MATERIAL ELEKTRO TEKNIK

TUGAS MID
MATERIAL ELEKTRO TEKNIK
OLEH :
PUTU NOPA GUNAWAN
NIM : D411 10 009
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
2012
1
Putu Nopa Gunawan / D411 10 009
TABEL 3.1 KONDUKTIVITAS BERBAGAI BAHAN PADA TEMPERATUR RUANG.
Bahan
Konduktivitas (S/m)
Klasifikasi
Emas (Siver)
6,7 x 107
Konduktor
Tembaga (Copper)
6,7 x 107
Konduktor
Aluminium
6,7 x 107
Konduktor
Brass
6,7 x 107
Konduktor
6,7 x 10
7
Konduktor
6,7 x 10
7
Konduktor
Besi (Ion)
6,7 x 10
7
Konduktor
Mercury
6,7 x 107
Konduktor
Graphite
6,7 x 104
Konduktor
Air Laut
~4,0
Konduktor
Germanium Intrinsik
~2,2
Semikonduktor intrinsik
Ferrite
~ 1,0 x 10-2
Tungsten
Nikel (Nicel)
Silikon Intrinsik
~ 0,44 x 10
-3
Semikonduktor intrinsik
Semikonduktor intrinsik
~ 1,0 x 10
-4
Isolator
Bakelit
~ 1,0 x 10
-9
Isolator
Glass
~ 1,0 x 10-12
Isolator
Mika
~ 1,0 x 10-15
Isolator
Kuarsa (Quartz)
~ 1,0 x 10-17
Isolator
Akuades (destiled water)
Dari table di atas dapat disimpulkan bahwa :
Tabel tersebut menjelaskan mengenai konduktivitas atau kemampuan suatu bahan untuk
menghantarkan listrik. Terlihat bahwa konduktivitas bahan dapat dibagi menjadi tiga yaitu,
Konduktor ( dari Emas sampai Air laut) , Semikonduktor (dari Germanium sampai Silikon) dan
Isolator ( dari Akuades sampai Kuarsa).
A. Konduktor
Konduktor adalah suatu bahan yang memiliki kemampuan untuk menghantarkan arus
listrik sangat besar sehingga memiliki nilai konduktivitas yang besar dibandingkan
semikonduktor dan isolator. Material konduktor mempunyai electron bebas dalam jumlah yang
besar. Electron bebas dalam material konduktor dapat terjadi karena sifat dari ikatan metalik
yaitu antara elektro valensi dengan inti atom bahan semikonduktor yang sangat lemah. Logam
memiliki ikatan elektron valensi yang sangat lemah sehingga mudah bergerak melalui seluruh
2
Putu Nopa Gunawan / D411 10 009
stukturnya bila dikenai gaya oleh suatu medan magnit. Jadi logam digolongkan sebagai
konduktor, karena memiliki muatan bebas (elektron yang terdelokalisir) dalam jumlah yang
sangat banyak.
1. Emas
Konsentrasi elektron bebas dalam logam emas 5,90 × 1022 cm-3. Emas sangat konduktif
untuk listrik, dan telah digunakan untuk jaringan kabel listrik di beberapa aplikasi
energi tinggi (hanya perak dan tembaga lebih konduktif per volume, tapi emas memiliki
keuntungan ketahanan korosi). Seperti terlihat pada emas dengan konduktivitas 6,17 x 10 7
S/m. Emas merupakan bahan konduktor yang sangat bagus untuk dijadikan penghantar, namun
karena harga yang mahal dan lebih sulit menemukannya sehingga jarang digunakan dan yang
sering digunakan sebagai konduktor adalah tembaga. Meskipun emas bereaksi kimia oleh
klorin bebas, konduktivitas yang baik dan ketahanan umum terhadap oksidasi dan
korosi pada lingkungan lain (termasuk tahan terhadap asam non-diklorinasi) telah
menyebabkan industri digunakan secara luas di era elektronik sebagai lapisan lapisan
tipis konektor elektris dari segala jenis, sehingga memastikan koneksi yang baik.
