MAKALAH KIMIA MATERIAL DAN MINERALOGI KOINDUKTOR,SEMIKONDUKTOR,ISOLATOR
KELOMPOK VII: CHRISTIANTO PASUNU G 301 11 022 TEGAR SETYO PRAYOGO G 301 301 11 039 AYU ANGGRAINI PUSPITASARI G 301 11 023 WAHIDA G 301 11 027 KOSTRIANA DANIEL G 301 11 03
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS TADULAKO PALU 2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya tanpa halangan suatua papun.
Tidak lupa penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu tersusunnya tersusunnya makalah ini.
Dala Da lam m pe peny nyus usun unan an ma maka kala lah h in inii pe penu nuli liss su suda dah h me meng ngup upay ayak akan an penyusunan yang sebaik mungkin, demi kesempurnaan makalah ini penulis mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca demi sempurnanya makalah ini.
Penulis
A I
PENDAHULUAN
1! L"#"$ %&"'"()
Secara umum, dalam kehidupan manusia kita telah mengenal mengenai jenis-jenis material. Material-material sering digunakan untuk kepentingan hidup manusia, segala aktiitas juga di dukung !leh keberadaan material itu sendiri. Material merupakan sesuatu "at yang tersusun atas at!m-at!m yang memiliki sistem material tersendiri. #at dalam material tidak dikhususkan kepada "at-"at padat saja atau cair saja dan bahkan hanya gas saja. #at di dalam pengertian ini memiliki pengertian yang uniersal. $ahan-bahan penghantar adalah bahan yang memiliki banyak elektr!n bebas pada kulit terluar !rbit. Elektr!n bebas ini akan sangat berpengaruh pada si%at bahan tersebut. &ika suatu bahan listrik memiliki banyak elektr!n bebas pada !rbit-!rbit elektr!n, bahan ini memiliki si%at sebagai penghantar listrik. Penghantar listrik dapat dikel!mp!kkan sebagai k!ndukt!r, semik!ndukt!r, dan is!lat!r. Masyarakat pada umumnya mengetahui k!ndukt!r, semik!ndukt!r dan is!lat!r sebagai bahan penghantar listrik sebatas ukuran baik atau tidaknya bahan tersebut menghantarkan listrik. 'mumnya k!ndukt!r dide%inisikan sebagai bahan yang mudah mengalirkan arus listrik jika dihubungkan dengan sumber tegangan( is!lat!r sebagai bahan - bahan yang akan menghambat arus listrik bila dihubungkan dengan sumber tegangan( semik!ndukt!r adalah bahan - bahan yang pada k!ndisi tertentu akan bersi%at sebagai is!lat!r dan pada k!ndisi lain akan bersi%at sebagai k!ndukt!r. Secara sederhana, material menurut si%at k!nduktiitasnya tersebut merupakan material-material yang dikenal dengan sebutan "at padat. )lasi%ikasi tersebut ditinjau dari bagaimana sebuah material yang dialiri !leh arus listrik.
2! R*+*"( M""&"-
*. +pakah de%inisi k!ndukt!r, semik!ndukt!r dan is!lat!r . +pa saja karakteristik dari bahan k!ndukt!r, semik!ndukt!r dan is!lat!r . $agaimana klasi%ikasi dari k!ndukt!r, semik!ndukt!r dan is!lat!r /. +pakah kegunaan dari k!ndukt!r, semik!ndukt!r dan is!lat!r
3! T*.*"(
*. Dapat mengetahui de%inisi dari k!ndukt!r, semik!ndukt!r dan is!lat!r. . Dapat mengetahui karakteristik dari bahan k!ndukt!r, semik!ndukt!r dan is!lat!r. . Dapat mengklasi%ikasikan k!ndukt!r, semik!ndukt!r dan is!lat!r. /. Dapat mengetahui kegunaan dari k!ndukt!r, semik!ndukt!r dan is!lat!r.
A II PEMAHASAN
1! P%()%$#/"( '(*'#$, %+/'(*'#$ "( /&"#$
"! K(*'#$
)!ndukt!r adalah bahan yang dapat dengan mudah menghantarkan arus listrik sehingga k!ndukt!r sering disebut juga penghantar listrik yang baik. Pada k!ndukt!r yang baik, jumlah elektr!n-elektr!n bebas, yaitu elektr!n-elektr!n yang mempunyai energi cukup besar 0terletak pada lintasan yang paling luar1 adalah banyak dan bebas bergerak, misalkan pada bahan tembaga, setiap at!m tembaga menyumbangkan * elektr!n bebas.
)!ndukt!r atau penghantar adalah "at atau bahan yang bersi%at dapat menghantarkan energy, baik energy listrik maupun energy kal!r, baik berupa "at padat, cair atau gas. $ahan-bahan yang bersi%at k!ndukt!r ini biasanya digunakan untuk membuat alat-alat yang si%atnya membutuhkan kecepatan trans%er energy.
