A. Konduktor

MAKALAH SIFAT-SIFAT BAHAN BAHAN LISTRIK, KONDUKTOR,
ISOLATOR, SEMIKONDUKTOR, SUPERKONDUKTOR,NUKLIR,
Rika Kariana Muzakir
BAB 1
Latar Belakang
Di dalam sistem tanaga listrik bahan listrik merupakan salah satu elemen yang harus dipenuhi karena bahan
listrik itulah yang akan menentukan kualitas penyaluran energi listrik itu sendiri, karena tanpa ada bahan yang
menyalurkan daya tentunya tidak akan pernah ada aliran listrik yang sesuai dengan kebutuhan penyaluran. Ada
beberapa bahan listrik yang sering kita dengar atau yang sangat popular di kalangan orang orang yang menggeluti
dunia listrik , yaitu konduktor, semikonduktor, dan isolator. Satu lagi yang dikenal dengan super konduktor ,
namun masih dalam penelitian intensif para ahli . Ketiga bahan tadi secara integratif dalam sistem kelistrikan
dimanfaatkan secara optimal.
Penghantar atau penyalur dalam bahan listrik adalah zat yang dapat menghantarkan arus listrik, baik berupa zat
padat, cair atau gas. Karena sifatnya yang konduktif maka disebut konduktor. (id.wikipedia.org) 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 karena sangat mahal harganya, maka secara ekonomis tembaga dan alumunium
paling banyak digunakan (id.wikipedia.org).
Yang termasuk bahan-bahan penghantar adalah bahan yang memiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar
orbit. Elektron bebas ini akan sangat berpengaruh pada sifat bahan tersebut. Jika suatu bahan listrik memiliki
banyak elektron bebas pada orbit-orbit elektron, bahan ini memiliki sifat sebagai penghantar listrik
(yantekbansel.wordpress.com)
Bahan penghantar dalam penyaluran listrik yang berupa zat padat, cair ,atau gas yang memiliki banyak electron
adalah konduktor yang baik , termasuk logam yang berupa emas perak ,tembaga, aluminium, zink, bisa di
gunakan sebagai konduktor atau penyalur listrik , yang bisa di di kategorikan sebagai sebagai bahan penyalur
listrik yang baik.
Bahan bahan listrik yang di gunakan sebagai pengantar atau penyalur listrik yang berupa zat padat,cair, atau gas
dapat di kelompokkan sebagai berikut:
1. Bahan penghantar ( Konduktor)
2. Bahan setengah penghantar (semi konduktor)
3. Bahan penyekat (isolator)
4. Bahan super konduktor
5. Bahan magnetis
6. Bahan nuklir
7. Bahan khusus
BAB 11
Materi
Konduktor, isolator, semi konduktor dan bahan lainnya mempunya sifat sifat tersendiri , dan jenis sifat sifat
tersebut sebagai berikut:
A. Konduktor
Konduktor dalam rekayasa elektronik adalah zat yang dapat melakukan arus listrik, baik dalam bentuk padat,
cair atau gas. Karena itu konduktif, itu disebut konduktor (www.dosenpendidikan.com). Bahan konduktor
merupakan penghantar listrik yang baik . Bahan ini mempunyai daya hantar listrik (Electrical Conductivity)
yang besar dan tahanan listrik (Electrical resistance) yang kecil. Bahan penghantar listrik berfungsi untuk
mengalirkan arus listrik. Saat melakukan penyaluran arus listrik yang perlu di perhatikan adalah fungsi kabel ,
kumparan/ lilitan yang ada pada alat listrik yang anda jumpai . Juga pada saluran transmisi/distribusi. Dalam
teknik listrik , bahan penghantar yang sering di jumpai adalah tembaga dan alumunium .
1) Sifat sifat bahan konduktor
Dalam bahan konduktor mempunyai sifat sifat penting seperti:
a) Daya hantar listrik
Arus yang mengalir dalam suatu penghantar selalu mengalami hambatan dari penghantar itu sendiri. Besar
hambatan tersebut tergantung dari bahannya. Besar hambatan tiap meternya dengan luas penampang 1mm2 pada
temperatur200C dinamakan hambatan jenis. Besarnya hambatan jenis suatu bahan dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan :
R= ρl/A
dimana :
R : Hambatan dalam penghantar, satuanya ohm (Ω)
ρ : hambatan jenis bahan, dalam satuan ohm.mm2/m
l : panjang penghantar, satuannya meter (m)
A : luas penampang kawat penghantar, satuanya mm2
b). Koefesien suhu tahanan
Telah kita ketahui bahwa dalam suatu bahan akan mengalami perubahan volume bila terjadi perubahan
temperatur. Bahan akan memuai jika temperatur suhu naik dan akan menyusut jika temperatur suhu turun.
