Bahan magnetik

Bahan magnet

            Secara sederhana magnet dapat diartikan sebagai benda (besi) yang mempunyai inti atom. Atom tersebut mempunyai sejumlah elektron yang selalu bergerak mengitari inti atom ( proton dan neutron ).Besi magnet mempunyai 2 (dua) kutub (ujung), yaitu kutub utara dan kutub selatan. Pada kutub-kutub itulah terpusatkan gaya magnet, yaitu gaya tarik dan gaya tolak. Dari percobaan -percobaan dengan jalan mendekatkan dua kutub ternyatabahwa: Kutub -kutub senama saling tolak menolak, sedangkan kutub-kutub yang berbeda (tidak senama) akan saling tarik menarik. Teori tentang magnet tidak terlepas dari penjelasan tentang listrik. Bahkan kemagnetan adalah merupakan gejala yang dihasilkan oleh perilaku listrik. Setiap atom terdapat elektron-elektron yang yang selalu bergerak mengelilingi inti (proton dan neutron). Gerakan elektron inilah yang menghasilkan gaya-gaya magnet. Gaya magnet berbentuk lingkaran tertutup di luar elektron pada saat elektron bergerak. Hal ini dapat dibuktikan pada percobaan berikut tentang adanya magnet di sekitar penghantar yang dialiri arus listrik.sepotong magnet sebenarnya adalah merupakan kumpulan / penimbunan garis -garis gaya yang dihasilkan oleh gerakan elektron yang mengitari intinya. Sedangkan pada logam yang bukan magnet, garis edar elektronnya tidak teratur sehingga garis gaya dihasilkan setiap elektron saling memindahkan. Dengan demikian gaya di sekitar magnet tidak muncul.

            Jenis-jenis Magnet

Magnet dapat digolongkan atas 2 (dua) jenis.

            a.Magnet tetap (permanen).

            Magnet tetap adalah magnet yang diperoleh dari dalam alam (penambangan). Magnet ini berupa jenis besi yang disebut Lodstone. Sifat atom magnet tetap tidak sama dengan sifat atom magnet tidak tetap. Pada bahan magnat, garis edar elektron pada atom yang satu dan lainnya membentuk formasi yang sejajar dan selalu tetap. Sedangkan pada bahan yang bukan magnet, arah garis edar elektron pada setiap atom tidak teratur.

            b. Magnet tidak tetap (remanen atau buatan).

Magnet tidak tetap terdiri dari 2 (dua) macam, yaitu :

            1) Magnet hasil induksi.

            Magnet hasil induksi ini dibuat dari besi atau baja. Untuk membuatnya menjadi magnet, diperlukan pengaruh medan magnet dari luarnya. Medan magnet akan mempengaruhi arah edar elektron menjadi teratur seragam pada satu arah saja. Hasilnya adalah besi tersebut akan menjadi magnet. Proses pembuatan magnet ini disebut induksi. Sedangkan magnet yang dibuat disebut magnet hasil induksi. Magnet hasil induksi bersifat sementara. Mengapa demikian ? Karena apabilamedan magnet yang dibuat di sekitarnya dihilangkan, maka garis elektron akan kembali keposisi tidak teratur. Dengan kata lain kemagnetannya menjadi hilang.

            2) Magnet hasil perlakuan listrik.

            Magnet ini dibuat dari baja lunak ( baja karbon rendah ). Baja ini dipilih karena sifat baja lunak sifat kemagnetannya relatif mudah dihilangkan. Penghilangan sifat magnet ini memang diperlukan untuk hampir semua peralatan magnet hasil perlakuan listrik karena seringkali kutub - kutub magnetnya harus berubahubah pada kecepatan tertentu.Untuk membentuk magnet ini, diperlukan elektro-magnet sebagai bahan sumber medan magnet.

            Sifat-sifat Magnet.

            Sifat magnet adalah tarik menarik apabila didekatkan dua buah magnet yang tidak sejenis. Dan akan tolak menolak apabila didekatkan dua buah magnet yang sejenis.

