Ilmu Bahan Listrik - e-Learning Sekolah Menengah Kejuruan

MODUL PEMBELAJARANKODE : LIS PTL 005 (P)ILMU BAHAN LISTRIKBIDANG KEAHLIAN : KETENAGALISTRIKANPROGRAM KEAHLIAN : TEKNIK PEMANFAATAN ENERGIPROYEK PENGEMBANGAN PENDIDIKAN BERORIENTASI KETERAMPILAN HIDUPDIREKTORAT PENDIDIKAN MENENGAH KEJURUANDIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN DASAR DAN MENENGAHDEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL2003

KATA PENGANTARBahan ajar ini disusun dalam bentuk modul/paket pembelajaran yang berisi uraianmateri untuk mendukung penguasaan kompetensi tertentu yang ditulis secarasequensial, sistematis dan sesuai dengan prinsip pembelajaran dengan pendekatankompetensi (Competency Based Training). Untuk itu modul ini sangat sesuai danmudah untuk dipelajari secara mandiri dan individual. Oleh karena itu kalaupun modulini dipersiapkan untuk peserta diklat/siswa SMK dapat digunakan juga untuk diklat lainyang sejenis.Dalam penggunaannya, bahan ajar ini tetap mengharapkan asas keluwesan danketerlaksanaannya, yang menyesuaikan dengan karakteristik peserta, kondisi fasilitasdan tujuan kurikulum/program diklat, guna merealisasikan penyelenggaraanpembelajaran di SMK. Penyusunan Bahan Ajar Modul bertujuan untuk menyediakanbahan ajar berupa modul produktif sesuai tuntutan penguasaan kompetensi tamatanSMK sesuai program keahlian dan tamatan SMK.Demikian, mudah -mudahan modul ini dapat bermanfaat dalam mendukungpengembangan pendidikan kejuruan, khususnya dalam pembekalan kompetensikejuruan peserta diklat.Jakarta, 01 Desember 2003Direktur Dikmenjur,Dr. Ir. Gator PriowirjantoNIP 130675814

DAFTAR ISIHalamanKATA PENGANTAR ……………………………………………………REKOMENDASI …………………………………………………………DAFTAR ISI ……………………………………………………………...PETA KEDUDUKAN MODUL …………………………………………iiiivvGLOSARRY/PERISTILAHANI PENDAHULUAN 1A.B.C.D.E.F.Deskripsi …………………………………………….…………Prasyarat ……………………………………………………….Petunjuk Penggunaan Modul ………………………….………Tujuan Akhir…………………………………………………..STANDAR KOMPETENSI……………..…………………Cek Kemampuan …………………………………….………..112346II PEMBELAJARAN 7A.B.RENCANA BELAJAR PESERTA DIKLAT………………….KEGIATAN BELAJAR. ………………………………………78Kegiatan Belajar 1 8A.B.C.D.E.F.Tujuan Kegiatan ……………………………….………Uraian Materi ………………………………….………Rangkuman 1 ………………………………………….Tugas 1 ……………………………………………….. TestFormatif 1 ………………………………………..Jawaban Test Formatif 1 ……………………………..8818202125Kegiatan Belajar 2 26A.B.C.D.Tujuan Kegiatan ……………………………….….Uraian Materi ………………………………….………Rangkuman 2 ………………………………….………Tugas 2 ………………………………………………..26264850

Ilmu Bahan ListrikF. Lembar Kerja …………………………………………. 31KEGIATAN BELAJAR 6 32A.B.Tujuan Kegiatan ……………………………….………Uraian Materi ………………………………….………3232KEGIATAN BELAJAR 7 35A.B.Tujuan Kegiatan ……………………………….………Uraian Materi ………………………………….………3635KEGIATAN BELAJAR 4 57A.B.C.D.E.F.Tujuan Kegiatan ……………………………….………Uraian Materi ………………………………….………Rangkuman ……………………………………………Tes Formatif ………………………………………….Jawaban Tes Formatif …………………………………Lembar Kerja ………………………………………….575766686970III EVALUASI ………………………………………………………. 71KUNCI JAWABAN ……………………………………………… 72IV PENUTUP ………………………………………………………… 74DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………. 75LAMPIRANiii

PETA KEDUDUKAN MODUL

PERISTILAHANACSR : Aluminium Conductor Steel ReinforcedACAR : Aluminium Conductor Alloy Reinforced? (alpha) : koefisien muai ruang suatu bendaASA : American Standard Associationatm (atmosfir) : satuan tekanan udarabreakdown voltage : tegangan tembuscambric : bahan kain yang telah dipernisdielektrikum : penyekat antara dua bagian yang berdekatan pada suatukondensatorFCS : Plastic Clad Silica? (gamma) : daya hantar jenis? (lambda) : koefisien muai panjang suatu bendaMagnetisasi : proses pembuatan magnetMagnetostriksi : proses perubahan fisik saat bahan ferromagnetikdimagnetisasiMCB : Miniatur Circuit Breaker? (miu) : permeabilitas suatu bahanOLR : Over Load RelayPE : polyethilenePVC : PolyvinilcloridaRepeater : penguat ulang? (rho) : tahanan jenissintetis : bahan tiruanvulkanisasi : proses penyampuran karet kasar dengan belerang

Ilmu Bahan ListrikI. PENDAHULUANDESKRIPSI MODULModul ini berjudul “Ilmu Bahan Listrik” merupakan salah satu bagian dari keseluruhantujuh judul modul, dimana enam modul lainnya adalah : gambar listrik, teknik listrik,alat ukur dan pengukuran, kesehatan dan keselamatan kerja, perkakasa peralatan kerja,dan elektronika daya.Ketujuh judul modul ini diturunkan melalui analisis kebutuhan pembelajaran dari unitkompetensi melaksanakan persiapan pekerjaan awal pada sub kompetensi 9 tentangilmu bahan listrik. Pengembangan isi modul ini diarahkan sedemikian rupa, sehinggamateri pembelajaran yang terkandung didalamnya disusun berdasarkan topik-topikselektif untuk mencapai kompetensi dalam memelihara instalasi listrik.Pengetahuan : Memahami sifat-sifat benda dan bahan penyekat sebagai materialyang akan digunakan dalam teknik listrik.Keterampilan : Melakukan pemilihan jenis bahan listrik yang sesuai dengankebutuhan yang akan digunakan dalam pemasangan peralatanlistrik.Sikap : Penentuan dan pemilihan bahan listrik yang cocok untukdigunakan sebagai keperluan dalam pemasangan teknik listrik.PRASYARATPendidikan FormalTelah menyelesaian pendidikan setara Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama (SLTP) atausederajatKaitan dengan modul/kemampuan lainTidak ada, karena merupakan mata ajar konsep dasar1

Ilmu Bahan ListrikPETUNJUK PENGGUNAAN MODUL1. Petunjuk bagi siswaLangkah -langkah belajar yang ditempuh :a. Baca petunjuk kegiatan belajar pada setiap modul kegiatan belajarb. Baca tujuan dari setiap modul kegiatan belajarc. Pelajari setiap materi yang diuraikan/dijelaskan pada setiap modul kegiatand. Pelajari rangkuman yang terdapat pada setiap akhir modul kegiatan belajare. Baca dan kerjakan setiap tugas yang harus dikerjakan pada setiap modulkegiatan belajarf. Kerjakan dan jawablah dengan singkat dan jelas setiap ada ujian akhir modulkegiatan belajar (test formatif)2. Peran gurua. Menjelaskan petunjuk-petunjuk kepada siswa yang masih belum mengertib. Mengawasi dan memandu siswa apabila ada yang masih kurang jelasc. Menjelaskan materi-materi pembelajaran yang ditanyakan oleh siswa yangmasih kurang dimengertid. Membuat pertanyaan dan memberikan penilaian kepada setiap siswaTUJUAN AKHIRSetelah mengikuti/ menyelesaikan kegian-kegiatan belajar dari modul ini , diharapkansiswa memiliki spesifikasi kinerja sebagai berikut :a. Memahami tentang sifat-sifat benda padat yang akan digunakan pada bidangteknik ketenagalistrikanb. Mampu menentukan bahan penyekat yang akan digunakan untuk keperluan tekniklistrikc. Mengetahui dan memahami karakteristik penyekat bentuk padatd. Memahami sifat-sifat penyekat cair dan mampu menerapkannya2

Ilmu Bahan Listrike. Dapat menjelaskan sifat-sifat penyekat bentuk gas dan mampu menerapkannyaf. Dapat memilih bahan penghantar yang baikg. Mengetahui dan memahami bahan-bahan magnetik yang dapat digunakan dalambidang ketekniklistrikanh. Mampu memilih dan menggunakan bahan-bahan semi konduktor dan superkonduktorSTANDAR KOMPETENSIKode Kompetensi : PTL.KON.001 AUnit Kompetensi : Ilmu Bahan ListrikRuang Lingkup :Unit kompetensi ini berkaitan dengan pemilihan jenis-jenis bahan yang digunakanuntuk keperluan teknik distribusi tenaga listrikSub Kompetensi 1 :Merencanakan jenis bahan listrik yang akan digunakan untuk keperluan teknikdistribusi tenaga listrikKUK :1 Sifat-sifat benda dipelajari sesuai fungsi dan tujuan2 Macam-macam bahan penyekat3 Macam-macam bahan konduktor4 Macam-macam bahan magnetik5 Macam-macam bahan semikonduktorSub Kompetensi 2 :Melakukan pemilihan jenis bahan listrik yang akan digunakanKUK :1. Sifat fisis, mekanis, dan kimia2. Mengidentifikasi maksud, tujuan dan fungsi dari bahan penyekat, konduktor,magnetik, dan semikonduktor.3

Ilmu Bahan ListrikSub Kompetensi 3 :Menggunakan / menerapkan bahan lis-trik sesuai fungsi dan tujuan yang telahditetapkanKUK :1. Mengikuti prosedur / ketentuan pema-kaian bahan sesuai dengan fungsi dantujuan yang telah ditetapkan2. Mengikuti aturan sesuai dengan SOPSub Kompetensi 4 :Membuat Berita Acara Hasil PemilihanKUK :1. Data hasil pemilihan dicatat dalam laporan pemilihan bahan2. Berita acara dibuat sesuai format yang telah ditetapkan lembagaKode Modul ; LIS PTL 005 (P)4

Ilmu Bahan ListrikCEK KEMAMPUANDaftar Pertanyaan1. Apakah siswa sudah memahami sifat-sifat benda sesuaifungsi dan tujuan ?2. Apakah siswa mampu menjelaskan macam-macam bahanpenyekat dengan fungsinya ?3. Apakah siswa mampu menjelaskan macam-macam bahankonduktor dengan fungsinya ?4. Apakah siswa mampu menjelaskan macam-macam bahanmagnetik penyekat beserta fungsinya ?5. Apakah siswa mampu menjelaskan macam-macam bahansemikonduktor beserta fungsinya ?6. Apakah siswa dapat membedakan sifat fisis, mekanis, dankimia dari bahan yang akan digunakan ?7. Apakah siswa mampu mengidentifikasi maksud, tujuan danfungsi dari bahan penyekat, konduk-tor, magnetik, dansemikonduktor ?8. Apakah siswa telah mengikuti prosedur / ketentuan pemakaianbahan sesuai dengan fungsi dan tujuan yang telahditetapkan ?9. Apakah siswa telah mengikuti aturan sesuai dengan SOP ?10. Apakah siswa telah mencatat data hasil pemilihan dalamlaporan pemilihan bahan ?11. Apakah siswa telah membuat berita acara sesuai formatyang telah ditetapkan lembaga bersangkutan ?Tingkat Penguasaan(score : 0 – 100 )5

Ilmu Bahan ListrikII. PEMBELAJARANA. RENCANA BELAJAR SISWAJenis kegiatan Tanggal Waktu Tempatbelajar1. Merencanakanjenis bahan listrikyang akandigunakan untukkeperluan teknikdistribusi tenagalistrik2. Melakukanpemilihan jenisbahan listrik yangakan digunakan3. Menggunakan /menerapkanbahan lis-triksesuai fungsi dantujuan yang telahditetapkan4. Membuat BeritaAcara HasilPemilihanAlasanperubahanTandatangan guru6

Ilmu Bahan ListrikB. KEGIATAN BELAJAR1. Kegiatan Belajar 1SIFAT-SIFAT BENDA PADATa. Tujuan Kegiatan Pembelajaran 1 :- Siswa memahami sifat-sifat benda padat dan mampu menerapkannyab. Uraian Materi 1 :1.1 Sifat FisisBenda padat mempunyai bentuk yang tetap (bentuk sendiri), dimana pada suhuyang tetap benda padat mempunyai isi yang tetap pula. Isi akan bertambah atau memuaijika mengalami kenaikkan suhu dan sebaliknya benda akan menyusut jika suhunyamenurun. Karena berat benda tetap , maka kepadatan benda akan bertambah, sehinggadapat disimpulkan sebagai berikut :? Jika isi (volume) bertambah (memuai), maka kepadatannya akan berkurang? Jika isinya berkurang (menyusut), maka kepadatan akan bertambah? Jadi benda lebih padat dalam keadaan dingin daripada dalam keadaan panasHubungan tentang kepadatan ini dapat dirumuskan :Diamana p : kepadatan dengan satuan gram/cm 3 , M : massa dengan satuan gram, danV : isi atau volume dengan satua cm 3 (cc : centimeter cubic). Pemuaian benda antarayang satu dengan yang lain berbeda, tergantung dari koefisien muai ruang dari benda.Koefisien muai ruang atau panjang benda padat dapat dilihat pada tabel 1.1. Ketentuanbahwa koefisien muai ruang suatu benda adalah bilangan yang menunjukkanpertambahan ruang dalam cm 3 suatu benda yang isinya 1 cm 3 , bilamana suhunyadinaikkan 1 0 C. Dalam rumus ketentuan ini dapat ditulis :V? 1?( t ?t? V2 t?12? t 1p ?MV7

Ilmu Bahan Listrikdimana Vt: volume benda pada suhu t 011 C atau cc, Vt: volume benda pada suhu t 022 Catau cc, t 1 : suhu benda sebelum dipanasi, t 2 : suhu benda sesudah dipanasi, dan ? :koefisien muai ruang (alpha).Tabel 1.1 Koefisien muai-panjang dan muai-ruang benda padatNo. Jenis bahan Koefisien muaipanjang ( ? )Koefisien muairuang ( ? )1.2.3.4.5.6.7.BesiMarmerNikelEmasKuninganPlatinaaluminium0,0000120,0000120,0000130,0000140,0000190,0000190,0000240,0000360,0000360,0000390,0000420,0000570,0000570,000072Jika akan menghitung perpanjangan saja, maka dapat menggunakan koefisien muaipanjang? (lambda), menyatakan bahwa koefisien muai-panjang sustu benda adalahbilangan yang menunjukkan pertambahan panjang dalam cm dari suatu benda yangpanjangnya 1 cm bila dinaikkan suhunya 1 0 C. Untuk jelasnya dapat dirumuskan dalampersamaan : L ? L ? 1 ? ? ( t ?t 2 t12? t 1dimana Lt: panjang benda pada suhu t 011 C atau cc, Lt: panjang benda pada suhu t 022 Catau cc, t 1 : suhu benda sebelum dipanasi, t 2 : suhu benda sesudah dipanasi, dan ? :koefisien muai-panjang (lambda).Panas jenis bahan padatYang dimaksud dengan panas jenis suatu zat adalah bilangan yang menunjukkanberapa kalori yang diperlukan oleh 1 gram zat itu pada tiap kenaikkan suhu 1 0 C.Berikut adalah tabel panas-jenis beberapa bahan padat.Tabel 1.2 Panas jenis bahan padatNo. Nama bahan Panas jenis No. Nama bahan Panas jenis1.2.3.4.5.6.EmasTimahPerakKuninganTembagaBesi0,030,030,060,090,090,107.8.9.10.11.NikelGelasAluminiumNaphtalinEs0,110,200,210,310,508

Ilmu Bahan ListrikPangkal cair/beku bahan padatKalau 1 gram tembaga dipanaskan hingga suhunya naik terus, maka setelah suhumencapai 1083 0 C tembaga akan mulai mencair. Suhu 1083 0 C ini disebut pangkal cairtembaga. Kemudian dipanaskan terus hingga seluruhnya mencair. Selama pencairanawal sampai akhir suhu tetap 1083 0 C tidak naik walaupun dipanaskan terus. Bila telahmencair seluruhnya dan tetap dipanaskan, maka suhu cair tembaga itu akan naikmelebihi pangkal cair. Sebaliknya, jika tembaga yang sedang mencair pada suhu lebihtinggi dari 1083 0 C itu mulai didinginkan, maka suhu sedikit demi sedikit akan turundan setelah mencapai suhu 1083 0 C tembaga mulai membeku lagi. Jadi suhu 1083 0 Cjuga merupakan pangkal beku dari tembaga. Berarti pangkal cair = pangkal beku .Ketentuan : pangkal cair/beku suatu zat adalah suhu yang pada saatpencairan/pembekuan zat itu terjadi. Berikut adalah tabel menjelaskan tentang pangkalcair/beku bahan padat.Tabel 1.3 Pangkal cair/beku bahan padatNo. Nama bahan Pangkal cair/beku No. Nama bahan Pangkal cair/beku1.2.EsNaphtalin0 0 C.80 0 C.8.9.EmasTembaga1063 0 C.1083 0 C.3.Bismuth271 0 C.10.Nikel1452 0 C.4.5.TimahSeng327 0 C.419 0 C.11.12.BesiPlatina1530 0 C.1755 0 C.6.Aluminium659 0 C.13.wolfram3400 0 C.7.Perak961 0 C.Kalor lebur dan kalor bekuKetentuan menyatakan bahwa kalor lebur suatu zat adalah bilangan yangmenunjukkan berapa kalori yang diperlukan untuk mencairkan 1 gram zat padat itupada pangkal cair. Sedangkan kalor beku suatu zat adalah bilangan yang menunjukkanbanyaknya kalori yang dikeluarkan oleh 1 gram zat ketika membeku pada pangkalbekunya.9

Ilmu Bahan ListrikContoh 1.11. Sebatang aluminium pada suhu 30 0 C panjangnya 40 cm. Jika dipanaskan sampai100 0 C, dengan koefisien muai panjang aluminium ? = 0,000024, berapakah panjangaluminium setelah dipanaskan ?Jawab : L L ? 1 ? ( t ?? ? = 40 {1 + 0,000024 (100 – 30)} = 40,0672t 2 t12? t 1Jadi panjangnya setelah dipanaskan sampai 100 0 C menjadi 40,0672 cm .2. Sebuah benda pejal dibuat dari kuningan pada suhu 30 0 C volumenya 30 cc. Jikadipanasi sampai 120 0 C dengan koefisien muai-ruang ? = 0,000057. Berapakahvolumenya setelah dipanaskan ?Jawab : V V ? 1?( t ?? ? = 30 {1+0,000057(120 – 30)} = 30,1539t 2 t12? t 1Jadi volume kuningan setelah dipanaskan sampai 120 0 C menjadi 30,1539 cc.1.2 Sifat MekanisSifat mekanis adalah perubahan bentuk dari suatu benda padat akibat adanyagaya-gaya dari luar yang bekerja pada benda tersebut. Jad i adanya perubahan itutergantung kepada besar kecilnya gaya, bentuk benda, dan dari bahan apa bendatersebut dibuat. Jika tidak ada gaya dari luar yang bekerja, maka ada tiga kemungkinanyang akan terjadi pada suatu benda :a. Bentuk benda akan kembali ke bentuk semula, hal ini karena benda mempunyai sifatkenyal (elastis)b. Bentuk benda sebagian saja akan kembali ke bentuk semula, hal ini hanya sebagiansaja yang dapat kembali ke bentuk semula karena besar gaya yang bekerjamelampaui batas kekenyalan sehingga sifat kekenyalan menjadi berkurang.c. Bentuk benda berubah sama sekali, hal ini dapat terjadi karena besar gaya yangbekerja jauh melampaui batas kekenyalan sehingga sifat kekenyalan sama sekalihilang.Tegangan patah.Tiap bahan yang mengalami pembebanan jika ditambah terus menerus, mulamulamengalami perubahan bentuk dan akhirnya akan patah. Tegangan patah adalahbatas tegangan dalam kg/cm 2 , dimana bahan akan patah apabila bebannya melampaui10

Ilmu Bahan Listrikbatas. Sedangkan yang dimaksud dengan tegangan tarik/tekan dalam satua kg/cm 2 yaitubesarnya gaya yang bekerja (kg) dalam satuan luas (cm 2 ), dan dapat ditulis denganpersamaan :P?t? , dimana ? t : tegangan (kg/cm 2 ), P : gaya yang bekerja (kg) ,qdan q : luas potongan normal (cm 2 ).Besar batas-proporsional, batas-elastis, batas-cair dan batas-patah untuk tiap-tiapbahan dapat diperoleh dengan percobaan. Kecuali besar tegangan yang diizinkan ( _? )dapat pula tergantung kepada macam muatannya, antara lain :a. Muatan yang bersifat diam dan besarnya tetap, disebut muatan statis.b. Muatan santak mempunyaim satu atah, tetapi berubah antara nol dan nilai tertinggi.Untuk muatan ini tegangan yang diizinkan 2/3 dari tegangan muatan statis.c. Muatan berganti-ganti bekerja dengan arah berganti-ganti. Tegangan yang diizinkan1/3 dari tegangan yang diizinkan untuk muatan statis.Contoh 1.2Jika pada muatan statis suatu bahan mempunyai _? = 1200 kg/cm 2 , maka pada muatansantaks diambil_? = 2/3 x 1200 = 800 kg/cm 2 . Pada muatan berganti-ganti harusdiambil_? = 1/3 x 1200 = 400 kg/cm 2 .Angka keamanan, yaitu perbandingan antara tegangan patah dengan tegangan yangdiizinkan, atau dirumuskan :_dan ? t : tegangan yang diizinkan.Contoh 1.3?pv ? , dimana v :angka keamanan, ?_p : tegangan patah? tSuatu bahan mempunyai tegangan patah 4000 kg/cm 2 , dan untuk tegangan yangdiizinkan sebesar 800 kg/cm 2 . Hitung berapa besar angka keamanannya dari bahantersebut ??p 4000Jawab : v ? ? ? 5_?800tAngka keamanan selalu diambil lebih besar dari satu, sehingga makin besar angkakeamanan suatu bangunan maka makin aman bangunan tersebut.11

Ilmu Bahan ListrikPerubahan Bentuk karena BebanJika suatu batang mengalami beban tarik/tekan, maka akan memanjang ataumemendek. Menurut percobaan Robert Hooke menyatakan : batang yang panjangnya 1cm dibawah batas muatan tertentu, maka pemanjangan atau pemendekannya :a. Berbanding lusur dengan gaya tarik/tekan (P)b. Berbanding lusur dengan panjang semula (l)c. Berbanding terbalik dengan luas potongan (q)d. Tergantung pada macam bahan batang tersebut.Ditulis dalam bentuk persamaan ( disebut rumus Hooke) sebagai berikut :P . l? l ?E . qdimana ? l : perpanjangan/perpendekan (cm), P : besar beban (kg), l : panjang batangsebelum dibebani (cm), E : modulus elastis (tergantung macam bahan), q : luaspotongan (cm 2 ).Tegangan GeserTegangan geser biasanya deiberi tanda ? (baca : tau) dapat ditulis dengan persamaan :P? ? dimana P : besar beban (kg), q : luas potongan normal (cm 2 ), dan ? : teganganqgeser yang diizinkan (kg/cm 2 ).1.3 Sifat KimiaBerkarat adalah termasuk sifat kimia dari suatu bahan yang terbuat dari logam.Hal ini terjadi karena reaksi kimia dari bahan itu sendiri dengan sekitarnya atau bahanitu sendiri dengan bahan cairan. Biasanya reaksi kimia dengan bahan cairan itulah yangdisebut berkarat atau korosi. Sedangkan reaksi kimia dengan sekitarnya disebutpemburaman.12

Ilmu Bahan Listrik2. Kegiatan Belajar 2BAHAN PENYEKATa. Tujuan Kegiatan Pembelajaran :- Siswa memahami macam -macam bahan penyekat dan sifat-sifatnyab. Uraian Materi 2 :2.1 Maksud dan TujuanBahan penyekat atau sering disebut dengan istilah isolasi adalah suatu bahanyang digunakan dengan tujuan agar dapat memisahkan bagian-bagian yang berteganganatau bagian-bagian yang aktif. Sehingga untuk bahan penyekat ini perlu diperhatikanmengenai sifat-sifat dari bahan tersebut, sepeti : sifat listrik, sifat mekanis, sifat termal,ketahanan terhadap bahan kimia, dan lain-lain.a. Sifat Listrikyaitu suatu bahan yang mempunyai tahanan jenis listrik yang besar agar dapatmencegah terjadinya rambatan atau kebocoran arus listrik antara hantaran yang berbedategangan atau dengan tanah. Karena pada kenyataannya sering terjadi kebocoran, makaharus dibatasi sampai sekecil-kecilnya agar tidak melebihi batas yang ditentukan olehperaturan yang berlaku (PUIL : peraturan umum instalasi listrik).b. Sifat MekanisMengingat sangat luasnya pemakaian bahan penyekat, maka perlu dipertimbangkankekuatannya supaya dapat dibatasi hal-hal penyebab kerusakan karena akibat salahpemakaian. Misal memerlukan bahan yang tahan terhadap tarikan, maka dipilih bahandari kain bukan dari kertas karena lain lebih kuat daripada kertas.c. Sifat TermisPanas yang timbul pada bahan akibat arus listrik atau arus gaya magnitberpenga-ruh kepada penyekat termasuk pengaruh panas dari luar sekitarnya. Apabila13

Ilmu Bahan Listrikpanas yang terjadi cukup tinggi, maka diperlukan pemakaian penyekat yang tepat agarpanas tersebut tidak merusak penyekatnya.d. Sifat KimiaAkibat panas yang cukup tinggi dapat mengubah susunan kimianya, begitu pulakelembaban udara atau basah disekitarnya. Apabila kelembaban dan keadaan basahtidak dapat dihindari, maka harus memilih bahan penyekat yang tahan air, termasukjuga kemungkinan adanya pengaruh zat-zat yang merusak seperti : gas, asam, garam,alkali, dan sebagainya.2.2 Bentuk PenyekatBentuk penyekat menyerupai dengan bentuk benda pada umumnya, yaitu : padat,cair, dan gas sesuai dengan kebutuhannya.a. Penyekat bentuk padatBeberapa macam penyekat bentuk padat sesuai dengan asalnya, diantaranya :(1) Bahan tambang, seperti : batua pualam, asbes, mika, mekanit, mikafolium,mikalek, dan sebagainya.(2) Bahan berserat, seperti : benang, kain, (tekstil), kertas, prespan, kayu, dll.(3) Gelas dan keramik(4) Plastik(5) Karet, bakelit, ebonit, dan sebagainya.(6) Bahan -bahan lain yang dipadatkan.b. Penyekat bentuk cairPenyekat dalam bentuk cair ini yang paling banyak digunakan adalah minyaktransformator dan macam-macam minyak hasil bumi.c. Penyekat bentuk gasPenyekat dalam bentuk gas ini dapat dikelompokkan ke dalam : udara dan gas -gaslain, seperti : Nitrogen, Hidrogen dan Carbondioksida (CO 2 ), dan lain-lain.14

Ilmu Bahan Listrik2.3 Pembagian Kelas Bahan PenyekatBerdasarkan suhu maksimum yang diizinkannya, maka bahan penyekat listrikdapat dibagi menjadi :Kelas Maksimum Temperatur ( 0 C ) Kelas Maksimum Temperatur ( 0 C )YA90150FH155180E120C180 ke atasB1301. Kelas YYang termasuk dalam kelas ini adalah bahan berserat organis (seperti kertas, karton,katun, sutera, dan sebagainya) yang tidak dicelup dalam bahan pernis atau bahanpencelup laiinya. Termasuk juga bahan termoplastik yang dapat lunak pada suhurendah.2. Kelas AYaitu bahan berserat dari kelas Y yang telah dicelup dalam pernis atau kompon atauyang terendam dalam cairan dielektrikum (seperti penyekat fiber pada transformatoryang terendam minyak). Bahan -bahan ini adalah katun, sutera, dan kertas yang telahdicelum, termasuk kawat email (enamel) yang terlapis damar-oleo dan damanpolyamide.3. Kelas EYaitu bahan penyekat kawat enamel yang memakai bahan pengikat polyvinylformal,polyurethene dan damar epoxy dan bahan pengikat lain sejenis dengan bahanselulosa, pertinaks dan tekstolit, film triacetate, film dan serat polyethyleneterephthalate.4. Kelas BYaitu bahan bukan organik (seperti : mika, gelas, fiber, asbes) yang dicelup ataudirekat menjadi satu dengan pernis atau kompon, dan biasanya tahan panas (dengandasar minyak pengering, bitumin sirlak, bakelit, dan sebagainya).5. Kelas FYaitu bahan bukan organik yang dicelup atau direkat menjadi satu dengan eposide,polyurethane atau pernis lain yang tahan panas tinggi.15

Ilmu Bahan Listrik6. Kelas HYaitu semua bahan komposisi bahan dasar mika, asbes dan gelas fiber dicelup dalamsilikon dan tidak mengandung sesuatu bahan organis seperti kertas, katun dll.7. Kelas CYaitu bahan bukan organik yang tidak dicelup dan tidak terikat dengan zat-zatorganik, seperti : mika, mikanit, yang tahan panas (menggunakan bahan pengikatbukan organik), mikalek, gelas dan bahan keramik. Hanya satu bahan organis sajayang termasuk kelas C yaitu polytetrafluoroethylene (teflon).16

Ilmu Bahan Listrikf. Mikalek . Yaitu dengan menggunakan gelas dan plastik sebagai bahan dasar, bubukmika sebagai pengisi dan ditambah perekat pernis kemudian dicetak. Pengepresancetakan membutuhkan suhu yang tinggi untuk dapat melunakan gelas, sehinggabahan ini mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi.g. Batu tulis. Yaitu merupakan bahan penyekat dengan bentuk berlapis -lapis danmudah dibelah-belah dengan pahat atau martil. Batu tulis ini tidak dapat digosokhalus seperti pualam, mempunyai mekanis kuat sebagai penyekat, tetapi kurangmenarik dan dapat menyerap air. Walaupun lebih tahan terhadap asam dan panastetapi bahan ini sudah jarang dipakai.h. Phlogopite. Yaitu batu ambar mika yang mengandung kalium, silikat magnesiumaluminium yang berasal dari kanada dan madagaskar. Sedangkan Muscivite adalahmika putih yang mengandung kalium, silikat aluminium yang merupakan salah satubahan penyekat terbaik karena lebih kuat, lebih keras, lebih fleksibel daripadaPhlogopite dan juga tahan terhadap asam dan zat alkali.3.2 Bahan BerseratBahan dasar yang dipergunakan untuk bahan berserat berasal dari tiga mac am,yaitu tumbuh-tumbuhan, binatang, dan bahan tiruan (sintetis). Sebenarnya bahan inikurang baik sebagai bahan penyekat listrik karena sifatnya sangat menyerap cairan,sedangkan cairan itu dapat merusak penyekat yang menyebabkan daya sekatnyamenurun. Tetapi karena faktor-faktor lain seperti : bahan berlimpah sehingga murahharganya; daya mekanisnya cukup kuat dan fleksibel; dan dengan disusun berlapis-lapisdan dicampur dengan zat-zat tertentu untuk meningkatkan daya sekat, daya mekanisdan daya tahan panas, sehingga bahan berserat ini banyak dipakai sebagai penyekatlistrik.Beberapa bahan yang termasuk bahan berserat, antara lain :a. BenangBenang merupakan hasil pemintalan pertama dari sebuah kapas yang berserat cukuppanjang, setelah biji-bijinya yang menempel dipisahkan terlebih dahulu. Dari kumpulanbenang ini dapat dibuat tali, pita, dan kain tenun, yang selanjutnya disebut dengantekstil. Dalam bidang kelistrikan banyak digunakan sebagai penyekat kawat.18

Ilmu Bahan ListrikKain pernisan dijual dalam gulungan dengan lebar kira-kira 1 yard dan panjang antara45 yard sampai 90 yard.h. Pita PenyekatBahan ini banyak digunakan dalam bidang instalasi listrik, yang merupakan pitapenyekat dengan campuran karet dalam gulungan kecil antara 1 dan 5 cm lebar dangaris tengah luar kira-kira 15 cm. Tebal pita kira-kira 0,25 mm. Sekarang banyak pitaperekat terbuat dari bahan sintetis kuat dan tidak menyerap air, tetapi tidak untuk suhuyang tinggi.3.3 Gelas dan Keramika. GelasGelar merupakan penyekat yang baik untuk arus listrik, tetapi kekuatan mekanisnyakecil dan sangat rapuh tidak seperti bahan keramik. Pemakaian dalam teknik listrikantara lain untuk pembuatan bola lampu pijar, termometer-kontak (untuk mengontrolsuhu tertentu suatu tenpat seperti tempat penetasan telur), dan lain-lain. Untuk hiasanpenerangan listrik banyak dipakai ornamen kaca yang dibuat dari kaca susu, kaca kabur(matglas) dan kaca opal, yang dalam perdagangan terdapat bermacam-macam bahangelas seperti gelas kristal, gelas kali, gelas natron, dan gelas flint.Bahan baku pembuatan gelas adalah kuarsa dan kapur yang dicairkan bersama-samadengan bahan lainnya. Paduan kuarsa dengan oksida timbel menghasilkan gelas kristal,bahan baku ditambah dengan potas menghasilkan gelas kali, dan penambahan sodamenghasilkan gelas natron. Pengerjaan bahan baku di atas biasanya dipanaskan sampai+ 2000 0 C, sehingga menjadi encer dan baru dikerjakan.b. KeramikKeramik didapat dari bahan galian dengan melalui proses pemanasan, kemudiandijadikan barang keramik, seperti cangkir teko, dalam teknik listrik digunakan untukpenyekat loceng dan mantal. Keramik yang digunakan untuk keperluan teknik listrikharus mempunyai daya sekat yang besar dan dapat menahan gaya mekanis yang besarseperti porselin dan steatit. Bahan penyekat dari porselin seperti : penyekat lonceng,21

Ilmu Bahan Listrikpenyekat mantel, penyekat cincin, penyekat tegangan tinggi, sekering pipa porselin, danlain-lain. Sedangkan bahan penyekat terbuat dari steatit, antara lain : sakelar, kontaktusuk, manik-manik penyekat kawat penghubung yang dapat melentur (fleksibel) danletaknya berdekatan dengan alat pemanas listrik, untuk pembuatan bumbung penerus(tube), pena-kontak -baut, badan alat-alat pemanas seperti kompor listrik, seterika, danlain-lain.3.4 PlastikPlastik merupakan paduan dari dua bahan yaitu bahan perekat (seperti damar atauresin) dan bitumin dengan bahan pengisi serbuk batu, serbuk kayu dan katun. Menurutpaduannya, ada bermacam-macam bahan plastik, diantaranya bakelit.Ada dua jenis plastik yang perlu kita ketahui, yaitu :a. Thermoplastik. Bahan ini pada suhu 60 0 C sudah menjadi lunak, dan pemanasansampai mencair tidak merubah struktur kimiawib. Thermosetting plastik. Bahan ini setelah mengalami proses pencairan dan cicetakmenjadi barang akan mengalami perubahan struktur kimiawi, hingga tidak dapatlunak lagi walaupun dipanaskan.Beberapa bahan pengisi paduan dalam pembuatan plastik selain yang telah disebutkandi atas, antara lain : mika, alpha selulosa, kain kapas, kertas, asbes, grafit, karbon, dankanvas.3.5 Karet, Ebonit dan Bakelita. KaretKaret merupakan bahan penting untuk penyekat dalam teknik listrik yang terbuat darigetah bermacam-macam pohon karet, salah satu diantaranya : Hevea Braziliensis yangmenghasilkan karet terbanyak dengan kualitas tinggi.Proses penyampuran karet kasar dengan belerang dan bahan tambahan lainnya dibeutvulkanisasi. Untuk mendapatkan vulkanisasi yang baik dengan cara pemanasan uap,karena tekanan uap dpat mencegah terjadinya pori dalam masa yang divulkanisir,sedang pemanasannya dapat berjalan teratur. Bahan perekat untuk kulit, karet dansebagainya dapat dibuat dari karet kasar dicampur dengan bensin atau bensol. Karetkasar juga merupakan bahan untuk pembuatan pita penyekat (dibuat dari bahan katun,22

Ilmu Bahan Listrikdicelupkan dalam larutan karet kasar untuk memberi gaya perekat pada pita tersebut.Pita penyekat ini dapat dipakai untuk menyekat tempat sambungan kawat, ujung kabelnadi dan batu mahkota, serta dalam industri mobil. Dalam teknik listrik karet sebagaipenyekat hantaran listrik, sepatu kabel, perkakas pemasangan instakasi kistrik, dll.b. EbonitBahan dasar ebonit adalah karet dan untuk mendapatkan kekerasan dicampur denganbelerang dan bahan tambahan lainnya sekitar 30 sampai 50 % dengan melalui prosesvulkanisasi yang lama. Dalam perdagangan ebonit berbentuk lempeng, batang atau pipadengan bermacam-macam ukuran.c. BakelitBakelit adalah bahan paduan secara kimia bermacam -macam zat yang pertama dibuatoleh perusahaan Bakelit Co., yang kemudian dibuat oleh perusahaan lain dengan namasendiri-sendiri, seperti perusahaan Philips dari Belanda dengan nama philite, perusahaanHasemeir dengan nama hajalite yang dikenal dengan nama bakelit.3.6 Bahan DipadatkanBahan penyekat yang dipadatkan mula-mula cair kemudian dijadikan padat.Bahan ini banyak dipakai sebagai pelapis, pengisi, pemadatan (inpregnasi) dan perekatbahan penyekat padat. Beberapa bahan yang dipadatkan antara lain : lilin denganparafin; damar (gondorukem, arpus); bitumin; bahan-bahan pelarut seperti : kerosin(minyak tanah), gasolin, spiritus putih, bensin, methanol (methyl alkohol), ethanol(ethyl alkohol), aceton, minyak terpentin, dll.; minyak pengering (minyak biji lena danminyak Tung); pernis (pernis minyak, pernis hitam, lak selulosa, pernis bakelit, pernissirlak, pernis gliptal); dan kompon (kompon bitumin, kompon kuarsa, dan komponkabel).3.7 Bahan Isolasi PVCPolivinilklorida atau PVC adalah hasil polimerisasi dari vinilklorida H 2 C = CHCl.Pada proses polimerisasi, ikatan ganda yang melekat pada molekul vinilklorida diubahmenjadi ikatan tunggal. Ikatan yang bebas kemudian mengikat molekul-molekulvinilklorida lain sehingga timbul molekul-molekul makro panjang, yaitu PVC :23

Ilmu Bahan ListrikH Cl H Cl H Cl H Cl…. – C – C – C – C – C – C – C – C – …H H H H H H H HPada suhu kamar PVC ini keras dan rapuh, dan supaya dapat digunakan sebagai bahanisolasi kabel, PVC harus dicampur dengan bahan pelunak (plasticiser). Bahan lunak yangdicampur umumnya sebanyak 20 % hingga 40 % kadang-kadang bahkan lebih, dan hasilcampuran ini disebut kompon PVC. Untuk membedakan PVC yang belum dicampurdinamakan damar PVC (PVC resin). Kompon PVC kabel ini harus digunakan bahanpelunak dengan sifat-sifat listrik yang baik, tidak boleh menguap, dan tidak bolehmenjalarkan nyala api. Damar PVC sendiri walaupun dapat dibakar, tetapi akan padamsendiri apabila sumber apinya disingkirkan.Berat jenis damar PVC sekitar 1,4 tergantung jenis dan banyaknya bahan yangdicampurkan, sedangkan berat jenis kompon PVC berkisar antara 1,25 – 1,55. Damar PVCmemiliki ketahanan cukup baik terhadap sejumlah besar bahan kimia lain, dan denganmenggunakan bahan pelunak yang tepat dapat diciptakan kompon PVC yang tahanterhadap bahan kimia tertentu.Salah satu kelemahan kompon PVC akibat digunakan bahan pelunak adalahketahanan terhadap tekanan, yaitu kalau ditekan cukup lama dan cukup kuat kompon PVCtidak dapat pulih dan makin tinggi suhunya makin kurang ketahanan terhadap tekanantersebut. Umumnya kompon PVC hanya dapat digunakan sampai suhu 70 0 C terusmenerus. Tetapi dengan menggunakan bahan pelunak khusus dapat dibuah sampai suhulebih tinggi sampai 105 0 C.3.8 Polietilen atau PEPolietilen atau PE adalah hasil polimerisasi dari etilen H 2 C = CH 2 , dengan sifat-sifatlistrik lebih baik dari pada yang dimiliki PVC. Hanya PE lebih mudah terbakar. Kalau PEdibakar, nyala apinya akan tetap menjalan, juga setelah sumber apinya disingkirkan.Karena itu PE hampir tidak digunakan untuk kabel-kabel arus kuat, kecuali XLPE(crosslinked polyethylene).Karena sifat PE yang baik pada frekuensi tinggi, maka banyak digunakan untuk kabelkabeltelekomunikasi. Kelebihan PE dibanding PVC adalah tidak lebih mudah menyerapair, dan kalau digunakan di tempat yang lembab atau basah, tahanan isolasi PVC akan lebihmenurun dibandingkan dengan PE.24

Ilmu Bahan Listrik4. Kegiatan Belajar 4PENYEKAT BENTUK CAIRa. Tujuan Pembelajaran :- Siswa memahami sifat-sifat penyekat bentuk cair dan mampu menerapkannyab. Uraian Materi 4 :4.1 CairanCairan atau bahan bentuk cair adalah benda yang pada suhu biasa berbentuk cairdan umumnya tidak dalam keadaan murni tetapi merupakan persenyawaan macammacamunsur.a. AirMacam-macam air di alam, antara : air hujan, air sumur, air tambang atau mineral, danair laut. Semua air tersebut bukan bahan penyekat, tetapi sebaliknya akanmembahayakan penyekat karena sifatnya yang merusak seperti terjadi karat karenaberoksidasi dengan air tersebut.Air suling atau air murni dapat disebut sebagai bahan penyekat walaupun masih dapatmengalirkan arus listrik dalam jumlah yang sangat kecil. Karena air dalam susunankimianya mengandung zat asam yang mudah bergabung dengan logam, maka air tidakdipakai sebagai penyekat listrik secara langsung. Kalau ada air yang digunakan dalamperalatan/mesin listrik, fungsinya hanya sebagai pendingin dan tidak langsungberhubungan dengan hantaran atau bagian yang bertegangan listrik.b. Minyak TransformatorMinyak transformator adalah hasil pemurnian minyak bumi yang diperlukan untukpendingin. Karena transformator, tahanan pengasut, penghubung tenaga, atau yangbekerja dengan tegangan tinggi sangat membutuhkan pendinginan. Tanpa pendinginanyang baik akan merusak penyekat inti, lilitan dan bagian lain yang perlu. Beberapapersyaratan yang harus dipenuhi sebagai minyak transformator, antara lain :? Minyak harus cair dan jernih, tidak berwrna (transparan)25

Ilmu Bahan Listrik? Bebas dari komponen air, asam, alkali, aspal, ter, dan sebagainya? Campuran abu (arang) pada minyak baru tidak lebih dari 0,005 %? Minyak baru tidak boleh mengandung asam 0,05 mg KOH/g? Minyak yang pernah dipakai mengandung asam 0,4 mg KOH/g.? Pengantar panas + 0,0015 W/cm pada suhu + 20 0 C, atau pengantar pana tidak lebihdari 0,02 W/cm pada suhu + 80 0 C.Mengingat persyaratan di atas sangat berat, maka perlu tindakan pencegahan untukmempertahankan kondisi yang diinginkan, antara lain :? Pengawasan dalam pengiriman atau transport? Tempat penyimpanan, baik wadah maupun gudang? Pengontrolan selama dipakai? Segera dibersihkan jika mulai kotor? Tempat dan cara pembersihan yang baik? Minyak harus selalu tertutup rapat? Menambah atau mengganti minyak harus elalui disaring dengan sempurna? Saringan harus baik, jangan ada bagian-bagian kecil dari saringan terbawa dalamminyak, misalnya potongan kecil filter, serat-serat dan kotoran lainnya.c. Minyak KabelMinyak kabel merupakan salah satu pemurnian minyak bumi yang dibuat pekat dengancara dicampur dengan damar. Minyak kabel digunakan untuk memadatkan penyekatkertas pada kabel tenaga, kabel tanah, dan terutama kabel tanaga tegangan tinggi.Selain untuk menguatkan daya sekat dan mekanisnya penyekat kertas, juga untukmenjaga atau menahan air supaya tidak dapat meresap dan sekaligus sebagaidielektrikum. Minyak yang digunakan sebagai dielektrikum pada kondensaor kertaskeadaannya lebih padat, dan pada suhu 35 – 50 0 C, keadaannya padat sekali.26

Ilmu Bahan Listrikc. Rangkuman 1 :Suatu benda yang akan digunakan untuk keperluan bahan -bahan listrik baik baiksepeti untuk bahan konduktor, bahan isolator, maupun dijadikan sebagai bahan semikonduktor, harus diuji terlebih dahulu mengenai sifat-sifat dan karakteristiknya agarsesuai dengan keperluan bahan listrik yang akan digunakan. Beberapa sifat bahan listriktersebut di antaranya adalah sifat fisis, sifat mekanis, dan sifat kimia.Dalam menentukan bahan yang akan dijadikan sebagai penyekat bahan listrik,maka seperti sifat fisis, sifat mekanis, sifat termis dan sifat kimia sangat penting untukdilakukan suatu pengujian. Adapun macam-macam bentuk penyekat yang umumdigunakan dalam ketenagalistrikan yaitu berbentuk padat, caira, dan gas. Disamping itupenyekat juga dapat dikelompokkan berdasarkan kelas suhu maksimum yangdiizinkannya yaitu kelas Y, kelas A, kelas E, kelas B, kelas F, kelas H dan kelas C.Pada penyekat bentuk padat bahan listrik ini dapat dikelompokkan menjadibeberapa macam, diantaranya yaitu : bahan tambang, bahan berserat, gelas dankeramik, plastik, karet, ebonit dan bak elit, dan bahan-bahan lain yang dipadatkan.Bahan penyekat yang berbentuk cairan yang banyak digunakan pada teknik listrikadalah air, minyak transformator, dan minyak kabel. Sedangkan beberapa macambahan penyekat dari bentuk gas yang sering digunakan untuk keperluan teknik listrikdiantaranya : udara, nitrogen, hidrogen, dan karbondioksida.27

Ilmu Bahan Listrikd. Tugas 1 :1. Buatlah suatu percobaan untuk membuktikan adanya penambahan panjang suatubatang aluminium dengan panjang 50 cm pada suhu 30 O C. Dipanaskan sampai suhu100 O C. Koefisien muai panjang aluminium ? = 0,000024. Hitung panjangaluminium setelah dipanaskan ?2. Buatlah suatu percobaan dengan 300 gram es yang sedang menjadi cair dicampurdengan 1 liter air pada suhu 100 O C. Hitunglah suhu terakhir saat es itu semuamenjadi air ?3. Buatlah pengamatan terhadap minyak transformator, dan amatilah minyak tersebutapakah masih memenuhi persyaratan sebagai penyekat ? berikan alasan saudara !28

Ilmu Bahan Listrike. Tes Formatif 1 :1. Apakah koefisien muai-ruang itu ?2. Terangkan secara singkat apa arti kalor lebur dan kalor beku suatu zat ?3. Hitung berapa kilogram air yang dapat dinaikkan 2 O C dengan 10 kilogram kalori ?4. Suatu benda pejal dibuat dari kuningan pada suhu 30 O C volumenya 30 cc.Berapakah volumenya, jika benda tersebut kita panasi sampai 120 O C. Koefisienmuai-ruang kuningan ? = 0,000057 ?5. Dua buah benda, benda A bidbuat dari besi beratnya 2 kg, panas jenis besi (PJ) =0,1 suhunya 400 O C. Benda B dibuat dari tembaga, beratnya 3 kg, panas jenistembaga P J = 0,09 dan suhunya 900 O C. Kedua benda tersebut dirapatkan satu samalain hingga rapat benar. Berapa lama kemudian suhu kedua benda tersebut menjadisama ? dan berapakah suhu akhir kedua benda tersebut ?6. Bahan-bahan apakah yang termasuk dalam kelas Y ?7. Bahan termoplastik yang dapat menjadi lunak pada suhu rendah digolongkan dalamkelas apa ?8. Katun, sutera dan kerta yang telah dicelup dalam pernis atau kompon termasukdalam kelas apa ?9. Sebutkan bahan-bahan dasar yang digunakan untuk bahan isolasi berserat danberikan contohnya ?10. Sebutkan bahan -bahan yang dapat digunakan sebagai bahan penyekat dipadatkan ?29

Ilmu Bahan Listrikf. Kunci Jawaban Formatif 1 :1. Koefisien muai-ruang : bilangan yang menunjukkan pertambahan ruang dalam cm 3suatu benda yang isinya 1 cm 3 , bila suhunya dinaikkan 1 O C.2. Kalor lebur zat : bilangan yang menunjukkan berapa kalori yang diperlukan untukmencairkan 1 gr zat padat pada pangkal cair. Sedangkan kalor beku : bilangan yangmenunjukkan banyaknya kalori yang dikeluarkan oleh 1 gr zat ketika membekupada pangkal bekunya.3. 2 kilogram4. 30,1539 cc5. 687 O C.6. Kelas Y : bahan berserat organis yang tidak dicelup dalam bahan pernis atau bahanpencelup lainnya. Contohnya : kertas, karton, katun, dan sutera.7. Kelas Y8. Kelas A9. Bahan dasar : tumbuh-tumbuhan, binatang dan bahan tiruan (sintetis). Contohnya :benang, tekstil, kertas, prespan, kayu, fiber pulkanisir, kain oernis, pita penyekat.10. Diantaranya : lilin dengan parafin, damar, bitumin, dan lain-lain.30

Ilmu Bahan Listrikg. Lembar Kerja 1 :1. Alat : obeng, tang, cutter, isolasi, termometer, meteran, alat tulis menulis, kabel, danlain -lain2. Bahan : aluminium, korek api, lilin, es, air, tempat es, tempat air, minyaktransformator, alat pendeteksi temperatur (sensor suhu), dan lain-lain3. Keselamatan kerja : jas lab, sarung tangan, senter, kerjakan sesuai instructionmanual, patuhi prosedur kerja yang telah ditentukan, patuhi peraturan yangtercantum di lab atau tempat praktik.4. Langkah kerja : tentukan peralatan-peralatan dan komponen-komponen yang akandibutuhkan, buat rancangan diagram pengawatan yang akan dilakukan, pasangperalatan pengukur yang akan digunakan sesuai dengan diagram rencana, rangkaiperalatan yang telah dipasang, periksa dan uji rangkaian atau peralatan yang telahdipasang, perbaiki apabila masih terdapat kesalahan atau komponen yang belumberfungsi dengan benar, uji sesuai dengan prosedur dan instruction manual yangberlaku, buat berita acara laporan pengujian atau percobaan5. Laporan : Jawab pertanyaan-pertanyaan dan laporkan hasil pengujian sesuai dengantugas yang diberikan31

Ilmu Bahan Listrik5. Kegiatan Belajar 5BAHAN PENYEKAT GASa. Tujuan Kegiatan Pembelajaran :- Siswa memahami bahan penyekat bentuk gas dan mampu menerapkannyab. Uraian Materi 5 :5.1 Macam-Macam GasGas merupakan benda teringan dan tidak mempunyai bentuk dan volume yangtetap. Beberapa macam bahan gas yang dpat dijadikan sebagai penyekat, antara lain :a. UdaraSusunan udara di bumi hampir 80 % terdiri dari Nitrogen (N 2 ) dan kira-kira 20 %adalah Oksigen (O 2 ), yang lain-lain macam gas dan uap hanya 1 % saja yaitu Argon,Helium, Neon, Kripton, Xenon, dan Carbondioksida (CO 2 ).Dalam peralatana dan mesin listrik disengaja atau tidak udara merupakan sebagian daripenyekat lain yang telah ditentukan, seperti antara kawat-kawat jaringan listrik, udaradipakai sebahai penyekat. Pada tegangan yang tidak terlalu tinggi udara adalahpenyekat yang baik, karena kebocoran melalui udara adalah kecil sekali. Tetapi bilategangan antara dua penghantar atau elektroda menjadi terlalu tinggi, maka akan adaarus yang meloncat melalui udara yang disebut tegangan tembus. Bila jarak antara duapenghantar tidak begitu besar, keteguhan -listrik udara kurang lebih 3 sampai 5 kV/mm,tetapi keteguhan ini akan menurun bila jarak antara kedua elektroda itu semakin besar.Artinya besar tegangan tembus (breakdown voltage) dari udara tidak sebanding denganjarak antara kedua elektroda tersebut. Untuk keamanan maka harus menggunakanpenyekat padat. Tekanan udara juga berpengaruh terhadap keteguhan-listrik dari udara/gas, dimana keteguhan akan naik apabila tekanan udara/gas naik, dan sebaliknya akanturun apabila tekanan udara/gar menurun.Udara banyak digunakan sebagai pendingin mesin, generator, dan transformator denganvetilator atau pompa.32

Ilmu Bahan Listrikb. NitrogenJenis gas ini tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, begitu pula tidak dapatterbakar, tidak memelihara pembakaran, sangat larut sedikit dalam air dan sukar bersenyawadengan unsur lain. Gar ini dihasilkan dengan cara penyulingan bertingkat udaracair yaitu dengan pendinginan dan pemampatan udara dapat menjadi cair. Penyulingandilakukan untuk menguapkan gas nitrogen pada titik didih – 196 0 C, sehingga tinggaloksigen cair, warnanya biru muda.Nitrogen merupakan penyekat juga, karena 80 % terdiri dari nitrogen, dan digunakansebagai pengontrol saluran kabel pengisi/distribusi untuk mengetahui masih baik/tidaknya penyekat kabel yang dipakai. Pada kabel tanah sering terjadi kerusakanpenyekat akibat adanya karat, kerusakan mekanis atau kerusakan lapisan timah hitamkarena tergores atau retak, sebagai akibat tanah longsor, gempa bumi dan sebab lain.Pada kabel dengan penyekat (kertas, kain pernisan, karet, dan sebagainya) yang masiptidak dapat segera diketahui jika terjadi keretakan/kerusakan penyekatnya. Makasekarang kabel tidak dibuat masip tetapi bagian tengahnya berlubang yang merupakansaluran. Saluran ini diisi gas nitrogen dengan tekanan 1 – 1,5 kg/cm 2 . Apabila terjadikeretakan/kerusakan kabel maka terjadilah kebocoran nitrogen pada tempat keretakantersebut, sehingga tekanan nitrogen pada kabel menurun. Dengan demikian dapatsegera diketahui terjadinya kerusakan kabel. Untuk tekanan sedang digunakan sekitar2,5 – 3 kg/cm 2 . Dengan digunakan sistem ini ternyata bahan penyekat padat yangdipakai dapat lebih hemat daripada yang masip. Ada juga kemungkinan dinaikkannyatekanan gas menjadi + 15 kg/cm 2 , tetapi masih jarang dipakai.c. HidrogenHidrogen bebas hanya terdapat sedikit dalam lapisan udara. Gas gunung berapi jugamengandung hidrogen tetapi bercampur dengan zat lain. Sebagai persenyawaan dalamjumlah besar misalnya pada air, hidrokarbon, dsb., hidrogen diperdagangkan dalambotol-botol baja dengan tekanan 150 atmosfir (atm). Sifat hidrogen tidak berwarna,tidak berbau, dan tidak berasa, merupakan gas teringan, dimana pada 0 0 C dan 76 cg Hg,satu liter Hidrogen beratnya 0,09 gram. Dalam bentuk cair mudah terbakar tetapi tidakmemelihara pembakaran. Hidrogen mudah bergabung dengan oksigen dan chlor danmerupakan pereduksi yang kuat. Gas hidrogen ini dibuat dengan cara : elektrolisa air,33

Ilmu Bahan Listrikdan dengan cara mendinginkan gas air (CO + H 2 ) sampai – 191 0 C, dimana gas COmengembun tinggal H 2 saja.Keuntungan penggunaan gas hidrogen dibandingkan dengan udara pada sistempendingin turbogenerator dan kondensor sinkron, antara lain :? Kerugian ventilasi berkurang 8 sampai 10 kali, dan efisiensi mesin mencapai 0,7sampai 1 prosen lebih tinggi, dan kepekaan hidrogen lebih rendah 8 – 10 kali dariudara? Rata-rata pemindahan panas oleh hidrogen pada bagian-bagian panas 1,35 kali lebihbanyak dan daya hantar panas hidrogen 6,7 kali lebih besar, sehingga dapatmengurangi 20 % keaktifan bahan (baja dan tembaga)? Daya tahan penyekat meningkat dengan tidak adanya oksidasi. Debu dan lembabsangat berkurang sehingga mengurangi jumlah periode pemeliharaan dan perbaikan? Karena tidak ada bahaya kebakaran jika terjadi kerusakan pada penyekat lilin, makatidak dibutuhkan pengaman kebakaran.? Kebisingan suara berkurang sekali? Pendingin yang dibutuhkan relatif lebih rendahd. Carbon Dioksidasetiap pembakaran carbon dengan oksigen yang berlebihan akan menghasilkancarbondioksida. Gas ini tidak berwarna, menyebabkan rasa segar pada air, tidakterbakar bahkan dapat memadamkan nyala api dan larut dalam air. Dalam teknik listrikgas karbondioksida juga digunakan dalam turbogenerator. Jika suatu mesin denganpendingin hidrogen akan diganti dengan pendingin udara atau sebaliknya, sedang mesintetap jalan, maka gas hidrogen yang diganti harus terbuang keluar dahulu. Begitu pulajika udara akan diganti gas hidrogen, udara harus bersih terbuang dahulu. Sebabpercampuran antara hidrogen dengan udara mengakibatkan ledakan, dimana jika terjadidalam suatu mesin sangat berbahaya.34

Ilmu Bahan Listrik6. Kegiatan Belajar 6BAHAN PENGHANTARa. Tujuan Kegiatan Pembelajaran :- Siswa memahami bahan-bahan penghantar dan mampu menerapkannyab. Uraian Materi 6 :6.1 Sifat Dasar Penghantarbeberapa sifat penting yang dimiliki penghantar ialah : tahanan jenis listrik,koefisien suhu tahanan, daya hantar panas, kekuatan tegangan tarik, dan timbulnyadaya elektro-motoris termo.a. Daya Hantar ListrikArus listrik yang mengalir dalam penghantar selalui mengalami tahanan daripenghantar itu sendiri. Besarnya tahanan tergantung bahannya, dan besarnya tahanantiap meter dengan penampang 1 mm 2 pada suhu 20 0 C dinamakan tahanan jenis yangdihitung dengan persamaan :? . lR ? atauq??R.qldimana R : besar tahanan salam satuan ohm, l : panjang kawat dalam satuan meter, q :penampang kawat dalam satuan mm 2 , dan ? (rho) : tahanan jenis dalam satuanDaya hantar jenis adalah kebalikan dari tahanan jenis, dirumuskan :1 S.m? ? satuan ? : gamma, dan S : Siemens2? mm? .mm 2mContoh 6.1Besar tahanan tembaga dengan panjang satu meter, penampang 1 mm 2 suhu 20 0 Cternyata 0,0175 Ohm, maka besar tahanan jenis tembaga sama dengan 0,0175 Ohm.mm 2 /m. Untuk penetapan tahanan jenis bagi at cair diambil panjang satu cm dan35

Ilmu Bahan Listrikpenampang satu cm 2 Ohm, sehingga satuannya menjadi :2cm / cm= Ohm. cm, sedangkandaya hantarnya menjadi :S.Cm2Cm?SCmb. Koefisien Suhu TahananSuatu bahan akan mengalami perubahan isi apabila terjadi perubahan suhu,memuai jika suhu naik dan menyusut jika suhu dingin, tentunya akan mempengaruhibesar nilai tahanannya, yang dapat dihitung dengan persamaan :R = R 0 { 1 + ? (t – t 0 ) }dengan Ro : besar tahanan awal (ohm), R : besar tahanan akhir (ohm), to : suhu awal( 0 C), t : suhu akhir ( 0 C), dan ? : koefiien suhu tahanan. Nilai tahanan jenis, berat jenisdan titik cair dari bermacam-macam bahan dapat dilihat pada tabel 6.1.Tabel 6.1 Nilai Tahanan Jenis, Berat Jenis, dan Titik Cair BahanNama Bahan Tahanan Jenis Berat Jenis Titik CairPerakTembagaCobaltEmasAluminiumMolibdinWolframSengKuninganNikelPlatinaNikelineTimah putihBajaVanadiumBismuthManganTimbelDuraluminiumManganinKonstantaAir raksa0,0160,01750,0220,0220,030,050,050,060,070,0790,10,120,120,130,130,20,210,220,480,480,50,95810,58,98,4219,32,5610,219,17,18,78,921,57,37,85,59,857,411,352,88,913,5696010831480106366026203400420100014551774232153517202711260330– 38,936

Ilmu Bahan ListrikBahan penghantar yang paling banyak dipakai adalah tembaga, karena tembagamerupakan bahan penghantar yang paling baik setelah perak dan harganyapun murahkarena banyak terdapat. Akhir-akhir ini banyak digunakan Aluminium dan Bajasebagai penghantar walaupun tahanan jenisnya agak besar, hal ini dengan pertimbangansangat berlimpah dan harganya menjadi lebih murah.c. Daya Hantar PanasDaya hantar panas ini menunjukkan jumlah panas yang melalui lapisan bahantiap satuan waktu dalam satuan kkal/m.jam, derajat. Pada umumnya logam mempunyaidaya hantar panas yang tinggi sedangkan pada bahan-bahan bukan logam rendah.d. Kekuatan Tegangan Tariksifat mekanis ini penting untuk hantaran di atas tanah, maka bahan yang dipakaiharus diketahui kekuatannya lebih -lebih menyangkut tegangan tinggi. Penghantarlistrik dapat berbentuk padat, cair, atau gas. Yang berbentuk padat umumnya logam,elektrolit dan logam cair (air raksa) merupakan penghantar cair, dan udara yangdiionisaikan dan gas-gas mulia (neon), kripton, dan sebagainya) sebagai penghantarbentuk gas.e. Timbulnya Daya Elektro Motoris-TermoSifat ini penting terhadap dua titik kontak yang terbuat dari dua bahan yangberlainan, karena pada rangkaian arus akan terbangkit daya elektro motoris -termotersendiri bila ada perbedaan suhu. Karena elektromotoris ini dapat tinggi, sehinggadapat menyimpangkan daya pengukuran arus atau tegangan listrik yang sangat kecil.Besarnya perbedaan tegangan yang terbangkit tergantung dari sifat-sifat kedua bahandan sebanding dengan perbedaan suhunya. Daya elektro-motoris yang terbangkit olehperbedaan suhu dinamakan : daya elektro motoris termo.6.2 Macam-Macam Bahan PenghantarFungsi penghantar pada teknik listrik adalah untuk menyalurkan energi listrikdari satu titik ke titik lain. Penghantar yang lazim digunakan antara lain : tembaga danaluminium. Beberapa bahan penghantar yang masih ada dan relevansinya, antara lain :37

Ilmu Bahan Listrika. AluminiumAluminium murni mempunyai massa jenis 2,7 g/cm 3 , ? -nya 1,4. 10 5 , titik leleh658 0 C dan tidak korosif. Daya hantar aluminium sebesar 35 m/ohm.mm 2 atau kira-kira61, 4 % daya hantar tembaga. Aluminium murni dibentuik karena lunak, kekuatantariknya hanya 9 kg/mm 2 . Untuk itu jika aluminium digunakan sebagai penghantaryang dimensinya cukup besar, selalu diperkuat dengan baja atau paduan aluminium.Penggunaan yang demikian mis alnya pada : ACSR (Aluminium Conductor SteelReinforced), ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced). Konstruksi penghantardari aluminium dan baja dapat dilihat pada gambar 6.1.bajapaduanaluminiumaluminiuma. ACSR b. ACARGambar 6.1 Penampang penghantar dari aluminiumPenggunaan aluminium yang lain adalah untuk busbar, dan karena alasan tertentumisalnya ekonomi, maka dibuat penghantar aluminium yang berisolasi, seperti : ACSR– OW. Menurut ASA (American Standard Association), paduan aluminium diberitanda seperti tabel 6.1 berikut.Tabel 6. 1 Penandaan Paduan aluminiumNama BahanAluminium (kemurnian minimum 99%)Paduan yang mayoritas terdiri dari :TembagaManganSilikonMagnesiumMagnesium dan SilikonSengLain-lainSeri-seri yang tidak digunakanPenandaan1xxx2xxx3xxx4xxx5xxx6xxx7xxx8xxx9xxx38

Ilmu Bahan ListrikContoh 6.11. Penandaan 1045 untuk aluminium tempa, berarti :a. 1xxx menunjukkan kemurnian 99 %b. x0xx tidak ada pemeriksaan terhadap sisa pengotoran 1 % – 0,45 % = 55 %c. xx45 menunjukkan 99,45 % bahan tersebut dari aluminium2. Penandaan 6050 untuk aluminium tempa, berarti :a. 6xxx menunjukkan aluminium dengan campuran mayoritas Si dan Sib. x0xx tidak ada pemeriksaan terhadap pengotoran 1 % – 0,5 % = 5 %c. xx45 menunjukkan bahan tersebut dari paduan magnesium dan silikon 99,5 %b. TembagaTembaga mempunyai daya hantar listrik yang tinggi yaitu 57 ? mm 2 /m padasuhu 20 0 C. Koefisien suhu (? ) tembaga 0,004 per 0 C. Kurva resistivitas tembagaterhadap suhu adalah tidak linier sep erti yang ditunjukan pada gambar 6.2.? ?(? mm 2 )M0,200,150,100,050 400 600 1200 1600T ( 0 C)Gambar 6.2 Kurva resistivitas tembaga sebagai fungsi dari suhuPemakaian 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, dan lain-lain. Tembaga mempunyaiketahanan terhadap korosi, oksidasi. Massa jenis tembaga murni pada suhu 20 0 C adalah8,96 g/cm 3 , titik beku 1083 0 C. Kekuatan tarik tembaga tidak tinggi berkisar antara 20hingga 40 kg/mm 2 , kekuatan tarik batang tembaga akan naik setelah batang tembagadiperkecil penampangnya untuk dijadikan kawat berisolasi atau kabel. Cara memperkecilpenampang batang tembaga menjadi kawat dengan menggunakan penariktembaga seperti gambar 6.3.39

Ilmu Bahan ListrikGambar 6.3 Penarikan batang tembaga menjadi kawatUntuk memperkecil penampang batang tembaga digunakan batu tarik (die) yangbesarnya beragam, makin ke ujung makin kecil penampang rautannya. Makin kecilpenampang kawat diperlukan, makin banyak tahapan batu tarik yang digunakan. Bahanbatu tarik untuk pembuatan kawat yang cukup besar diameternya adalah wolframkarbida,sedangkan untuk pembuatan kawat yang diameternya kecil adalah intan.Selama penarikan akan terjadi penambahan panjang. Untuk itu roda tarik yang dipasangdi belakang batu tarik putarannya atau diameternya dibuat lebih besar. Sesudahdiadakan penarikan terhadap batang tembaga menjadi kawat, tembaga akan lebihlenting. Keadaan ini kurang baik digunakan sebagai kawat berisolasi atau kabel. Agartembaga menjadi lunak kembali perlu diadakan pemanasan. Namun harus diusahakanselama proses penarikan tidak terjadi oksidasi. Setelah proses pemanasan selesai, makaproses pembuatan kawat berisolasi atau kabel dapat dimulai. Untuk penghantar yangpenampangnya lebih kecil dari 16 mm 2 digunakan penghantar pejal, sedangkan untukpenghantar yang penampangnya > 16 mm 2 digunakan penghantar serabut yang dipilin.Pemberian isolasi pada kawat berisolasi seperti ditunjukkan pada gambar 6.4.Gambar 6.4 Pemberian isolasi untuk kawat40

Ilmu Bahan ListrikKawat dari gulungan A ditarik melalui alat ekstrusi B . selanjutnya pvc yang keluar dariC didinginkan pada bak pendingin D. Keluar dari D kawat yang sudah terisolasi diujidengan pengujian cetusan (spark testing) E, ditarik dengan penarik F dan selanjutnyadigulung dengan penggulung G.c. BajaBaja merupakan logam yang terbuat dari besi dengan campuran karbon.Berdasarkan campuran karbonnya, baja dikategorikan menjadi tiga macam, yaitu : bajadengan kadar karbon rendah ( 0 – 25 %), baja dengan kadar karbon menengah (0,25 –0,55 %), dan baja dengan kadar karbon tinggi ( di atas 0,55 %). Meskipunmkonduktivitas baja rendah yaitu : 7,7 , tetapi digunakan pada penghantar2? . mmtransmisi yaitu ACSR, dimana fungsi baja dalam hal ini adalah untuk memperkuatkonduktor aluminium secara mekanis setelah digalvanis dengan seng. Keuntungandipakainya baja pada ACSR adalah menghemat pemakaian aluminium. Berdasarkanpertimbangan di atas, maka dibuat penghantar bimetal (berbeda dengan termal bimetalpada pengaman) seperti gambar 6.5.bajatembagaGambar 6.5 Penampang kawat bimetalKeuntungan dari penghantar dengan menggunakan bimetal, antara lain :a. Pada arus bolak balik ada kecenderungan arus melalui bagian luar konduktor (efekkulit)b. Dengan melapisi baja menggunakan tembaga, maka baja sebagai penguatpenghantar terhindar dari korosi.Pemakaian penghantar bimetal selain untuk kawat penghantar adalah untuk busbar,pisau hubung, dan lain-lain.d. WolframLogam ini berwarna abu-abu keputih -putihan, mempunyai massa jenis 20 g/cm3,titik leleh 3410 0 C, titik didih 5900 0 C, ? =4,4.10 – 6 per0 C, tahanan jenis 0,05541

