materi ilmu bahan elektronika semester 1

ILMU BAHAN ELEKTRONIKA

UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR

Fakultas Teknik

Nama : KARTIKA KADRI

NIM : 1425040002

Kelas : S1 A

Prodi : S1. Pend.Teknik Elektronika

Tahun Akademik 2014/2015

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kami panjatkan ke-hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat dan karuniaNyalah, makalah ini dapat terselesaikan dengan baik, tepat pada waktunya Adapun tujuan penulisan dalam makalah ini adalah untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Ilmu Bahan Listrik, pada semester I, di tahun ajaran 2013/2014, dengan sifat sifat bahan listrik.

Dengan membuat tugas ini kami diharapkan mampu untuk lebih mengenal tentang bahan-bahan listrik dan beserta fungsinya serta terkait mengenai aspek ilmu bahan listrik.
Saya sadar, sebagai seorang pelajar yang masih dalam proses pembelajaran, penulisan makalah ini masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bersifat positif, guna penulisan makalah yang lebih baik lagi di masa yang akan datang.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.................................................................................................I

DAFTAR ISI.............................................................................................................................II

BAB. I PENDAHULUAN......................................................................................................III

BAB. II POKOK PEMBAHASAN

SIFAT BAHAN LISTRIK PENGHANTAR.................................................................IV

SIFAT BAHAN LISTRIK ISOLATOR........................................................................V

SIFAT BAHAN SEMI KONDUKTOR/PENGHANTAR............................................VI

SIFAT BAHAN NUKLIR....................................………….......................................VII

SIFAT BAHAN SUPER KONDUKTOR.................................................................VIII

KRITERIA LAIN TENTANG SIFAT BAHAN….......................................................IX

BAB. III PENUTUP

KESIMPULAN...........................................................................................................X

SARAN DAN HARAPAN,.........................................................................................XI

BAB 1
PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Sifat Bahan listrik merupakan suatu sifat bahan yang digunakan dalam peralatan listrik yang sangat banyak jenisnya serta sangat berguna pada kehidupan sehari-hari.

Oleh karena itu pengetahuan mengenai bahan-bahan listrik sangat diperlukan oleh seseorang, baik itu seseorang yang berkecimpung dibidang jasa kelistrikkan maupun masyarakat luas. Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalam sistem tenagalistrik. Isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadilompatan listrik atau percikan. Bahan isolasi akan mengalami pelepasan muatan yangmerupakan bentuk kegagalan listrik apabila tegangan yang diterapkan melampauikekuatan isolasinya. Kegagalan yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinuitas sistem terganggu.Bahan listrik sudah digunakan oleh masyarakat luas untuk berbagai macam aplikasi peralatan listrik dan tentunya peralatan tersebut didukung oleh keamanan peralatan serta keamanan konsumen atau pengguna.

Dalam menggunakan suatu bahan/peralatan harus memiliki suatu pengetahuan dan  keahlian/mengenal suatu sifat-sifat suatu jenis bahan agar dalam penggunaannya tepat sehingga tidak menimbulkan kerugian atau bahaya dalam penggunaannya

Bagi yang mereka mengetahui  sifat-sifat bahan yang digunakan, akan memperlakukan bahan yang digunakan dengan sebaik-baiknya.
      Bila memahami bahan apa yang harus dipakai untuk suatu maksud tertentu, maka dapat mencari alternatif bahan pengganti, dan sebagianya.
      Bahan tersebut dapat berbentuk padat, cair, atau gas. Wujud bahan tertentu juga bisa berubah pada suhu tetentu (Padat, cair, gas).

BAB  II

POKOK PEMBAHASAN

A.   SIFAT BAHAN LISTRIK PENGHANTAR

Yang dimaksud bahan-bahan Penghantar (konduktor) adalah bahan yang memiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar orbit. Elektron bebas ini akan sangat berpengaruh pada bahan tersebut. Jika sutu bahan listrik memiliki banyak elektron bebas pada orbit-orbit elektron, bahan ini memiliki sifat sebagai penghantar listrik.

Bahan penghantar memiliki sifat-sifat penting yaitu:

1.     Daya hantar listrik arus yang mengalir dalam suatu penghantar selalu mengalami hambatan dari penghantar itu sendiri. Besar penghantar tersebut tergantung dari bahannya.

2.     Koefisien tempratur hambatan telah kita ketahui bahwa dalam suatu bahan akan mengalami perubahan volume bila terjadi perubahan temperatur. Bahan akan memuai jika temperatur suhu naik dan akan menyusut jika temperatur suhu turun.