Bahan penghantar yang paling banyak dipakai adalah tembaga , karena tembaga merupakan bahan penghantar
yang paling baik setelah perak dan harganya pun murah karena banyak terdapat dimana-mana . Akhir-akhir ini
banyak digunakan alumunium dan baja sebagai penghantar walaupun tahanan jenisnya cukup besar , hal ini
dengan pertimbangan sangat berlimpah dan harganya menjadi lebih murah
c). Daya hantar panas
Daya hantar panas menunjukkan jumlah panas yang melalui lapisan bahan tiap satuan waktu. Diperhitungkan
dalam satuan Kkal/jam 0C. Terutama diperhitungkan dalam pemakaian mesin listrik beserta perlengkapanya.
Pada umumnya logam mempunyai daya hantar panas yang tinggi sedangkan bahan-bahan bukan logam rendah.
d). Kekuatan tegangan tarik dan
Sifat mekanis bahan sangat penting, terutama untuk hantaran diatas tanah. Oleh sebab itu, bahan yang dipakai
untuk keperluan tersebut harus diketahui kekuatanya. Terutama menyangkut penggunaan dalam pendistribusian
tegangan tinggi. Penghantar listrik dapat berbentuk padat , cair , atau gas . yang berbentuk padat umumnya logam
, elektrolit dan logam cair (air raksa) merupakan penghantar cair , dan udara yang diionisasikan dan gas-gas
mulia (neon) ,kripton ,dsb) sebagai penghantar bentuk gas .
e). Timbulnya daya electro motoris termo
Sifat ini sangat penting sekali terhadap dua titik kontak yang terbuat dari dua bahan logam yang berlainan jenis,
karena dalam suatu rangkaian, arus akan menimbulkan daya elektro-motoris termo tersendiri bila terjadi
perubahan temperatur suhu.
Daya elektro-motoris termo dapat terjadi lebih tinggi, sehingga dalam pengaturan arus dan tegangan dapat
menyimpang meskipun sangat kecil. Besarnya perbedaan tegangan yang dibangkitkan tergantung pada sifatsifat kedua bahan yang digunakan dan sebanding dengan perbedaan temperaturnya. Daya elektro-motoris yang
dibangkitkan oleh perbedaan temperatur disebut dengan daya elektro-motoris termo.
2.) Macam macam bahan konduktor
Fungsi penghantar pada teknik lisrik adalah untuk menyalurkan energi listrik dari satu titik ke titik lain
Penghantar yang lazim digunakan antara lain: Tembaga dan Alumunium. Beberapa bahan penghantar yang
masih ada dan relevasinya ,antara lain :
a). Alumunium
b). Tembaga
c). Baja
d). Wolfram
e). Molibdenum
f). Platina
g). Air raksa
h). ahan-bahan resistivitas tinggi
i). Timah hitam
3). Kriteria bahan konduktor
Penghantar tenaga listrik, selain mensyaratkan konduktivitas yang tinggi juga membutuhkan sifat mekanis dan
fisika tertentu yang disesuaikan dengan penggunaan penghantar itu sendiri.
Selain masalah teknis, penggunaan logam sebagai penghantar ternyata juga sangat ditentukan oleh nilai
ekonomis logam tersebut dimasyarakat. Sehingga suatu kompromi antara nilai teknis dan ekonomi logam yang
akan digunakan mutlak diperhatikan. Nilai kompromi termurahlah yang akan menentukan logam mana yang
akan digunakan. Pada saat ini, logam Tembaga dan Aluminium adalah logam yang terpilih diantara jenis logam
penghantar lainnya yang memenuhi nilai kompromi teknis ekonomis termurah.
kriteria mutu lainnya yang juga harus dipenuhi meliputi seluruh atau sebagian dari sifat – sifat atau kondisi
berikut ini, yaitu:
a). Komposisi kimia.
b). Sifat tarik seperti kekuatan tarik (tensile strength) dan regangan tarik (elongation).
c). Sifat bending
d). Diameter dan variasi yang diijinkan.
e). Kondisi permukaan kawat harus bebas dari cacat, dan lain-lain.
4). Karakteristik Konduktor
Ada 2 (dua) jenis karakteristik konduktor , yaitu :
a). Karakteristik mekanik, yang menunjukkan keadaan fisik dari konduktor yang menyatakan kekuatan tarik dari
pada konduktor (dari SPLN 41-8:1981, untuk konduktor 70 mm berselubung AAAC-S pada suhu sekitar 30 oC,
maka kemampuan maksimal dari konduktor untuk menghantar arus adalah 275 A).
b). Karakteristik listrik, yang menunjukkan kemampuan dari konduktor terhadap arus listrik yang melewatinya
(dari SPLN 41-10 : 1991, untuk konduktor 70 mm2 berselubung AAAC-S pada suhu sekitar 30 oC, maka
kemampuan maksimum dari konduktor untuk menghantar arus adalah 275 A). (www.academia.edu)
5). Klasifikasi Konduktor Menurut Konstruksinya
a). Kawat padat (solid wire) berpenampang bulat.
b). Kawat berlilit (standart wire) terdiri 7 sampai dengan 61 kawat padat yang dililit menjadi satu, biasanya
berlapis dan konsentris.
c). kawat berongga (hollow conductor) adalah kawat berongga yang dibuat untuk mendapatkan garis tengah luar
yang besar.( www.academia.edu)
6). Persyaratan Persyaratan Bahan Konduktor
a. Konduktifitasnya cukup baik.
b. Kekuatan mekanisnya (kekuatan tarik) cukup tinggi.
c. Koefisien muai panjangnya kecil.
d. Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar.
