Analisis Rangkaian Elektrik - Darpublic

BAB 9
Sifat Listrik Metal
Berbeda dengan jenis material yang lain, metal memiliki
konduktivitas listrik dan konduktivivats thermal yang tinggi. Dalam
upaya memahami mekanisme konduktivitas listrik Drude dan Lorentz
mengembangkan teori yang secara quantitatif menerangkan tentang
konduktivitas metal. Teori klasik ini belum memuaskan dalam
memberikan estimasi jumlah elektron-bebas, namun kita akan
membahasnya lebih dulu.
9.1. Teori Klasik Tentang Metal oleh Drude-Lorentz
Pada teori ini elektron dalam metal dianggap sebagai partikel elektron
yang dapat bergerak bebas dalam potensial internal kristal yang
konstan. Dinding potensial hanya terdapat pada batas permukaan
metal, yang mencegah elektron untuk meninggalkan metal. Hal ini
berarti energi elektron dalam metal haruslah lebih rendah dari dinding
potensial di permukaan metal. Perbedaan energi ini merupakan fungsikerja
sebagaimana dibahas dalam peristiwa photo-listrik di Bab-1.
Elektron-bebas (elektron valensi) dalam metal dianggap berada pada
tingkat-tingkat energi yang berubah secara kontinyu (tidak diskrit).
Gerakan elektron hanya terhambat oleh benturan dengan ion metal
sementara interaksi antar elektron tidak dipersoalkan. Elektron-bebas
seperti ini berperilaku seperti gas ideal yang mengikuti prinsip
ekuipartisi Maxwell-Boltzmann.
Molekul gas ideal memiliki tiga derajat kebebasan. Energi
kinetik rata-rata per derajat kebebasan adalah ½kBT sehingga
3
energi rata-rata per elektron adalah E = k BT
.
2
Konduktivitas Listrik. Aplikasi medan listrik pada metal
menyebabkan seluruh elektron-bebas bergerak dalam metal, sejajar
dan berlawanan arah dengan arah medan listrik. Gerakan elektron
sejajar medan listrik ini merupakan tambahan pada gerak thermal
yang acak, yang telah dimiliki elektron sebelum ada medan listrik.
Gerak thermal yang acak tersebut memiliki nilai rata-rata nol sehingga
143