3.     Daya hantar panas daya hantar panas menunjukkan jumlah panas yang melalui lapisan bahan tipa satuan waktu. Diperhitungkan dalam satuan kilo kalori (Kkal) per jam. Terutama diperhitungkan dalam pemakaian mesin listrik beserta perlengkapannya. Dan pada umumnya suatu logam memiliki daya hantar panas yang tinggi.

4.     Daya tegangan tarik sifat mekanis bahan sangat penting, terutama untuk hantaran diatas tanah. Oleh sebab itu, bahan yang dipakai untuk keperluan tersebut harus diketahui kekuatanya. Terutama menyangkut penggunaan dalam pedistribusian tegangan tinggi.

5.     Timbulnya daya elektro-motoris termo sifat ini sangat penting sekali terhadap dua titik kontak yang terbuat dari dua bahan logam yang berlainan jenis, karena dalam suatu rangkaian, arus akan menimbulkan daya elektro-motoris termo tersendiri bila terjadi perubahan temperatur suhu.
Daya elektro-motoris termo dapat terjadi lebih tinggi, sehingga dalam pengaturan arus dan tegangan dapat menyimpang meskipun sangat kecil. Besarnya perbedaan tegangan yang dibangkitkan tergantung pada sifat-sifat kedua bahan yang digunakan dan sebanding dengan perbedaan temperaturnya. Daya elektro-motoris yang dibangkitkan oleh perbedaan temperatur disebut dengan daya elektro-motoris termo.
Dari sekian banyak logam yang digunakan dalam teknik listrik dan elektronika, terdapat beberapa logam yang sangat baik untuk digunakan sebagai penghantar, yaiti : alumunium, tembaga, seng, timah dan sebagainya.
Selain bahan logam yang telah disebutkan, ada juga bahan logam yang lain yang tergolong sebagai bahan konduktor atau penghantar pada jenis logam mulia, seperti : perak, emas dan platina. Bahan logam ini dinamakan logam mulia karena bahan ini memiliki jumlah elektron valensi yang lengkap, sehingga sangat sulit untuk mengadakan reaksi lain.
Bahan padat lain yang dipakai untuk penghantar adalah wolfram yang digunakan untuk filamen katoda pada tabung elektron, lamu-lampu pijar, dan alat pemanas dengan temperatur yang tinggi.
Dwilogam atau yang sering disebut dengan bimetal adalah dua jenis logam yang disambung menjadi satu. Pemakaian dalam bidang kelistrikan sangat luas, misalnya sebagai kontak pengatur dan regulator. Digunakan untuk menjaga agar temperatur panas selalu konstan. Bimetal ini dipasang didalam pemanas dan fungsinya memutus rangkaian bila temperaturnya meningkat dan akan menyambung kembali rangkaian bila temperaturnya turun.

B.   SIFAT SIFAT BAHAN ISOLATOR

Sifat bahan Isolator atau yang biasa kita sebut penyekat adalah bahan dielektrik atau bahan yang sulit menghantarkan arus listrik. Ini disebabkan jumlah elektron yang terikat oleh gaya tarik inti sangat kuat, serta elektron-elektronnya sulit untuk bergerak atau bahkan sangat sulit berpindah, walaupun telah terkena dorongan dari luar. Bahan isolator sering digunakan untuk bahan penyekat (dielektrik).
Penyekat listrik terutama dimaksudkan agar listrik tidak dapat mengalir jika pada bahan penyekat tersebut diberi tegangan listrik. Untuk dapat memenuhi persyaratan tersebut, diperlukan jenis bahan yang sesuai.

Selain syarat tersebut juga diperlukan syarat yang lain yang dipertimbangkan untuk memenuhi pemakaianya, antaralain :

   

1.    Sifat kelistrikan

Bahan penyekat mempunyai tahanan listrik yang besar. Penyekat listrik bertujuan untuk mencegah terjadinya kebocoran arus listrik antara kedua penghantar yang berbeda potensial atau untuk mencegah loncatan listrik ketanah. Kebocoran arus listrik harus dibatasi sekecilkecilnya (tidak melampui batas yang telah ditentukan oleh peraturan yang berlaku).

2.    Sifat mekanis

Mengingat luasnya pemakaiannya pemakaian bahan penyekat, maka dipertimbangkan kekuatan struktur bahannya. Dengan demikian, dapat dibatasi hal-hal penyebab kerusakan dikarenakan kesalahan pemakaiannya. Misal diperlukan bahan yang tahan tarikan, maka kita harus menggunakan bahan dari kain daripada kertas. Bahan kain lebih kuat terhadap tarikan daripada bahan kertas.