Sebagai contoh, emas yang digunakan dalam konektor kabel elektronik lebih mahal,
seperti audio, video dan kabel USB.
2. Tembaga
Tembaga adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang
Cu dan nomor atom 29. Lambangnya berasal dari bahasa Latin Cuprum.Tembaga
merupakan konduktor panas dan listrik yang baik.Selain itu unsur ini memiliki korosi
yang cepat sekali. Tembaga murni sifatnya halus dan lunak, dengan permukaan
berwarna jingga kemerahan. Konfigurasi atom Cu adalah : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1,
sehingga Cu cenderung melepaskan 1 elektron valensinya dan sangat baik jika
digunakan sebagai konduktor dan mudah untuk didapatkan.
3. Alumunium
Aluminium merupakan konduktor listrik yang baik. Terang dan kuat.
Merupakan konduktor yang baik juga buat panas. Dapat ditempa menjadi lembaran,
ditarik menjadi kawat dan diekstrusi menjadi batangan dengan bermacam-macam
penampang. Tahan korosi.
3
Putu Nopa Gunawan / D411 10 009
4. Kuningan
Kuningan merupakan paduan dari tembaga dan seng,
proporsi seng dan
tembaga dapat bervariasi untuk menciptakan berbagai kuningan dengan sifat yang
bervariasi. Sebagai perbandingan, perunggu pada prinsipnya paduan tembaga dan timah.
Bronze tidak selalu mengandung timah, dan berbagai paduan tembaga, termasuk paduan
dengan arsen , fosfor , aluminium , mangan , dan silikon , yang biasanya disebut
"perunggu ". Karena kuningan paduan dari tembaga dan seng , itulah sebabnya
kuningan dapat menghantarkan listrik.
5. Tungsten
Nama "tungsten" (dari Nordic sten tung, yang berarti "batu berat") digunakan
dalam bahasa Inggris, Perancis, dan bahasa lainnya sebagai nama elemen. Tungsten
adalah nama Swedia tua untuk scheelite mineral. Nama lain "wolfram" (atau "volfram"),
yang digunakan misalnya dalam kebanyakan bahasa Eropa (terutama Jerman dan
Slavia), berasal dari mineral wolframite , dan ini juga merupakan asal dari simbol kimia,
W. Nama "wolframite" berasal dari bahasa Jerman "serigala Rahm" ("serigala jelaga"
atau "krim serigala"), nama yang diberikan untuk tungsten oleh Johan Gottschalk
Wallerius pada tahun 1747. Hal ini, pada gilirannya, berasal dari "Lupi spuma", nama
Georg Agricola digunakan untuk elemen tahun 1546, yang diterjemahkan ke dalam
bahasa Inggris sebagai "buih serigala" atau "krim" (etimologi tidak sepenuhnya
tertentu), dan merupakan referensi untuk sejumlah besar timah dikonsumsi oleh mineral
selama ekstraksi.
6. Nikel
Nikel adalah salah satu dari empat elemen yang feromagnetik sekitar suhu
kamar. Alnico magnet permanen berdasarkan sebagian pada nikel adalah kekuatan
penengah antara berbasis besi magnet permanen dan jarang-magnet bumi . Logam ini
terutama berharga dalam dunia modern untuk paduan membentuk, sekitar 60% dari
produksi dunia digunakan dalam nikel-baja (terutama stainless steel ). Paduan umum
lainnya, serta beberapa baru superalloy , membentuk sebagian besar dari sisa
penggunaan nikel dunia, dengan menggunakan kimia untuk senyawa nikel
4
Putu Nopa Gunawan / D411 10 009
mengkonsumsi kurang dari 3% dari produksi. Sebagai suatu senyawa, nikel memiliki
sejumlah kimia niche pembuatannya menggunakan, seperti katalis untuk hidrogenasi .