! S%+/'(*'#$
Semik!ndukt!r adalah bahan dengan k!nduktiitas listrik yang berada di antara insulat!r dan k!ndukt!r . )!nduktiitas semik!ndukt!r berkisar antara *2 sampai *2-3 siemens per sentimeter dan memiliki dan celah energinya lebih kecil dari 4 e5 . $ahan semik!ndukt!r adalah bahan yang bersi%at setengah k!ndukt!r karena celah energi yang dibentuk !leh struktur bahan ini lebih kecil dari celah energi bahan is!lat!r tetapi lebih besar dari celah energi bahan k!ndukt!r, sehingga memungkinkan elektr!n berpindah dari satu at!m penyusun ke at!m penyusun lain dengan perlakuan tertentu terhadap bahan tersebut 0pemberian tegangan, perubahan suhu dan sebagainya1. 6leh karena itu semik!ndukt!r bisa bersi%at setengah menghantar. $ahan semik!ndukt!r dapat berubah si%at kelistrikannya apabila temperatunya berubah. Dalam keadaan murninya mempunyai si%at sebagai penyekat (sedangkan pada temperatur kamar 0 7 8 9 1 dapat berubah si%atnya menjadi bahan penghantar. Si%at-si%at kelistrikan k!ndukt!r maupun is!lat!r tidak mudah berubah !leh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnet, tetapi pada semik!ndukt!r si%at-si%at tersebut sangat sensiti%.
! I&"#$
:s!lat!r 0bukan penghantar1 adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. :s!lat!r listrik adalah sesuatu benda yang merupakan bukan benda penghantar listrik yang berguna untuk menahan penghantar listrik. :s!lat!r dapat berupa karet, kayu, kertas, dan biasanya adalah benda-benda selain g!l!ngan l!gam. :s!lat!r c!nt!hnya dapat kita lihat pada setiap kabel yaitu berupa karet yang berguna untuk melapisi tembaga0l!gam1 agar arus tetap mengalir pada tembaga. Dengan kata lain berguna untuk melindungi kita dari sengatan listrik, !leh sebab itu is!lat!r merupakan penghantar listrik yang paling buruk diantara k!ndukt!r maupun semik!ndukt!r.
2! K"$"'#%$/#/' '(*'#$, %+/'(*'#$ "( /&"#$
"! K(*'#$
Penghantar
dalam teknik
elektr!nika adalah "at yang
dapat
menghantarkan arus listrik , baik berupa "at padat, cair atau gas. )arena si%atnya yang k!ndukti% maka disebut k!ndukt!r. )!ndukt!r yang baik adalah yang memiliki tahanan jenis yang kecil. Pada umumnya l!gam bersi%at k!ndukti%. Emas, perak , tembaga,
alumunium,
"ink , besi berturut-turut
memiliki tahanan jenis semakin besar. &adi sebagai penghantar, emas sangat baik, tetapi karena sangat mahal harganya, maka secara ek!n!mis tembaga dan alumunium paling banyak digunakan. )arakteristik bahan k!ndukt!r yang lain antara lain ; *. karakteristik mekanik, Si%at Mekanis, yaitu perubahan bentuk dari suatu benda padat akibat adanya gaya-gaya dari luar yang bekerja pada benda tersebut. &adi adanya perubahan itu tergantung kepada besar kecilnya gaya, bentuk benda, dan dari bahan apa benda tersebut dibuat. Pada pembahasan ini adalah k!ndukt!r listrik jadi kemampuan mekanik adalah kemampuan yang harus dipunyai bahan listrik terhadap segala gaya atautekanan < tarikan yang ada padanya. )ekuatan tarik akan naik dengan bertambahnya jumlah campuran. )ekuatan tarik kg /*-3;*?3*, untuk 9, maka kemampuan 8 berselubung +++9-S pada suhu sekitar 2 8 k!ndukt!r 72 mm maksimal dari k!ndukt!r untuk menghantar arus adalah 7@ +1. . karakteristik listrik, Menunjukkan kemampuan dari k!ndukt!r terhadap arus listrik yang melewatinya 0dari SP=> /*-*2 ; *??*, untuk k!ndukt!r 72 mm berselubung +++9-S pada suhu sekitar 28 9, maka kemampuan maksimum dari k!ndukt!r untuk menghantar arus adalah 7@ +1. . )apasitas penyaluran arus
+dalah kemampuan penghantar untuk dialiri arus listrik tanpa mengakibatkan perubahan bentuk < terjadinya panas yang berlebihan. /. Daya hantar panas +dalah jumlah panas yang melalui lapisan bahan tiap satuan waktu; kkal
! S%+/'(*'#$
$ahan Semik!ndukt!r merupakan material yang memiliki s%iat penghantar arus listrik yang paling bagus dikarenakan tidak memiliki hambatan< resistansi ataupun nilai resistansi mendekati n!l. Semik!ndukt!r elemental terdiri atas unsur-unsur pada sistem peri!dik g!l!ngan :5 + seperti silik!n 0Si1, Aermanium 0Ae1 dan )arb!n 091. )arb!n semik!ndukt!r ditemukan dalam bentuk kristal intan. Semik!ndukt!r intan memiliki k!nduktiitas panas yang tinggi sehingga dapat digunakan dengan e%ekti% untuk mengurangi e%ek panas pada pembuatan semik!ndukt!r laser. Semik!ndukt!r gabungan terdiri atas senyawa yang dibentuk dari l!gam unsur peri!dik g!l!ngan ::$ dan :::+ 0alensi dan 1 dengan n!n l!gam g!l!ngan 5+ dan 5:+ 0alensi @ dan 41sehingga membentuk ikatan yang stabil 0alensi 31. Semik!ndukt!r gabungan ::: dan 5 misalnya Aa+s dan :nP, sedangkan gabungan :: dan 5: misalnya 9dTe dan #nS. Semik!ndukt!r merupakan elemen dasar dari k!mp!nen elektr!nika seperti di!da, transist!r dan sebuah :9 0:ntegrated 9ircuit1. Disebut semi atau setengah k!ndukt!r karena bahan ini memeng bukan k!ndukt!r murni.