3.    Sifat termis

Panas yang ditimbulkan dari dalam oleh arus listrik atau oleh arus gaya magnet, berpengaruh terhadap kekuatan bahan penyekat. Deemikian panas yang berasal dari luar (alam sekitar). Dalam hal ini, kalau panas yang ditimbulkan cukup tinggi, maka penyekat yang digunakan harus tepat. Adanya panas juga harus dipertimbangkan, agar tidak merusak bahan penyekat yang digunakan.

4.    Sifat kimia

Panas yang tinggi yang diterima oleh bahan penyekat dapat mengakibatkan perubahan susunan kimia bahan. Demikian juga pengaruh adanya kelembaban udara, basah yang ada di sekitar bahan penyekat. Jika kelembaban tidak dapat dihindari, haruslah dipilih bahan penyekat yang tahan terhadap air. Demikian juga adanya zat-zat lain dapat merusak struktur kimia bahan.

C.   SIFAT BAHAN SEMI KONDUKTOR/PENGHANTAR

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator (isolator) dan konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan setengah penghantar listrik. Suatu semikonduktor bersifat sebagai insulator jika tidak diberi arus listrik dengan cara dan besaran arus tertentu, namun pada temperatur, arus tertentu, tatacara tertentu dan persyaratan kerja semikonduktor berfungsi sebagai konduktor, misal sebagai penguat arus, penguat tegangan dan penguat daya. Untuk menggunakan suatu semikonduktor supaya bisa berfungsi harus tahu spefikasi dan karakter semikonduktor itu, jika tidak memenuhi syarat operasinya maka akan tidak berfungsi dan rusak. Bahan semikonduktor yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide.

Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut pendonor elektron).

Semikonduktor dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan handal diperlukan untuk produksi massa. Tingkat kemurnian kimia yang diperlukan sangat tinggi karena adanya ketidaksempurnaan, bahkan dalam proporsi sangat kecil dapat memiliki efek besar pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan yang tinggi juga diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti dislokasi, kembaran, dan retak tumpukan) mengganggu properti semikonduktivitas dari material. Retakan kristal merupakan penyebab utama rusaknya perangkat semikonduktor. Semakin besar kristal, semakin sulit mencapai kesempurnaan yang diperlukan. Proses produksi massa saat ini menggunakan ingot (bahan dasar) kristal dengan diameter antara empat hingga dua belas inci (300 mm) yang ditumbuhkan sebagai silinder kemudian diiris menjadi wafer.

Karena diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat semikonduktor, metode khusus telah dikembangkan untuk memproduksi bahan semikonduktor awal. Sebuah teknik untuk mencapai kemurnian tinggi termasuk pertumbuhan kristal menggunakan proses Czochralski. Langkah tambahan yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal sebagai perbaikan zona. Dalam perbaikan zona, sebagian dari kristal padat dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan, sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga menghasilkan bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan.

Dalam pembuatan perangkat semikonduktor yang melibatkan heterojunction antara bahan-bahan semikonduktor yang berbeda, konstanta kisi, yaitu panjang dari struktur kristal yang berulang, penting untuk menentukan kompatibilitas antar bahan

D.   SIFAT BAHAN NUKLIR

Bahan nuklir sering dipakai sebagai bahan baker reaktor nuklir. Reaktor nuklir adalah pesawat yang mengandung bahan-bahan nuklir yang dapat membelah, yang disusun sedemikian sehingga suatu reaksi berantai dapat berjalan dalam keadaan dan kondisi terkendali. Dengan sendirinya syarat agar suatu bahan dapat dipergunakan sebagai bahan bakar nuklir adalah bahan yang dapat mengadakan fisi (pembelahan atom). Dalam reaktor nuklir digunakan bahan bakar uranium 235, plutonium-239, uranium-233.

E.   SIFAT BAHAN SUPER KONDUKTOR

Super-konduktor merupakan bahan material yang memiliki hambatan listrik bernilai nol pada suhu yang sangat rendah. Artinya superkonduktor dapat menghantarkan arus walaupun tanpa adanya sumber tegangan. Karakteristik dari bahan Superkonduktor adalah medanmagnet dalam superkonduktor bernilai nol dan mengalami efek meissner. Resistivitas suatu bahan bernilai nol jika dibawah suhu kritisnya.

Berdasarkan nilai suhu kritisnya, superkonduktor dibagi menjadi dua kelompok yaitu :

1.    Superkonduktor bersuhu kritis rendah

Superkonduktor jenis ini memiliki suhu kritis lebih kecil dari 23 K. Superkonduktor jenis ini sudah ditinggalkan karena biaya yang mahal untuk mendinginkan bahan.

2.    Superkonduktor bersuhu kritis tinggi 

         Superkonduktor jenis ini memiliki suhu kritis lebih besar dari 78 K. Superkonduktor jenis ini merupakan bahan yang sedang dikembangkan sehingga diharapkan memperoleh superkonduktor pada suhu kamar sehingga lebih ekonomis.

Aplikasi Superkonduktor

 Aplikasi Superkonduktor dalam kehidupan diantaranya :

a.    Kabel Listrik.

Dengan menggunakan bahan superkonduktor, maka energi listrik tidak akan mengalami disipasi karena hambatan pada bahan superkonduktor bernilai nol. Maka penggunaan energi listrik akan semakin hemat.

b.    Alat Transportasi

Penggunaan superkonduktor dalam bidang transportasi adalah Kereta Listrik super cepat yang dikenal dengan sebutan Magnetik Levitation (MAGLEV).]

Ø  KRITERIA LAIN TENTANG SIFAT BAHAN

Dalam pemilihan jenis bahan listrik, selain sifat listrik, perlu dipertimbangkan beberapa sifat lain dari bahan, yaitu :

1.    Sifat Mekanis

2.    Sifat Fisik

3. Sifat Kimia. 

1.    Sifat Mekanis, yaitu perubahan bentuk dari suatu benda padat akibat adanya gaya-gaya dari luar yang bekerja pada benda tersebut. Jadi adanya perubahan itu tergantung kepada besar kecilnya gaya, bentuk benda, dan dari bahan apa benda tersebut dibuat. Jika tidak ada gaya dari luar yang bekerja, maka ada tiga kemungkinan yang akan terjadi pada suatu benda :

o    Bentuk benda akan kembali ke bentuk semula, hal ini karena benda mempunyai sifat kenyal (elastis).

o    Bentuk benda sebagian saja akan kembali ke bentuk semula, hal ini hanya sebagian saja yang dapat kembali ke bentuk semula karena besar gaya yang bekerja melampaui batas kekenyalan sehingga sifat kekenyalan menjadi berkurang. 

o    Bentuk benda berubah sama sekali, hal ini dapat terjadi karena besar gaya yang bekerja jauh melampaui batas kekenyalan sehingga sifat kekenyalan sama sekali hilang.

2.    Sifat Fisik, Benda padat mempunyai bentuk yang tetap (bentuk sendiri), dimana pada suhu yang tetap benda padat mempunyai isi yang tetap pula. Isi akan bertambah atau memuai jika mengalami kenaikkan suhu dan sebaliknya benda akan menyusut jika suhunya menurun. Karena berat benda tetap , maka kepadatan benda akan bertambah, sehingga dapat disimpulkan sebagai berikut :

o    Jika isi (volume) bertambah (memuai), maka kepadatannya akan berkurang 

o    Jika isinya berkurang (menyusut), maka kepadatan akan bertambah

o    Jadi benda lebih padat dalam keadaan dingin daripada dalam keadaan panas

3.    Sifat Kimia, berkarat adalah termasuk sifat kimia dari suatu bahan yang terbuat dari logam. Hal ini terjadi karena reaksi kimia dari bahan itu sendiri dengan sekitarnya atau bahan itu sendiri dengan bahan cairan. Biasanya reaksi kimia dengan bahan cairan itulah yang disebut berkarat atau korosi. Sedangkan reaksi kimia dengan sekitarnya disebut pemburaman.

BAB. III

PENUTUP

A.   KESIMPULAN

Saya dapat mengambil kesimpulan bahwa, sifat bahan listrik yaitu beragam dengan karakteristik bermacam-macam jenis, sifat bahan konduktor,sifat bahan isolator, sifat bahan magnetis, sifat bahan semi konduktor,sifat bahan superkonduktor, dan sifat bahan nuklir.

Pada sifat sifat tersebut dapat juga disimpulkan bahwa sifat sifat tersebut selalu terkait dengan bahan listrik, atau bahan-bahan khusus.

Selain itu terdapat kriteria/aspek lain mengenai sifat bahan yaitu, sifat mekanis, sifat kimia, dan sifat fisis.

B.   SARAN DAN HARAPAN

Dengan dibuatnya makalah ini para mahasiswa dapat memahami suatu dasar pada ilmu dan sifat bahan listrik sehingga dapat mengembangkan ilmu bahan listrik dari berbagai macam aspek.

Harapan saya, sesuai dengan tujuan dari makalah ini, dapat memahami sifat sifat dari bahan listrik yang kita sering jumpai sekarang ini, seiring dengan itu saya berharap juga teman-teman dapat mengambil atau menangkap sesuatu apa yang disebut dengan sifat bahan listrik.