Enzim beberapa mikroorganisme dan tumbuhan mengandung nikel sebagai pusat aktif,
yang membuat logam merupakan nutrisi penting bagi mereka.
7. Besi
Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak
digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari. Dalam tabel periodik, besi mempunyai
simbol Fe dan nomor atom 26. Besi juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi. Salah
satu kelemahan besi adalah mudah mengalami korosi. Korosi menimbulkan banyak
kerugian karena mengurangi umur pakai berbagai barang atau bangunan yang
menggunakan besi atau baja.
8. Merkuri
Merkuri adalah logam yang dalam keadaan normal berbentuk cairan berwarna
abu-abu, tidak berbau dengan berat molekul 200,59. Tidak larut dalam air, alkohol,
eter, asam hidroklorida, hidrogenbromida dan hidrogen iodide; Larut dalam asam nitrat,
asam sulfurik panas dan lipid. Tidak tercampurkan dengan oksidator, halogen, bahanbahan yang mudah terbakar, logam, asam, logam carbide dan amine. Toksisitas merkuri
berbeda sesuai bentuk kimianya, misalnya merkuri inorganik bersifat toksik pada ginjal,
sedangkan merkuri organik seperti metil merkuri bersifat toksis pada sistim syaraf pusat.
9. Grafit
Grafit adalah suatu modifikasi dari karbon dengan sifat yang mirip logam (penghantar
panas dan listrik yang baik). Di samping tidak cukup padat, grafit tidak terdapat dalam jumlah
banyak di alam. Grafit digunakan sebagai elektroda, bantalan luncur, ring penyekat, dan aditif
untuk bahan pe-lumas. Grafit juga mempertinggi kemampuan lumas teflon. Barang yang
seluruhnya dibuat dari grafit adalah alat penukar panas, cawan lebur, batu filter, pompa, dan
pelat pecah. Grafit juga digunakan sebagai bahan pengisi. Pada alat penyekat dan penghitung
volume, sebagian peralatannya dibuat dari grafit (misalnya torak). Serat grafit dimanfaatkan
untuk pelepasan muatan elektrostatik pada selubung ventilasi.
5
Putu Nopa Gunawan / D411 10 009
10. Air Laut
Air laut adalah air dari laut atau samudera. Air laut memiliki kadar garam rata-rata
3,5%. Artinya dalam 1 liter (1000 mL) air laut terdapat 35 gram garam (terutama, namun tidak
seluruhnya, garam dapur/NaCl). Air laut memiliki kadar garam karena bumi dipenuhi dengan
garam mineral yang terdapat di dalam batu-batuan dan tanah. Contohnya natrium, kalium,
kalsium, dll. Apabila air sungai mengalir ke lautan, air tersebut membawa garam. Ombak laut
yang memukul pantai juga dapat menghasilkan garam yang terdapat pada batu-batuan. Lamakelamaan air laut menjdai asin karena banyak mengandung garam.
B. Semikonduktor
Semikonduktor adalah bahan yang sifat konduktivitasnya berada diantara konduktor
dan isolator, semikonduktor dapat dijadikan sebagai bahan konduktor dan juga dapat dijadikan
bahan isolator. Contohnya Germanium dan silicon. Hal ini disebabkan semikonduktor memiliki
4 elektron valensi, yang memungkinkan untuk melepas dan menerima lagi.
1. Germanium
Germanium adalah unsur kimia dengan simbol Ge dan nomor atom 32. Ini adalah,
berkilau keras, putih keabu-abuan metalloid dalam kelompok karbon , kimia mirip dengan
tetangga kelompoknya timah dan silikon . Dimurnikan germanium adalah semikonduktor ,
dengan tampilan yang paling mirip dengan silikon unsur. Seperti silikon, germanium bereaksi
secara alami dan membentuk kompleks dengan oksigen di alam.
