STUDI ANALISIS GELOMBANG TEGANGAN PIEZOELEKTRIK

STUDI ANALISIS GELOMBANG TEGANGAN PIEZOELEKTRIK
Harriyanto, Agus R. Utomo
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
[email protected]
Abstrak
Kebutuhan akan energi semakin meningkat. Saat ini, lebih banyak yang menggunakan
sumber daya alam terbatas sebagai penghasil energi, seperti solar, bensin, batubara dan lainlain sehingga banyak peneliti yang mengembangkan energi alternatif dari sumber daya alam
yang dapat diperbarui, seperti gelombang laut, angin, matahari, getaran, dan piezoelektrik.
Namun, penelitian mengenai piezoelektrik masih sedikit. Oleh karena itu, penulis mencoba
untuk menganalisis gelombang tegangan keluaran piezoelektrik sehingga dapat dilihat bentuk
serta pemanfaatannya. Penelitian ini merupakan penelitian kualitatif yang menganalisis
gelombang tegangan piezoelektrik. Pengambilan data dilakukan dengan menempelkan
piezoelektrik pada dinding, kemudian memukulnya menggunakan silinder pemukul yang
dipasang pada sebuah motor sehingga ketika motor berputar, silinder pemukul akan mengenai
piezoelektrik. Rangkaian ini kemudian dihubungkan dengan osiloskop untuk melihat
gelombang yang dihasilkan. Hasilnya adalah gelombang tegangan yang dihasilkan berbentuk
sinusoidal (bolak-balik ; AC) dengan gelombang positif lebih besar dibanding dengan
gelombang negatifnya yang dikarenakan besar momentum tumbukan lebih besar dibanding
regangan. Tegangan yang dihasilkan oleh piezoelektrik berpengaruh terhadap dimensi (luas
penampang dan tebal) dari piezoelektrik.
Kata kunci : energi alternatif; piezoelektrik
Abstract
The demand for energy is increasing. Nowadays, people often useunrenewable
resources as energy, such as diesel, gasoline, coal and other so researchers are developing
alternative energy from renewable resources, such as ocean waves, wind, solar, vibration,
and piezoelectric. However, research on piezoelectric still small. Therefore, the author tries
to analyze the piezoelectric output voltage waveform that can be seen form and utilization.
This research is a qualitative study that analyzed the piezoelectric voltage waveform. Data
retrieval is done by attaching a piezoelectric on the wall, then hit him using cylindrical bat
mounted on a motor so when the motor spins, the piezoelectric cylinder will bat. The circuit is
then connected to an oscilloscope to see the waveform generated. The result is a surge
voltage generated sinusoidal (Alternating Current) with positive waves greater than the
negative waves that because large momentum pressure greater than strain. The voltage
generated by the piezoelectric effect on the dimensions (cross-sectional area and thickness) of
the piezoelectric.
Keywords
: alternatif energy; piezoelectric
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
1. PENDAHULUAN
Pada era sekarang ini kebutuhan listrik selalu meningkat seiring berjalannya waktu.
Listrik merupakan salah satu kebutuhan sangat penting yang digunakan untuk memudahkan
kehidupan manusia, misalnya untuk penerangan saat malam hari, untuk menjalankan
peralatan rumah tangga serta untuk berbagai pekerjaan manusia lainnya. Dengan demikian
dapat disimpulkan bahwa pertambahan jumlah manusia/penduduk berbanding lurus dengan
peningkatan kebutuhan listrik.
Tenaga listrik merupakan unsur penting dalam perkembangan dan kemajuan
teknologi. Seiring dengan perkembangan dan kemajuan teknologi, penggunaan listrik pun
semakin meningkat. Seperti yang kita ketahui bahwa pada masa ini lebih banyak listrik yang
dihasilkan oleh sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui seperti solar, batubara, dan
lain-lain. Padahal sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui tersebut lama-kelamaan akan
habis karena dipakai terus-menerus oleh manusia. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu sumber
energi baru yang dapat menghasilkan listrik. Tentu saja sumber tersebut merupakan sumber
daya alam yang dapat diperbarui sehingga tidak akan habis meskipun digunakan secara terusmenerus.
