolator pos saluran

Isolator pos saluran terbuat dari porselin dengan pasak baja yang dipasang pada bagian bawah isolator. Isolator jenis ini terletak pada bagian ujung saluran.

Karakteristik Listrik Isolator

Karakteristik listrik isolator dibagi menjadi :

1. Tegangan lompatan api frekuensi rendah kering 2. Tegangan lompatan api frekuensi rendah basah 3. Tegangan lompatan api impuls

Karakteristik Listrik Isolator

Karakteristik listrik isolator dibagi menjadi :

1. Tegangan lompatan api frekuensi rendah kering Tegangan lompatan api (flashover voltage) frekuensi rendah kering adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan diterapkan diantara api yang terjadi bila tegangan diterapkan diantara kedua elektroda isolator yang bersih dan kering permukaannya. Tegangan ini adalah nilai dasar dari karakteristik sebuah isolator.

Karakteristik Listrik Isolator

Karakteristik listrik isolator dibagi menjadi :

2.Tegangan lompatan api frekuensi rendah basah Tegangan lompatan api frekuensi rendah basah adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan diterapkan diantara kedua elektroda tegangan diterapkan diantara kedua elektroda isolator yang basah karena hujan atau dibasahi untuk menirukan keadaan hujan

Karakteristik Listrik Isolator

Karakteristik listrik isolator dibagi menjadi : 3. Tegangan lompatan api impuls

Tegangan lompatan api impuls adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan impuls

dengan gelombang standar diterapkan.

dengan gelombang standar diterapkan.

Karakteristik impuls terbagi atas polaritas positif dan negatif.

Karakteristik Listrik Isolator

Tabel. Karakteristik Listrik Isolator Gantung 250 mm teg. lompatan api teg. lompatan api

Jumlah piringan frekuensi rendah (kV) impuls (kV) kering basah positif negatif

2 155 90 255 255 3 215 130 355 345 4 270 170 440 415 5 325 215 525 495 6 380 255 610 585 … … … … … 25 1280 950 2145 2210

Perlengkapan Isolator

Yang termasuk dalam kategori perlengkapan isolator adalah pasangan-pasangan logam dan perlengkapan-perlengkapan lainnya untuk menghubungkan penghantar, isolator dan tiang transmisi.

Perlengkapan Isolator

1. Pasangan isolator

Pasangan isolator terbuat dari besi atau baja tempa yang ukurannya disesuaikan dengan tegangan, jenis dan ukuran penghantar, kekuatan tegangan, jenis dan ukuran penghantar, kekuatan mekanis serta konstruksi penopangnya. Dengan demikian dikenal baut-U, klevis (clevis), link, mata (eye), ball and socket, dsb yang mudah dihubung-hubungkan atau dipertukarkan

Perlengkapan Isolator

2.Tanduk Api

Untuk mencegah lompatan api (flashover) pada gandengan isolator dipasang tanduk-tanduk api gandengan isolator dipasang tanduk-tanduk api (arcing horns). Tanduk api dipasang pada ujung kawat dan ujung tanah dari isolator, serta dibentuk sedemikian rupa sehingga busur api tidak akan mengenai isolator disaat lompatan api terjadi.

Perlengkapan Isolator

3. Jepitan

Untuk penghantar dipakai pengapit gantungan (suspension clamps) dan pengapit tarikan (tension clamps). Sedang untuk kawat tanah dipakai clamps). Sedang untuk kawat tanah dipakai pengapit sederhana. Pengapit-pengapit dipilih dengan memperhatikan macam dan ukuran kawat, kuat tarik maksimum serta dibentuk sedemikian rupa sehingga tidak menimbulkan kerusakan dan kelelahan karena getaran (vibration) dan sudut andongan kawat

Perlengkapan Isolator

.

Perlengkapan Isolator

Bahan Listrik

Sejarah Magnet

Kata “magnet” berasal dari bahasa yunani magnitis lithos yang berarti batu magnesia.

Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut.

Sejarah Magnet

• 1600 : Dr. William Gilbert menerbitkan eksperimen awal yang sistematis tentang magnetisme dengan judul "De

Magnete".

• 1819 : Oerstead menemukan

hubungan antara magnet and listrik hubungan antara magnet and listrik dari percobaan sebuah kawat yang dialiri arus akan membelokkan jarum kompas

• 1825 : Sturgeon menemukan

elektromagnet.

• 1880 : Warburg menemukan siklus

Sejarah Magnet

• 1895 : Curie mengeluarkan Hukum

Curie tentang temperatur kerja magnet.

• 1905 : Langevin mengemukakan teori diamagnetisme and paramagnetisme.

• 1906 : Weiss mengemukakan teori

• 1906 : Weiss mengemukakan teori

ferromagnet.

• 1920an : Fisika magnet berkembang sampai pada putaran elektron (electron spin) yang mengawali mekanika kuantum

Medan Magnet

Gerak mengorbit dan gerak spin elektron

dalam atom

menimbulkan medan magnet.

magnet.

Kombinasi kedua

medan magnet bisa saling menguatkan atau saling melemahkan dan menghasilkan medan magnet atom

Contoh Bahan Magnet

• Lodestone:

Adalah magnet permanen pertama yang ditemukan, mengandung oksida alami Fe₃O₄. Medan magnet yang dihasilkannya rendah tetapi ketahanan dihasilkannya rendah tetapi ketahanan terhadap demagnetisasi cukup tinggi.

Contoh Bahan Magnet

• Magnet Baja Carbon: Ditemukan sejak abad ke-18. Baja ini

dicampur dengan tungsten dan atau chromium. Memiliki saturasi magnet yang tinggi, jauh diatas Lodestone, yang tinggi, jauh diatas Lodestone, namun harus dibuat dalam bentuk

batangan untuk menghindari

Contoh Bahan Magnet

• Magnet Alnico

(alloy yang dibentuk dari Al, Ni dan Co)

Ditemukan pada tahun 1930an, alnico adalah magnet permanen modern adalah magnet permanen modern yang pertama. Dengan temperatur Curie yang tinggi (~850°C), magnet ini masih digunakan secara luas sampai saat ini

Contoh Bahan Magnet

• Magnet Cobalt Platinum :

Ditemukan tahun 1950an. Sifat-sifatnya diatas Alnico dan tahan korosi sehingga banyak digunakan untuk keperluan medis. Namun harganya keperluan medis. Namun harganya mahal.

Contoh Bahan Magnet

• Magnet Ferit Keras :

(BaFe₁₂O₁₉ atau SrFe₁₂O₁₉)

Banyak digunakan untuk keperluan komersil. Produksi energinya rendah. Mudah didapatkan sehingga harganya Mudah didapatkan sehingga harganya murah dan dapat digunakan untuk

bentuk-bentuk magnet yang

Contoh Bahan Magnet

• Samarium Cobalt:

Alloy kombinasi antara cobalt, besi dan sedikit bahan lain, kebanyakan memiliki sifat magnet yang kuat, namun harganya cukup mahal. namun harganya cukup mahal. Magnet ini memiliki kestabilan temperatur yang baik sehingga biasa digunakan pada peralatan bersuhu tinggi.

Contoh Bahan Magnet

• Magnet Neodymium Iron Boron:

Memiliki saturasi magnet yang tinggi

dan ketahanan terhadap

demagnetisasi yang cukup

baik. _{Temperatur Curienya 312°C} baik. _{Temperatur Curienya 312°C}

sehingga membatasinya dari

penggunaan pada suhu tinggi, tetapi dengan penambahan Co dan Dy dapat meningkatkan karakteristik

temperaturnya tetapi juga

Contoh Bahan Magnet

• Samarium Iron Nitride:

