Makalah Instrumentasi Instrumentasi Proses
PIEZOELEKTRIK
Disusun Oleh: Dwiki M. Gifary
(1304103010061)
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULT FAKULTAS AS TEKNIK UNIVERSITAS SYIAH SYI AH KUALA KU ALA DARUSSALAM, BANDA ACEH 2015
A. Sej!" P#e$%e&e'(!#'
Kata piezelektrik !erasal !ahasa "atin# piezein yan$ !erarti %iperas atau %itekan %an piez yan$ !er&akna %i%rn$. 'ahan piezelektrik %ite&ukan perta&a kali pa%a tahun 10‐an leh a*+ues %an ,ierre -urie. Kata piez !erarti tekanan# sehin$$a efek piezelektrik tera%i ika &e%an listrik ter!entuk ketika &aterial %ikenai tekanan &ekanik. a*+ues %an ,ierre -urie &en$&!inasikan pen$etahuan akan pirelektrisitas (ke&a&puan !ahan / !ahan tertentu untuk &en$hasilkan se!uah ptensial listrik saat !ahan‐ !ahan itu %ipanaskan atau %i%in$inkan) %en$an pe&aha&an akan struktur %an perilaku se!uah kristal pa%a kristal tur&alin# kuarsa# ratna *e&paka# %an $ara& rssel. Dari ui *!a terse!ut %iketahui !ahwa kristal kuarsa %an $ara& rssel &e&perlihatkan ke&a&puan piezelektrisitas palin$ !esar saat itu.
B. Pe)*e!(#) P#e$%e&e'(!#'
,iezelektrik
a%alah
suatu
&aterial yan$ %apat &en$hasilkan
per!e%aan &uatan listrik antara ke%ua sisinya apa!ila &en$ala&i %efr&asi atau peru!ahan %i&ensi. ,iezelektrik atau !iasa %ise!ut u$a %en$an efek piezelektrik a%alah &uatan listrik yan$ teraku&ulasi %ala& !ahan pa%at tertentu# seperti kristal %an kera&ik aki!at %ari mechanical pressure (tekanan). ,iezelektrik
%i$unakan
untuk
&en$ukur
tekanan#
per*epatan#
re$an$an# et*. %an !iasa %i$unakan %ala& alat/alat seperti: &ikrfn# a& quartz # pen$u!ah suara &ena%i tulisan pa%a laptp# &esin pe&!akaran %ala&# printer # s*illatr elektrnik# hin$$a !isa %ia%ikan se!a$ai su&!er ener$i alternatif %ite&pat kera&aian seperti %i statin ataupun %i !an%ara. Dan ini se%an$ %iterapkan %i ne$ara &au seperti epan$ %an &erika.
C. B") P#e$%e&e'(!#'
'ahan piezelektrik a%alah &aterial yan$ &e&pr%uksi &e%an listrik ketika %ikenai re$an$an atau tekanan &ekanis. e!aliknya# ika &e%an listrik %iterapkan# &aka &aterial terse!ut akan &en$ala&i re$an$an atau tekanan &ekanis. 'ahan piezelektrik ala&i %iantaranya: Kuarsa (2uartz# iO)# !erlinite# tur&alin %an $ara& rssel. 'ahan piezelektrik !uatan %iantaranya: 'ariu& titanate ('aiO3)# "ea% zir*niu& titanate (,5)# "ea% titanate (,!iO3) %s!. 'ahan ,iezelektrik ter!entuk leh kera&ik yan$ terplarisasi sehin$$a !e!erapa !a$ian &lekul !er&uatan psitif %an se!a$ian yan$ lain !er&uatan ne$atie &e&!entuk elektr%a‐elektr%a yan$ &ene&pel pa%a %ua sisi yan$ !erlawanan %an &en$hasilkan &e%an listrik &aterial yan$ %apat !eru!ah aki!at $aya &ekanik. ,a%a saat &e%an listrik &elewati &aterial# &lekul yan$ terplarisasi akan &enyesuaikan %en$an &e%an listrik# %ihasilkan %iple yan$ terin%uksi %en$an &lekul atau struktur Kristal &ateri. ,enyesuaian &lekul akan &en$aki!atkan &aterial !eru!ah %i&ensi. 7en&ena ini %ise!ut ele*trstri*tin (efek piezelektrik).