B. Semi Konduktor
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator (isolator) dan
konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan setengah penghantar listrik. Suatu semikonduktor bersifat
sebagai insulator jika tidak diberi arus listrik dengan cara dan besaran arus tertentu, namun pada temperatur, arus
tertentu, tatacara tertentu dan persyaratan kerja semikonduktor berfungsi sebagai konduktor, misal sebagai
penguat arus, penguat tegangan dan penguat daya. Untuk menggunakan suatu semikonduktor supaya bisa
berfungsi harus tahu spesifikasi dan karakter semikonduktor itu, jika tidak memenuhi syarat operasinya maka
akan tidak berfungsi dan rusak. Bahan semikonduktor yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan
gallium arsenide. (id.wikipedia.com)
Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah IC
(integrated circuit). Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni.
Bahan-bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki
susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas. Tahun 1906 ,pickard
merancang suatu diode detector dari Kristal slikon yang disebut dengan nama Cat’s wishker, dimana alat yang
di buatnya ini terdiri atas suatu kawat yang disambungkan dengan Kristal silicon (elektroloss.blogspot). Alat
inilah yang dikenal sebagai dioada semikonduktor yang pertama.dalam bidang industri penemuan komponen
semikonduktor mengakibatkan banyak perubahan dalam kehidupan manusia; terutama dilihat mamfaatnya
dalam membantu kelancaran proses industri, diantaranya:
a). Dipergunakannya komponen pasif seperti hambatan, kapasitor, Inductor, dan transformator sebagai
kelengkapan dalam menyusun suatu rangkaian elektronik.
b). Dibuatnya alat elektronik radio AM, radio FM, penguat suara hi-fi, TV warna, pemancar FM
c). Penggunaan alat elektronik untuk mengatur dan menjalankan mesin-mesin industry,dengan ditemukannya;
diode tegangan tinggi, diode daya tinggi
Semikonduktor telah memberikan pengaruh besar dan menjadi bagian yang tak terpisahkan dalam peradaban
manusia saat ini. Kita bisa menemukan semikonduktor pada jantung chip mikroprosesor hingga pada transistor.
Nyaris semua peralatan elektronik bergantung sepenuhnya pada keberadaan semikonduktor.
1). Susunan Atom Semikonduktor
Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Gallium
Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen
semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari
alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada di bumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca dan batubatuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon. Dapatkah anda menghitung jumlah pasir
di pantai.Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron valensi.
Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut
membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah (0oK), struktur
atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar berikut.
Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada
kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk
menghantarkan listrik. Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga
memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas,
sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor yang baik.
2). Jenis Jenis Semikonduktor
Ada dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik.
a). Semikonduktor Intrinsik
Semi konduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum mengalami penyisipan oleh atom akseptor atau atom
donor. Pada suhu tinggi elektron valensi dapat berpindah menuju pita konduksi, dengan menciptakan hole pada
pita valensi. Pengahantar listrik pada semikonduktor adalah elektron dan hole.
( elektroloss.blogspot.co.id/)
b). Semikonduktor Ekstrinsik
Semikondutor ekstrinsik merupakan semikonduktor yang memperoleh pengotoran atau penyuntikan (doping)
oleh atom asing.
3). Karaktersitik Bahan Semikonduktor
a). Semikonduktor elemental
Semikonduktor elemental terdiri atas unsur – unsur pada sistem periodik golongan IV A seperti silikon (Si),
Germanium (Ge) dan Karbon (C). Karbon semikonduktor ditemukan dalam bentuk kristal intan. Semikonduktor
intan memiliki konduktivitas panas yang tinggi sehingga dapat digunakan dengan efektif untuk mengurangi efek
panas pada pembuatan semikonduktor laser.
b). Semikonduktor Gabungan
Semikonduktor gabungan (kompon) terdiri atas senyawa yang dibentuk dari logam unsur periodik golongan IIB
dan IIIA (valensi 2 dan 3) dengan non logam pada golongan VA dan VIA (valensi 5 dan 6) sehingga membentuk
ikatan yang stabil (valensi 8). Semikonduktor gabungan III dan V misalnya GaAs dan InP, sedangakan gabungan
II dan VI misalnya CdTe dan ZnS.
4.) Penggunaan Bahan Semikonduktor
Semikonduktor merupakan terobosan dalam teknologi bahan listrik yang memungkinkan pembuatan komponen
elektronik dalam wujud mikro, sehingga peralatan elektronik dapat dibuat dalam ukuran yang lebih kecil.
Beberapa komponen elektronik yang menggunakan bahan semikonduktor yaitu:
a). Dioda
Dioda merupakan peranti semikonduktor yang dasar. Diode memiliki banyak tipe dan tiap tipe memiliki fungsi
dan karakteristik masing-masing. Kata Diode berasal dari Di (Dua) Ode (Elektrode), jadi Diode adalah
komponen yang memiliki dua terminal atau dua electrode yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik dalam
satu arah. Dengan kata lain diode bekerja sebagai Konduktor bila beda potensial listrik yang diberikan dalam
arah tertentu (Bias Forward) tetapi diode akan bertindak sebagai Isolator bila beda potensial listrik diberikan
dalam arah yang berlawanan (Bias Reverse) Tipe dasar dari diode adalah diode sambungan PN.
b). Transistor
Transistor adalah komponen elektronik yang dibuat dari materi semikonduktor yang dapat mengatur tegangan
dan arus yang mengalir melewatinya dan dapat berfungsi sebagai saklar elektronik dan gerbang elektronik.
c). IC (Integrated Circuit)
Integrated Circuit merupakan komponen elektronik yang terdiri atas beberapa terminal transistor yang tergabung
membentuk gerbang. Masing – masing gerbang dapat dioperasikan sehingga membentuk logika tertentu yang
dapat mengendalikan pengoperasian suatu perangkat elektronik. Gabungan dari beberapa buah IC dan komponen
lain dapat diproduksi dengan menggunakan bahan semikonduktor dalam bentuk chip. Chip multifungsi ini
kemudian dikenal sebagai mikroprosesor yang berkembang hingga sekarang.
5). Doping dan Persiapan bahan semikonduktor
a). Doping semikonduktor
Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya dapat diubah
banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini
disebut dopan. Doping sejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan faktor
lebih besar dari satu milyar. Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline silicon didop-berat
seringkali digunakan sebagai pengganti logam.
b). Persiapan bahan semikonduktor
Semikonduktor dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan handal diperlukan untuk produksi massa.
Tingkat kemurnian kimia yang diperlukan sangat tinggi karena adanya ketidaksempurnaan, bahkan dalam
proporsi sangat kecil dapat memiliki efek besar pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan
yang tinggi juga diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti dislokasi, kembaran, dan retak
tumpukan) mengganggu properti semikonduktivitas dari 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.
Karena diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat
semikonduktor, metode khusus telah dikembangkan untuk memproduksi bahan semikonduktor awal. Sebuah
teknik untuk mencapai kemurnian tinggi termasuk pertumbuhan kristal menggunakan proses Czochralski.
Langkah tambahan yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal sebagai perbaikan zona.
Dalam perbaikan zona, sebagian dari kristal padat dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang
dicairkan, sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga 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 untuk menentukan
kompatibilitas antar bahan.
(www.academia.edu)
C. Isolator
Bahan penyekat (isolator) digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan. Untuk itu pemakaian
bahan penyekat perlu mempertimbangkan sifat kelistrikanya. Di samping itu juga perlu mempertimbangkan sifat
termal, sifat mekanis, dan sifat kimia. Sifat kelistrikan mencakup resistivitas, permitivitas, dan kerugian
dielektrik. Penyekat membutuhkan bahan yang mempunyai resistivitas yang besar agar arus yang bocor sekecil
mungkin. Yang perlu diperhatikan di sini adalah bahwa bahan isolasi yang higroskopis hendaknya
dipertimbangkan penggunaannya pada tempat-tempat yang lembab karena resistivitasnya akan turun.
Resistivitas juga akan turun jika tegangan yang diberikan naik.
Isolator :
1). mempunyai sifat dapat mengisolir arus listrik,
2). memiliki tahanan listrik (resistansi) yang besar sekali.
3). susunan atomnya sedemikian rupa sehingga elektronvalensinya sulit berpindah
ke pita konduksi, karena celah energinya (energy gap) besar sekali.
4). Jika terjadi perpindahan elektron dari pita valensi ke pita konduksi, dengan
perkataan lain terjadi tegangan tembus (breakdown voltage).
Bahan yang disebut sebagai bahan isolator adalah bahan dielektrik, ini disebabkan jumlah elektron yang terikat
oleh gaya tarik inti sangat kuat. Elektro-elektronya sulit untuk bergerak atau bahkan tidak sangat sulit berpindah,
walaupun telah terkena dorongan dari luar. Bahan isolator sering digunakan untuk bahan penyekat (dielektrik).