Ilmu Bahan Listrik? .mm 2 /m. Wolfram diperoleh dari tambang yang pemisahannya dengan menggunakanmagnetik atau proses kimia. Dengan reaksi reduksi asam wolfram (H 2 WO 4 ) dengansuhu 700 0 C diperoleh bubuk wolfram. Bubuk wolfram kemudian dibentuk menjadibatangan dengan suatu proses yang disebut metalurgi bubuk yang menggunakantekanan dan suhu tinggi (2000 atm, 1600 0 C) tanpa terjadi oksidasi. Denganmenggunakan mesin penarik, batang wolfram diameternya dapat diperkecil menjadi0,01 mm (penarikan dilakukan pada keadaan panas).Penggunaan walfram pada teknik listrik antara lain untuk : filamen (lampu pijar, lampuhalogen, lampu ganda), elektroda, tabung elektronik, dan lain-lain.e. MolibdenumSifat logam ini mirip dengan wolfram, begitu pula cara mendapatkannya.Molibdenum mempunyai massa jenis 10,2 g/cm 3 , titik leleh 2620 0 C, titik didih 3700 0 C,? = 53. 10 – 7 per 0 C, resistivitasnya 0,048 ? .mm 2 /m, koefisien suhu 0,0047 per 0 C.Penggunaan Molibdenum, antara lain : tabung sinar X, tabung hampa udara, karenamolibdenum dapat membentuk lapisan yang kuat dengan gelas. Sebagai campuranlogam yang digunakan untuk keperluan yang keras, tahan korosi, dan bagian-bagianyang digunakan pada suhu tinggi.f. PlatinaPlatina merupakan logam yang berat, berwarna putih keabu-abuan, tidak korosif,sulit terjadi peleburan dan tahan terhadap sebagian besar bahan kimia. Massa jenisnya21,4 g/cm 3 , titik leleh 1775 0 C, titik didih 4530 0 C, ? = 9. 10 – 6 per 0 C, resistivitasnya0,1 ? .mm 2 /m, koefisien suhu 0,00307 per 0 C. Platina dapat dibentuk menjadi filamenyang tipis dan batang yang tipis-tipis.Penggunaan platina pada teknik listrik antara lain untuk elemen pemanas padalaboratorium tentang oven atau tungku pembakar yang memerlukan suhu tinggi yaitu diatas 1300 0 C, untuk termokopel platina-rhodium (bekerja di atas 1600 0 C), platinadengan diameter + 1 mikron digunakan untuk menggantung bagian gerak pada meterlistrik dan instrumen sensitif lainnya, dan untuk bahan potensiometer. Berikut adalahtabel konstanta untuk bahan penghantar.42

Ilmu Bahan ListrikTabel 6.2 Konstanta Bahan PenghantarBahanMassa jenis ? :0 – 100 o Titik leleh Titik didihg/cm 3 panasKonduktivitasKekuatantarikAluminium2,723,86659,724470,5720 – 30Baja7,710,5-13,21170-1530-0,1137 – 64Tembaga8,9616,86108325950,94440Air raksa13,5561-38,86356,730,02-Molibdenum10,2254262048000,33100-250Wolfram19,274,5339055000,31420Platina21,59,09176943000,1734g. Air RaksaAir raksa adalah satu-satunya logam berbentuk cair pada suhu kamar.Resistivitasnya 0,95 ? .mm 2 /m, koefisien suhu 0,00027 per0 C. Pada pemanasan diudara air raksa sangat mudah terjadi oksidasi. Air raksa dan campurannya khusus uapair raksa adalah beracun. Penggunaan air raksa antara lain : gas pengisi tabungelektronik, penghubung pada sakelar air raksa, cairan pada pompa diffusi, elektrodapada instrumen untuk mengukur sifat elektris bahan dielektrik padat. Logan lain yangjuga banyak digunakan pada teknik listrik, antara lain : tantalum dan niobium.Tantalum dan niobium yang dipadukan dengan aluminium banyak digunakan sebagaikapasitor elektrolitik.h. Bahan-Bahan resistivitas TinggiBahan resistivitas tinggi yang digunakan untuk peralatan yang memerlukanresistansi yang besar agar bila dialiri arus listrik akan terjadi penurunan tegangan yangbesar. Contoh penggunaan bahan resistivitas tinggi antara lain : pada pemanas listrik,rheostat dan resistor. Bahan -bahan ini harus mempunyai koefisien suhu yang rendah.Untuk elemen pemanas, pada suhu tinggi untuk waktu yang lama tidak boleh terjadioksidasi dan meleleh.Bahan-bahan yang resistivitasnya tinggi antara lain : konstantan, manganin,nikron dan fechral yang komposisinya ditunjukkan pada tabel 6.3.43

Ilmu Bahan ListrikTabel 6.3 Bahan Resistivitas TinggiNamaPaduanKomposisi(%)MassajenisResistivitas? .mm 2 /mKoefisien suhu10 – 5 per 0 CKonstantanKromelManganinNikromFechralNikelin60 Cu, 40 Ni0,7 Mn, 0,6 Ni, 23-27 Cr,4,5-6,5 Al + Fe86 Cu, 12 Mn, 2 Ni1,5 Mn, 75-78 Ni, 20-23Cr, sisanya Fe0,7 Mn, 0,6 Ni, 12-15 Cr,3,5-5 Al, sisanya Fe54 Cu, 26 Ni, 20 Zn8,96,9 – 7,38,48,4 – 8,57,1 – 7,5–0,48 – 0,521,3 – 1,50,42 – 0,481 – 1,11,2 – 1,350,4 – 0,475,256,55,310 – 2010 – 1223i. Timah HitamTimah hitam mempunyai massa jenis 11,4 g/cm 3 , agak lunak, meleleh pada suhu327 0 C, titik didih 1560 0 C, warna abu-abu dan sangat mudah dibentuk, yang merupakanbahan yang tahan korosi dan mempunyai konduktivitas 4,5 m/? .mm 2 .Pemakaian timah hitam pada teknik listrik antara lain : sel akumulator, selubung kabeltanah, disamping digunakan sebagai pelindung pada industri nuklir. Timah hitam tidaktahan terhadap pengaruh getaran dan mudah mengikat sisa asam. Untuk pemakaiansebagai pelindung kabel tanah jika ditanam pada tempat tersebut diperlukan pelindungantambahan. Kapur basah, air laut, dan semen baah dapat bereaksi dengan timahhitam. Itulah sebabnya disamping timah hitam sebagai pelidung kabel tanah, jugadigunakan paduan dari timah hitam yang mempunyai struktur kristal yang lebih halus,lebih kuat, dan lebih tahan getaran. Tetapi bahan ini adalah lebih mudah korosi danmengandung racun.j. BimetalSetiap logam mempunyai muai panjang (? ) yang berbeda-beda. Hal ini berartibila 2 logam dengan ? berbeda dipanasi dengan suhu yang sama, maka panjangnyaakan berbeda. Apabila keduanya disatukan menjadi bimetal (seperti gambar 6.6), makaapabila dipanasi bimetal akan melengkung ke arah logam yang mempunyai ? yanglebih kecil.44

Ilmu Bahan Listrik? 2 ? 1? 1 < ? 2Gambar 6.6 Penyimpangan bimetal karena ? 1 < ? 2Besarnya lengkungan (penyimpangan) a ditentukan oleh perbedaan muai panjang (? 2 -? 1 ), panjang (l), beda suhu (t 2 – t 1 ) dan ketebahalan (h) dari kedua logam. Penyimpanganmaksimum bimetal adalah :3 (?2? ?1)(t2? t1).la ? .4 hbahan yang umum digunakan untuk bimetal adalah invar (63,1 % + 36,1 % Ni + 0,4 %Mn + 0,4 % Cu) sebagai logam yang mempunyai ? kecil yaitu 1,5 .10 -6 per 0 C untuksuhu 0 hingga 100 0 C. Sedangkan untuk kedua logam dengan ? yang lebih besar dapatdigunakan : besi, nikel, konstantan, tembaga dengan proses dingin, perunggu ataumonel (66 % Ni + 28 % Cu + Fe, Mn) atau baja non magnetik.Penggunaan bimetal pada teknik listrik adalah untuk rele termal, seperti pada : Miniaturcircuit Breaker (MCB), dan Over Load Relay (OLR). Bimetal sebagai rele termal tidakselamanya dilewati arus, kecuali arus yang tidak terlalu besar. Untuk memutuskan arusbesar pada rele ada lilitan pemanas khusus yang ditempatkan disekeliling bimetal.Pengaruh panas dari lilitan inilah yang digunakan untuk mempengaruhi pembengkokanbimetal.26.3 Serat OptikSerat optik ini banyak digunakan untuk bidang elektro telekomunikasi sebagaimedia transmisi komunikasi data. Perkembangan terakhir pemakaian serat optik (opticfibre) sebagai saluran transmisi komunikasi jarak jauh lebih menguntungkan jikadibandingkan dengan transmisi konvensional antara lain : saluran 2 kawat sejajarmenggunakan kabel koaksial. Keuntungan menggunakan serat optik ini antara lain :dimensi kecil dan ringan, bebas dari interferensi elektromagnetis, tidak ada bahayaloncatan bunga api, tidak mungkin terjadi gangguan hubung singkat, kemungkinan45

Ilmu Bahan Listrikterjadinya percakapan silang (cross talk) sangat kecil, tahan terhadap pengaruh kimiadan suhu sehingga cocok untuk daerah tropis. Sistem komunikasi yang menggunakantransmisi serat optik harus mengubah sinyal listrik menjadi sinyal cahaya pada sisipengirim dan mengubah sinyal cahaya menjadi sinyal listrik pada sisi penerima. Untukitu diperlukan sumber optik pada sisi pengirim dan detektor optik pada sisi penerima.Berdasarkan konstruksinya, serat optik dapat dibedakan menjadi 3 macam, yaitu :a. Serat optik berbentuk batang dielektrik (selubung udara)b. Serat optik dengan inti yang mempunyai lapisan tunggalc. Serat optik dengan inti yang mempunyai lapisan ganda.Sedangkan berdasarkan teknik pembuatan aserat optik dapat dilakukan dengan 4 cara :a. Dengan pengendapan uap kimia, dapat dilakukan dengan pengendapan uap kimia :intern, ekstern, dan plasma.b. Dengan gelas komponen jamak, yaitu dibuat dari oksidasi-oksidasi garam karbonatyang diproses dengan senyawa basa. Kemurnian yang diperoleh tidak sebaik prosespengendapan kimia.c. Dengan metode batang dan tabung, yaitu dengan cara membuat batang inti gelasyang dimasukkan pada lapisan yang berbentuk tabung kemudian dipanasi dandimasukkan pada pengarah. Kelemahan metode ini yaitu pencetakan menggunakanproses pemanasan kaca dingin, sehingga memungkinkan terjadi perubahanpermukaan baik pada inti maupun lapisannya.d. Dengan serat silika dilapisi resin silikon, yaitu dengan kosntruksi dasar serat yangterbuat dari silika dioksidasi (Si O 2 ) dan lapisannya terbuat dari plastik yangmengandung resin (damar) silikon. Jenis ini lazim disebut serat optik dilapis plastik(Plastic Clad Silica Fibre : PCS Fibre). Pada prakteknya, serat optik yangdigunakan untuk transmisi telekomunikasi diperkuat dengan komponen tambahan,antara lain : pembungkus atau jaket yang berfungsi menahan pengaruh luar (udaradan air), bahan penguat seperti : kawat baja, plastik, pengisi, pita, dan konduktorterisolasi yang membentuk satu kesatuan kabel. Fungsi konduktor berisolasi adlahuntuk menyalurkan catu daya penguat ulang (repeater).Seperti halnya dengan kabel konvensional, kabel serat optik juga terdapat bermacammacamkonstruksi, tergantung pada : penggunaan di udara, air, atau dalam tanah; sertaspesifikasi lain yang dikeluarkan oleh produsen.46

Ilmu Bahan Listrik7. Kegiatan Belajar 7BAHAN MAGNETIKa. Tujuan Kegiatan Pembelajaran :- Siswa memahami bahan-bahan magnetik dan mampu menerapkannyab. Uraian Materi 7 :7.1 Sifat-Sifat Bahan MagnetMenurut sifat bahan terhadap pengaruh kemagnetan, maka dpat digolongkanmenjadi :a. Diamagnet, yaitu bahan yang sulit untuk menyalurkan garis-garis gaya magnit(ggm). Permeabilitasnya lebih kecil dari 1 (satu) dan tidak mempunyai dua kutubpermanen. Contoh bahan ini antara lain : Bi, Cu, Au, Al 2 O 3 , NiSO 4 , dan lain-lain.b. Paramagnetik, yaitu bahan yang dapat menyalurkan ggm tetapi tidak banyak.Permeabilitasnya sedikit lebih besar dari 1 (satu), dan susunan dwikutubnya tidakberaturan.Contoh bahan ini diantaranya : Al, Fb, FeSO 4 , Fe Cl 2 , Mo, W, Ta, Pt, dan Ag.c. Ferromagnetik, yaitu bahan yang mudah menyalurkan ggm, dengan permeabilitasjauh di atas 1 (satu). Contohnya : Fe, Co, Ni, Gd, Dy.d. Anti Ferromagnetik, yaitu bahan yang mempunyai susceptibilitas positif yang kecilpada segala suhu dengan perubahan susceptibilitas suhu karena keadaan khusus.Teori anti ferromagnetik ini dikembangkan oleh Neel seorang ilmuwan Perancis.Susunan dwukutubnya sejajar tetapi berlawanan arah. Contohnya : MnO 2 , MnO,FeO, dan CoO.Bahan -bahan ferromagnetik mempunyai resistivitas rendah sehingga pemakaiannyaterbatas pada frekuensi rendah. Sehingga dikembangkan bahan ferrimagnetik yangmempunyai resistivitas jauh lebih tinggi dibandingkan dengan bahan ferromagnetik.e. Ferrimagnetik (ferrit), yaitu suatu bahan yang mampu digunakan untuk perlatandengan frekuensi tinggi disamping arus eddy yang terjadi kecil. Rumus bahan47

Ilmu Bahan Listrikferrimagnetik adalah MO, Fe 2 O 3 (M : logam bervalensi 2 yaitu : Mn, Mg, Ni, Cu,Co, Zn, Cd). Contohnya : ferrit (? NiO), seng (? ZnO), dan nikel (Fe 2 O 3 ) dimana? + ? = 1. Gambaran dwikutub bahan magnet seperti dijelaskan pada gambar 7.1.a. Paramagnetik b. Ferromagnetikc. AntiFerromagnetik d. FerrimagnetikGambar 7.1 susunan dwikutub bahan-bahan magnetikIstilah bahan magnetik yang umum digunakan adalah bahan ferromagnetik, yangdapat dikategorikan menjadi 2 macam, yaitu :a. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik lunak.Bahan in banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator, rele,peralatan sonar atau radar.b. Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnettdak mudah kembali seperti semula yang disebut dengan bahan magnetik keras.Bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen.Sifat-sifat bahan magnetik mirip dengan sifat dari bahan dielektrik, dimana momenatom dan molekul-molekul yang menyebabkan adanya dwikutub sama dengan momendwikutub pada bahan dielektrik. Magnetisasi pada bahan magnet seperti polaritas padabahan dielektrik.7.2 Parameter-Parameter MagnetikBeberapa parameter yang menentukan sifat kemgnetan (magnetisasi) dari suatubahan antara lain :48

Ilmu Bahan Listrika. Permeabilitas dan Susceptibilitas MagnetikPada perhitungan tentang magnet terdapat hubungan antara fluksi (B) dengansatuan Wb/m 2 atau tesla dengan kuat medan (H) dengan satuan A lilit/m, yangdirumuskan : B = ? H karena ? = ? r . ? 0 maka dapat juga ditulis dengan :B = ? r . ? 0 Hdimana ? : permeabilitas bahan yang merupakan hasil perkalian permeabilitas absolut(? 0 ) dengan permeabilitas relatif (? r ), besarnya ? 0 = 4 . ? . 10 –7 H/m.Kuantitas yang diekspresikan (? r – 1) disebut magnetisasi per unit dari intensitasmedan magnet yang disebut susceptibilitas magnetisasi. Besarnya ? untuk bahanferromagnetik adalah tidak konstan. Jika arus I dialirkan melalui kumparan dengan intibertambah dari nol bertahap sehingga medan magnet dan rapat fluksi akan bertambah.Pertambahan keduanya akan sebanding seperti terlihat pada gambar 7.2.+BPQB r–H +H0BTH cCqS–BGambar 7.2 Jerat histerisis bahan ferroBerdasrkan gambar 7.2 , kurva OP mula-mula naik dengan tajam, kemudiansetelah mencapai tahapan tertentu kurvanya mendatar karena B atelah mencapaikejenuhan (saturasi). Kalau diadakan pembandingan B dengan H maka diperoleh harga? yang tidak tetap. Setelah tercapai titik P, kemudian I diturunkan secara bertahapsehingga diperoleh kurva PQ yaitu pada saat I sama dengan nol, masih terdapat sisakemagnetan (B r ). Kemudian arah arus dibalik dengan cara sebelumnya maka H akanbertambah dan B menjadi nol di titik R sehingga diperoleh Hc yang disebut dengangaya Koersip (Coersive Force). Prosedur di atas diulang-ulang sehingga diperoleh49