$+han-bahan l!gam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai k!ndukt!r yang baik karena l!gam memiliki susunan at!m yang sedemikian rupa sehingga elektr!nnya dapat bebas bergerak bebas. Sebenarnya at!m tembaga dengan lambang kimia 9u memiliki inti ? i!n 0B1 dikelilingi !leh ? elektr!n0-1. Sebanyak 3 elektr!n menempati !rbit!rbit bagian dalam membentuk inti yang disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan electr!n-elektr!n ini. Satu buah elektr!n lagi yaitu elektr!n ke-? berada pada !rbit paling luar. 6rbit teluar ini disebut pita alensi dan elektr!n yang berada pada pita ini dinamakan elektr!n alensi. )arena hanya ada satu electr!n dan jaraknya jauh dari nucleus ikatannya tidaklah terlalu kuat. Canya dengan sedikit saja elektr!n terluar ini mudah lepas dari ikatannya. :katan at!m tembaga pada suhu kamar, elektr!n tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah-pindah dari satu ke nucleus lainnya. &ika diberi tegangan p!tensial listrik, elektr!nelektr!n tersebut dengan mudah berpindah kearah p!tensial yang sama. Phen!mena ini dinamakan sebagai arus listrik. :s!lat!r adalah at!m yang memiliki elektr!n alensi sebanyak 3 buah, dan dibutuhkan energi yang bersar untuk dapat melepaskan elektr!n-elektr!n ini. Dapat ditebak, semik!ndukt!r adalah unsur yang susunan at!mnya memiliki electr!n alensi lebih dari * dan kurang dari 3. tentu saja yang paling semik!ndukt!r adalah unsur yang at!mnya memiliki / elektr!n alensi. ! I&"#$
Dalam istilah elektr!nika, :s!lat!r listrik adalah sesuatu benda yang merupakan bukan benda penghantar listrik yang berguna untuk menahan penghantar listrik. :s!lat!r dapat berupa karet, kayu, kertas, dan biasanya adalah benda-benda selain g!l!ngan l!gam. :s!lat!r c!nt!hnya dapat kita lihat pada setiap kabel yaitu berupa karet yang berguna untuk melapisi tembaga0l!gam1 agar arus tetap mengalir pada tembaga. Dengan kata lain berguna untuk melindungi kita dari sengatan listrik, !leh sebab itu is!lat!r
merupakan penghantar listrik yang paling buruk diantara k!ndukt!r maupun semik!ndukt!r. :s!lat!r memiliki karakteristik lebih lunak daripada l!gam namun tidak berair, karena sebagus apapun suatu is!lat!r jika terkena air maka arus listrik akan dapat mengalir. :s!lat!r memiliki daya resistansi yang tinggi terhadap arus listrik. )arena si%atnya yang resistant< menghambat aliran arus listrik maka benda-benda tersebut disebut is!lat!r. :s!lat!r memiliki at!mat!m yang ikatan antar at!mnya kurang begitu kuat dibandingkan dengan ikatan at!m pada k!ndukt!r sehingga is!lat!r lebih lentur< lunak daripada k!ndukt!r. Di dunia ini is!lat!r yang paling baik adalah tanah karena si%atnya yang dapat menetralkan arus listrik dengan cara mengalirkan arus listrik ke tanah 0Ar!und1 seperti pada penangkal petir yang telah dirancang untuk mengalirkan arus listrik dari ujung suatu bangunan dan menanamkan plat< lempengan besi kedalam tanah yang dimaksudkan untuk menetralkan arus listrik yang luar biasa besarnya dari alam0petir1 ke tanah0gr!und1.
3! K&"/4/'"/ "( K%)*(""( "$/ '(*'#$, %+/'(*'#$ "( /&"#$ "! K(*'#$
*.
Tembaga Tembaga sebagai "at yang memiliki n!m!r at!m ?, mempunyai satu elektr!n bebas pada kulit terluarnya. Elektr!n ini yang bertugas untuk menghantarkan listrik ketika penghantar tersebut diberi tegangan. Tembaga mempunyai daya hantar listrik yang tinggi yaitu 57 +6-+!++2 pada suhu 2 !9. )!e%isien suhu F tembaga 2,22/ per !9. Massa jenis tembaga murni pada 2 !9 adalah 3,?4 gY+, >Y+G1, kabel 0>YM, >YY, >YGAbY1, busbar, lamel mesin D9, cincin seret pada mesin +9. Tembaga mempunyai ketahanan terhadap k!r!si, !ksidasi. )ekuatann tarik batang
tembaga akan naik setelah batang tembaga diperkecil penampangnya untuk dijadikan kawat beris!lasi atau kabel. .
+luminium +luminium murni mempunyai massa jenis ,7 kg
.
Platina Platina merupakan l!gam yang berat, berwarnah putih keabu ‐abuan, tidak k!r!si%, sulit terjadi peleburan dan tahan terhadap sebagian besar bahan kimia. Massa jenisnya *,/ g
/.
+ir raksa +ir raksa adalah satu‐satunya l!gam yang berbentuk cair pada suhu kamar. R%/#//#"(8" ""&"- 0,95 O-+!++26+, )!e%isien suhu 2,2227 per ! 9. Pada pemanasan diudara air raksa sangat mudah terjadi !ksidasi. +ir raksa dan campurannya khususnya uap air raksa adalah beracun. Penggunaan air raksa antara lain ; gas pengisi tabung ‐tabung elektr!nik, penghubung pada saklar air raksa, cairan pada p!mpa di%usi, elektr!da pada instrumen untuk mengukur si%at elektris bahan dielektrik padat. =!gam‐l!gam lain yang banyak digunakan pada teknik listrik diantaranya adalah, tantalium dan ni!bium. Tantalium dan ni!bium dipadukan dengan aluminium banyak digunakan sebagai kapasit!r elektr!litik
@.
K!l%ram =!gam ini berwarna abu ‐abu keputihan, mempunyai massa jenis 2 g
dengan suatu pr!ses yang disebut dengan metalurgi bubuk yang menggunakan tekanan dan suhu tinggi 0222 atm, *422 !91 tanpa terjadi !ksidasi. Dengan menggunakan mesin penarik, batang w!l%ram diameternya dapat dikecilkan menjadi 2,2* mm 0penarikan dilakukan dalam keadaan panas1. Penggunaan w!l%ram pada teknik listrik antara lain; %ilamen 0lampu pijar, lampu hal!gen, lampu ganda1, elektr!da, dan tabung. 4.
M!blidenum =!gam ini mirip dengan w!l%ram dalam hal si%atnya, demikian pula dalam hal mendapatkannya. M!blidenum mempunyai massa jenis *2, g
7.
$aja $aja merupakan l!gam yang terbuat dari besi dengan campuran karb!n. $erdasarkan campuran karb!nnya, baja dikateg!rikan menjadi tiga yaitu baja dengan kadar karb!n rendah 02 hingga 2,@I1, baja dengan kadar karb!n menengah 02,@ sampai dengan 2,@@I1, dan baja dengan kadar karb!n tinggi 0diatas 2,@@I1. Meskipun k!nduktiitas baja rendah yaitu 7,7 +6O-+!++2, tetapi digunakan pada penghantar transmissi +9SJ. Gungsi baja dalam hal ini adalah menghemat pemakaian aluminium. $erdasarkan pertimbangan tersebut dibuat penghantar bimetal. Dua hal yang menguntungkan pada penghantar bimetal antara lain ; • Pada arus b!lak ‐ balik ada kecenderungan arus melalui bagian luar k!ndukt!r • Dengan melapisi baja menggunakan tembaga, maka baja sebagai penguat penghantar terhindar dari k!r!si.
$ahan‐ bahan yang dipakai untuk k!ndukt!r harus memenuhi persyaratan persyaratan sebagai berikut; *. )!ndukti%itasnya cukup baik.
. . /.
)ekuatan mekanisnya 0kekuatan tarik1 cukup tinggi. )!e%isien muai panjangnya kecil. M!dulus kenyalnya 0m!dulus elastisitas1 cukup besar.
)lasi%ikasi k!ndukt!r ; )lasi%ikasi k!ndukt!r menurut bahannya; *. kawat l!gam biasa, c!nt!h; a. $$9 0$are 9!pper 9!nduct!r1. b. ++9 0+ll +luminum 9!nduct!r1. . kawat l!gam campuran 0+ll!y1, c!nt!h; a. +++9 0+ll +luminum +ll!y 9!nduct!r1 b. kawat l!gam paduan 0c!mp!site1, seperti; kawat baja berlapis tembaga 09!pper 9lad Steel1 dan kawat baja berlapis aluminium 0+luminum 9lad Steel1. . kawat lilit campuran, yaitu kawat yang lilitannya terdiri dari dua jenis l!gam atau lebih. 9!nt!h; +S9J 0+luminum 9able Steel Jein%!rced1. )lasi%ikasi k!ndukt!r menurut k!nstruksinya;
*. . .
kawat padat 0s!lid wire1 berpenampang bulat kawat berlilit 0standart wire1 terdiri 7 sampai dengan 4* kawat padat yang dililit menjadi satu, biasanya berlapis dan k!nsentris kawat ber!ngga 0h!ll!w c!nduct!r1 adalah kawat ber!ngga yang dibuat untuk mendapatkan garis tengah luar yang besar
)lasi%ikasi k!ndukt!r menurut bentuk %isiknya; *. k!ndukt!r telanjang . k!ndukt!r beris!lasi, yang merupakan k!ndukt!r telanjang dan pada bagian luarnya diis!lasi sesuai dengan peruntukan tegangan kerja, c!nt!h;
! I&"#$
*. Semik!ndukt!r :ntrinsik Terbentuk dari semik!ndukt!r murni yang memiliki ikatan k!alen sempurna seperti Si, Ae, 9 dan sebagainya. Mekanisme terbentuknya !!lhhhsemik!ndukt!r intrinsik diperlihatkan pada semik!ndukt!r murni seperti Si. Pada k!ndisi n!rmal at!m at!m Si saling berikatan melalui / ikatan k!alen 0masing masing memiliki elektr!n alensi1. )etika suhu dinaikkan maka stimulasi panas akan mengganggu ikatan alensi ini sehingga salah satu elektr!n alensi akan berpindah ke pita k!nduksi. =!kasi yang ditinggalkan !leh elektr!n alensi ini akan membentuk h!le. Pasangan h!le dan elektr!n ini menjadi pembawa muatan dalam semik!ndukt!r intrinsik. Pr!ses ini diperlihatkan pada gambar berikut;
. Semik!ndukt!r Ekstrinsik Terbentuk dari semik!ndukt!r murni yang dik!t!ri !leh at!m d!pping sebagai penghasil elektr!n k!nduksi atau h!le. Terdiri atas dua tipe; Tipe > 0Silik!n B Ph!sp!r atau +rsenic1 dan Tipe P 0Silik!n B $!r!n, Aalium atau :ndium1. Semik!ndukt!r ekstrinsik terbentuk melalui mekanisme ;/(), yang dimaksudkan untuk mendapatkan elektr!n alensi bebas dalam jumlah lebih
banyak dan permanen sehingga diharapkan akan dapat menghantarkan listrik. Mekanisme ini dilakukan dengan jalan memberikan at!m peng!t!r ke bahan semik!ndukt!r murni sehingga apabila at!m peng!t!r memiliki kelebihan elektr!n alensi 0alensi @1 akan terdapat elektr!n bebas yang dapat berpindah. )arena mengandung at!m-at!m peng!t!r, pembawa muatan did!minasi !leh elektr!n saja atau lubang saja.
+pabila semik!ndukt!r murni diberikan peng!t!r dengan
alensi kurang 0alensi 1 maka akan terbentuk area k!s!ng 0h!le1 yang menjadi pembawa muatan. Mekanisme ini menentukan j enis semik!ndukt!r yang dibentuk 0tipe > atau tipe P1.
a. Semik!ndukt!r Tipe->
$ahan silik!n diberi d!ping ph!sph!rus atau arsenic yang pentaalen yaitu bahan kristal dengan inti at!m memiliki @ elektr!n alensi. Dengan d!ping, Silik!n yang tidak lagi murni ini 0impurity semic!nduct!r1 akan memiliki
kelebihan
elektr!n.
)elebihan
elektr!n
membentuk
semik!ndukt!r tipe-n. Semik!ndukt!r tipe-n disebut juga ($ 0peng!t!rnya !leh at!m pentaalent P, +s, Sb1 yang siap melepaskan elektr!n.
b. Semik!ndukt!r Tipe-P
)alau Silik!n diberi d!ping $!r!n, Aallium atau :ndium, maka akan didapat semik!ndukt!r tipe-p. 'ntuk mendapatkan silik!n tipe-p, bahan d!pingnya adalah bahan trialen yaitu unsur dengan i!n yang memiliki elektr!n pada pita alensi. )arena i!n silik!n memiliki / elektr!n, dengan demikian ada ikatan k!alen yang b!l!ng 0h!le1. C!le ini digambarkan sebagai "'%;#$ yang siap menerima elektr!n. Dengan demikian, kekurangan elektr!n menyebabkan semik!ndukt!r ini menjadi tipe-p. Semik!ndukt!r merupakan ter!b!san dalam tekn!l!gi bahan listrik yang memungkinkan pembuatan k!mp!nen elektr!nik dalam wujud mikr!, sehingga peralatan elektr!nik dapat dibuat dalam ukuran yang lebih kecil. $eberapa k!mp!nen elektr!nik yang menggunakan bahan semik!ndukt!r yaitu; *. Di!da Di!de merupakan peranti semik!ndukt!r yang dasar ! Di!de memiliki banyak tipe dan tiap tipe memiliki %ungsi dan karakteristik masing-masing. )ata Di!de berasal dari Di 0Dua1 6de 0Elektr!de1, jadi Di!de adalah k!mp!nen yang memiliki dua terminal atau dua electr!de yang ber%ungsi sebagai penghantar arus listrik dalam satu arah. Dengan kata lain di!de bekerja sebagai )!ndukt!r bila beda p!tensial listrik yang diberikan dalam arah tertentu 0$ias G!rward1 tetapi di!de akan bertindak sebagai :s!lat!r bila beda p!tensial listrik diberikan dalam arah yang berlawanan 0$ias Jeerse1 Tipe dasar dari di!de adalah di!de sambungan P>. . Transist!r
Transist!r adalah k!mp!nen elektr!nik yang dibuat dari materi semik!ndukt!r yang dapat mengatur tegangan dan arus yang mengalir melewatinya dan dapat ber%ungsi sebagai saklar elektr!nik dan gerbang elektr!nik. . :9 0:ntegated 9ircuit1 :ntegrated 9ircuit merupakan k!mp!nen elektr!nik yang terdiri atas beberapa terminal transist!r yang tergabung membentuk gerbang. Masing masing gerbang dapat di!perasikan sehingga membentuk l!gika tertentu yang dapat mengendalikan peng!perasian
! I&"#$ 1! "-"( /&"/ )" $ahan is!lasi gas adalah digunakan sebagai pengis!lasi dan sekaligus sebagai media penyalur panas. $ahan is!lasi gas yang dibahas dalam bab ini adalah ; udara, sulphur heHa %lu!rida 0SG 41 sebagai titik berat di damping gas-gas lain yang la"im digunakan di dalam teknik listrik.
1. Udara
'dara
merupakan
bahan
is!lasi
yang
mudah
didapatkan,
mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu 2 k5< cm.. Cubungan antara tegangan tembus dan jarak untuk udara tidak linier seperti ditunjukkan pada Aambar berikut
Aambar *. 5t N % 0celah udara1 pada p N * atm, G N @2 C"
2. Sulphur Hexa Fluorida
Sulphur CeHa Glu!rida 0SG 41 merupakan suatu gas bentukan antara unsur sulphur dengan %lu!r dengan reaksi eks!termis ; S B G ---------------- SG4 B 4 kil! kal!ri M!lekul SG4 seperti ditunjukkan pada Aambar
Aambar. . M!lekul sulphur heHa %lu!rida Terlihat pada gambar .@ bahwa m!lekul SG4 mempunyai 4 at!m Glu!r yang mengelilingi sebuah at!m Sulphur, di sini masing-masing at!m Glu! mengikat *buah elektr!n terluar at!m Sulphur. Dengan demikian maka SG4 menjadi gas yang inert atau stabil seperti halnya gas mulia.
Sampai saat ini SG4 merupakan gas terberat yang mempunyai massa jenis 4,*? kg
Tabel * Si%at beberapa Aas
Seperti telah disebutkan di atas, bahwa untuk pembentukan SG4 timbulpanas, ini berarti bahwa pada pemisahan SG 4 menjadi Sulphur dan Glu!r memerlukan panas dari sekelilingnya sebesar 4 k .
kal!ri<
m!lekul. Cal ini tepat sekali digunakan untuk bahan pendinginan pada peralatan listrik yang menimbulkan panas atau bunga api pada waktu bekerja, misalnya ; sakelar pemutus beban. Si%at dari SG4 sebagai media pemadam busur api dan releansinya pada sakelar pemutus beban adalah ;
Canya
memerlukan
energi
yang
rendah
untuk
meng!perasikan
mekanismenya. Pada prinsipnya SG 4 sebagai pemadam busur api adalah tanpa memerlukan energi untuk mengk!mpresikannya, namun sematamata karena pengaruh panas busur api yang terjadi.
Tekanan SG4 sebagai pemadam busur api maupun sebagai pengis!lasi dapat dengan mudah dideteksi.
Penguraian pada waktu memadamkan busur api maupun pembentukannya kembali setelah pemadaman adalah menyeluruh 0tidak ada sisa unsure pembentuknya1
Jelati% mudah teri!nisasi sehingga plasmanya pada 9$ k!nduktiitasnya tetap rendah dibandingkan pada keadaan dingin. Cal ini mengurangi kemungkinan busur api tidak stabil dengan demikian ada pem!t!ngan arus dan menimbulkan tegangan antar k!ntak.
)arakteristik gas SG4 adalah elektr! negati% sehingga penguraiannya menjadikan dielektriknya naik secara bertahap.
Transien %rekuensi yang tinggi akan naik selama !perasi pemutusan dan dengan adanya hal ini busur api akan dipadamkan pada saat nilai arusnya rendah.
3. Gas-gas lain Aas bentukan %lu!r! !rganic misalnya 97G*/, 97G3, 9*/, G/
mempunyai tegangan tembus yang tinggi, berkisar antara 4 *2 kali tegangan tembus udara. Pemakaian gas ini c!c!k untuk bahan is!lasi pada alat-alat pemutus. Aas karb!n di!ks!da 0961 dapat digunakan sebagai gas residu pada bahan dielektrik cair 0minyak1 pada alat-alat tegangan tinggi, antara lain ; kabel dan tra%!. Aas ne!n adalah salah satu gas mulia yang banyak digunakan sebagai bahan pengisi lampu-lampu tabung.
2! "-"( I&"/ C"/$ $ahan is!lasi cair digunakan sebagai bahan pengisi pada beberapa peralatan listrik, misalnya ; trans%!rmat!r, pemutus beban, rhe!stat. Dalam hal ini bahan is!lasi cair ber%ungsi sebagai pengis!lasi dan sekaligus sebagai pendingin. )arena itu persyaratan untuk bahan cair yang dapat digunakan untuk is!lasi antara lain ; mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas yang tinggi.
1. Minyak Transformaor
Minyak trans%!rmat!r adalah minyak mineral yang diper!leh dengan pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya, minyak ini karena pengaruh panas dari rugi-rugi di dalam trans%!rmat!r akan timbul hidr!karb!n. Selain berasal dari minyak mineral, minyak trans%!rmat!r dapat pula yang dapat dibuat dari bahan !rganik, misalnya ; minyak tra%! Piran!l, Silik!n. Sebagai bahan is!lasi, minyak trans%!rmat!r harus mempunyai tegangan tembus yang tinggi. Pengujian tegangan tembus minyak trans%!rmat!r dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan seperti ditunjukkan pada Aambar.
Aambar /. +lat pengujian tegangan tembus minyak trans%!rmat!r &arak elektr!da dibuat ,@ cm, sedangkan tegangannya dapat diatur dengan
menggunakan aut!-trans%!rmat!r
sehingga
dapat
diketahui
tegangan sebelum saat terjadinya kegagalan is!lasi yaitu terjadinya l!catan bunga api. =!catan bunga api dapat dilihat lewat lubang yang diberi kaca. Selain itu dapat dilihat dari 5!ltmeter tegangan tertinggi sebelum terjadinya kegagalan is!lasi 0karena setelah terjadinya kegagalan is!lasi !ltmeter akan menunjukkan harga n!l. Tegangan temus n!minal minyak trans%!rmat!r untuk tegangan kerja tertentu dapat dilihat pada tabel .
Dengan demikian dapat diketahui apakah minyak trans%!rmat!r ketahanan listriknya memenuhi persyaratan yang berlaku. )etahanan listrik minyak trans%!rmat!r dapat menurun karena pengaruh asam dan dapat pula karena kandungan air.
