Selasa, 18 September 2012

Materi Ilmu Bahan Listrik

Ilmu Bahan Listrik
BAHAN PENGHANTAR (KONDUKTOR)

OLEH:
Kelompok 1
DEDI FERINAWAN
MOH. FIRMANSYAH PANU
MOHAMAD FIRDAUS











JURUSAN ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI GORONTALO
2009/2010 

PENJELASAN BAHAN PENGHANTAR (KONDUKTOR)
Mengapa konduktor mudah dialiri listrik?
knapa sih konduktor gampang dialiri listrik? trus knp isolator susah dialiri listrik?
tlng sya...
• 2 tahun lalu
Jawaban Terbaik - Dipilih oleh Suara Terbanyak
1. Bahan Penghantar (Konduktor)
Penghantar dalam teknik elektronika adalah zat yang dapat menghantarkan arus listrik, baik berupa zat padat, cair atau gas. Karena sifatnya yang konduktif maka disebut konduktor. 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.
Bahan Penghantar (konduktor) adalah bahan yang 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. Perhatikan fungsi kabel, kumparan/lilitan pada alat listrik yang anda jumpai. Juga pada saluran transmisi/distribusi. Dalam teknik listrik, bahan penghantar yang sering dijumpai adalah tembaga dan alumunium.
2. Sifat bahan konduktor.
Yang termasuk bahan-bahan penghantar (konduktor) adalah bahan yang memiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar orbit. Elektron bebasini 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. Bahan penghantar memiliki sifat-sifat penting, yaitu : Daya Hantar Listrik Arus yang mengalir dalam suatu penghantar selalu mengalami hambatan dari penghantar itu sendiri.
3. Jenis Bahan Konduktor
Bahan-bahan yang dipakai untuk konduktor harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut:
1. Konduktifitasnya cukup baik.
2. Kekuatan mekanisnya (kekuatan tarik) cukup tinggi.
3. Koefisien muai panjangnya kecil.
4. Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar.

Bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai konduktor, antara lain:
1. Logam biasa, seperti: tembaga, aluminium, besi, dan sebagainya.
2. Logam campuran (alloy), yaitu sebuah logam dari tembaga atau aluminium yang diberi campuran dalam jumlah tertentu dari logam jenis lain, yang gunanya untuk menaikkan kekuatan mekanisnya.
3. Logam paduan (composite), yaitu dua jenis logam atau lebih yang dipadukan dengan cara kompresi, peleburan (smelting) atau pengelasan (welding).

4. Klasifikasi Konduktor

 Klasifikasi konduktor menurut bahannya:
1. Kawat logam biasa, contoh:
a. BBC (Bare Copper Conductor).
b. AAC (All Aluminum Alloy Conductor).
2. kawat logam campuran (Alloy), contoh:
a. AAAC (All Aluminum Alloy Conductor)
b. kawat logam paduan (composite), seperti: kawat baja berlapis tembaga (Copper Clad Steel) dan kawat baja berlapis aluminium (Aluminum Clad Steel).
3. kawat lilit campuran, yaitu kawat yang lilitannya terdiri dari dua jenis logam atau lebih,
contoh: ASCR (Aluminum Cable Steel Reinforced).
 Klasifikasi konduktor menurut konstruksinya:
1. kawat padat (solid wire) berpenampang bulat.
2. kawat berlilit (standart wire) terdiri 7 sampai dengan 61 kawat padat yang dililit menjadi satu, biasanya berlapis dan konsentris.
3. kawat berongga (hollow conductor) adalah kawat berongga yang dibuat untuk mendapatkan garis tengah luar yang besar.
 Klasifikasi konduktor menurut bentuk fisiknya:
1. konduktor telanjang.
2. konduktor berisolasi, yang merupakan konduktor telanjang dan pada bagian luarnya diisolasi sesuai dengan peruntukan tegangan kerja, contoh:
a. Kabel twisted.
b. Kabel NYY
c. Kabel NYCY
d. Kabel NYFGBY

5. Karakteristik Konduktor
Ada 2 (dua) jenis karakteristik konduktor, yaitu:
1. 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? C, maka kemampuan maksimal dari konduktor untuk menghantar arus adalah 275 A).
2. 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 30o C, maka kemampuan maksimum dari konduktor untuk menghantar arus adalah 275 A).