Sebenarnya ada banyak sumber energi baru yang berasal dari sumber daya alam yang
dapat diperbarui dapat menghasilkan listrik, contohnya matahari, air, gelombang lautan,
angin, getaran dan lain-lain. Semua sumber-sumber itu ada di alam, dapat diperoleh secara
gratis, dan tidak akan habis meskipun digunakan terus-menerus. Oleh karena itu, saat ini
Indonesia bahkan dunia seolah berkompetisi untuk mengembangkan dan menghasilkan listrik
menggunakan sumber energi tersebut. Sumber energi yang banyak dikembangkan adalah
energi angin, matahari, gelombang laut, dan piezoelektrik. Namun, belum cukup banyak
penerapan sumber-sumber energi ini di Indonesia.
Wilayah Indonesia mempunyai perairan yang sangat luas dan berada di daerah
khatulistiwa sehingga sinar matahari lebih hangat dibandingkan dengan daerah yang jauh dari
garis khatulistiwa. Hal ini mendorong banyak peneliti untuk melakukan penelitian mengenai
pemanfaatan energi angin, gelombang laut, dan matahari sebagai sumber energi listrik baru
yang akan diterapkan di Indonesia. Namun penelitian piezoelektrik sebagai sumber listrik
masih jarang diteliti padahal piezoelektrik dapat dijadikan sumber energi listrik yang baik.
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
Berdasarkan uraian di atas, dapat dilihat bahwa piezoelektrik merupakan sumber
energi listrik yang baik. Hal inilah yang mendasari penulis menganalisa lebih jauh mengenai
gelombang tegangan dari piezoelektrik untuk dijadikan sumber tenaga listrik sehingga dapat
dimanfaatkan lebih baik lagi.
2. TINJAUAN TEORITIS
Kata piezoelektrik berasal dari Bahasa Yunani, yaitu piezo atau piezein yang berarti
tekanan dan electric yang artinya arus listrik (Wikipedia, 2012). Bahan piezoelektrik
ditemukan pertama kali pada tahun 1880-an oleh Jacques dan Pierre Curie. Kata piezo berarti
tekanan, sehingga efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik terbentuk ketika material
dikenai tekanan mekanik.
Piezoelektrik adalah suatu peristiwa adanya muatan yang terdapat dalam bahan-bahan
padat (solid) seperti kristal, keramik, dan zat-zat biologis (tulang, protein, DNA) untuk
merespon tegangan mekanis. Atau dengan kata lain, piezoelektrik adalah material yang
memproduksi medan listrik ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika
medan listrik diterapkan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan
mekanis.
Efek piezoelektrik berasal dari interaksi antara benda mekanik dan keadaan elektrik
pada suatu material. Ada dua keadaan dalam efek piezoelektrik, yaitu jika suatu benda padat
dialiri arus listrik maka akan menyebabkan perubahan mekanik dan sebaliknya. Jika suatu
benda atau material padat diberi tekanan secara mekanik maka akan menimbulkan arus listrik.
Pada dasarnya hanya kristal yang memiliki kutub acak (Polycrystal with random polar
axis) yang dapat menyebabkan efek piezolelektrik. Pada polikristal ini, kutub positif dan
negatif tidak dapat ditentukan sehingga untuk menghasilkan efek piezolektrik polikristal ini
harus dialiri arus listrik DC. Proses ini disebut dengan poling).
Gambar 1. Polycrystal dengan Random Polar Axis
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
Arus listrik DC yang mengalir tersebut tentu menghasilkan panas sehingga molekulmolekul yang terdapat dalam kristal akan semakin mudah bergerak yang menyebabkan energi
kinetik semakin besar. Medan listrik yang timbul menyebabkan molekul-molekul di dalamnya
akan memiliki dipole dengan arah yang searah.
Setelah kristal tersebut diberi beda tegangan yang cukup besar maka akan
menghasilkan krsital dengan polaritas yang searah tapi tetap masih dalam bentuk polikristal.
Kristal keramik yang memiliki polaritas sama setelah dikenai beda tegangan inilah yang akan
menimbulkan efek piezoelektrik. Gambar di bawah adalah gambar bagaimana efek
piezoelektrik bisa terjadi. Suatu keramik dengan polaritas seperti gambar (a) dikenai tekanan
mekanis seperti gambar (b) menyebabkan beda tegangan dengan polaritas yang sama seperti
keramik tersebut. Kemudian keramik dikenai regangan mekanis seperti gambar (c)
menyebabkan beda tegangan dengan polaritas yang berkebalikan dengan polaritas asli
keramik. Sebaliknya ketika keramik tersebut dihubungkan dengan sumber AC ketika polaritas
sumber berkebalikan dengan polaritas keramik maka keramik tersebut akan meregang seperti
yang terlihat pada gambar (d), dan ketika polaritas sumber sama seperti polaritas keramik
maka bahan tersebut akan mengecil dimensinya.
Gambar 2. Efek Piezoelektrik
Efek piezolektrik itu sendiri sebenarnya dibagi menjadi dua macam, yaitu direct
piezoelektrik effect dan converse piezoelektrik effect. Keduanya sama-sama terjadi pada bahan
piezo bedanya adalah penyebab dan efek yang ditimbulkan, keduanya saling berkebalikan.
Direct Piezoelektrik effect terjadi ketika suatu bahan piezooelektrik dikenai tekanan ataupun
regangan secara mekanis sehingga timbul beda potensial, kebalikkannya adalah converse
piezoelektrik effect yaitu ketika suatu bahan piezoelektrik diberi beda potensial antara 2
sisinya sehingga akan menyebabkan perubahan bentuk secara mekanis pada bahan tersebut.
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
Gambar 3. Efek Piezoelektrik dan Efek Kebalikannya
Piezoelektrik terjadi karena efek kombinasi antara rapat fluks listrik, permitivitas,
intensitas medan listrik, modulus Young, serta stress dan strain sesuai hukum Hooke. Sama
halnya seperti pada percobaan-percobaan ilmiah yang lain, dalam piezoelektrik juga
ditemukan suatu nilai yang disimbolkan dengan d, yaitu piezoelektrik modulus. Besarnya d
pada tiap bahan berbeda-beda tergantung rasio perubahan mekanik terhadap rapat muatan atau
rasio rapat muatan terhadap perubahan mekanis. Selanjutnya nilai tersebut akan
mempengaruhi perhitungan secara matematis.
3. METODE PENELITIAN
Pada desain peralatan untuk pengambilan data dibuat agar lempengan piezoelektrik
yang digunakan dapat diberikan tekanan yang kontinyu sehingga
sehingga data yang diperoleh yang
dimunculkan ke osiloskop dapat terlihat lebih jelas dan berkelanjutan. Lempengan
piezoelektrik yang digunakan pada percobaan ini adalah lempengan piezoelektrik yang
terdapat pada speaker tweeter piezo bermerek Audax AX 55 yang mudah didapatkan
dipasaran.
Adapun proses pengambilan data yang diinginkan seperti berikut.
Motor Berputar
Silinder Pemukul
Memukul
Piezoelektrik
Data Osiloskop
Disimpan
Gambar 4. Proses Pengambilan Data
Untuk menggerakan motor tersebut digunakan adaptop AC to DC yang nantinya
output dari adaptor tersebut akan dimasukkan keinput motor sehingga motor dapat berputar.
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
Mekanik yang digunakan sebagai pemukul berjari-jari sebesar 6,1 cm. Sehingga jarak yang
digunakan agar mekanik pemukul dapat menyentuh piezo sehingga memberikan tekanan
adalah 6,1cm.
Sesuai dengan rumus tegangan keluaran piezoelektrik pada subbab sebelumnya dapat
dilihat bahwa variabel yang dapat dimainkan pada rumus tersebut adalah F (force atau gaya)
yang dimana pada desain peralatan yang telah sampaikan tadi dapat dilihat hubungannya
berdasarkan dengan pengaruh kecepatan motor yang dimana jika kecepatan motor dinaikan
maka F yang diberikan semakin besar. Kecepatan motor tersebut diatur menggunakan adaptor
AC to DC yang dimana dapat diatur tegangan keluarannya. Dan tegangan yang diatur pada
adaptor adalah 1,5 volt, 3 volt, 4,5 volt,6 volt ,dan 7,5 volt.