Pennyekat listrik terutama dimaksudkan agar listrik tidak dapat mengalir jika pada bahan penyekat tersebut
diberi tegangan listrik. Untuk dapat memenuhi persyaratan tersebut, diperlukan jenis bahan yang sesuai. Selain
syarat tersebut juga diperlukan syarat yang lain yang dipertimbangkan untuk memenuhi pemakaianya. Antara
lain:
1). Sifat Kelistrikan isolator
Bahan penyekat mempunyai tahanan listrik yang besar. Penyekat listrik ditujukan untuk mencegah terjadinya
kebocoran arus listrik antara kedua penghantar yang berbeda potensial atau untuk mencegah loncatan listrik
ketanah. Kebocoran arus listrik harus dibatasi sekecil-kecilnya (tidak melampui batas yang telah ditentukan oleh
peraturan yang berlaku).
2). Sifat Mekanis isolator
Mengingat luasnya pemakaian bahan penyekat, maka dipertimbangkan kekuatan struktur bahannya. Dengan
demikian, dapat dibatasi hal-hal penyebab kerusakan dikarenakan kesalahan pemakaiannya. Misal diperlukan
bahan yang tahan tarikan, maka kita harus menggunakan bahan dari kain daripada kertas. Bahan kain lebih kuat
terhadap tarikan daripada bahan kertas.
3). Sifat Termis isolator
Panas yang ditimbulkan dari dalam oleh arus listrik atau oleh arus gaya magnet, berpengaruh terhadap kekuatan
bahan penyekat. Demikian panas yang berasal dari luar (alam sekitar). Dalam hal ini, kalau panas yang
ditimbulkan cukup tinggi, maka penyekat yang digunakan harus tepat. Adanya panas juga harus
dipertimbangkan, agar tidak merusak bahan penyekat yang digunakan.
4). Sifat Kimia isolator
Panas yang tinggi yang diterima oleh bahan penyekat dapat mengakibatkan perubahan susunan bahan kimia .
Demikian juga pengaruh adanya kelembaban udara, basah yang ada di sekitar bahan penyekat. Jika kelembaban
tidak dapat dihindari, haruslah dipilih bahan penyekat yang tahan terhadap air. Demikian juga adanya zat-zat
lain dapat merusak struktur kimia bahan. Mengingat adanya bermacam-macam asal, sifat dan ciri bahan
penyekat, maka untuk memudahkan kita dalam memilih untuk aplikasi dalam kelistrikan, kita akan membagi
bahan penyekat berdasar kelompoknya. Pembagian kelompok bahan penyekat adalah sebagai berikut:
a). Bahan tambang (batu pualam, asbes, mika, dan sebagainya)
b). Bahan berserat (benang, kain, kertas, prespon, kayu, dan sebagainya)
c). Gelas dan keramik
d). Plastic
e). Karet, bakelit, ebonit, dan sebagainya
f). Bahan yang dipadatkan.
Penyekat bentuk cair yang penting dan banyak digunakan adalah minyak transformator dan macam-macam hasil
minyak bumi. Sedang penyekat bentuk gas adalah nitrogen dan karbondioksida (CO2). Penggunaan bahan
isolator selain sebagai bahan penyekat adalah sebagai bahan tahanan (resistor). Bahan tahanan yang umumnya
dipakai merupakan paduan/ campuran logam-logam terdiri dari dua atau lebih unsur bahan campuran. Pemakaian
bahan tahanan dalam kelistrikan, antara lain:
a). Untuk pembuatan kotak tahanan standart dan shunt
b). Untuk tahanan dan rheostats
c). Untuk unsur pemanas, kompor listrik dan sebagainya.
Sesuai dengan penggunaanya bahan tahanan haruslah memiliki tahanan jenis yang tinggi, koefisien temperatur
yang tinggi, dan memiliki daya elektro-motoris termo yang kecil. Pada penggunaan yang membutuhkan daya
tahan panas tinggi, bahan tahanan harus dipilih yang memiliki titik cair yang tinggi, selain itu bahan tahanan.
pada keadaan panas yang tinggi tidak mudah dioksidir sehingga menjadi berkarat.
D. Superkonduktor
Superkonduktivias adalah sebuah fenomena yang terjadi dalam beberapa material pada suhu rendah, dicirikan
dengan ketiadaan hambatan listrik dan "dampin" dari medan magnetik interior (efek Meissner).
Superkonduktivitas adalah sebuah fenomena mekanika-kuantum yang berbeda dari konduktivitas sempurna.
Dalam superkonduktor konvensional, superkonduktivitas disebabkan oleh sebuah gaya tarik antara elektron
konduksi tertentu yang meningkat dari pertukaran phonon, yang menyebabkan elektron konduksi
memperlihatkan fase superfluid terdiri dari pasangan elektron yang berhubungan. Ada juga sebuah kelas
material, dikenal sebagai superkonduktor tidak konvensional, yang memperlihatkan superkonduktivitas tetapi
yang ciri fisiknya berlawanan dengan teori superkonduktor konvensional. Apa yang disebut superkonduktor
suhu-tinggi superkonduk pada suhu yang jauh lebih tinggi dari yang dimungkinkan menurut teori konvensional
(meskipun masih jauh di bawah suhu ruangan.) Sekarang ini tidak ada teori lengkap tentang superkonduktivitas
suhu-tinggi.