 Konduktivitas listrik
Sifat daya hantar listrik material dinyatakan dengan konduktivitas, yaitu kebalikan dari resistivitas atau tahanan jenis penghantar, dimana tahanan jenis penghantar tersebut didefinisikan sebagai:

R . A
? = ———-
l

dimana;
A : luas penampang (m2)
l : Panjang penghantar (m)
? : tahanan jenis penghantar (ohm.m)
R : tahanan penghantar (ohm)
? : konduktivitas

1
a = ——
?
Menyatakan kemudahan – kemudahan suatu material untuk meneruskan arus listrik. Satuan konduktivitas adalah (ohm meter). Konduktivitas merupakan sifat listrik yang diperlukan dalam berbagai pemakaian sebagai penghantar tenaga listrik dan mempunyai rentang harga yang sangat luas. Logam atau material yang merupakan penghantar listrik yang baik, memiliki konduktivitas listrik dengan orde 107 (ohm.meter) -1 dan sebaliknya material isolator memiliki konduktivitas yang sangat rendah, yaitu antara 10-10 sampai dengan 10-20 (ohm.m)-1. Diantara kedua sifat ekstrim tersebut, ada material semi konduktor yang konduktivitasnya berkisar antara 10-6 sampai dengan 10-4 (ohm.m)-1. Berbeda pada kabel tegangan rendah, pada kabel tegangan menengah untuk pemenuhan fungsi penghantar dan pengaman terhadap penggunaan, ketiga jenis atau sifat konduktivitas tersebut diatas digunakan semuanya.
——————————————————————————————
Logam Konduktivitas listrik ohm meter
Perak ( Ag ) ………………………. 6,8 x 107
Tembaga ( Cu ) ………………….. 6,0 x 107
Emas ( Au ) …………………….. .. 4,3 x 107
Alumunium ( Ac ) ………………. .. 3,8 x 107
Kuningan ( 70% Cu – 30% Zn )… 1,6 x 107
Besi ( Fe ) ………………………… 1,0 x 107
Baja karbon ( Ffe – C ) …………. 0,6 x 107
Baja tahan karat ( Ffe – Cr ) …… 0,2 x 107

Tabel 1. Konduktivitas Listrik Berbagai Logam dan Paduannya Pada Suhu Kamar.

 Kriteria mutu penghantar
Konduktivitas logam penghantar sangat dipengaruhi oleh unsur – unsur pemadu, impurity atau ketidaksempurnaan dalam kristal logam, yang ketiganya banyak berperan dalam proses pembuatan pembuatan penghantar itu sendiri. Unsur – unsur pemandu selain mempengaruhi konduktivitas listrik, akan mempengaruhi sifat – sifat mekanika dan fisika lainnya. Logam murni memiliki konduktivitas listrik yang lebih baik dari pada yang lebih rendah kemurniannya. Akan tetapi kekuatan mekanis logam murni adalah rendah.
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.
Dari jenis–jenis logam penghantar pada tabel 1. diatas, tembaga merupakan penghantar yang paling lama digunakan dalam bidang kelistrikan. Pada tahun 1913, oleh International Electrochemical Comission (IEC) ditetapkan suatu standar yang menunjukkan daya hantar kawat tembaga yang kemudian dikenal sebagai International Annealed Copper Standard (IACS). Standar tersebut menyebutkan bahwa untuk kawat tembaga yang telah dilunakkan dengan proses anil (annealing), mempunyai panjang 1m dan luas penampang 1mm2, serta mempunyai tahanan listrik (resistance) tidak lebih dari 0.017241 ohm pada suhu 20oC, dinyatakan mempunyai konduktivitas listrik 100% IACS.
Akan tetapi dengan kemajuan teknologi proses pembuatan tembaga yang dicapai dewasa ini, dimana tingkat kemurnian tembaga pada kawat penghantar jauh lebih tinggi jika dibandingkan pada tahun 1913, maka konduktivitas listrik kawat tembaga sekarang ini bisa mencapai diatas 100% IACS.
Untuk kawat Aluminium, konduktivitas listriknya biasa dibandingkan terhadap standar kawat tembaga. Menurut standar ASTM B 609 untuk kawat aluminium dari jenis EC grade atau seri AA 1350(*), konduktivitas listriknya berkisar antara 61.0 – 61.8% IACS, tergantung pada kondisi kekerasan atau temper. Sedangkan untuk kawat penghantar dari paduan aluminium seri AA 6201, menurut standar ASTM B 3988 persaratan konduktivitas listriknya tidak boleh kurang dari 52.5% IACS. Kawat penghantar 6201 ini biasanya digunakan untuk bahan kabel dari jenis All Aluminium Alloy Conductor (AAAC).
Disamping persyaratan sifat listrik seperti konduktivitas listrik diatas, 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.