Diagram pita energi utnuk germanium mirip dengan intan dengan perbedaan celah
energi hanya sekitar 1 eV. Konfigurasi atom Ge [Ar] 3d10 4s2 4p2 macam atom ini memiliki 4
elektron di tingkat energy terluarnya. Tumpang-tindih pita energi di tingkat energi terluar akan
membuat pita energi terisi penuh 8 elektron. Karena celah energy sempit maka jika temperatur
naik, sebagian elektron di pita valensi naik ke pita konduksi mudah dan dengan meninggalkan
tempat kosong (hole) di pita valensi. Baik elektron yang telah berada di pita konduksi maupun
hole di pita valensi akan bertindak sebagai pembawa muatan untuk terjadinya arus listrik.
Konduktivitas listrik naik dengan cepat dengan naiknya temperatur.
Konduktivitas listrik tersebut di atas disebut konduktivitas intrinksik. Konduktivitas material
semikonduktor juga dapat ditingkatkan dengan penambahan atom asing tertentu (pengotoran,
impurity). Jika atom pengotor memiliki 5 elektron terluar (misalnya P atau As) maka akan ada
kelebihan satu elektron tiap atom. Kelebihan elektron ini akan menempati tingkat energi sedikit
6
Putu Nopa Gunawan / D411 10 009
di bawah pita konduksi (beberapa perpuluh eV) dan dengan sedikit tambahan energi akan sangat
mudah berpindah ke pita konduksi dan berkontribusi pada konduktivitas listrik. Atom pengotor
seperti ini disebut donor (karena ia memberikan elektron lebih) dan semikonduktor dengan
donor disebut semikonduktor tipe n.
2. Ferrit
Pembuatan magnet permanent Barium Ferit dengan bahan dasar pasir besi yang terdapat
pada alam yaitu paslr besi yang mengandung FeZnCr04 dan pasir besi Lumajang. Kedua jenis
pasir tersebut selanjutnya dikenai proses ekstraksi secara hydrothermal oxidation untuk
mendapatkan bahan Fe2~ dengan menggunakan katalis Jarutan k.imia HN~. H2SO,. dan HCI.
Diperoleh hasil bahwa larutan katalis HN~ dapat meningkatkan kemumian Fe2~ Jebih tinggi
dibanding H~o.
3. Silikon
Silikon adalah suatu elemen yang sering terdapat pada tanah liat dan pasir. Bukan hanya
disebabkan oleh jumlahnya yang melimpah sehingga murah, tetapi seilikon sendiri merupakan
semikonduktor. Prinsip dari silicon adalah sama dengan germanium. Silicon mempunyai
konfigurasi Si [Ne] 3s2 3p2, Silikon super murni dapat didoping dengan boron, gallium, fosfor
dan arsenik untuk memproduksi silikon yang digunakan untuk transistor, sel-sel solar,
penyulingan, dan alat-alat solid-state lainnya, yang digunakan secara ekstensif dalam barangbarang elektronik dan industri antariksa.
C. Isolator
Isolator adalah suatu bahan yang tidak dapat digunakan untuk menghantarkan arus,
contohnya Akuades hingga kuarsa. Bahan isolator memiliki ikatan electron yang sangat kuat
dan ion- ionnya tidak mudah mengalami difusi.
1. Bakelite
Bakelite atau polyoxybenzylmethylenglycolanhydride, adalah awal plastik . Ini adalah
thermosetting resin fenol formaldehida , yang terbentuk dari reaksi eliminasi dari fenol dengan
formaldehida , biasanya dengan tepung kayu pengisi . Ini dikembangkan pada tahun 1907 oleh
Belgia kimiawan Leo Baekeland .
Salah satu yang pertama plastik dibuat dari komponen sintetis (meskipun fenol dapat
diekstraksi dari sumber biologis), bakelite digunakan untuk perusahaan listrik nonconductive
7
Putu Nopa Gunawan / D411 10 009
properti dan tahan panas dalam casing radio dan telepon dan listrik isolator , dan juga dalam
beragam produk seperti dapur , perhiasan , pipa batang, dan mainan anak-anak.