Masih dalam tahap pengembangan, merupakan bahan magnet permanen yang cukup menjanjikan dengan ketahanan demagnetisasi yang tinggi, ketahanan demagnetisasi yang tinggi, magnetisasi yang tinggi, lebih tahan terhadap korosi dan temperatur tinggi

dibandingkan dengan magnet

Permeabilitas Magnet

Permeabilitas magnet (Permeability) adalah ukuran kemampuan atau daya

dukung suatu bahan dalam

pembentukan medan magnet melalui bahan itu sendiri

Suseptibilitas Magnet

Suseptibilitas magnet (susceptibility) adalah konstanta ukuran derajat magnetisasi suatu bahan terhadap medan magnet yang melingkupinya

Klasifikasi Bahan Magnet

1. Diamagnetik 2. Paramagnetik 3. Ferromagnetik 4. Antiferromagnetik 4. Antiferromagnetik

Klasifikasi Bahan Magnet

1. Diamagnetik

• Atom – atom bahan diamagnetik tidak memiliki momen maget

• nilai suseptibilitasnya kecil dan negatif • nilai suseptibilitasnya kecil dan negatif • contoh : Au dan Cu

Klasifikasi Bahan Magnet

2. Paramagnetik

• Atom – atom bahan paramagnetik memiliki momen maget yang acak

• nilai suseptibilitasnya kecil dan positif • nilai suseptibilitasnya kecil dan positif • contoh : Sn dan Pt

Klasifikasi Bahan Magnet

3. Ferromagnetik

• Atom – atom bahan ferromagnetik memiliki momen maget yang seragam dan searah

dan searah

• nilai suseptibilitasnya besar dan positif • contoh : Fe

Klasifikasi Bahan Magnet

4. Antiferromagnetik

• Atom – atom bahan antiferromagnetik memiliki momen maget yang seragam tetapi arahnya saling berlawanan tetapi arahnya saling berlawanan (saling meniadakan)

• nilai suseptibilitasnya kecil dan positif • contoh : Cr

Kurva Momen Magnet

Kurva momen magnet adalah kurva yang dibentuk oleh besaran medan magnet dan momen magnet.

Perilaku bahan magnet tertentu dapat Perilaku bahan magnet tertentu dapat dijelaskan melalui bentuk kurva momen magnetnya.

Kurva Momen Magnet

Kurva Momen Magnet

Kurva Momen Magnet

Kurva Momen Magnet

Contoh Penggunaan Magnet

• Pita Magnetis

Bahan Media Rekam Magnetis

Polarisasi Ukuran Bentuk

Bahan saturasi partikel partikel

(mT) (mm) Fe₂O₃ 440 0.5x0.1 jarum Fe₂O₃ 440 0.5x0.1 jarum CrO₂ 600 0.4x0.05 jarum Fe 2100 0.15x0.05 jarum Ba.6Fe₂O₃ 460 0.15x0.05 piringan

Proses Pembuatan Pita

Magnetis

Bahan Magnet

Bahan Listrik

Superkonduktor

Konsep superkonduktor :

Suatu bahan yang dapat mengalirkan arus listrik tanpa tahanan listrik sedikitpun.

listrik tanpa tahanan listrik sedikitpun.

Superkonduktor

• Suatu bahan yang terdiri dari campuran unsur-unsur tertentu yang dapat mengalirkan arus listrik tanpa tahanan pada suhu yang sangat rendah.

suhu yang sangat rendah.