2. !ahan isolasi "air lain
Minyak untuk kabel yang beris!lasi kertas dibuat lebih kental daripada minyak tra%!, disamping itu terdapat pula bahan is!lasi kabel yang di impregnasi dengan minyak yang kekentalan rendah dengan pemurnian yang tinggi, yaitu kabel untuk tegangan ekstra tinggi yang diisi minyak. Disamping bahan-bahan diatas, terdapat pula is!lasi cair sintetis yang berisi chl!!r 0hidr!karb!n seperti di%enil 9 *2C*1. $ahan-bahan ini diantaranya; s!!l, askarel, aracl!r, pyralen, shiban!l. Dan bahan is!lasi cair lain yang lebih mahal dari minyak tra%! adalah minyak silic!n.
3! "-"( I&"/ P""# )aca dan p!rselin adalah terg!l!ng bahan mineral, tetapi penggunaannya tidak pada bentuk atau keadaan alaminya melainkan harus dipr!ses terlebih dahulu dengan pemanasan 0pembakaran1, pengerasan dan pelumeran. :tulah sebabnya maka pembahasannya dipisahkan dengan pembahasan bahan mineral pada bab sebelumnya. 1. #a"a
)aca adalah substansi yang dibuat dengan pendinginan bahan bahan yang dilelehkan, tidak berbentuk kristal tetapi tetap pada k!ndisi
ber!ngga. )aca pada umumnya terdiri dari campuran silikat dan beberapa senyawa antara lain ; b!rat, p!spat. )aca dibuat dengan cara melelehkan beberapa senyawa silikat 0pasir1, alkali 0>a dan )1 dengan bahan lain 0kapur, !ksida timah hitam1. )arena itu si%at dari kaca tergantung dari k!mp!sisi bahan-bahan pembentuknya tersebut. Massa jenis kaca berkisar antara hingga 3,* g
?
nya. Muai panjang untuk kaca berkisar
antara @,@-*2-7 hingga *@2. *2 -7 per derajat celcius.
2. Siol Sit!l
mempunyai
bahan
dasar
kaca
yang
merupakan
pengembangan baru. Pemakaian sit!l adalah sangat luas, struktur dan si%atsi%atnya adalah diantara kaca dan keramik. Sit!l juga disebut keramik-kaca atau kaca kristal. Yang banyak dijumpai dipasaran antara lain ; pyr!ceram, it!ceram. Sit!l mempunyai struktur kristal yang halus 0hal ini yang membedakannya dengan kaca biasa1 tetapi ber!ngga. Tidak seperti halnya keramik biasa, sit!l tidak dibuat dengan pembakaran tetapi cenderung dengan %usi dari bahan-bahan mentahnya dengan menjadikannya meleleh dan kemudian kristalisasi.
3. $orselin P!rselin adalah bahan is!lasi kel!mp!k keramik yang sangat penting dan luas penggunaannya. :stilah bahan -bahan keramik adalah digunakan untuk semua bahan an!rganik yang dibakar dengan pembakaran pada suhu tinggi dan bahan asal berubah substansinya. $ahan dasar dari p!rselin adalah tanah liat. :ni berarti bahan dasar tersebut mudah dibentuk pada waktu basah, tetapi menjadi tahan terhadap air dan kekuatan
mekaniknya naik setelah dibakar. Penggunaan is!lat!r dari p!rselin antara lain ; is!lat!r tarik, is!lat!r penyangga, r!l is!lat!r seperti dapat dilihat pada gambar
Aambar @. $eberapa is!lat!r p!rselin
! "-"( I&"#$ %$%$"#
)elebihan dari bahan berserat adalah mempunyai %leksibilitas yang baik, kekuatan mekanis yang tinggi, mudah dipr!ses dan murah harganya. +dapun kekurangannya adalah higr!sk!pis dan tegangan tembusnya rendah. &enis-jenis bahan is!lasi berserat;
)ayu
)ertas
Tekstil +khir-akhir ini banyak tekstil sintetis yang digunakan sebagai bahan is!lasi karena mempunyai beberapa keuntungan antara laian; kekuatan
mekanis,
elastisitas,
dan
tahan
panas
yang
tinggi,
higr!sk!pisitas rendah dan lebih stabil terhadap pengaruh kimia. Serat sintetis diantanya adalah p!liamid 0nil!n, kapr!n, sil!n, dedr!n1, serat p!lyester 0lasan, terilin, tetr!n, dakr!n1, seratp!listirin 0P591.