Pengambilan data juga dilakukan dengan merangkai dua buah piezoelektrik secara seri
dan paralel. Piezoelektrik yang dirangkai tersebut akan ditekan menggunakan dua buah
pengggaris yang dirancang agar kedua piezoelektrik mendapatkan tekanan yang sama.
4. HASIL PENELITIAN
Dibawah dijelaskan hasil pengambilan data bentuk keluaran gelombang piezo beserta
data tegangan dan frekuensi yang dihasilkan dari percobaan.
4.1
Hasil Bentuk Gelombang Keluaran Piezo
Bentuk keluaran gelombang piezo yang didapatkan dalam percobaan ini adalah
sebagai berikut:
Gambar 5. Gelombang Tegangan Piezoelektik
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
Gambar 6. Salah Satu Grafik Hasil Percobaan
4.2
Hasil Rata-Rata Percobaan Piezo
Rata-rata nilai tegangan puncak-lembah (Vpp) dan frekuensi yang dihasilkan oleh
masing-masing percobaan dan type adalah sebagai berikut:
Tabel 1. Tabel Rata-Rata Percobaan
4.3
Vmin
Vpp
(volt)
Vmax
(volt)
(-volt)
f (Hz)
ω
(rad/s)
1
3,784
2,552
1,232
134,54
4,821
2
7,688
5,264
2,424
356,84
10,516
3
11,1
8,232
2,856
540,1
15,815
4
11,28
8,664
2,616
221,034 21,428
5
10,64
7,92
2,72
289,24
30,523
Hasil Percobaan Piezoelektrik Secara Seri
Dalam penelitian ini, peneliti melakukan dua percobaan yaitu piezoelektrik yang
dirangkai secara seri dan paralel. Hasil yang didapatkan saat percobaan piezoelektrik
dirangkai secara seri adalah:
Gambar 7. Grafik Percobaan Piezoelektrik Secara Seri
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
Hasil ini didapatkan dengan cara memukulkan kedua piezoelektrik dengan
menggunakan dua mistar yang disusun seperti pada gambar 4.5 agar kedua piezoelektrik
mendapatkan tekanan yang sama.
Gambar 8. Gambar Pengambilan Data Secara Seri
Ketika piezoelektrik dipukul bergantian menggunakan mistar dengan cara yang sama
dihasilkan gelombang sebagai berikut:
Gambar 9. Hasil Piezoelektrik 1 dan 2
Pada saat piezoelektrik diberikan tekanan secara tidak bersamaan (ada jeda waktu
sesaat) didapatkan hasil sebagai berikut:
Gambar 10. Hasil Piezoelektrik Ketika Diberikan Tekanan Secara Tidak Bersamaan
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
4.4
Hasil Percobaan Piezoelektrik Secara Paralel
Dalam penelitian ini, peneliti melakukan percobaan piezoelektrik yang dirangkai
secara paralel. Hasil yang didapatkan saat percobaan piezoelektrik dirangkai secara paralel
adalah:
Gambar 11. Grafik Percobaan Piezoelektrik Secara Paralel
Hasil ini didapatkan dengan cara memukulkan kedua piezoelektrik dengan
menggunakan dua mistar yang disusun seperti pada gambar 12 agar kedua piezoelektrik
mendapatkan tekanan yang sama.