• Arus yang mengalir pada rangkaian tertutup dari bahan superkonduktor akan terus mengalir selamanya

• Superkonduktivitas ini disebut juga sebagai “fenomena quantum makroskopis”

Superkonduktivitas

Suatu fenomena yang terjadi pada suatu bahan jika berada pada suhu yang sangat rendah akan menunjukkan ciri-ciri :

• resistansi menjadi nol • resistansi menjadi nol

• bersifat menolak medan magnet (Efek Meissner)

Superkonduktivitas dapat terjadi pada :

• Bahan konduktor murni (Aluminium) • Berbagai campuran logam (alloy) • Bahan semikonduktor

Superkonduktivitas tidak terdapat pada:

• Emas • Perak

Sejarah Superkonduktor

• 1911. Heike Kamerlingh mendinginkan air raksa (mercury) dalam helium cair pada suhu 4oK (-269oC) dan mendapati resistansinya nol

resistansinya nol

• 1933. Walter Meissner menemukan jika benda didinginkan pada suhu yang sangat rendah maka benda tersebut akan memiliki medan magnet sendiri yang menolak magnet lain bila didekatkan. Hal ini disebut juga sebagai efek meissner.

Sejarah Superkonduktor

• 1941. Ditemukan niobium-nitride yang menjadi superkonduktor pada suhu 16oK

• 1980. Ditemukan bahan superkonduktor dengan bahan dasar karbon (bahan dengan bahan dasar karbon (bahan organik)

• 1986. Ditemukan bahan superkonduktor dengan bahan dasar keramik (bahan isolator)

Sejarah Superkonduktor

• 1993. Ditemukan paduan raksa, thalium, barium, kalsium, tembaga dan oksigen yang menjadi superkonduktor pada suhu 138o_{K (suhu tertinggi)}

Temperatur Kritis (Tc)

Ketika temperatur bahan diturunkan dari temperatur ruang normal sampai pada batas temperatur tertentu bahan ini akan memiliki sifat superkonduktor

memiliki sifat superkonduktor

Temperatur bahan pada saat terjadinya perubahan sifat bahan ini dinamakan sebagai temperatur kritis (Tc)

Temperatur Kritis (Tc)

• Merkuri Padat (4,2oK)

• Magnesium diborida MgB₂ (39oK) • Cuprate

Efek Meissner

Ketika suatu bahan diturunkan

temperaturnya sampai pada temperatur kritis superkonduktornya maka bahan tersebut akan memiliki sifat magnet yang tersebut akan memiliki sifat magnet yang baru :

1. Bahan bukan magnet menjadi magnet

2. Dapat mengikat/mengunci fluks magnet lain

Kelas Bahan Superkonduktor

• Kelas I, (Low Temperature Superconductor) adalah bahan yang harus berada pada suhu yang sangat rendah

• Kelas II (High Temperature Superconductor) • Kelas II (High Temperature Superconductor) adalah bahan yang dapat berada pada suhu diatas bahan kelas I

Superkonduktor Kelas II

Tl2Ba2Ca2Cu3O10 (Tl1.6Hg0.4)Ba2Ca2Cu3O10+ TlBa2Ca2Cu3O9+ (TlSn)Ba4TmCaCu4Ox 127-128 K 126 K 123 K ~121 K (Tl0.5Pb0.5)Sr2Ca2Cu3O9 Tl2Ba2CaCu2O6 TlBa2Ca3Cu4O11 TlBa2CaCu2O7+ Tl2Ba2CuO6 TlSnBa4Y2Cu4Ox 118-120 K 118 K 112 K 103 K 95 K 86 K

Penggunaan Superkonduktor

Penggunaan Superkonduktor

1.Kendaraan Magnetik

Kendaraan ini dibuat mengambang

Penggunaan Superkonduktor

2.Magnetic Resonance Imaging(MRI)

Pancaran medan magnet superkonduktor

ditembakkan pada tubuh, lalu pantulannya ditangkap sehingga menjadi gambar MRI

Penggunaan Superkonduktor

3.Generator Superkonduktor

Generator dengan kawat superkonduktor

mempunyai efisiensi diatas 99% dan ukurannya jauh lebih kecil daripada generator konvensional

Penggunaan Superkonduktor

4.Saluran transmisi

Saluran transmisi superkonduktor akan mampu

menyalurkan daya listrik lebih banyak dan jarak yang lebih jauh daripada penghantar biasa.