Sifat lain dari magnet adalah garis gaya magnet akan mengalir dari kutub selatan

ke kutub utara melalui medan magnet. Medan magnet dan gari-garis gaya magnet sangat penting. Dengan adanya medan dan garis gaya magnet menyebabkan magnet sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia, khususnya dalam menunjang pemanfaatan teknologi, seperti pada bidang Otomotif. Medan magnet dapat menghasilkan arus listrik pada kawat penghantar apabila medanmagnet bergerak berpotongan dengan kawat penghantar tersebut. Selain itu, aruslistrikyang dihasilkan oleh medan magnet yang mengalir pada sebuah penghantar dapat juga berfungsi untuk pengisian aki pada kendaraan (charg e). Kunci pokok untuk memudahkan kita dalam penggunaan magnet yaitu :

- Dipastikan bahwa garis gaya magnet mengalir dari kutub selatan ke kutub

utara

- Garis gaya magnet keluar dari kutub utara masuk kembali melalui kutub selatan.

Hal ini dapat dilihat pada gambar di atas.

            Kutub Magnet

            Magnet mempunyai dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Penentuan dua kutub magnet sangat membantu kita dalam penggunaan magnet. Untuk dapat mengetahui arah garis gaya dalam medan magnet, terlebih dahulu harus diketahui kutubnya. Dengan mengetahui kutub utara dan kutub selatan magnet maka kita dapat memastikan arah garis gaya magnet. Oleh karena itu kutub magnet dapat membantu kita dalam penggunaan magnet, khususnya untuk mengetahui arah garis gaya magnet.

Semikonduktor

Semikonduktor

Prinsip Dasar Semi Konduktor

            Semi konduktror ialah bahan yang mempunyai sifat kekonduksian diantara konduktor dan isolator.Contoh bahan semikonduktror ialah Silikon,Germanium, Plumbum Sulfida,Gallium Arsenida,Indium Antimidadan Selenium.Bahan-bahan yang mempunyai sifat semikonduktif memiliki nilai hambatan jenis antara konduktor dan isolator yaitu 10^-6-10⁴ ohm.m dan konduktivitas sebesar10^-6-10⁴ohm^-2m^-2 dengan energi gap yang lebih kecil dari6 eV.Energi gap adalah energi yang diperlukan oleh elektron untuk memecahkan ikatan kovalen sehingga dapat berpindah jalur dari jalur valensike jalur konduksi.Bahan dasar semi konduktor dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu:-

Trivalent, memiliki atom dengan jumlah electron valensi 3 buah,

 contoh:Boron (B),Gallium (Ga),dan Indium (In) .-

Tetravalent, memiliki atom dengan jumlah electron valensi 4 buah seperti:Silikon(Si), dan Germanium (Ge).-

Pentavalent,memiliki atom dengan jumlah electron valensi5 buah, contoh:Fosfor(P), Arsenikum(As),dan Antimon(Sb).

            Untuk menghasilkan semi konduktor tipe lain maka dilkukan proses pendopingan, adalah proses pemasukan atau pencampuran atom dopan kedalam bahan semikonduktor instrinsik (siikon dan germanium) sehingga konduktivitas konduktor bertambah. Maka tebentuklah semi konduktor ekstrinsik. Proses pendopingan menghasilkan 2 jenis semi konduktor ekstrinsik, yaitu tipe n dan tipe

p.

1.Tipe-N
            Bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan elektron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.

2.Tipe-P
            Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap meerima elektron. Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p.

            Dalam perkembanganya semikonduktor menjadi behan yang sangat penting.Terutama dalam dunia elektronika, Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan IC.