$ahan berserat an!rganik ; +sbes dan Giberglass
5! "-"( I&"/ M/(%$"&
$ahan is!lasi mineral diper!leh dari tambang dan digunakan sebagai is!lasi pada ikatan kimia atau keadaan alaminya tanpa pr!ses kimia atau termal sebelumnya. &enis-jenis bahan is!lasi mineral;
Mika
Mikanit
•
Mikanit k!mutat!r
•
Mikanit lempengan
•
Mikanit cetakan
•
)ertas mika
•
Mikanit %leksibel
•
Pita mika
Marmer
$atu tulis
)l!rida
Plastik adalah bahan sintetis yang dapat dibentuk dengan pemanasan dan dapat diperkeras bergantung pada strukturnya. $ahan is!lasi plastic terdiri dari ; •
>Y+
•
>YM
•
>YY
•
Mikaleks
•
)aret
*. )aret butadin . )aret butil . )aret p!lichl!r!pen
/. )aret silic!n
7! "-"( I&"/ S%$"# O;#/'
Sebagaimana namanya maka serat !ptik 0%iber !ptic1 dibuat dari gelas silika dengan penampang berbentuk lingkaran atau bentuk-bentuk lainnya. Pembuatan serat !ptik 0%iber !ptic1 dilakukan dengan cara menarik bahan gelas kental-cair sehingga dapat diper!leh serabut atau serat gelas dengan penampang tertentu. Pr!ses ini dikerjakan dalam keadaan bahan gelas yang panas. Yang terpenting dalam pembuatan serat !ptik 0%iber !ptic1 adalah menjaga agar perbandingan relati% antara bermacam lapisan tidak berubah sebagai akibat tarikan. Pr!ses pembungkusan seperti
pemberian bahan pelindung atau pr!ses
pembuatan satu ikat kabel yang terdiri atas beberapa buah hingga ratusan kabel pengerjaannya tidak berbeda dengan pembuatan kabel biasa. Perkembangan terakhir, pemakaian serat !ptic sebagai saluran tranmisi k!munikasi jarak jauh lebih menguntungkan jika dibandingkan dengan transmisi k!nensi!nal, antara lain; saluran kawat sejajar kabel k!aksial. Serat !ptik (fiber optic) adalah suatu pemandu gel!mbang cahaya (light wave guide) yang berupa suatu kabel tembus pandang (transparant), yang mana pemampang dari kabel tersebut terdiri dari dua bagian, yaitu ; bagian tengah yang disebut “Core”
dan bagian luar yang disebut “Cladding”.
Cladding pada serat !ptik membungkus atau mengelilingi Core. +dapun bentuk pemampang dari core dapat bermacam-macang, antara lain ; pipih, segi tiga, segi empat, segi banyak atau berbentuk lingkaran. +dapun gambar skema pemampang dari serat !ptik 0%iber !ptic1
5! P/#" E(%$)/
Secara sederhana, material menurut si%at k!nduktiitasnya tersebut merupakan material-material yang dikenal dengan sebutan "at padat. )lasi%ikasi tersebut ditinjau dari bagaimana sebuah material dialiri !leh arus listrik. •
•
•
M"#%$/"& I&"#$! Material is!lat!r merupakan material "at padat yang tidak mampu menghantarkan arus listrik. M"#%$/"& S%+/'(*'#$! Material yang merupakan material yang memiliki si%at is!lat!r dan k!ndukt!r dengan perbandingan *;* sehingga si%atnya ada di antara is!lat!r dan k!ndukt!r M"#%$/"& K(*'#$! Material yang memiliki si%at penghantar arus listrik yang baik namun masih memiliki resistansi.
G"+"$ S#$*'#*$ P/#" E(%$)/ I&"#$! Pita terlarang yang besar ini memisahkan pita alensi yang terisi dengan pita k!nduksi yang k!s!ng. G"+"$ S#$*'#*$ P/#" E(%$)/ S%+/'(*'#$! =ebar pita relati% kecil, EA N * e5. Pada saat suhu naik, elektr!n pada pita alensi mampu berpindah ke pita k!nduksi. )arena adanya elektr!n di pita k!nduksi akibatnya bahan itu menjadi sedikit k!ndukti%. G"+"$ S#$*'#*$ P/#" E(%$)/ K(*'#$! Pita k!nduksi terisi sebagian, jika ada medan listrik luar elektr!n akan memper!leh tambahan energi sehingga berpindah yang berakibat timbul arus listrik.
Aambar dan penjelasan di atas merupakan jawaban dari pertanyaan atas adanya klas%ikasi material menurut si%at kelistrikannya. &adi tampak di atas, untuk menjelaskan k!nsep k!nduktiitas material tersebut digunakan k!nsep pita-pita energi. +da dua pita energi, yaitu pita alensi dan pita k!nduksi. P/#" V"&%(/ adalah pita energi yang mungkin diisi !leh elektr!n dari "at padat hingga k!mplit. P/#" K(*'/ adalah pita energi yang merupakan tempat lain yang akan diisi !leh elektr!n setelah Pita alensi k!mplit. M"#%$/"& S*;%$'(*'#$! Merupakan material yang memiliki s%iat penghantar arus listrik yang paling bagus dikarenakan tidak memiliki hambatan< resistansi ataupun nilai resistansi mendekati n!l
A III PENUTUP 3!1!
K%/+;*&"(
)!ndukt!r atau penghantar adalah "at atau bahan yang bersi%at dapat menghantarkan energy, baik energy listrik maupun energy kal!r, baik berupa "at padat, cair atau gas. $ahan-bahan yang bersi%at k!ndukt!r ini biasanya digunakan untuk membuat alat-alat yang si%atnya membutuhkan kecepatan trans%er energy. Semik!ndukt!r adalah bahan dengan k!nduktiitas listrik yang berada di antara insulat!r dan k!ndukt!r . )!nduktiitas semik!ndukt!r berkisar antara *2 sampai *2-3 siemens per sentimeter dan memiliki dan celah energinya lebih kecil dari 4 e5. :s!lat!r 0bukan penghantar1 adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. :s!lat!r listrik adalah sesuatu benda yang merupakan bukan benda penghantar listrik yang berguna untuk menahan penghantar listrik. :s!lat!r dapat berupa karet, kayu, kertas, dan biasanya adalah benda-benda selain g!l!ngan l!gam.
3!2!
S"$"(
Makalah
berjudul
)!ndukt!r,
Semik!ndukt!r
dan
:s!lat!r
diharapkan akan menjadi literature terbaru dan berman%aat bagi para pembaca.
ini