Pendahuluan
Semikonduktor merupakan alat yang banyak kegunaannya dalam bidang teknik elektro, terutama dalam pembuatan chip. Untuk itu penting bagi orang yang sedang mempelajari teknik terutama teknik elektro untuk mengetahui tentang semikonduktor. Alat-alat yang terbuat dan semikonduktor diantaranya seperti diode, transistor, dan masih banyak lagi.
Semikonduktor dapat terbuat dari Silikon dan Germanium tetapi masih banyak bahan-bahan semikonduktor lainnya. Semikonduktor intrinsik hanya terbuat dari Silikon atau Germanium murni. Sedangkan untuk semikonduktor ekstrinsik unsur-unsur tadi diberi pengotoran dengan tujuan agar konduktivitasnya bertambah. Pengotor-prngotor tersebut disisipkan pada atom unsur utama dengan proses yang disebut dopping (pengotoran). Unsur-unsur yang ditambahkan tadi memberi karakterisitik yang berbeda pada semikonduktor. Maka semikonduktor terbagi lagi mejadi dua yaitu semikonduktor tipe-n yang diberi pengotor atom yang bervalensi lima,dan semikonduktor- tipe-p yang diberipengotor atom yang bervalensi tiga.
Silikon dan germanium mempunyai elektron valensi empat sehingga bila diberi tambahan atom yang bervalensi lima maka semikonduktor menjadi kelebihan elektron.










PEMBAHASAN
Struktur Bahan Semikonduktor Tipe-n

1.1 Unsur-unsur dan Ikatan pada Bahan Semikonduktor Tipe-n
Semikonduktor tipe-n termasuk semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor yang diberi tambahan elektron bebas atau lubang-lubang yang berasal dan atom asing. Pada umumnya semikonduktor, baik semikonduktor intrinsik (semikonduktor netral) maupun semikonduktor ekstrinsik bahan
utamanya terbuat dan Silikon (Si) atau Germanium (Ge). Unsur-unsur yang ada pada semi konduktor tipe-n yaitu
- unsur utama : Silikon (Si) atau Germanium (Ge)
- unsur tambahan /pengotor : Arsen (As), Phospor (P), atau Antimon (Sb).
Silikon dan Germanium merupakan unsur-unsur dan golongan IV A. Beberapa elemen yang bersebelahan dengan group IV A (golongan IV A) seperti B (Boron) golongan III A dan Te (Telurium) golongan VI A umunya digunakan sebagai pengotor pada silikon atau germanium sehingga didapat semikonduktor ekstrinsik.Semikonduktor tipe-n diberi tambahan elektron bebas sedangkan semikonduktor tipep diberi tambahan lubang (muatan positif). Untuk semikonduktor tipe-n digunakan pengotor dan golongan V A yang bervaklensi 5.
Golongan III A — VIII A termasuk unsur blok p disebut juga golongan karbon. Unsur-unsur dan golongan IV A mempunyai elektron valensi 4. Tetapi Si dan Ge memiliki periode yang berbeda dimana Si merupakan unsur yang termasuk periode ketiga sedangkan Ge merupakan unsur yang termasuk periode keempat. Si dan Ge termasuk unsur semilogam (metaloid) yaitu unsur peralihan dan logam ke nonlogam sehingga mempunyai sifat sebagian logam dan sebagian nonlogam. Selain Si dan Ge, unsur-unsur lain yang termasuk metaloid yaitu Boron (B) dan Arsen (As) yang sering diigunakan sebagai pengotor dalam semikonduktor ekstrinsik.
Meskipun Silikon dan Germanium merupakan bahan semikonduktor yang sering digunakan masih banyak lagi bahan-bahan lain yang juga merupakan unsur-unsur dan semikonduktor.

Pengotor juga membentuk ikatan kovalen dengan unsur utama. Ikatan antar atom Si maupun ikatan antar atom Ge dapat dilihat pada gambar dibawah mi
Keterangan : Q = atom Si atau Ge.
Ikatan antar atom diatas merupakan ikatan kovalen. Ikatan kovalen merupakan ikatan antar atom yang kuat dan tidak mudah dipisahkan. Susunan atom tersebut tersusun dalam suatu struktur kisi dapat dikatakan susunan atomnya membentuk susunan kristal. Dan gambar 1 dapat dilihat elektron valensi (elektron bebas) dan Si atau Ge berjumlah empat dan saling berikatan dengan atom Iainnya, sehingga pada Si atau Ge murni tidak terdapat elektron bebas yang menyebabkan tidak adanya konduksi yang dapat terjadi kecuali bila ikatannnya diputus dan struktur kristalnya dirusak. Untuk menimbulkan konduksi tanpa merusak susunan kristal maka perlu mengganti atom yang bervalensi empat dengan atom bervalensi tiga atau lima. Proses mi dikenal dengan sebutan doping. Jadi dapat disimpulkan bahwa Si dan Ge murni (semikonduktor intrinsik) memiliki konduktivitas yang lebih rendah dibandingkan Si dan Ge yang sudah didoping.