Superkonduktivitas terjadi di berbagai macam material, termasuk unsur sederhana seperti timah dan aluminum,
beberapa logam alloy, beberapa semikonduktor di-dop-berat, dan beberapa "compound" keramik berisi bidang
atom tembaga dan oksigen. Kelas compound yang terkahir, dikenal sebagai kuprat, adalah superkonduktor suhutinggi.
Superkonduktivitas tidak terjadi dalam logam mulia seperti emas dan perak, atau di banyak logam ferromagnetik,
meskipun ada beberapa material menampilkan baik superkonduktivitas dan ferromagnetisme telah ditemukan
tahun-tahun belakangan ini.
(Wikipedia.id)
1). Sifat kelistrikan superkonduktor
Sebelum menjelaskan prinsip superkonduktor, akan lebih baik jika terlebih dahulu menjelaskan bagaimana kerja
logam konduktor pada umumnya. Bahan logam tersusun dari kisi-kisi dan basis serta electron bebas. Ketika
medan listrik diberikan pada bahan, elektron akan mendapat percepatan. Medan listrik akan menghamburkan
elektron ke segala arah dan menumbuk atom-atom pada kisi. Hal ini menyebabkan adanya hambatan listrik pada
logam konduktor.
Pada bahan superkonduktor terjadi juga interaksi antara electron dengan inti atom. Namun elektron dapat
melewati inti tanpa mengalami hambatan dari atom kisi. Efek ini dapat dijelaskan oleh Teori BCS. Ketika
elektron melewati kisi, inti yang bermuatan positif menarik elektron yang bermuatan negatif dan mengakibatkan
elektron bergetar.
Jika ada dua buah elektron yang melewati kisi, elektron kedua akan mendekati elektron pertama karena gaya
tarik dari inti atom-atom kisi lebih besar. Gaya ini melebihi gaya tolak-menolak antar electron sehingga kedua
elektron bergerak berpasangan. Pasangan ini disebut Cooper Pairs. Efek ini dapat dijelaskan dengan istilah
Phonons. Ketika elektron pertama pada Cooper Pairs melewati inti atom kisi. Elektron yang mendekati inti atom
kisi akan bergetar dan memancarkan Phonon. Sedangkan elektron lainnya menyerap Phonon. Pertukaran Phonon
ini mengakibatkan gaya Tarik menarik antar elektron. Pasangan elektron ini akan melalu kisi tanpa gangguan
dengan kata lain tanpa hambatan.
2). Sifat kemagnetan seperkonduktor
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
superkonduktor menghasilkan medan magnet dalam bahan yang berlawanan arah dengan medan magnet luar
yang diberikan. Efek yang sama dapat diamati jika medan magnet diberikan pada bahan dalam suhu normal
kemudian didinginkan sampai menjadi superkonduktor. Pada suhu kritis, medan magnet akan ditolak. Efek ini
dinamakan Efek Meissner.
3). Sifat quantum superkonduktor
Teori dasar Quantum untuk superkonduktor dirumuskan melalui tulisan Bardeen, Cooper dan Schriefer pada
tahun 1957. Teori dinamakan teori BCS. Fungsi gelombang BCS menyusun pasangan partikel dan. Ini adalah
bentuk lain dari pasangan partikel yang mungkin dengan Teori BCS. Teori BCS menjelaskan bahwa :
a). Interaksi tarik menarik antara elektron dapat menyebabkan keadaan dasar terpisah dengan keadaan tereksitasi
oleh energi gap.
b). Interaksi antara elektron, elektron dan kisi menyebabkan adanya energi gap yang diamati. Mekanisme
interaksi yang tidak langsung ini terjadi ketika satu elektron berinteraksi dengan kisi dan merusaknya. Elektron
kedua memanfaatkan keuntungan dari deformasi kisi. Kedua elektron ini beronteraksi melalui deformasi kisi.
(academica.edu)
4). Tipe tipe superkonduktor
Berdasarkan interaksi dengan medan magnetnya, maka superkonduktor dapat dibagi menjadi dua tipe yaitu
Superkonduktor Tipe I dan Superkonduktor Tipe II
a). Superkonduktor tipe I
Superkonduktor tipe I menurut teori BCS (Bardeen, Cooper, dan Schrieffer) dijelaskan dengan menggunakan
pasangan elektron (yang seringdisebut pasangan Cooper). Pasangan elektron bergerak sepanjang terowongan
penarik yang dibentuk ion-ion logam yang bermuatan positif .
Akibat dari adanya pembentukan pasangan dan tarikan ini arus listrik akan bergerak dengan merata dan
superkonduktivitas akan terjadi. Superkonduktor yang berkelakuan seperti ini disebut superkonduktor
jenis pertama yang secara fisik ditandai dengan efek Meissner, yakni gejala penolakan medan magnet luar
(asalkan kuat medannya tidak terlalu tinggi) oleh superkonduktor. Bila kuat medannya melebihi batas kritis,
gejala superkonduktivitasnya akan menghilang. Maka pada superkonduktor tipe I akan terus menerus menolak
medan magnet yang diberikan hingga mencapai medan magnet kritis. Kemudian dengan tiba-tiba bahan
akan berubah kembali ke keadaan normal.
b). Superkonduktor tipe II
Superkonduktor tipe II ini tidak dapat dijelaskan dengan teori BCS karena apabila superkonduktor jenis II ini
dijelaskan dengan teori BCS, efek Meissner nya tidak terjadi. Abrisokov berhasil memformulasikan teori baru
untuk menjelaskan superkonduktor jenis II ini. Ia mendasarkan teorinya pada kerapatan pasangan elektron yang
dinyatakan dalam parameter keteraturan fungsi gelombang. Abrisokov dapat menunjukkan bahwa parameter
tersebut dapat mendeskripsikan pusaran (vortices) dan bagaimana medan magnet dapat memenetrasi bahan
sepanjang terowongan dalam pusaran-pusaran ini. Lebih lanjut ia pun dengan secara mendetail dapat
memprediksikan jumlah pusaran yang tumbuh seiring meningkatnya medan magnet. Teori ini merupakan
terobosan dan masih digunakan dalam pengembangan dan analisis superkonduktor dan magnet
Superkonduktor tipe II akan menolak medan magnet yang diberikan. Namun perubahan sifat kemagnetan tidak
tiba-tiba tetapi secara bertahap. Pada suhu kritis, maka bahan akan kembali ke keadaan semula. Superkonduktor
Tipe II memiliki suhu kritis yang lebih tinggi dari superkonduktor tipe I.
E. Bahan Magnetis
Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal
dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di
Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu
magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi
yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak
tetap. Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan.
Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan (south/ S). Walaupun magnet
itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub. Magnet dapat menarik
benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua
logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang
mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai
daya tarik yang rendah oleh magnet.
a). sifat sifat magnetis
1). Sifat kutub
Semua magnet memperlihatkan ciri-ciri tertentu. Magnet memiliki dua tempat yang gaya magnetnya paling kuat.
Daerah ini disebut kutub magnet. Ada 2 kutub magnet, yaitu kutub utara (U) dan kutub selatan (S). Seringkali
kita menjumpai magnet yang bertuliskan N dan S. N merupakan kutub utara magnet itu (singkatan dari north
yang berarti utara) sedangkan S kutub selatannya (singkatan dari south yang berarti selatan).
Magnet dapat berada dalam berbagai bentuk dan ukuran. Bentuk yang paling sederhana berupa batang lurus.
Bentuk lain yang sering kita jumpai misalnya bentuk tapal kuda (ladam) dan jarum. Pada bentuk-bentuk ini,
kutub magnetnya berada pada ujung-ujung magnet itu. Gambar C1 memperlihatkan berbagai bentuk magnet
yang sering kita jumpai.
Jika dua buah magnet saling didekatkan, magnet pertama akan mengerjakan gaya pada magnet kedua, dan
magnet kedua mengerjakan gaya kepada magnet pertama. Gaya magnet, seperti halnya gaya listrik, berupa
tarikan dan tolakan. Jika dua kutub utara didekatkan, maka keduanya tolak-menolak. Dua kutub selatan juga
saling menolak. Namun, jika kutub selatan didekatkan pada kutub utara, maka kedua kutub ini akan tarikmenarik. Sehingga kita dapat membuat aturan untuk kutub magnet: kutub senama tolak-menolak, dan kutub tak
senama tarik-menarik.
b). Theory magnet
Teori lain tentang sifat magnet adalah teori Weiss yang mendasarkan padasifat spin elektron. Weiss
mengemukakan bahwa setiap elektron yang ada pada atomunsur selalu berputar pada sumbunya dan bersifat
sebagai magnet elementer. Arah perputaran (spin) elektron yang satu dengan elektron lainnya dapat saling
berlawanan(oleh karena itu jika arah yang satu diberi harga positif maka arah kebalikannya diberiharga negatif).
Semakin banyak suatu logam memiliki elektron berspin sama (berarahsama), semakin kuat sifat kemagnetan
dari logam itu. Logam transisi tertentu(terutama besi dan campurannya), spin elektronnya dapat diarahkan
menjadi spinsearah. Kelompok elektron yang mempunyai spin searah disebut kelompok Weiss;
kelompok-kelompok Weiss dalam logam akan saling memperkuat dan membuatlogam itu bersifat magnet.
F. Bahan Nuklir
Bahan Nuklir. Beberapa bahan yang ada di alam, seperti uranium, apabila direaksikan dengan neutron, akan
mengalami reaksi pembelahan dan menghasilkan energi yang dapat digunakan untuk memanaskan air hingga
menjadi uap. Selanjutnya uap tersebut dapat digunakan untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik.