Gambar 12. Gambar Proses Pengambilan Data Secara Paralel
Ketika piezoelektrik dipukul bergantian menggunakan mistar dengan cara yang sama
dihasilkan gelombang sebagai berikut:
Gambar 13. Hasil Piezoelektrik 1 dan 2
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
Pada saat piezoelektrik diberikan tekanan secara tidak bersamaan (ada jeda waktu
sesaat) didapatkan hasil sebagai berikut:
Gambar 14. Hasil Piezoelektrik Ketika Diberikan Tekanan Secara Tidak Bersamaan
4.5
Data Frekuensi Tegangan dengan Kecepatan Motor
Dari tabel 1 dapat dibuat grafik perbandingan antara kecepatan motor untuk pemukul
piezoelektrik dengan frekuensi tegangan yang dihasilkan. Grafik tersebut sebagai berikut:
frekuensi (Hz)
600
500
400
300
200
100
0
0
10
20
30
40
w (rad/s)
Gambar 15. Grafik Frekuensi vs Kecepatan
4.6
Hubungan Tegangan dengan Luas Piezoelektrik
Dari hasil data rata-rata pada tabel 1 dapat dilihat bahwa nilai Vpp maksimum
diperoleh pada saat kecepatan motor senilai 21,428 rad/s. Pada subbab ini, penulis mencoba
membuat perubahan besaran diameter piezoelektrik sehingga mendapatkan nilai tegangan
yang lebih besar atau lebih kecil. Dari perumusan pada bab 3 dapat dilihat bahwa:
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
(1)
= Dengan membandingkan V1 dengan V2 maka
=
∶ =
(2)
(3)
=
maka
(4)
=
Dengan luas V1 yang didapatkan pada percobaan sebesar 11,28 volt dan luas
penampang piezolektrik yang digunakan adalah
(5)
= = 0,011
= 3,8. 10
maka
11,28
=
=
3,8. 10 4,288. 10
Dari data yang dapat diproses mana dengan nilai x = 1/A dan y = V maka jika diproses
menggunakan metode teknik komputansi regresi linier untuk mendapatkan persamaan grafik
tersebut sebagai berikut:
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
60
Vpp (Volt)
50
40
30
yp= -2,79229E-15 +
0,004285723 x
20
10
0
0
5000
1/A
10000
15000
(1/m2)
Gambar 16. Grafik Regresi Linier Tegangan vs Luas Penampang
4.7
Data Vpp dengan Kecepatan
Dari data rata-rata pada pada tabel 1 sebelumnya dapat dibuat grafik perbandingan
antara tegangan keluaran dengan kecepatan motor. Grafik tersebut sebagai berikut:
12
10
V (volt)
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
25
30
w (rad/s)
Gambar 17. Grafik Tegangan vs Kecepatan Motor
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
35
5. PEMBAHASAN
Dibawah ini merupakan pembahasan dari hasil data yang didapatkan pada percobaan
piezoelektrik. Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa bentuk gelombang piezo adalah sinusoidal
(bolak-balik; AC) dengan tegangan keluaran positif lebih besar dari
negatif. Penulis
mengambil gambar di atas secara manual, yaitu dengan mengetuk dan menahan piezo,
kemudian melepaskannya. Ketika piezo ditekan akan mengeluarkan tegangan positif. Apabila
penekan masih tetap menekan maka tegangan akan menjadi “0” dan ketika dilepas
tekanannya maka keluaran gelombang akan bersifat negatif. Hal ini menunjukan bahwa cara
kerja piezoelektrik secara Direct terjadi ketika suatu bahan piezooelektrik dikenai tekanan
ataupun regangan secara mekanis sehingga timbul beda potensial. Dengan demikian dapat
diketahui salah satu sifat piezoelektrik yaitu untuk mendapatkan tegangan konstan diperlukan
tekanan yang berulang-ulang (frekuensi tinggi) sehingga piezoelektrik dapat mengeluarkan
tegangan secara terus-menerus. Karena dari percobaan diatas ketika piezoelektrik ditekan
terus maka tegangan yang dihasilkan akan menjadi “0” kembali. Ketika piezo ditekan maka
akan mengeluarkan tegangan yang bernilai positif dan sebaliknya jika dilepaskan maka akan
mengeluarkan tegangan yang bernilai negatif. Hal ini seperti ditunjukkan pada gambar di
bawah ini:
Gambar 18. Dirrect Piezoelectric Effect
Bentuk gelombang yang dihasilkan piezoelektrik (gambar 6) berupa gelombang
sinusoidal (bolak-balik; AC) dengan tegangan keluaran positif lebih besar daripada negatif.
Hal ini disebabkan karena tekanan dari pemukul pada piezoelektrik membuat bahan
piezoelektrik tersebut memiliki momentum yang besar. Sedangkan saat piezoelektrik
meregang bahan piezoelektrik hanya mengandalkan elastisitas dari bahan tersebut sehingga
momentum yang terjadi tidak terlalu besar. Oleh karena itu tegangan positif lebih besar
dibandingkan tegangan negatifnya.
Pada percobaan piezoelektrik saat dirangkai secara seri didapatkan hasil gambar 8 dan
9, dimana nilai Vpp dari piezoelektrik 1 dan 2 masing-masing sebesar 9,2 volt dan 12,2 volt.
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
Ketika piezoelektrik dirangkai secara seri dihasilkan nilai Vpp sebesar 20,6 volt. Hal ini
sesuai dengan hukum Kirchoff yang menyatakan bahwa sumber tegangan akan dijumlahkan
pada rangkaian seri. Jika dibandingkan dengan hasil yang didapatkan ketika piezoelektrik
ditekan secara bersama-sama (gambar 7) dapat dilihat bahwa dari hasil tegangan keluaran dari
piezoelektrik yang ditekan bersama-sama lebih besar dibandingkan dengan hasil tegangan
keluaran jika piezoelektrik ditekan secara tidak bersamaan (gambar 10). Hal ini disebabkan
karena ketika kedua gelombang tegangan dijumlahkan, kedua puncak gelombang tidak
bertemu sehingga tegangan yang dihasilkan menjadi lebih kecil (saat piezoelektrik ditekan
saat tidak bersamaan). Namun dari besarnya frekuensi yang dihasilkan, frekuensi saat
piezoelektrik ditekan bersama lebih besar dibandingkan dengan frekuensi saat piezoelektrik
ditekan tidak bersamaan. Hal ini disebabkan karena penambahan gelombang tegangan tidak
sama sehingga membuat gelombang tegangan yang dihasilkan lebih panjang (frekuensi kecil).
Pada percobaan piezoelektrik saat dirangkai secara paralel didapatkan hasil gambar 11
dan 13, dimana nilai Vpp dari piezoelektrik 1 dan 2 masing-masing sebesar 18,0 volt dan 20,8
volt. Ketika piezoelektrik dirangkai secara paralel dihasilkan nilai Vpp sebesar 14,4 volt. Hal
ini sesuai dengan rumus yang jika tengangan diparalel seperti berikut:
1
=
=
1
+
1
(6)
(7)
+
Jika dibandingkan dengan hasil yang didapatkan ketika piezoelektrik ditekan secara
bersama-sama (gambar 11) dapat dilihat bahwa dari hasil tegangan keluaran dari piezoelektrik
yang ditekan bersama-sama lebih kecil dibandingkan dengan hasil tegangan keluaran jika
piezoelektrik ditekan secara tidak bersamaan (gambar 14). Hal ini disebabkan karena ketika
kedua gelombang tegangan dihubungkan secara paralel, jika terjadi perbedaan besarnya
tegangan antara piezoelektrik 1 dan piezoelektrik 2, penghasil tegangan yang besar menyuplai
tegangan yang lebih kecil sehingga keluaran tegangan tersebut sama hasilnya. Oleh karena itu
jika diparalel tegangan yang dihasilkan saat piezoelektrik ditekan secara bersama akan lebih
kecil. Namun dari besarnya frekuensi yang dihasilkan, frekuensi saat piezoelektrik ditekan
bersama lebih besar dibandingkan dengan frekuensi saat piezoelektrik ditekan tidak
bersamaan. Hal ini disebabkan karena saat menghasilkan gelombang tegangan tidak sama
sehingga membuat gelombang tegangan yang dihasilkan lebih panjang (frekuensi kecil).
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
Berdasasrkan gambar 15 dapat dilihat bahwa dari kecepatan motor 5 sampai dengan
15 rad/s frekuensi tegangan yang dihasilkan semakin membesar yang dimana artinya besarnya
gelombang keluaran yang dihasilkan semakin kecil. Namun ketika kecepatan motor diatas 15
rad/s frekuensi yang dihasilkan menurun lagi (gelombang keluaran semakin besar). Hal ini
bisa disebabkan karena ketika kecepatan motor bertambah maka besarnya momentum dan
tekanan yang dihasilkan semakin besar sedangkan bahan piezoelektrik mempunyai batasan
tegangan dan regangan secara mekanik (tegangan keluaran sudah maksimal) sehingga
membuat panjang gelombang keluaran semakin lebar (frekuensi menurun).
Dari gambar 17 dapat dilihat bahwa peningkatan nilai Vpp diiringi dengan
meningkatnya kecepatan motor yang dipengaruhi oleh gaya yang nilainya semakin tinggi
karena adanya kecepatan ketika pemukul mengenai piezo sehingga piezo mengalami
perlambatan (percepatan bernilai negatif). Dengan semakin besar kecepatan putaran motor,
maka semakin besar juga perlambatan serta gaya yang terjadi sehingga tegangan yang
dihasilkan menjadi lebih besar. Jika dilihat berdasarkan rumus tegangan statik piezoelektrik
yang berbentuk lempengan bulat dapat dilihat bahwa semakin besar nilai F (gaya) maka akan
semakin besar nilai V (tegangannya). Namun dari grafik dapat dilihat juga bahwa pada saat
kecepatan melebihi 15 rad/s selanjutnya nilai besaran Vpp dilihat mengalami peningkatan
yang tidak terlalu besar dibanding dengan kenaikan kecepatan putaran awal. Hal ini berarti
bahwa terdapat nilai besaran maksimum Vpp yang dikeluarkan oleh piezo tersebut, karena
dari bahan piezoelektrik tersebut sendiri mempunyai batasan tegangan dan regangan mekanik.
6. KESIMPULAN
Pada studi analisis gelombang tegangan piezoelektrik ini, dapat ditarik kesimpulankesimpulan sebagai berikut:
a. Gelombang yang dihasilkan sinusoidal (bolak-balik;AC) dengan gelombang positif
lebih besar dibanding gelombang negatif yang dikarenakan momentum tegangan
mekanik lebih besar dibandingkan momentum regangan mekanik.
b. Piezoelektrik akan menghasilkan tegangan lebih besar jika dihubungkan secara seri
dibandingkan dengan paralel.
c. Dengan memberikan tekanan yang tidak bersamaan (jeda sesaat) pada cara seri atau
paralel frekuensi gelombang keluaran tegangan lebih kecil (panjang gelombang besar).
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013
d. Besarnya frekuensi dari gelombang tegangan piezoelektrik akan terus bertambah
hingga tegangan keluaran sudah maksimum (jenuh) nilai frekuensi akan menurun lagi
karena besarnya tekanan sudah melebihi batas untuk kemampuan tegangan mekanik
piezoelektrik dan membuat gelombang tegangan lebih lebar (frekuensi turun).
e. Tegangan yang dihasilkan berbanding terbalik dengan luas penampang dan
berbanding lurus dengan ketebalan dari piezoelektrik.
f. Tekanan yang dialami piezo berbanding lurus dengan tegangan yang dihasilkan akan
tetapi tegangan akan mencapai nilai maksimal meskipun tekanan bertambah karena
piezoelektrik mempunyai batasan tegangan dan regangan mekanik.
g. Dari hasil percobaan piezo ini didapatkan tegangan maksimum sebesar sebesar 8,664
V dan tegangan minimum sebesar -2,856 V.
7. DAFTAR ACUAN
1. Saputri, Winda. 2011. Penggunaan Piezoelektrik sebagai Sumber Energi LED Street
Light untuk Penerangan Jalan. Skripsi. Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang.
2. Anne,
Hamu.
Bab
I
Pendahuluan.
Tersedia
pada
http://www.scribd.com/doc/94682546/BAB-I (diunduh pada 3 Oktober 2012 pukul
21.06)
3. Anonim.
The
Piezoelectric
Effect.
Tersedia
pada
http://www.aurelientr.com/electronique/piezo/piezo.pdf (diunduh pada 4 Oktober
2012 pukul 21.38 WIB).
4. Kwan, Chi Kau. 2004. Dielectric Phenomena in Solids: with emphasis on physical
concepts of electronic processes. Oxford: Elsevier, Inc.
5. Utomo, Agus R.. 2012. Teknik Pencocokan Kurva. Depok. Universitas Indonesia
Studi analisis..., Harriyanto, FT UI, 2013