D. Pe+)() B") P#e$%e&e'(!#' 1. ,en$hasil listrik te$an$an tin$$i
'ahan piezelektrik %apat &en$hasilkan !e%a ptensial hin$$a ri!uan lt sehin$$a !anyak %i$unakan se!a$ai su&!er te$an$an tin$$i. . rans%user Transduser a%alah alat yan$ &en$u!ah suatu !entuk ener$i ke%ala& !entuk ener$i yan$ lain. rans%user ultrasni* &en$u!ah ener$i listrik &ena%i ener$i &ekanik# %ala& !entuk suara %an se!aliknya. rans%user akan &en$eluarkan $el&!an$ ultrasnik %en$an frekuensi %i atas 0 k8z. rans%user ultrasnik 40 k8z akan &e&!an$kitkan $el&!an$ %en$an frekuensi 40 k8z# trans%user akan aktif ika %i!eri sinyal %en$an frekuensi %en$an 40 k8z.
rans%user ultrasnik ter%iri atas %ua &a*a& yaitu pen$iri& (trans&itter) 9 %an peneri&a (re*eier) 9. rans%user ultrasnik ter!uat %ari &aterial piezeletrik# yaitu ter!uat %ari &aterial +uartz (iO3) atau !ariu& titanat ('aiO3) yan$ akan &en$hasilkan &e%an listrik pa%a saat &aterial !eru!ah !entuk atau %i&ensinya se!a$ai aki!at $aya &ekanik. E. Ee' P#e$%e&e'(!#'
;fek piezelektrik tera%i ika &e%an listrik te!entuk ketika &aterial %ikenai tekanan &ekanik. ,a%a saat &e%an listrik &elewati &aterial# &lekul yan$ terplarisasi akan &enyesuaikan %en$an &e%an listrik# %ihasilkan %iple yan$ terin%uksi %en$an &lekul atau struktur kristal &ateri. ,enyesuaian &lekul akan &en$aki!atkan &aterial !eru!ah %i&ensi. 7en&ena terse!ut %ikenal %en$an ele*trstri*tin.
7en&ena efek piezelektrik %apat %i$a&!arkan se!a$ai !erikut:
() e!elu& %i!eri tekanan atau &e%an listrik. (') Ketika %i!eri &e%an listrik# !ahan &e&anan$. (-) Di!eri &e%an listrik !erlawanan# !ahan &e&en%ek. (D) Ketika %i!eri tekanan# in%uksi plarisasi %an te$an$an luar tera%i.
F. P!#)-# Ke!j P#e$%e&e'(!#'
'ila &aterial %ikenai tekanan &aka akan tera%i %istrsi %an tekanan listrik akan %ihasilkan %ari ke%ua per&ukaannya. ,a%a prinsipnya# efek piezelektrik %iperleh
%ari
keti%aksei&!an$an
%istri!usi
arus
listrik
pa%a
&aterial
piezelektrik yan$ %ise!a!kan leh tera%inya te$an$an pa%a !ahan terse!ut %an &en$aki!atkan tera%inya re$an$an. 'ila ke%ua per&ukaan !ahan terse!ut %ilapisi %en$an !ahan l$a& %an le&pen$an te&!a$a# &aka peru!ahan arus listrik ini akan &en$aki!atkan tera%inya sinyal te$an$an listrik pa%a le&pen$ te&!a$a terse!ut.
/. Ke&e#") P#e$%e&e'(!#'
;le&en
piezelektrik
&e&punyai
!e!erapa
kele!ihan
pentin$
%i!an%in$kan &ekanis&e sensin$ yan$ lain. ,erta&a %an yan$ uta&a a%alah fakta !ahwa piranti terse!ut &e&!an$kitkan sen%iri te$an$annya. Karena itu ele&en ini ti%ak &e&erlukan %aya %ari luar untuk perasinalnya.