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir komersial yang pertama adalah Reaktor Magnox, yang dibangun pada tahun
1950-an di Inggris. Bahan nuklir sering dipakai sebagai bahan baker reaktor nuklir. Reaktor nuklir adalah
pesawat yang mengandung bahan-bahan nuklir yang dapat membelah, yang disusun sedemikian sehingga suatu
reaksi berantai dapat berjalan dalam keadaan dan kondisi terkendali. Dengan sendirinya syarat agar suatu bahan
dapat dipergunakan sebagai bahan bakar nuklir adalah bahan yang dapat mengadakan fisi (pembelahan atom).
Dalam reaktor nuklir digunakan bahan bakar uranium 235, plutonium-239, uranium-233.
BAB III
KESIMPULAN
Adapun bahan listrik yang sering kita dengar atau yang sangat popular di kalangan orang orang yang menggeluti
dunia listrik atau electro, yaitu konduktor. Semikonduktor, isolator dan superkonduktor. Konduktor dalam
rekayasa elektronik adalah zat yang dapat melakukan arus listrik, baik dalam bentuk padat, cair atau gas. Karena
itu konduktif, itu disebut konduktor, Dalam bahan konduktor mempunyai sifat sifat penting seperti, daya hantar
panas, koipisien suhu, kekuatan tegangan Tarik dan Timbulnya daya electro motoris termo, adapun bahan bahan
yang di gunakan dalam konduktor meliputi Alumunium, Tembaga, Baja, wolfram, molibdenium, platina dan air
raksa. Kriteria bahan konduktor meliputi : Komposisi kimia. Sifat tarik seperti kekuatan tarik (tensile strength)
, tegangan tarik
(elongation) dan Sifat bending, konduktor memiliki dua karakteristik, yaitu
Karakteristik mekanik yang menunjukkan keadaan fisik dari konduktor dan yang ke dua Karakteristik listrik,
yang menunjukkan kemampuan dari konduktor. Adapun klasifikasi konduktor menurut konstruksinya meliputi
Kawat padat (solid wire) berpenampang bulat, Kawat berlilit (standart wire) terdiri 7 sampai dengan 61 kawat
padat yang dililit menjadi satu, kawat berongga (hollow conductor) adalah kawat berongga yang dibuat untuk
mendapatkan garis tengah luar yang besar. Adapun Persyaratan Persyaratan Bahan Konduktor meliputi.
Konduktifitasnya cukup baik, Kekuatan mekanisnya (kekuatan tarik) cukup tinggi.Koefisien panjangnya kecil.
Dan Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar. Di dalam bahan listrik istilah Semikonduktor
merupakan elemen yang tidak akan terpisahkan, Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas
listrik yang berada di antara insulator (isolator) dan konduktor. Adapun susunan Bahan semikonduktor yang
banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Gallium Arsenida (GaAs). Germanium.
Ada dua jenis semi konduktor yang pertama, Semi konduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum
mengalami penyisipan oleh atom akseptor atau atom donor, dan yang ke dua Semikondutor ekstrinsik merupakan
semikonduktor yang memperoleh pengotoran atau penyuntikan (doping) oleh atom asing. Adapun karakteristik
semikonduktor meliputi semi konduktor elemental dan semikonduktor gabungan. Penggunaan bahan
semikonduktor meliputi, diode atau peranti semikonduktor dasar, Transistor atau komponen elektronik yang
dibuat dari materi semikonduktor, dan Integrated Circuit yang merupakan komponen elektronik yang terdiri atas
beberapa terminal transistor yang tergabung membentuk gerbang. Dalam bahan listrik isolator tidak akan
terpisahkan dari sitem tenaga listrik atau elektrik, Bahan penyekat (isolator) digunakan untuk memisahkan
bagian-bagian yang bertegangan, mempunyai sifat dapat mengisolir arus listrik, memiliki tahanan listrik
(resistansi) yang besar. Bahan yang disebut sebagai bahan isolator adalah bahan dielektrik, yang disebabkan oleh
jumlah elektron yang terikat oleh gaya tarik inti yang kuat. Adapun isolator mempunyai sifat kelistrikan, sifat
mekanis, sifat termis dan sifat kimia, pembagian bahan isolator meliputi, Bahan tambang, Bahan berserat, Gelas
dan keramik, Karet, bakelit, ebonit, dan sebagainya. Dan begitu juga dengan bahan Superkonduktor. Bahan
superkonduktor atau Superkonduktivias adalah sebuah fenomena yang terjadi dalam beberapa material pada
suhu rendah, dicirikan dengan ketiadaan hambatan listrik dan "dampin" dari medan magnetik interior (efek
Meissner). superkonduktor memiliki sifat kelistrikan, sifat kemagnetan dan sifat quantum, adapun tipe tipe dari
superkonduktor yaitu Superkonduktor tipe I yang menurut teori BCS (Bardeen, Cooper, dan Schrieffer)
dijelaskan dengan menggunakan pasangan elektron (yang seringdisebut pasangan Cooper), dan superkonduktor
tipe II.