Contohnya :
1. Dioda PN

            Jika dua tipe bahan semikonduktor ini dilekatkan–pakai lem , maka akan didapat sambungan P-N (p-n junction) yang dikenal sebagai dioda. Pada pembuatannya memang material tipe P dan tipe N bukan disambung secara harpiah, melainkan dari satu bahan (monolitic) dengan memberi doping (impurity material) yang berbeda. Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N, elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P. Sebaliknya jika diberi tegangan balik (reverse bias), dapat dipahami tidak ada elektron yang dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, karena tegangan potensial di sisi N lebih tinggi. Dioda akan hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, sehingga dipakai untuk aplikasi rangkaian penyearah (rectifier). Dioda, Zener, LED, Varactor dan Varistor adalah beberapa komponen semikonduktor sambungan PN.
2. Transistor Bipolar
            Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan (junction). Sambungan itu membentuk transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-turut disebut emitor, base dan kolektor. Base selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor. Transistor ini disebut transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung dari perpindahan elektron di kutup negatif mengisi kekurangan elektron (hole) di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup. Adalah William Schockley pada tahun 1951 yang pertama kali menemukan transistor bipolar. Transistor adalah komponen yang bekerja sebagai sakelar (switch on/off) dan juga sebagai penguat (amplifier). Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan transistor tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin. Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar

konduktor

1.Konduktor

            Konduktor adalah bahan yang dapat dengan mudah menghantarkan arus listrik sehingga konduktor sering disebut juga penghantar listrik yang baik. Pada konduktor yang baik, jumlah elektron-elektron bebas, yaitu elektron-elektron yang mempunyai energi cukup besar (terletak pada lintasan yang paling luar) adalah banyak dan bebas bergerak,  misalkan pada bahan tembaga, setiap atom tembaga menyumbangkan 1 elektron bebas.

            Contoh dari konduktor :

            1.Tembaga

     Tembaga sebagai zat yang  memiliki nomor atom 29, mempunyai satu elektron bebas pada kulit terluarnya.elektron ini yang bertugas untuk menghantarkan listrik ketika penghantar tersebut diberi tegangan.Tembaga mempunyai daya hantar listrik yang tinggi yaitu 57 Ohm.mm2/m pada suhu 20oC Koefisien suhu α tembaga 0,004 per oC. Pemakaian tembaga pada teknik listrik yang terpenting adalah sebagai penghantar, misalnya kawat berisolasi (NYA,NYAF), kabel (NYM,NYY, NYFGbY), busbar, lamel mesin dc, cincin seret pada mesin AC. Tembaga mempunyai ketahanan terhadap korosi, oksidasi. Massa jenis tembaga murni pada 20oC adalah 8,96 g/cm3, titik beku 1083oC. Kekuatan tarik tembaga tidak tinggi yaitu berkisar antara 20 hingga 40 kg/mm2, kekauan tarik batang tembaga akan naik setelah batang tembaga diperkecil

penampangnya untuk dijadikan kawat berisolasi atau kabel.

            2.Aluminium

            Aluminium murni mempunyai massa jenis 2,7 kg/cm3,α‐nya 1,4x10‐5, titik leleh lebih dari 658oC dan tidakkorosif. Daya hantar aluminium sebesar 35m/ohm.mm² atau kira‐kira 61,4% dari daya hantar tembaga. Aluminium murni mudah dibentuk karena lunak, kekuatan tariknya hanya 9 kg/mm2. Untuk itu jika aluminium digunakan sebagai penghantar yang dimensinya cukup besar, selalu diperkuat dengan baja atau paduan aluminium. Penggunaan yang demikian biasanya pada : ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced), ACR (Aluminum Conductor Alloy Reinforced).

            3.Baja

            Baja merupakan logam yang terbuat dari besi dengan campuran karbon.

Berdasarkan campuran karbonnya, baja dikategorikan menjadi tiga yaitu Baja dengan kadar karbon rendah (0 hingga 0,25%), baja dengan kadar karbon menengah (0,25 sampai dengan 0,55%), baja dengan kadar karbon tinggi(diatas 0,55%). Meskipun konduktivitas baja rendah yaitu 7,7 m/Ohm.mm2, tetapi

digunakan pada penghantar transmissi ACSR, fungsi baja dalam hal ini adalah menghemat pemakaian aluminium. Berdasarkan peretimbangan tersebut dibuat penghantar bimetal. Dua hal yang menguntungkan pada penghantar bimetal antara lain :

1. Pada arus bolak‐balik ada kecenderungan arus melalui bagian luar

konduktor

2. Dengan melapisi baja menggunakan tembaga, maka baja sebagai

penguat penghantar terhindar dari korosi.