a&!ahan la$i# efek piezelektrik &e&iliki hku& penyekalaan yan$ &enarik sehin$$a !er&anfaat pa%a piranti yan$ ke*il. H. Ke&e#") P#e$%e&e'(!#'
,iezelektrik !ukanlah suatu %ielektrik yan$ !a$us. %a se%ikit ke!*ran &uatan pa%a &aterial piezelektrik. Karena fen&ena ini# a%a suatu knstanta waktu penyi&panan te$an$an pa%a piezelektrik setelah %i!erikan suatu $aya. Knstanta waktu ini ter$antun$ pa%a kapasitansi ele&ennya %an pa%a resistansi ke!*rannya. Knstanta waktunya !era%a pa%a r%e 1 %etik. Karena efek ini# piezelektrik kuran$ !er&anfaat untuk &en%eteksi !esaran stati* seperti !erat suatu !en%a. spek pentin$ lainnya %ala& pen$$unaan piezelektrik a%alah a%anya kenyataan !ahwa &aterial piezelektrik %i!uat &elalui prses kristalisasi kisi‐kisi (lati**e) %ala& susunan tertentu. 8al terse!ut %ilakukan %en$an &e&anskan Kristal sa&pai %iatas suhu -urie sa&!il &enerapkan te$an$an pa%a elektr%anya. ika kristal telah %ipanaskan &en%ekati suhu -urie# &aterial terse!ut %apat &ena%i = %e ple = yan$ %apat &en$hasilkan pen$uran$an sensitifitas piezelektrik. 0 ? 600 @ -. ,e&anasan %i!awah suhu -urie %apat &e&!atasi pen$$unaan sensr ini. Kekuran$an uta&a sensin$ piezelektrik ini a%alah sensitifitasnya hanya !a$us untuk sinyal yan$ !eru!ah‐u!ah terha%ap waktu. ensin$ piezelektrik ti%ak %apat !eperasi untuk aplikasi‐aplikasi yan$ &e&!utuhkan sensitifitas terha%ap !esaran statik. Meskipun %e&ikian# ika a%a sinyal yan$ !eru!ah terha%ap waktu# perlu a%anya pe&ikiran yan$ serius pa%a pen$$unaan piezelektrik.
I.
A&#'-# P#e$%e&e'(!#'
ele&en sensin$
-
e!a$ai sensr Den$an sifatnya yan$ !isa &en%eteksi ariasi tekanan# &aka piezele*tri* ini &e&punyai fun$si uta&a yaitu se!a$ai sensr. 'erikut a%alah aplikasi piezele*tri* yan$ %i$unakan se!a$ai sensr: &ikrfn piezele*tri* %an pi*kup piezele*tri* untuk $itar akustik/ • •
elektrik. ;le&en piezele*tri* %i$unakan untuk &en%eteksi $enerasi $el&!an$
•
snar. 'ahan piezele*tri* yan$ %i$unakan %ala& sin$le/a9is %an %ual/su&!u
•
&irin$ pen$in%eraan. ,e&antauan %aya %ala& aplikasi %aya tin$$i (&isalnya perawatan
•
&e%is# sn*he&istry %an in%ustri pen$lahan). Mi*r!alan*es piezele*tri* %i$unakan se!a$ai !ahan ki&ia yan$
•
san$at sensitif %an sensr !il$is. ,iezs ka%an$/ka%an$ %i$unakan
%ala&
pen$ukur
re$an$an.
,iezele*tri* %i$unakan %ala& instru&en penetr&eter pa%a 8uy$ens •
,r!e ,iezele*tri* %i$unakan %ala& %ru& pa%s elektrnik untuk &en%eteksi %a&pak %ari tn$kat %ru&&er# %an untuk &en%eteksi $erakan tt %i
•
a**eler&y$raphy &e%is. iste& &anae&en &esin t&tif &en$$unakan piezele*tri* untuk &en%eteksi %etnasi pa%a &esin (Kn*k ensr)%an u$a %i$unakan %ala& siste& ineksi !ahan !akar untuk &en$ukur tekanan a!slut
•
!erenis (M, sensr) untuk &enentukan !e!an &esin ensr piez ultrasnik %i$unakan %ala& %eteksi e&isi akustik %ala& pen$uian e&isi akustik.
-
e!a$ai su&!er ener$i
'aru/!aru ini# se!uah perusahaan !erna&a ,ae$en telah &en*!a untuk &en$$unakan piezelektri* se!a$ai su&!er ener$i alternatif yan$ &e&anfaatkan ener$i %ari &anusia !eralan. A%enya a%alah &e&anfaatkan te&pat/te&pat kera&aian sehin$$a ener$i yan$ terku&pul %ari inakan ran$ !eralan pa%a te&pat terse!ut &en$hasilkan ener$i yan$ !esar# seperti: stasiun %an !an%ara.