Ilmu Bahan Listrikkurva tertutup PQRSCTP yanag disebut dengan istilah Jerat Histerisis Magnetik. Luasdaerah ini sebanding dengan volume bahan magnetik yang dimagnetisasi. Apabila intitersebut diberi arus bolak-balik maka akan menimbulkan arus eddy (eddy current) yanglazim disebut dengan arus pusar atau arus focoult.b. Momen MagnetikSeperti diketahui bahwa jika sebuah kumparan yang dilewati arus (I) diletakanpada rapat arus yang merata akan menimbulkan torsi yang besarnya tergantung pada :luas kumparan, arus, dan rapat fluksi yang terpotong bidang kumparan. Momendwikutub magnetik hubungannya dengan torsi adalah :Pm = I . Kumparandimana Pm : merupakan vektor yang arahnya tegak lurus terhadap kumparan dengansatuan A/m 2 . Batang magnet permanen juga dapat menyebabkan torsai apabiladiletakkan di dalam medan yang merata. Jika magnet tersebut diharapkan untukmendapatkan kutub-kutub bebas yang berlawanan, maka dapat dikatakan sebagaimomen dwikutub sebagai hasil dari kuat kutub dengan jarak antara kutub-kutub.c. MagnetisasiSemua bahan memungkinkan menghasilkan medan magnetik, dari itu diperolehsecara eksperimental untuk menimbulkan momen magnetik. Besarnya momen ini peunit volume disebut mahnetisasi dari medium (M) dengan satuan C/m, dt atau A/m.Pada saat medan magnet diberikan kepada suatu naham, induksi magnetik (rapat fluksi)adalah penjumlahan dari efek pada keadaan pakem suatu bahan, sehingga besarnyarapat fluksi (B) menjadi :B = ? 0 . B + ? 0 . MM = (? – 1) . H = Xm . HXm adalah susceptabilitas magnetik, M magnetisasi bahan dapat diekspresikan sebagaimomen dwikutub (pm) dengan satuan C. m 2 /dt atau A/m 2 , dimana : M = N . pmN adalah jumlah dwikutub magnetik per unit volume. Berdasarkan susceptibilitasnyadapat dibedakan sifat kemgnetab suatu bahan yaitu : untuk Xm negatif 10 –5 adalahdiamagnetik, untuk Xm kecil dan p[ositif 10 –3 pada suhu kamar (karena Xm berbandingterbalik dengan suhu) adalah paramagnetik, untuk Xm yang besar adalahferromagnetik.50

Ilmu Bahan Listrik7.3 Laminasi Baja KelistrikanCara yang paling praktis untuk mengubah bahan magnetik lunak untuk menjadibaja kelistrikan adalah dengan menambah silikon ke dalam komposisinya. Cara iniakan mengurangi rugi histerisis dan arus pusar dengan tajam, karena resistivitasnyabertambah. Paduan baja dengan tambahan silikon, sekarang ini merupakan bahan yangsangat penting untuk bahan magnetik lunak pada teknik listrik. Namun perlu diingatbahwa penambahan silikon akan menyebabkann bahan menjadi rapuh.Tabel 7.1 memberikan data campuran silikon pada baja sehubungan denganresistivitas dan massa jenisnya.Tabel 7.1 Campuran Si dan pengaruhnya terhadap resistivitas & massa jenis BajaKandungan Si (%) Resistivitas ? -mm 2 /m Massa Jenis g/cm 30,8 – 1,81,8 – 2,82,8 – 4,04,0 – 4,81,250,40,50,577,87,757,657,55Laminasi untuk transformator umumnya mengandung Si sekitar 4 %, sedangkanuntuk jangkar motor listrik kandungan Si nya 1 – 2 %. Namun hal ini dapat diubahubahberdasarkan standar masing-masing negara penghasil mesin-mesin tersebut.Selanjutnya periksa tabel 7.2. Ketebalan laminasi baja transformator untuk intiperalatan listrik adalah 0,1 – 1 mm, dan yang bisa dipasarkan adalah 0,35 mm dan 0,5mm dalam bentuk lembaran 2 x 1 m, 1,5 x 0,75 m. kurva magnetisasi bajatransformator seperti ditunjukkan pada gambar 7.2.B (Tesla)21,81,61,41,210,80,60,40,20 1000 2000 3000 4000 5000 6000H (A/m)Gambar 7.2 Kurva B – H baja transformator51

Ilmu Bahan ListrikBaja listrik jenis lain adalah baja listrik dengan proses dingin. Kemampuan bajalistrik sangat tinggi terutama jika fluksi magnetiknya searah dengan panjang laminasi.Karena kristal baja ini dibuat searah dengan proses dingin dan aniling pada ruang yangdiisi hidrogen. Baja ini digunakan pada pembuatan inti transformator dengan lilitanjenis ribbon (misalnya : transformator arus). Baja ini memungkinkan mengurangi beratdan dimensi transformator 20 – 25 % dan untuk transformator radio, hal ini dapatmencapai 40 %.KlasifikasiI. Besi Murni untuk baja listrikII. Besi TuangIII. Dinamo dan transformator :Baja trafo IBaja trafo IIBaja trafo IIIBaja trafo IVIV. Bahan bahan yang mengandung NiPermenorm 3601K1 (it)Nikel murniHypermMemetal (it)SupermalloyV. Bahan yang mengandung AlSendustVacadurVI. Bahan yang mengandung CoVacoflux 50Cobal murniVII. Paduan termoThermoflux 65/1000Tabel 7.2 Bahan-bahan Magnetik LunakKomposisi(sisanya % Fe)0,01 % C2 – 3,5 % C0,7 % Si1 % Si1,7 – 2,7 % Si3,4 – 4,3 % Si36 % Si99 % Ni; 0,2 % Cu50 % Ni76 % Ni; 5 % Cu79 % Ni; 5 % Mo0,5 % Mn5,4 % Al; 9,6 % Si16 % Al49 % Co; 1,8 V99 % CoHcA lilit/m6,32 – 31,6126,4158252,863,2 – 7923,7 – 47,47,91,24,74 – 1,91,20,471,743,95110,6790BrWb/m 22,1 – 2,15> 1,52,121,951,91,30,61,50,80,781,10,92,357,830 Ni induksinya sangat tergantung pada suhu,misalnya : H = 7900 amper lilit/mt = 0 0 C t = 20 0 C t = 60 0 CB = 0,41 B = 0,3 B = 0,065Dimana it : inti toroida, 1 A lilit/m = 0,0126 oersted, 1 wb/m 2 = 10 4 gauss.7.4 Bahan Magnet Lunak LainBahan magnetik lunak yang banyak digunakan adalah paduan besi-nikel. Kurvapada gambar 7.3 menunjukkan hubungan antara permeabilitas dengan komposisi antarabesi dan nikel. Pada komposisi nikel 20 % paduan menjadi nonmagnetis danpermeabilitas maksimum dicapai pada komposisi nikel + 21,5 %. Paduan yang terdiri52

Ilmu Bahan Listrikdari besi-nikel dengan tambahan molibdenum, chromium atau tembaga disebutpermalloy. Permalloy dapat dibedakan berdasarkan kandungan nikelnya yaitupermalloy nikel rendah yaitu permalloy yang mengandung nikel 40 – 50% danpermalloy yang mengandung nikel 72 – 80 % disebut permalloy tinggi.Dibandingkan dengan permalloy tinggi permalloy rendah mempunyaipermeabilitas yang lebih rendah, mempunyai induksi pada keadaan jenuh yang lebihtinggi, permeabilitas permalloy berbanding terbalik dengan frekuensi sepertiditunjukkan pada gambar 7.3.? 020000150001000050000 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6frekuensiGambar 7.3 ? 0 = f (f) pada permalloyHzPemalloy yang mengandung Ni sangat tinggi akan mempunyai permeabilitas yangtinggi (hingga 800.000) setelah diadakan treatment termal. Daya koersipnya rendahyaitu antara 0,32 – 0,4 amper lilit/m. Permalloy dipabrikasi pada lembaran tipis hinggasampai 3 mikron. Permalloy sensitive terhadap benturan, tekanan mempengaruhi sifatkemagnetannya. Permeabilitas absolut dari paduan alfiser yang komposisinya 9,5 % Si,5,6 % Al, dan sisanya besi, berkisar antara 10.000 – 35. 000, daya koersip 1,59 amperlilit/m dan resistivitas 0,81 ? . mm 2 /m.Alfiser adalah sangat regas sehingga mudah dijadikan bubuk untuk dibuat bahandielektrikmagnet. Harganya lebih daripada permalloy karena komposisinya tidaktergantung Ni. Camlloy termasuk bahan magnetik lunak yang komposisinya adalah66,5 % Ni, 30 % Cu, 3,5 % Fe. Yang menarik dari bahan ini adalah : bahan akankehilangan sifat ferromagnetnya (titik currie) pada suhu yang relatif rendah yaitu 100 0 C(titik currie untuk Fe adalah 768 0 C). Bahan -bahan ferromagnetik yanaga berubahukurannya pada medan magnet antara lain Ni murni, beberapa paduan antara Fe denganCr, Co dengan Al. Gejala demikian ini disebut magnetostriksi). Dielektrikmagnet53

Ilmu Bahan Listrikdigunakan untuk perlatan rangkaian magnetik yang bekerja pada frekuensi yang sangattinggi dengan kerugian arus pusar yang rendah.Sekarang banyak digunakan ferrit pada peralatan yang bekerja pada frekuensitinggi, dimana bahan ini adalah kompon keramik yang mempunyai rumus umum MOFe 2 O 3 . M adalah logam diantara Fe, Cu, Mn, Zn dan Ni. Ferrit dibuat dengan campuransenyawa oksidanya dengan perbandingan yang tepat dalam bentuk bubuk, dengantambahan sedikitr bahan organik untuk mengikat atau merekatkan ditekan dan dipanasi1100 – 1400 0 C di ruang yang berisi oksida.Ferrit adalah semikonduktor yang mempunyai resistivitas antara 10 2 – 10 7 ? .cm.karena resistivitas yang tinggi tersebut, maka penggunaannya pada frekuensi tinggiadalah tepat karena rugi daya yang disebabkan arus pusar adalah kecil. Pada ferritbesarnya permeabilitas adalah berbanding terbalik dengan frekuensi. Ferrit mempunyaimassa jenis 3 – 5 g/cm 3 , kapasitas termal 0,17 kalori/g. 0 C, konduktivitas panas 5.10 -2W/cm 0 C, muai panjang 10 -5 setiap 0 C.7.5 Bahan Magnet PermanenMagnet permanen digunakan pada instrumen penginderaan, rele, mesin-mesinlistrik kecil, dan lain-lain. Baja karbon yaitu baja dengan komposisi karbon 0,4 – 1,7 %yang merupakan dasar untuk pembuatan magnet permanen. Walaupun harganya murahtetapi kualitas kemagneetannya tidak terlalu tinggi. Kemagnetan bahan ini relaltifmudah hilang terutama oleh pukulan atau vibrasi. Untuk menaikkan mutu kemagnetanbaja karbon ditambah wolfram, kromium atau kobal. Magnet yang dibuat dari karbonmurni, wolfram, kromium, dan baja kobal harus dikeraskan dalam air atau minyakmineral sebelum dimagnetisasi.Bahan paduan alni terdiri dari aluminium, nikel dan besi, dimana jika bahan tersebutditambah dengan Si maka disebut alnisi. Sedangkan alnico adalah bahan paduan yangterdiri dari aluminium, nikel, dan kobal, dimana bahan tersebut mempunyai sifatkemagnetan yang tinggi dan lebih murah dibanding baja kobal kualitas tinggi. Vectolitadalah bahan paduan yang terdiri dari besi, kobal oksida sedangkan ferroxdure adalahbahan paduan yang terdiri dari besi oksida dan barium dimana bahan ini disebut jugabarium ferrit dan di pasaran dengan nama arnox, indox atau ferroba yang dibuat daribahan bubuk yang yang dipadukan pada suhu tinggi. Penggunaannya antara lain :54

Ilmu Bahan Listrikmagnet pengeras suara, perangkat penggandeng magnetik, dan lain-lain. Sifat-sifatkemagnetan dari bahan magnet permanen paduan dijelaskan pada tabel 7.3.Baja wolframBaja chromBaja kobalAlniAlnisiAlnico IIAlnico VVektolitPlatina kobalTabel 7.3 Sifat Bahan Magnet KerasNama Komposisi HcA-lilit/m93,3% Fe, 0,7%C, 6% W4.80096% Fe, 1% C, 3 % Cr4.80059% Fe, 1% C, 5% Cr, 5 % W, 17.50030% Co57% Fe, 4% Cu,25% Ni,14% Al 43.80051% Fe, 1% Si,34% Ni,14% Al 63.70055%Fe,17% Ni,12% Co,10% Al 50.00051% Fe, 24% Co,14% Ni,8% Al 50.00044% Fe 3 O 4 ,30% Fe 2 O 3 ,26% Co 2 O 3 70.00077% Pt, 23% Co200.0007.6 MagnetostriksiBrWb/m 21,050,90,90,550,40,71,20,60,45(BH) MaksJ/m 32.4002.2007.40010.40011.20017.00045.0004.00016.000Pada saat bahan ferromagnetik dimagnetisasi, secara fisik akan terjadi perubahandimensi yang disebut dengan gejala magnetostriksi. Ada 3 jenis magnetostriksi, yaitu :a. Magnetostriksi Longitudinal yaitu perubahan panjang atau pendek searah denganmagnetisasi.b. Magnetostriksi transversal yaitu perubahan dimensi tegak lurus dengan arahmagnetisasic. Magnetostriksi volume yaitu perubahan volume sebagai akibat kedua efek di atas.Perubahan panjang (? l) searah induksi magnetisasi disebut efek joule. Magnetostriksijoule (?) adalah perbandingan antara perubahan panjang (? l) dengan panjang semula(l), yang harganya tidak lebih dari 30. 10 –6 . Magnetostriksi beberapa bahan dapatdijelaskan pada gambar 7.4.+Vc36% Ni + 64% Fe0-VcFeCoNiBGambar 7.4 Magnetostriksi joule sebagai fungsi dari medan magnet (H)55

Ilmu Bahan ListrikPerubahan searah panjang menyebabkan perubahan permeabilitas ke arah perubahanpanjang tersebut yang disebut efek Villari. Secara umum dikatakan bahwapermeabilitas akan naik karena adanya penurunan perubahan akat kenaikkan tegangantarik. Sebalik nya untuk bahan dengan ? negatif, tekanan yang digunakan akanmengurangi permeabilitas. Secara praktis pengaruh penggunaan magnetostriksi sangatterbatas, diantaranya : oscilator frekuensi tinggi dan generator super sound, proyektorsuara bawah air, detektor suara, dan lain-lain. Karena permeabilitas berhubungandengan magnetostriksi maka untuk menggunakan bahan-bahan permeabilitas tinggiharus diusahakan magnetostriksinya serendah mungkin.56

Ilmu Bahan Listrik8. Kegiatan Belajar 8BAHAN SEMIKONDUKTORDAN SUPERKONDUKTORa. Tujuan Kegiatan Pembelajaran :- Siswa memahami bahan-bahan semi konduktor dan super konduktor sertamampu menerapkannyab. Uraian Materi 8 :8.1 Bahan Semi KonduktorSemi konduktor saat ini mempunyai peranan penting di bidang elektronika danpenggunaannya tidak terbatas pada arus lemah. Hal penting dalam semi konduktoradalah memahami susunan pita dan atom konduksi elektroniknya baik pada bahankonduktor maupun pada semi konduktor. Pada bahan tersebut terdapat pita konduksimaupun pita valensi, dimana kedua pita tersebut saling menumpuk, dan pada isolatorjarak keduanya cukup jauh. Pada semi konduktor jarak keduanya tidak terlalu jauh danini memungkinkan terjadinya tumpang tindih jika dipengaruhi : panas, medan magnet,dan tegangan yang cukup tinggi. Perbandingan jarak kedua pita disebut celah energiseperti ditunjukkan pada gambar 8.1.Pita konduksi6 ev0,12–5,3 evPita valensia. intan b. semi konduktor c. konduktorGambar 8.1 Celah energi pada beberapa bahanDari gambar 8.1 di atas terlihat bahwa celah energi pada intan 6 ev dan intanmerupakan bahan isolator dengan resistivitas tinggi, sedangkan bahan semi konduktormempunyai celah energi lebih sempit daripada isolator 0,12 – 5,3 ev seperti Si sebagaisalah satu bahan semi konduktor dengan celah energi 1,1 ev.57

Ilmu Bahan ListrikBerdasarkan lebar dan sempitnya celah energi dari bahan-bahan di atas, terlihat bahwauntuk menjadikan bahan semikonduktor agar menghantar listrik diperlukan energi yangtidak besar. Silikon dan germanium murni disebut semi konduktor intrinsik jika belummendapatkan bahan tambahan, sedangkan yang sudah mendapatkan bahan tambahandisebut ekstrinsik. Bahan tambahan yang dimaksud arsenikum (As) atau boron (B).bahan semikonduktor yang mendapatkan tambahan As akan menjadi semi konduktorjenis N, sedangkan yang mendapatkan tambahan B akan menjadi semi konduktor jenisP. Beberapa bahan tambahan untuk semi konduktor dapat dilihat pada tabel 8.1.Tabel 8.1 Enegi IonisasiBahan Pengotoran Si (ev) Ge (ev)Tipe- n PosporArsenAntimonTipe-pBoronAluminiumGalliumIndiuma. Semi konduktor Intrinsik0,0440,0490,0390,0450,0570,0650,160,0120,0130,0100,0100,0100,0110,011Telah dibahas sebelumnya, untuk menjadikan pita valensi bertumpang tindihdengan pita konduksi diantaranya diperlukan medan. Sebagai contoh : Si mempunyaicelah energi 1 ev. Ini diperkirakan beda energi antara dua inti ion yang terdekat denganjarak + 1 A 0 (10 –10 m). Maka dari itu diperlukan gradien medan + 1 V/10 -10 m untukmenggerakan elektron dari bagian atas pita valensi ke bagian bawah pita konduksi.Namun gradien sebesar itu kurang praktis. Kemungkinan lain untuk keadaan transisiyaitu tumpang tindih kedua pita dapat diperoleh dengan pemanasan. Pada suhu kamarada juga beberapa elektron yang melintasi celah energi dan hal ini menyebabkanterjadinya semi konduksi. Pada semi konduktor intrinsik, konduksi tersebut disebabkanproses intrinsik dari bahan tanpa adanya pengaruh tambahan. Kristal Si dan Ge murniadalah semi konduktor intrinsik. Elektron-elektron yang dikeluarkan dari bagian terataspita valensi ke bagian pita konduksi karena energi termal adalah penyeban konduksi.Banyaknya elektron yang terkuat untuk bergerak melintasi celah energi dapat dihitungdengan distribusi kemungkinan Fermi-Dirac :P(E)?(1 ?e)1( E ? Ef) /K . T58

Ilmu Bahan Listrikdimana Ef : tingkat fermi seperti gambar 8.2, K : konstanta boltzman = 8,64.10 –5 ev/ 0 K, E-Ef : E g /2, Eg : besaran celah energi termal KT pada suhu kamar (0,026 ev).Karena nilai 1 pada penyebut dapat diabaikan, maka persamaan di atas dapat ditulis :P(E)? e(?Eg / 2KT)Pada suhu 0 C semua elektron berada pada pita valensi, dimana keadaan ini kemungkinanadanya elektron di daerah 0 > E > E f adalah 100 % atau P(?) = 1; semuakeadaana terdapat elektron. Untuk E > E f , P(E) = 0 kemungkinan adanya elektron didaerah E > E f adalah 0 %, semua keadaan di atas Ef adalah kosong kalau energielektron E sama besar dengan kemungkinan P(E), maka dapat dituliskan bahwabanyaknya elektron n yang melalui celah energi adalah :n ?Ne9 ? Eg / 2KT)EPita konduksitingkat fermiEgPita valensi½ EgE f00,51Gambar 8.2 Tingkat fermi pada semi konduktor intrinsik pada pertengahan celah energiKarena perpindahan elektron dari pita valensi, maka pada pita valensi terjadi lubang disetiap tempat yang ditinggalkan elektron tersebut. Suatu semi konduktor intrinsikmempunyai lubang yang sama pada pita valensi dan elektron pada pita konduksi. Padapemakaian elektron yang lari ke pita konduksi dari pita valensi, misalnya karena panasdapat dipercepat menggunakan keadaan kosong yang memungkinkan pada pitakonduksi. Pada waktu yang sama lubang pita valensi juga bergerak tetapi berlawananarah dengan gerakan elektron. Konduktivitas dari semi konduktor intrinsik tergantungkonsentrasi muatan pembawa tersebut yaitu ne dan nh.b. Semi Konduktor EkstrinsikPada semi onduktor ekstrinsik konduksi dapat dilakukan setelah adanyapenyuntikan bahan penambah atau pengotoran dari luar (ekstraneous inqurities). Proses59

Ilmu Bahan Listrikpenyuntikan bahan tambahan terhadap semi konduktor murni disebut doping.Penambahan bahan tersebut kepada semi konduktor murni akan meningkatkankonduktivitas semi konduktor. Suatu kristal silikon yang didoping dengan elemenkolom 5 pada susunan berkala seperti P, As atau Sb. Pada gambar 8.3 menjelaskankristal Si yang didoping dengan P. Pada gambar 8.3 tersebut 4 dari 5 elektron padaorbit terluar dari atom pospor mengikat 4 silikon sekelilingnya. Elektron ke 5 dari atomP tidak mempunyai atom semula dan dapat diasumsikan berputar mengelilingi ionpospor positif seperti halnya elektreon 1s mengelilingi inti hidrogen. Namun demikianmempunyai sebuah perbedaan penting yaiotu elektro dari atom pospor bergerak padamedan listrik dari kristal silikon dan bukan pada ruang bebas seperti halnya pada atomH. Hal ini akan membawa akibat konstanta dielektrik dari kristal pada perhitunganorbitan dan radius orbit elektron menjadi sangat besar kira-kira 80 A 0 dibandingkan 0,5A 0 dari orbit hidrogen.elektron bebasSiSiSiSip. e SiSiSiSiGambar 8.3 Silikon yang didoping dengan posporHal ini dapat diartikan bahwa elektron ke-5 tersebut bebas dan tingkat energinyabedekatan terhadap pita konduksi. Eksistensi elektron ke-5 ke dalam pita konduksilebih cepat terlaksana daripada eksistensi dari pita valensi kristal Si. Atom p dinamakanmendonorkan elektronnya pada semi konduktor. Tingkat energi dari elektron ke-5dinamakan tingkat donor. Semi konduktor yang didonorkan dari elemen-elemen padakolom 4 (mendonorkan muatan negatif) disebut semi konduktor tipe-n. Energi yangdiperlukan untuk mengeluarkan elektron ke-5 masuk ke dalam pita konduksi disebutenergi ionisasi seperti ditunjukkan pada tabel 8.1.Dibandingkan dengan celah energi, besarnya energi ionisasi dari atom pengotor sangatkecil. Pada suhu kamar, elektron-elektron tingkat donor sudah dikeluarkan dari pita60

Ilmu Bahan Listrikvalensi masuk ke dalam pita konduksi. Kumpulan elektron ini jauh lebih besar darikumpulan elektron yang dikeluarkan dari pita valensi pada proses intrinsik. Sesuaidengan hukum gerakan massa, hasil dari banyaknya elektron-elektron pada pitakonduksi dan banyaknya lubang pada pita valensi harus konstan. Kondisi ini secaradrastis akan mengurangi banyaknya lubang pada semi konduktor tipe-n. Elektronelektronpada pita konduksi menjadi pembawa muatan mayoritas (majority chargecarries).Proses doping kristal Si dengan elemen kolom 3 antara lain : Ga, Al, dan Indapata dijelaskan:Aluminium mempunyai 3 elektro pada orbit terluarnya, sedangkan untuk menyisipkanSi pada akristal ini Al memerlukan elektron ekstra untuk melengkapkan ikatansekelilingnya menjadi tetra hedral (mengikat 4 atom Si). Elektron ekstra ini dapatdiperoleh dari atom Si yang terdekat sehingga menimbulkan lubang pada Si. Atom Aldengan elektron ekstra menjadi sebuah muatan negatif dan lubang dengan sebuahmuatan posisitf dapat dianggap berputar mengelilingi atom Al. Hal ini dapat dijelaskanpada gambar 8.4lubang (hole)SiSiSiSiAl. OSiSiSiSiGambar 8.4 Silikon yang didoping dengan elemen kolom ke-3 (Al)Pada suhu 0 O , lubang tetap terikat pada atom pengotor. Kalau suhu dinaikkan, lubangakan terlepas dari atom pengotor dan menjadi konduksi. Energi ionisasi untuk sebuahikatan lubang bebas dari pengotornya kira-kira sama dengan energi ionisasi darielektron-elektron donor pada kristal yang sama. Tingkat ikatan lubang disebut tingkatakseptor (aluminium menerima sebuah elektron) dan selalu di atas pita valensi.61

Ilmu Bahan ListrikKumpulan lubang diusahakan dengan eksitasi termal pada Si yang didoping jauh lebihbesar daripada yang diusahakan dengan eksitasi dari elektron pada pita konduksi.Menurut hukum gerakan massa disini lubang-lubang positif sebagai pembawamayoritas muatan. Dengan demikian semi kondukstor ekstrinsik disebut semikonduktor tipe-p. Pada semi konduktor ekstrinsik, banyaknya elektron pada pitakonduksi dan banyaknya lubang pada pita valensi tidak sama apakah elektron atau yanglubangnya lebih dominan tergantung dari tipe proses ekstrinsiknya. Adapun macammacampenggunaan semi konduktor seperti ditunjukkan pada tabel 8.2.Tabel 8.2 Macam-macam Semi konduktor dan PenggunaannyaNama Semi KonduktorBarium Titinate (Ba Ti)Bismut Telurida (Bi 2 Te 3 )Cadmium sulfida (Cd S)Gallium arsenida (Ga As)Germanium (Ge)Indium antimonida (In Sb)Indium arsenida (In As)Silikon (Si)Silikon Carbida (Si Cb)Seng Sulfida (Zn S)Germanium Silikon (Ge Si)Selenium (Se)Aluminium Stibium (Al Sb)Gallium pospor (Ga P)Indium pospor (In P)Tembaga OksidaPlumbun Sulfur (Pb S)Plumbun Selenium (Pb Se)Indium Stibium (In Sb)PenggunaannyaTermistor (PTC)Konversi termo elektrikSel FotokonduktifDioda, transistor, laser, led, generator gelombangmikroDiode, transistorMagnetoresistor, piezoresistor, detektorradiasi inframerahPiezoresistorDiode, transistor, ICVaristorPerangkat penerangan elektroPembangkitan termoelektrikRectifierDiode peneranganDiode peneranganFilter inframerahRectifierFoto selFoto selDetektor inframerah, filter inframerah,generator Hall8.2 Bahan Super KonduktorBahan konduktor yang dijumpai sehari-hari, selalu mempunyai resistansi. Hal inidisebabkan bahan-bahan tersebut mempunyai resistivitas. Seperti telah dibahas bahwaresistivitas akan mencapai harga nol pada suhu kritis (T C ). Dewasa ini sedangdikembangkan usaha untuk mencapai suhu kritis (Tc) bahan-bahan untuk dijadikansuper konduktor. Disamping itu medan magnet pada bahan super konduktor lebih kecildaripada medan kritis (Hc) seperti ditunjukkan pada gambar 8.5.62

Ilmu Bahan ListrikBBcKondisisuperkonduktif0TcTGambar 8.5 Daerah super konduktor pada bidang medan magnet dan suhuDengan demikian suatu super konduktor akan hilang super konduktivitasnya jikasuhunya di atas kritis dan medannya di atas kuat medan kritis. Terdapat 30 unsur danhampir 100 senyawa yang dapat digunakan sebagai bahan super konduktor. Suhu kritistertinggi super konduktor adalah 18,1 O K untuk senyawa Nb 3 Sn yang ditemukan olehMathias seorang ahli USA.Perlu diingat bahwa tidak selalu terjadi pada bahan yang pada suhu kamar seperti: Cu, Ag dan Au merupakan konduktor yang baik akan menjadi super konduktor padakondisi yang lebih mudah dibandingkan bahan lain pada suhu kamar konduktivitasnyajelek. Ada 2 jenis super konduktor yaitu jenis I : Pb, Ag, dan Sn dapat menyalurkanarus pada permukaan sampai kedalaman 10 4 mm pada medan magnet hingga setinggitingginyaseperti medan magnet Nb dan paduan Pb. Super konduktor jenis II jikamedan magnetnya mencapai medan kritis dan suhu kritisnya relatif (lebih tinggi darijenis I), keadaan super konduktor tidak langsung berubah menjadi konduktor normal,tetapi menjadi bahan yang merupakan peralihan atau dari kondisi super konduktormenjadi konduktor normal. Pada jenis I yang mengantarkan arus tetap akanmenimbulkan medan magnet tanpa kerugian karena medan listrik di semua tempat nol,sedangkan pada jenis II dalam keadaan yang sama akan menimbulkan kerugian yangsangat kecil dan dapat diabaikan. Jika diteliti dari tabel 8.3 dapat dijelaskan bahwa :a. Logam menovalen adalah bukan super konduktorb. Logam ferromagnetik dan antiferromagnetik adalah bukan super konduktorc. Konduktor yang baik pada suhu kamar adalah bukan super konduktor dan logamsuper konduktor sebagai logam normal adalah bukan konduktor yang baik padasuhu kamar.63

Ilmu Bahan Listrikd. Film tipis dari Be, Bi, dan Fe adalah menunjukkan sebagai super konduktor.e. Bismut, Pb, dan Te menjadi super konduktor jika mendapat tekanan yang tinggi.Penggunaan dari super konduktor sampai saat ini belum dipabrikasi dalam skalabesar. Mesin -mesin listrik, transformator dan kabel sedang dikembangkan menggunakansuper konduktor. Dengan menggunakan super konduktor efisiensi dapat dicapai99,99 %. Dengan kabel super konduktor berdiameter beberapa cm dapat digunakanmenyalurkan semua daya yang dihasilkan semua pembangkit listrik di Indonesia.Terdapat dua perangkat yang umum menggunakan super konduktor, yaitu :a. Elektromagnetkarena konduktor tidak mempunyai kerugian yang disebabkan resistansi, makadimungkinkan membuat selenoide dengan super konduktor tanpa kerugian yangmenimbulkan panas. Selenoide dengan arus yang sangat kecil pada medan magnet noluntuk kawat yang digunakan memungkinkan membangkitkan sebuah medan magnettipis dari lilitan. Karena dengan bahan super konduktor memungkinkan membuatelektromagnet yang kuat dengan ukuran yang kecil. Aplikasi dari elektromagnetdengan super konduktor antara lain : komponen Magneto Hidro Dinamik.Tabel 8.3 Suhu Kritis (Tc) beberapa bahan super konduktorUnsur Tc ( 0 K) Senyawa Tc ( 0 K)TiZnAlTlInSnHgTaVPbNbTcThU0,490,821,202,383,403,734,164,395,17,228,0011,21,370,68Na BiBa Ba 3Nb ZnMo NMo ReV 2,95 GaNb NV 3 SiNb 3 AlNb 3 SnCu SPb Sb2,26,010,812,012,614,415,217,118,018,11,61,564

Ilmu Bahan Listrikb. Elemen PenghubungKarena super konduktor mempunyai Hc dan Tc, maka dalam pemakaian superkonduktor sebagai elemen penghubung dapat menggunakan pengaruh salah satubesaran di atas. Artinya suatu gawai penghubung yang menggunakan super konduktorakan dapat berubah sifatnya dari super konduktor menjadi konduktor biasa karenapengubahan suhu atau medan magnet di atas nilai kritisnya. Pemutus arus yang bekerjadipengaruhi oleh magnetik dielektrik Cryotron, misalnya digunakan pada pemutuskomputer.65

Ilmu Bahan Listrikc. Rangkuman 2 :Selain bahan penyekat atau isolator di atas, ada bahan lain yang juga banyakdigunakan dalam teknik ketenagalistrikan yaitu bahan penghantar atau seringdinamakan dengan istilah konduktor. Suatu bahan listrik yang akan dijadikanpenghantar, juga harus mempunyai sifat-sifat dasar penghantar itu sendiri seperti :koefisien suhu tahanan, daya hantar panas, kekuatan tegangan tarik dan lain-lain.Disamping itu juga penghantar kebanyakan menggunakan bentuk padat sepertitembaga, aluminium, baja, seng, timah, dan lain-lain. Untuk keperluan komunikasisekarang banyak digunakan bahan penghantar untuk media transmisi telekomunikasiyaitu menggunakan serat optik.Erat kaitannya dengan keperluan pembangkitan energi listrik, yaitu suatu bahanmagnetik yang akan dijadikan sebagai medium untuk konversi energi, baik dari energilistrik ke energi mekanik, energi mekanik ke energi listrik, energi listrik menjadi energipanas atau cahaya, maupun dari energi listrik menjadi energi listrik kembali. Bahanmagnetik ini tentunya harus memenuhi sifat-sifat kemagnetan, dan parameterparameteruntuk dijadikan sebagai bahan magnet yang baik. Dalam pemilihan bahanmagnetik ini dapat dikelompokkan menjadi tiga macam, yaitu ferromagnetik,paramagnetik, dan diamagnetik.Suatu bahan yang sekarang lagi ngetren dan paling banyak sedang dilakukanriset-riset di dunia ilmu pengetahuan dan teknologi yaitu bahan semi konduktor.Berkembang nya dunia elektronika dan komputer saat ini adalah merupakan salah satuperanan dari teknologi semi konduktor. Bahan ini sangat besar peranannya pada saat inipada berbagai bidang disipilin ilmu terutama di bidang teknik elektro seperti teknologiinformasi, komputer, elektronika, telekomunikasi, dan lain -lain. Berkaitan denganbahan semi konduktor, pada saat ini dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitusemi konduktor dan super konduktor.66

Ilmu Bahan Listrikd. Tugas 2 :1. Buatlah suatu percobaan untuk menghitung nilai hambatan atau tahanan dari suatukawat tembaga, dengan diameter 1,5 mm 2 dan 2,5 mm 2 , panjangnya 1 meter.Dimana tahanan jenis tembaga itu adalah 0,0175 ohm mm 2 /m !2. Buatlah suatu percobaan dari dua buah kawat penghantar yang berbeda (yang satuACSR dan yang lain ACAR). Masing-masing penghantar tersebut mempunyaipanjang dan diameter yang sama atau menyesuaikan dengan keadaan. Amatitentang : daya hantar jenis atau tahanan jenisnya, nilai resistansinya, muai panjang,dan lain-lain yang memungkinkan untuk menambah pengetahuan saudara. Catatdan laporkan kepada guru saudara tentang hal-hal yang saudara temukan/ketahui !3. Amatilah perbedaan antara magnet permanen dengan magnet yang dibuat denganinduksi elektromagnetik. Lakukan percobaan dan buat laporan perbedaan di antarakedua benda tersebut !4. Buat suatu percobaan untuk mengetahui cara kerja dari bahan semi konduktor(dioda silikon atau germanium yang ada di pasaran), yaitu dengan caramenghubungkan sebuah atau beberapa buah dioda dengan sumber tegangan actertentu. Amati, catat dan buat laporan tentang hasil percobaan yang telah saudaralakukan, dan berikan suatu kesimpulan terhadap bahan semi konduktor tersebut !67

Ilmu Bahan Listrike. Tes Formatif 2 :1. Sebutkan contoh bahan penyekat yang digunakan untuk penyekat bentuk gas ?2. Suatu kawat tembaga mempunyai diameter 2,5 mm2 digunakan untukmenghantarkan arus listrik. Ketika dilakukan suatu percobaan, ternyata penghantartersebut mempunyai tahanan sebesar 0,5 ohm. Jika kawat tersebut mempunyai dayahantar jenis sebesar 57, 143 m/ohm.mm 2 , hitunglah berapa panjang kawat penghantar tersebut ?3. Singkatan dari apakah ACSR dan ACAR ?4. Tuliskan kode penandaan untuk : tembaga dan seng ?5. Sebutkan apa keuntungan dari suatu penghantar yang menggunakan bimetal ?6. Jelaskan ciri-ciri dari platina dan tentukan karakteristik dari bahan tersebut ?7. Pada bidang apa serat optik banyak dipergunakan, dan apa keuntunganmenggunakan serat optik dibandingkan dengan yang lainnya ?8. Sebutkan macam-macam bahan magnet menurut sifat pengaruh kemagnetannya ?9. Jelaskan apa yang saudara ketahui tentang Permalloy ?10. Apa perbedaan antara semi konduktor intrinsik dan semi konduktor ekstrinsik ?68

Ilmu Bahan Listrikf. Kunci Jawaban Formatif 2 :1. Udara, Nitrogen, hidrogen, dan karbondioksida2. Jawab : l = (0,5 x 2,5) x 57,143 = 71,43 meter3. ACSR : Aluminium Conductor Steel Reinforced, sedangkan ACAR : AluminiumConductor Alloy Reinforced4. Tembaga : 2xxx, dan seng : 7xxx5. Keuntungan : (a) pada arus ac ada kecenderungan arus melalui bagian luarkonduktor (efek kulit), (b) dengan melapisi baja menggunakan tembaga maka bajasebagai penguat penghantar terhindar dari korosi.6. Platina merupakan logam berat, berwarna putih keabu-abuan, tidak korosif, sulitterjadi peleburan, dan tahan terhadap sebagian besar bahan kimia. Karateristiknya :massa jenisnya 21,4 g/cm 3 , titik leleh 1775 0 C, titik didih 4530 0 C, ? = 9. 10 – 6 per 0C, resistivitasnya 0,1 ? .mm 2 /m, koefisien suhu 0,00307 per 0 C.7. Dalam bidang telekomunikasi (TELKOM), keuntungannya antara lain : dimensikecil dan ringan, bebas interferensi elektromagnetik, tidak ada bahaya loncatanbunga api, tidak terjadi gangguan hubung singkat, kemungkinan terjadi cross talksangat kecil, tahan terhadap kimia dan suhu, cocok untuk daerah tropis.8. (a) Diamagnetik, (b) Paramagnetik, (c) Ferromagnetik, (d) Anti Ferromagnetik, )e)Ferrimagnetik (Ferit).9. Permalloy : paduan yang terdiri dari besi-nikel dengan tambahan molibdenum,chromium atau tembaga.10. Semi konduktor intrinsik : semi konduktor yang terbuat dari bahan Silikon atauGermanium yang masih murni belum ada campuran bahan lain. Sedangkan semikonduktor ekstrinsik : semi konduktor yang terbuat selain bah an Silikon atau Germanium,juga mendapat tambahan bahan lain seperti arsenikum (As) atau Boron(B).69

Ilmu Bahan Listrikg. Lembar Kerja 2 :1. Alat : mikrometer, obeng, tang, cutter, isolasi, termometer, meteran, alat tulismenulis, ohmmeter, ampermeter, voltmeter, alat pendeteksi temperatur (sensorsuhu), osciloscop, dan lain-lain2. Bahan : kawat tembaga, kawat ACSR, kawat ACAR, magnet permanen, kawattembaga atau kabel, batang besi, baterai atau aki, serbuk besi, kertas, kabel, diodasilikon, dioda germanium, sumber ac, sakelar, dan lain-lain3. Keselamatan kerja : jas lab, sarung tangan, senter, kerjakan sesuai instructionmanual, patuhi prosedur kerja yang telah ditentukan, patuhi peraturan yangtercantum di lab atau tempat praktik.4. Langkah kerja : tentukan peralatan-peralatan dan komponen-komponen yang akandibutuhkan, buat rancangan diagram pengawatan yang akan dilakukan, pasangperalatan pengukur yang akan digunakan sesuai dengan diagram rencana, rangkaiperalatan yang telah dipasang, periksa dan uji rangkaian atau peralatan yang telahdipasang, perbaiki apabila masih terdapat kesalahan atau komponen yang belumberfungsi dengan benar, uji sesuai dengan prosedur dan instruction manual yangberlaku, buat berita acara laporan pengujian atau percobaan5. Laporan : Jawab pertanyaan-pertanyaan dan laporkan hasil pengujian sesuai dengantugas yang diberikan70

Ilmu Bahan ListrikIII. EVALUASIPERTANYAAN :1. Apa yang disebut koefisien muai panjang ?2. Terangkan secara singkat apa arti panas jenis suatu benda ?3. Air 2 kilogram suhu 80 O C dicampur dengan air 3 kilogram suhu 40 O C. Hitunglahsuhu akhir ?4. Sebuah benda dibuat dari bahan perak, beratnya 2 kg dan suhunya 30 O C. Jika bendatersebut dinaikkan suhunya sampai 900 O C, berapa kCal yang diperlukan untukpemanasan itu ? Panas jenis perak = 0,06.5. Berapa kCal panas yang diperlukan untuk mencairkan timah seberat 4 kg pada suhu20 O C, jika diketahui : panas jenis timah 0,03, pangkal cair timah 327 O C dan kalorlebur timah 5,9.6. Apa yang dimaksud dengan bahan tambang dan sebutkan contohnya ?7. Apa bedanya karet, ebonit, dan bakelit ?8. Pada bahan penyekat gas selain gas Nitrogen dan Oksigen, sebutkan minimal limajenis gas dan uap lain yang dapat digunakan ?9. Sebutkan beberapa sifata dasar yang harus dimiliki oleh suatu penghantar ataukonduktor ?10. Tuliskan kode penandaan untuk bahan penghantar : Aluminium, Magnesium danbahan yang jarang digunakan ?11. Untuk apakah penggunaan Platina pada bidang teknik listrik ?12. Sebutkan macam-macam bentuk serat optik berdasarkan konstruksinya ?13. Apa yang dimaksud dengan bahan Ferromagnetik dan berikan contohnya ?14. Apa yang dimaksud dengan permalloy rendah dan permalloy tinggi ?15. Berikan contoh alat-alat yang menggunakan magnet permanen ?16. Jelaskan menurut saudara pengertian dari semi konduktor dan berikan contohnya ?17. Berdasarkan dari bahan pembuatannya, apa perbedaan antara semi konduktor jenisP dengan semi konduktor jenis N ?71

Ilmu Bahan ListrikKUNCI JAWABAN1. Koefisien muai panjang : bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang dalamcm dari suatu benda yang panjangnya 1 cm bila dinaikkan suhunya 1 O C.2. Panas jenis suatu benda : bilangan yang menunjukkan berapa kalori yangdiperlukan oleh 1 gram zat itu pada tiap kenaikkan suhu 1 O C.3. 2(80-X) = 3(X-40) ? 5X = 280 ? X = 280/5 = 56 O C.4. 2(900-30)0,06 = 104,4 kCal5. 4 kg dari 20 O C – 327 O C ? 4(t2-t1)0,03 = 4(327-27)0,03 = 36;4 kg pada 327 O C = 4 x 5,9 = 23,6 kCal; ? Jadi panas = 36 + 23,6 = 59,6 kCal.6. Bahan tambang : bahan yang berasal dan terdapat dari penggalian dalam tanahdalam bentuk bijih yang harus diproses dahulu untuk mendapatkan bahan yangdikeh endaki. Contohnya : besi, seng, batu pualam, asbes, mika, mikalek, batu tulis,dan lain-lain.7. Karet : terbuat dari getah macam-macam pohon karet, ebonit : karet yang dicampurdengan belerang atau bahan lainnya sekitar 30 – 50 % untuk mendapatkankekerasan, dan bakelit : panduan secara kimia bermacam-macam zat.8. Argon, Helium, Neon, Kripton, Xenon, carbondioksida.9. Memiliki : daya hantar listrik yang baik, koefisien suhu dari tahanan, daya hantarpanas, kekuatan tegangan tarik, dan daya elektro-motoris termo.10. Aluminium : 1xxx; Magnesium : : 5xxx; dan Bahan jarang pakai : 9xxx11. Penggunaan platina pada teknik listrik : untuk elemen pemanas laboratoriumtentang oven (tungku pembakar) yang memerlukan suhu tinggi di atas 1300 0 C,untuk termokopel platina-rhodium (bekerja di atas 1600 0 C), platina diameter + 1mikron untuk menggantung bagian gerak meter listrik dan instrumen sensitiflainnya, dan untuk bahan potensiometer.12. (a) berbentuk batang elektrik (selubung udara), (b) inti dengan lapisan tunggal, (c)inti dengan lapisan ganda.13. Bahan yang mudah menyalurkan ggm dengan permeabilita di atas 1. Contohnya :Fe, Co, Ni, Gd, Dy.72

Ilmu Bahan Listrik14. Permalloy rendah : permalloy yang mempunyai kandungan nikel antara 40–50 %,sedangkan permalloy tinggi : permalloy yang mempunyai kandungan nikel72–80 %15. Contohnya : dinamo sepeda, speaker, mainan anak-anak (tamiya, mobil remote,dll.)16. Semi konduktor : suatu bahan yang terkadang dapat menghantarkan arus listrik,atau konduktor, tetapi kadang-kadang berfungsi sebagai pengekat atau isolator.Contohnya : Silikon (Si), dan Germanium (Ge)17. Jenis P : apabila bahan semi konduktor murni (Si atau Ge) mendapat bahantambahan jenis boron (B), sedangkan jenis N : apabila bahan semi konduktor murnitersebut mendapat tambahan dari jenis bahan arsenikum (As).73

Ilmu Bahan ListrikIV. PENUTUPMateri pembelajaran pada modul ini merupakan materi dasar yang harus dimilikioleh setiap siswa yang mengambil keahlian di bidang teknik listrik, sehingga harussudah menempuh materi pembelajaran atau modul Bahan Listrik dan telah lulus denganmendapat skor 60 (skala 100). Apabila belum menempuh dan belum lulus, maka siswayang bersangkutan harus melalui her terlebih dahulu atau mengulang lagi.74

Ilmu Bahan ListrikDAFTAR PUSTAKAAgung Murdhana dan Djadjat Sudrajat, 1993, Teknik Listrik STM, Armico, Bandung.B.L. Theraja dan A.K. Theraja, 1993, A Text-Book of Electrical Technology, vol 4,Electronic Device and Circuits, New Delhi.Dieter Kind, 1993, Pengantar Teknik Eksperimental Tegangan Tinggi, ITB,Bandung.Johny BR, 1992, Keterampilan Teknik Listrik Praktis, Yrama Widya Dharma,BandungHarten, P. van, dan E. Setiawan, 1991, Instalasi Listrik Arus Kuat 1, Binacipta,BandungM. Afandi dan Agus Ponidjo, 1977, Pengetahuan Dasar Teknik Listrik 1, DirektorakPendidikan Menengah Kejuruan, Departemen P dan K, Jakarta.Muhaimin, 1999, Bahan-Bahan Listrik Untuk Politeknik, Pradnya Paramita,Jakarta.Soelaeman, T.M., Samsudin, dan A. Rida Ismu, 1977, Ilmu Bahan Listrik 1,Direktorat Pendidikan Menegah Kejuruan, Departemen P dan K, JakartaTata Sardia, dan Shinraku Saito, 2000, Pengetahuan Bahan Listrik, PradnyaParamita, Jakarta.75

Judul Modul Pembelajaran : ILMU BAHAN LISTRIKSTORYBOARDBidang Keahlian : KETENAGALISTRIKANProgram Keahlian : Teknik Pembangkitan X Teknik Distribusi Listrik Teknik Pemanfaatan EnergiTeknik TransmisiTeknik Pendingin dan Tata UdaraSIMULASI PEMBELAJARANSESUAI URUTAN TOPIKNO URUTAN PEMBELAJARAN N A R A S IAnimasiGambarVideoAudioSimulasi PraktikLatihanEvaluasiSkorKETERANGAN SIMULASI1. DESKRIPSI MATERI Lingkup materi modul ini meliputi :sifat-sifat X X Xbenda padat, bahan-bahan penyekat, penyekatbentuk padat, penyekat bentuk cair, penyekatbentuk gas, bahan penghantar, baham magnetik,dan bahan semi konduktor dan super konduktor2. PRASYARAT Pendidikan Formal : Telah menyelesaianpendidikan setara Sekolah Lanjutan TingkatPertama (SLTP) atau sederajatKaitan dengan modul/kemampuan lain :Tidak ada, karena merupakan mata ajar konsepdasar3. PETA KEDUDUKAN MODUL Modul ini termasuk ke dalam bidang keahlian XKetenagalistrikan pada program keahlianTeknik Distribusi Listrik4. PERISTILAHAN ACSR, ACAR, ? (alpha), ASA, atm (atmos- X X XXX

5. PETUNJUK PENGGUNAANMODULfir), breakdown voltage, cambric, dielektrikum,FCS, ? (gamma), ? (lambda), Magnetisasi,Magnetostriksi, MCB, ? (miu), OLR, PVC, PE,Repeater, ? (rho), sintetis, vulkanisasi.Petunjuk bagi siswa: Baca petunjuk kegiatanbelajar pada setiap modul kegiatan belajar, baca tujuan dari setiap modul kegiatan belajar,pelajari setiap materi yang diuraikan/ dijelaskanpada setiap modul kegiatan, pelajari rangkumanyang terdapat pada setiap akhir modul kegiatanbelajar, baca dan kerjakan setiap tugas yangharus dikerjakan pada setiap modul kegiatanbelajar, kerjakan dan jawablah dengan singkatdan jelas setiap ada ujian akhir modul kegiatanbelajar (test formatif)Peran guru : menjelaskan petunjuk-petunjukkepada siswa yang masih belum mengerti,mengawasi dan memandu siswa apabila adayang masih kurang jelas, menjelaskan materimateripembelajaran yang ditanyakan oleh siswayang masih kurang dimengerti, membuatpertanyaan dan memberikan penilaian kepadasetiap siswa6. KEGIATAN BELAJAR 16.1. Penjelasan Umum Modul ini merupakan modul dasar yang harusdipahami oleh setiap siswa pada tingkatpertama, karena banyak bahan-bahan listrik dariteknik listrik yang akan digunakan untukpembelajaran pada mata ajaran lainnya baikuntuk pengembangan maupun aplikasi-aplikasipraktis bidang ketenagalistrikan.6.2. Uraian Sub Materi Sifat-sifat benda padatBahan-bahan penyekatPenyekat bentuk padatPenyekat bentuk cairPenyekat bentuk gasX X XX X XX X X X

Bahan penghantarBaham magnetikBahan semi konduktor dan super konduktorEvaluasiEvaluasi dilakukan pada setiap akhir kegiatanbelajar, dengan tujuan untuk mengetahuitingkat/derajat kemampuan atau daya serapsiswa terhadap materi pembelajaran yang telahdisampaikan7. PEMBELAJARAN 17.1. Penjelasan Umum Setelah mengikuti pembelajaran ini digarapkansiswa dapat : memahami tentang sifat-sifatbenda padat yang akan digunakan pada bidangteknik ketenagalistrikan, mampu menentukanbahan penyekat yang akan digunakan untukkeperluan teknik listrik, mengetahui danmemahami karakteristik penyekat bentuk padat,memahami sifat-sifat penyekat cair dan mampumenerapkannya, menjelaskan sifat-sifat penyekatbentuk gas dan mampu menerapkannya,memilih bahan penghantar yang baik, mengetahuidan memahami bahan-bahan magnetikyang dapat digunakan dalam bidang ketekniklistrikan,dan mampu memilih dan menggunakanbahan-bahan semi konduktor dan superkonduktor.7.2. Penjelasan MateriMateri 1 : - Sifat-sifat benda padat- Bahan-bahan penyekat- Penyekat bentuk padat- Penyekat bentuk cairEvaluasi 1Evaluasi dilakukan setelah selesai materipembelajaran satu yang mencakup empat unitmateri dengan :a. Tugas/latihan : sebanyak 3 soalb. Test formatif : 10 soal pertanyaan dalambentuk essayX X X XX X X X XX X XX X X

Materi 2 : - Penyekat bentuk gas- Bahan penghantar- Baham magnetik- Bahan semi konduktor dan super konduktorEvaluasi 2Evaluasi dilakukan setelah selesai materipembelajaran dua yang mencakup tiga unitmateri dengan :a. Tugas/latihan : sebanyak 4 soalb. Test formatif : 10 soal pertanyaan dalambentuk essay8. POT TEST/EVALUASI AKHIR Evaluasi akhir dilakukan setelah selesai seluruhmateri pembelajaran yang mencakup tujuh unitmateri dengan :a. Testakhir : 17 soal pertanyaan dalambentuk essayX X X X XX X XXX