2. Glass
Kaca dan glass jangka dikembangkan pada akhir Kekaisaran Romawi . Dalam ilmu,
bagaimanapun, istilah kaca biasanya didefinisikan dalam arti yang lebih luas, termasuk setiap
padat yang memiliki non-kristalin (yaitu, amorf ) struktur dan yang menunjukkan sebuah
transisi kaca bila dipanaskan terhadap keadaan cair. Dalam arti yang lebih luas, gelas dapat
dibuat dari kelas sangat berbeda dari bahan: logam paduan , mencair ion, larutan air , cairan
molekul, dan polimer.
3. Mika
Mika adalah sejenis mineral. Kata "mika" berasal dari kata bahasa Latin micare,
"bergemerlapan", sebab mineral satu ini terlihat gemerlap (khususnya saat berskala
kecil). Mika memiliki bentuk lamela berkilap hitam,Mika memiliki rumus umum kimia
X2Y4–6Z8O20(OH,F)4 dengan X biasanya adalah K, Na, atau Ca, tetapi dapat pula Ba,
Rb, atau Cs; Y terutama adalah Al, Mg, atau Fe, dan dapat pula Mn, Cr, Ti, Li, dsb.; Z
terutama sekali adalah Si atau Al, tapi bisa pula mencakup Fe 3+ atau Ti. Secara
struktural, mika bisa digolongkan sebagai disoctahedral (Y = 4) dan trisoctahedral (Y =
6). Jika ion X adalah K atau Na, maka mika itu termasuk golongan common. Tapi
apabila ion X adalah Ca, maka mika digolongkan sebagai mika rapuh.
4. Kuarsa
Kuarsa adalah salah satu mineral yang umum ditemukan di kerak kontinen bumi.
Mineral ini memiliki struktur kristal heksagonal yang terbuat dari silika trigonal
terkristalisasi (silikon dioksida, SiO2), dengan skala kekerasan Mohs 7 dan densitas
2,65 g/cm³. Bentuk umum kuarsa adalah prisma segienam yang memiliki ujung
piramida segienam.
8
Putu Nopa Gunawan / D411 10 009
Kesimpulan :
Konduktor :
o Dari Emas hingga Air laut
o Memiliki konduktivitas di atas 104 S/m
o Memiliki muatan yang bebas dengan jumlah yang banyak dan
ikatan electron valensi yang lemah.
Semikonduktor :
o Dari Germanium hingga Silikon
o Berada di antara konduktor dan silicon dengan konduktivitas
>10-4 hingga <104
o Memiliki 4 elektron valensi
Isolator :
o Dari Akuades hingga Kuarsa
o Memiliki konduktivitas kurang dari 10 -4
Referensi:
http://staff.ui.ac.id/internal/131645339/material/05_Semikonduktor.pdfhttp://www.biomed.ee.itb.ac.id/co
urses/Material%20biomedika/BAB%208%20b5%20Konduktor,%20Isolator,%20Semikonduktor.pdf
staff.ui.ac.id/internal/040603019/material/Konduktor.pdf
http://library.um.ac.id/free-contents/index.php/pub/detail/penentuan-konduktivitas-listrik-tembaga-cupada-pcb-dengan-menggunakan-set-efek-hall-buatan-pudak-oleh-sunaryono-9226.html
http://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=semikonduktor+silikon&source=web&cd=3&ved=0CGQQFj
AC&url=http%3A%2F%2Foc.its.ac.id%2Fambilfile.php%3Fidp%3D141&ei=R6GqT9XDD4_MrQfwtp
T6AQ&usg=AFQjCNHQIlpEtrXPHqZkxyB9zlQE6i84nQ
9
Putu Nopa Gunawan / D411 10 009