\           4.Wolfram

            Logam ini berwarna abu‐abu keputihan, mempunyai massa jenis 20

g/cm3 Titik leleh 3410oC, titik didih 5900oC, tahanan jenis 0,055

Ohm.mm²/m. Wolfram diperoleh dari hasil tambang yang pemisahannya dari

penambangan dengan menggunakan magnetik atau proses kimia. Dengan reaksi reduksi asam wolfram (H2WHO4) dengan suhu 700oC duiperoleh bubuk wolfram. Bubuk wolfram tersebut kemudian dibentuk menjadi batangan dengan suatu proses yang disebut dengan metalurgi bubuk yang menggunakan tekanan dan suhu tinggi (2000 atm, 1600oC) tanpa terjadi oksidasi.

Dengan menggunakan mesin penarik, batang wolfram diameternya dapat dikecilkan menjadi 0,01 mm (penarikan dilakukan dalam keadaan panas).

Penggunaan wolfram pada teknik listrik antara lain: filamen (lampu pijar, lampu halogen, lampu ganda), elektroda, dan tabung.

            5.Moblidenum

            Logam ini mirip dengan wolfram dalam hal sifatnya, demikian pula

dalam hal mendapatkannya. Moblidenum mempunyai massa jenis 10,2 g/cm³, titik leleh 2620oC, titik didih 3700oC, _ 53x10‐7 peroC, resistivitanya 0,048 Ohm mm2/m, koefisien suhu 0,0047 peroC. Diantara penggunaan Moblidenum adalah pada, tabung sinar X, tabung hampa udara, karena Moblidenum dapat membentuk lapisan yang kuat dengan gelas. Sebagai campuran logam yang digunakan untuk

keperluan yang keras, tahan korosi, bagian bagian yang digunakan pada suhu tinggi.

            6.Platina

            Platina merupakan logam yang berat, berwarnah putih keabu‐abuan,

tidak korosif, sulit terjadi peleburan dan tahan terhadap sebagian besar

bahan kimia. Massa jenisnya 21,4 g/cm3, titik leleh 1775oC, titik didih

4530oC, _ 9x10‐7 peroC, resistivitanya 0,1 Ohm mm2/m, koefisien suhu

0,00307 peroC. Platina dapat dibentuk menjadi filamen yang tipis dan batang yang tipistipis. Penggunaan platina pada teknik listrik antara lain adalah untuk

elemen pemanas pada laboratorium tentang oven atau tungku pembakaran yang memerlukan suhu tinggi yaitu diatas 1300oC, untuk termokoupel platina‐rhodium. Platina dengan diameter kurang lebih 1 mikron digunakan untuk menggantung bagian gerak pada meter listrik dan instrumen sensitif lainnya, bahan untuk potensiometer.

            7. Air raksa

            Air raksa adalah satu‐satunya logam yang berbentuk cair pada suhu kamar. Resistivitasnya adalah 0,95 Ohm.mm2/m, Koefisien suhu 0,00027 peroC. Pada pemanasan diudara air raksa sangat mudah terjadi oksidasi. Air raksa dan campurannya khususnya uap air raksa adalah beracun. Penggunaan air raksa antara lain : gas pengisi tabung‐tabung elektronik, penghubung pada saklar air raksa, cairan pada pompa difusi, elektroda pada instrumen untuk mengukur sifat elektris bahan dielektrik padat. Logam‐logam lain yang banyak digunakan pada teknik listrik diantaranya adalah, tantalium dan niobium. Tantalium dan niobium dipadukan dengan aluminium banyak digunakan sebagai kapasitor elektrolitik

            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).

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 l   ogam atau lebih,

            contoh: ASCR (Aluminum Cable Steel Reinforced).

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.

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

Konduktivitas Listrik Berbagai Logam Pada suhu Kamar

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