Kesimpulan
Bahan Silikon dan Germanium termasuk yang sering digunakan sebagai bahan semikonduktor, dan masih banyak bahan lainnya seperti Timah, dan Silikon. Unsur-unsur yang merupakan semikonduktor masuk di dalam golongan V A kecuali Timbal. Ikatan antar atomnya termasuk ikatan kovalen. Unsur - unsur tesebut termasuk senyawa karbon. Silikon banyak terdapat di alam dalam bentuk pasir kuarsa, dan tanah liat. Germanium terdapat dalam lapisan kerak bumi dan sangat sedikit jumlahnya (0,001%).
Germanium memihiki daya hantar yang Iebih baik dari pada Silikon, sedangkan silikon memihiki daya tahan panas yang baik, dan banyak terdapat di alam. Oleh karena itu Silikon Iebih banyak digunakan. Silikon dan Germanium yang terdapat di alam masih belum murni sehingga perlu dimurnikan dengan proses kimia, dan dimurnikan lagi. Untuk Germanium dimurnikan dengan ekstrusi cairan. Sedangkan Silikon harus menggunakan tungku/ oven vertikal, karena silikon pada suhu tertentu akan bereaksi dengan perahu graphite. Tungku vertikal dapat digunakan untuk memurnikan silikon ataupun germanium.
Semikonduktor terbagi menjadi semikonduktor yang hanya tersusun dari Silikon atau Ge murni yang disebut semikonduktor intrinsik, dan semikonduktor yang diberi pengotor disebut semikonduktor ekstrinsik. Pengotor tersebut disisipkan ke dalam unsur utama (intrinsik) dengan cara yang disebut doping. Bila diberi atom yang bervalensi tiga maka akan terbentuk semikondukto tipe-p, atom pengotornya disebut atom akseptor. Sedangkan bila atom pengotornya bervalensi lima maka akan terbentuk semikonduktor tipe n, atom pengotornya disebut atom donor. Atom pengotor harus sama ukurannya dengan atom murni/ utama.
Pada semikonduktor intrinsik tidak terdapat elektron bebas sehingga bersifat isolator, hanya karena pengaruh suhu resistivitasnya menurun, sehingga konduktivitasnya semakin meningkat seiring perubahan suhu. Konduktivitas dan semikonduktor bergantung dan mobilitas muatan, jumlah pembawa muatan, temperatur. Semikonduktor intrinsik pada suhu nol absolut merupakan isolator. Tidak demikian pada semikonduktor ekstrinsik. Pada suhu rendah (l/T) bersifat intrinsik. Maksudnya pada suhu tinggi konduktivitasnya lebih handal dari pada konduktivitas pada suhu rendah. Keadaan diantaranya peralihan merupakan keadaan
dimana semua elektron dan atom donor telah pindah ke pita konduksi (exhaustion range) pada semikonduktor tipe-n atau semua lubang telah terisi penuh (saturation range) pada semikonduktor tipe-p.
Semikonduktor tipe-n dan tipe-p memiliki kesamaan dalam hal perubahan konduktivitasnya terhadap suhu. Untuk membedakannya dapat digunakan percobaan dikenal dengan Hall effect. Untuk semikonduktor tipe-n voltage Hall bernilai positif, sedangakan pada semikonduktor tipe-p voltage Hall bernilai negatif. Besarnya voltage Hall bergantung dari Hall coefficient, arus, kuat medan dan ketebalan bahan.
Semikonduktor banyak digunakan pada alat-alat yang menggubah energi listrik menjadi listrik, mengubah arus AC menjadi DC, menggubah energi panas menjadi listrik (solar cell), dan pada alat-alat pengukuran. Pada arus tegangan tinggi bahan semikonduktor digunakan pada arester agar dapat mengalirka tegangan berlebih akibat petir (tegangan sorja) ke tanah. Ada juga semikonduktor yang peka terhadap perubahan suhu (thermistor), cahaya (photoelectric), tegangan (varistor), listrik (transisitor), dan impurities (rectifier). Pengujian pada bahan semikonduktor dapat dilakukan dengan pemberian tegangan yang besar, atau pemanasan, atau gabungan keduanya.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar