Sifat Listrik pada Bahan Setiap bahan atau material memilki karakternya masing-masing. Salah satu karakter itu berupa sifat kelistrikan bahan. Berdasarkan sifat kelistrikannya, bahan tergolong menjadi 3 jenis, yaitu konduktor, isolator dan semikonduktor. 1. Bahan konduktor (penghantar) adalah bahan yang dapat menghantarkan listrik dengan mudah. Bahan ini mempunyai daya hantar listrik (Electrical Conductivity) yang besar dan tahanan listrik (Electrical Resistance) kecil. Bahan penghantar listrik berfungsi untuk mengalirkan arus listrik. Contoh bahan penghantar yang sering dijumpai adalah tembaga dan alumunium. 2. Bahan isolator ( penyekat ) adalah bahan yang befungsi untuk menyekat atau menghalangi arus listrik (misalnya antara 2 penghantar) , agar tidak terjadi aliran listrik atau kebocoran arus apabila kedua penghantar tersebut bertegangan. Jadi bahan penyekat harus mempunyai tahanan jenis besar dan tegangan tembus yang tinggi. Bahan penyekat yang sering ditemui dalam teknik listrik adalah plastik, karet, dan sebagainya. 3. Bahan s emi k onduktor (s etengah p enghantar ) adalah bahan yang mempunyai daya hantar lebih kecil dibanding
electrical properties of matters, electrical properties, material science, tugas pengantar fisika material, summary of callister 7ed electrical properties
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Sifat Listrik pada Bahan
Setiap bahan atau material memilki karakternya masing-masing. Salah
satu karakter itu berupa sifat kelistrikan bahan. Berdasarkan sifat kelistrikannya,
bahan tergolong menjadi 3 jenis, yaitu konduktor, isolator dan semikonduktor.
1. Bahan konduktor (penghantar) adalah bahan yang dapat menghantarkan listrik
dengan mudah. Bahan ini mempunyai daya hantar listrik (Electrical Conductivity)
yang besar dan tahanan listrik (Electrical Resistance) kecil. Bahan penghantar
listrik berfungsi untuk mengalirkan arus listrik. Contoh bahan penghantar yang
sering dijumpai adalah tembaga dan alumunium.
2. Bahan isolator (penyekat) adalah bahan yang befungsi untuk menyekat atau
menghalangi arus listrik (misalnya antara 2 penghantar), agar tidak terjadi aliran
listrik atau kebocoran arus apabila kedua penghantar tersebut bertegangan. Jadi
bahan penyekat harus mempunyai tahanan jenis besar dan tegangan tembus yang
tinggi. Bahan penyekat yang sering ditemui dalam teknik listrik adalah plastik,
karet, dan sebagainya.
3. Bahan semikonduktor (setengah penghantar) adalah bahan yang mempunyai daya
hantar lebih kecil dibanding bahan konduktor, tetapi lebih besar dibanding bahan
isolator. Dalam teknik elektronika banyak dipakai semikonduktor dari bahan
germanium (Ge) dan silicon (Si). Dalam keadaan aslinya, Ge dan Si adalah bahan
pelikan dan merupakan isolator. Di Pabrik bahan-bahan tersebut diberi doping.
Jika bahan tersebut didoping dengan alumunium maka diperoleh bahan
semikonduktor tipe-p (bahan yang kekurangan electron atau mempunyai sifat
positif). Jika didoping dengan fosfor maka yang dipeoleh adalah semikonduktor
tipe-n (bahan yang kelebihan electron, sehingga bersifat negatif). Ge mempunyai
daya hantar lebih tinggi dibandingkan Si, sedangkan Si lebih tahan panas
dibanding Ge.
A. Hukum Ohm
Salah satu karakteristik listrik yang paling penting dari bahan padat
adalah kemudahan dalam mentransmisikan arus listrik. Hukum Ohm berkaitan
dengan arus I-atau rata-rata waktu lintasan pengisian muatan pada aplikasi voltage
V :
V=I⋅R
dimana I adalah arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar dalam
(ampere), V adalah tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar
(volt), dan R adalah nilai hambatan listrik yang terdapat pada suatu penghantar
(ohm).
Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik yang
mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda
potensial yang diterapkan kepadanya, atau juga menyatakan bahwa besar arus
yang mengalir pada suatu konduktor pada suhu tetap sebanding dengan beda
potensial antara kedua ujung-ujung konduktor.
Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum Ohm apabila
nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial
yang dikenakan kepadanya.
Fungsi utama hukum Ohm adalah digunakan untuk mengetahui
hubungan tegangan dan kuat arus serta dapat digunakan untuk menentukan suatu
hambatan beban listrik tanpa menggunakan Ohmmeter. Kesimpulan akhir hukum
Ohm adalah semakin besar sumber tegangan maka semakin besar arus yang
dihasilkan.
Resistivitas (ρ) merupakan karakteristik dari suatu jenis bahan atau
material, besar resistivitas untuk bahan-bahan isotropik dapat dirumuskan
sebagai :
ρ=Ej ,
dimana E merupakan besar medan listrik dan j merupakan besar rapat arus. Jika
kita meninjau sebuah penghantar silinder, yang luas penampangnya A dan
panjangnya l, mengangkut sebuah arus i yang tetap. Jika dihubungkan beda
potensial V di antara ujung-ujung panghantar tersebut (anggap permukaan
penghantar merupakan ekipotensial), maka medan listrik dan rapat arus akan
konstan untuk semua titik di dalam silinder, sehingga dapat diperoleh persamaan :
E=Vl dan
j= iA .
Sehingga nilai resistivitas dirumuskan sebagai :
ρ=
Vl
iA
=V⋅Ai⋅l
,
karena V/i merupakan besaran hambaran (R), maka :
ρ=RAl
=Ω⋅m2
m=Ωm
B. Konduktivitas Listrik
Setiap bahan memilki nilai konduktivitas dan resistivitas yang berbeda-
beda. Koduktivitas listrik merupakan suatu besaran yang menyatakan kemampuan
sutau bahan untuk dapat menghantarkan arus listrik. Besarnya merupakan resiprok
dari resistivitas bahan, dimana resistivitas sebagaimana yang telah dijelaskan
diatas merupakan kemampuan suatu bahan untuk dapat menahan arus listrik.
Besar konduktivitas bahan dirumuskan sebagai :
σ=1ρ=Ω−1⋅m−1=(Ωm )−1
Konduktivitas listrik suatu bahan mempengaruhi jenis kelistrikan bahan
tersebut. Semakin besar nilai konduktivitas suatu bahan, maka bahan tersebut
semakin bersifat konduktor. Dan sebaliknya semakin kecil nilai konduktivitas
suatu bahan, maka bahan tersebut semakin bersifat isolator.
Berdasarkan hukum Ohm juga dapat ditentukan hubungan antara rapat
arus, konduktivitas bahan dan medan listrik :
J=σ⋅E
dan untuk menentukan intensitas medan listrik, dapat digunakan perumusan
berikut :
Berikut beberapa contoh nilai konduktivitas bahan :
Jenis Bahan Resistivitas Konduktivitas
Konduktor Tembaga 10⁻⁶ Ωcm 10⁶ (Ωcm)⁻¹
Semikonduktor Silikon 50 x 10⁻³ Ωcm 0,02 x 10³ (Ωcm)⁻¹
Germanium 50 Ωcm 0,02 (Ωcm)⁻¹
Isolator Mika 10¹² Ωcm 10⁻¹² (Ωcm)⁻¹
Tabel 1. Nilai konduktivitas bahan
C. Konduktivitas Ionik
Ion merupakan unsur yang memiliki muatan. Konduktivitas ionik
merupakan kemampuan pergerakan suatu ion yang melalui kecacatan pada kisi
kristal padatan maupun larutan. Pada umumnya dalam padatan, ion bersifat tetap
pada kisi kristal (tidak bergerak). Akan tetapi jika temperatur dinaikkan, maka
konduktivitas ionik dapat terjadi.
D. Struktur Pita Energi di Dalam Zat Padat
Dalam fisika zat padat, struktur pita elektronik (atau secara
sederhana struktur pita) suatu padatan menggambarkan rentang energi yang
dibolehkan atau terlarang bagi sebuah elektron. Pita ini terbentuk
akibat difraksi gelombang kuantum elektron. Struktur pita elektronik ini
menentukan beberapa ciri bahan, terutama salah satunya yaitu sifat listriknya.
Elektron-elektron pada atom bebas mengisi orbital-orbital atom,
membentuk sekumpulan tingkat-tingkat energi yang diskrit. Bila beberapa atom
didekatkan bersama-sama dalam sebuah molekul, orbital atomik mereka terbelah.
Ini menghasilkan sejumlah orbital molekuler yang sebanding dengan jumlah atom.
Bila sejumlah besar atom (dalam orde 1020) digabungkankan bersama-sama
membentuk padatan, banyaknya orbital ini menjadi sangat besar, dan perbedaan
energi di antara mereka menjadi sangat kecil, sehingga tingkat-tingkat energi ini
dapat dianggap membentuk pita energi kontinu, bukannya tingkat energi diskrit