DASAR LISTRIK

 1. Bahan Dasar Listrik

    Dalam kehidupan sehari-hari, kita tidak bisa terlepas dari energi listrik karena merupakan
suatu energi yang selalu dibutuhkan di berbagai keperluan. Pernahkah kamu mengamati lampu-lampu di rumah ataupun di jalan? Pernahkah kamu berpikir tentang bahan penyusun lampu sehingga bisa membuatnya mengeluarkan cahaya?

Pada dunia elektronika maupun listrik pasti tidak asing dengan istilah bahan konduktor,biasanya terbuat dari bahan tembaga sebagai penghantarnya. Jika tidak ada penghantar tersebut maka sudah dapat dipastikan arus listrik tidak akan bisa mengalir.

Sewaktu di pendidikan sekolah dasar ataupun sekolah menengah, kamu mungkin pernah melakukan percobaan penggaris yang sudah digosokkan ke rambut untuk didekatkan ke potongan- potongan kertas sehingga kertas dapat tertarik oleh penggaris. Percobaan yang dinamakan listrik statis tersebut bisa terjadi karena adanya muatan listrik di antaranya ialah proton, neutron, elektron, dan kulit atom.

Di dalam atom terjadi gaya tarik menarik antara elektron dan proton. Listrik dapat terjadi akibat elektron yang berpindah 
atau mengalir dari satu tempat ke tempat lainnya. Baik itu dari tempat yang kelebihan elektron ke tempat yang kekurangan elektron. 

Gambar 1.1

    Orbit atom silikon dan germanium diperlihatkan dalam gambar. Atom silikon memiliki 14
proton dalam intinya, orbit elektron yang mengisi tiga pita orbitnya. Orbit terdalam diisi oleh dua elektron, orbit kedua dari dalam diisi oleh 8 elektron dan orbit terluar diisi oleh empat elektron, kita sebut silikon memiliki konfigurasi 2 - 8 - 4. Empat belas elektron yang mengorbit pada inti silikon berputar menetralkan muatan dari inti atom dari luar (secara listrik) adalah netral.

TAHUKAH KAMU? Pada dasarnya, semua benda yang ada di muka bumi ini,termasuk tubuh manusia mengandung muatan listrik.Maka dari itu kita harus bersyukur atas anugerah dari Tuhan ini.

Konduktor listrik adalah suatu zat atau bahan (cair, padat, atau gas) yang mampu menghantarkan arus listrik. Penghantar dapat berupa kabel (penghantar dengan selubung isolasi) atau kawat (penghantar tanpa isolasi). Kemampuan suatu zat atau bahan listrik dalam menghantarkan listrik disebut dengan konduktansi (G). Sedangkan, konduktivitas (σ) adalah nilai konduktansi bahan listrik pada satuan panjang (l) dan luas penampang (A). Mobilitas elektron- elektron dalam suatu bahan penghantar disebut dengan konduktivitas listrik.

Konduktivitas ditentukan oleh jenis atom dalam bahan (jumlah proton dalam setiap inti atom menentukan identitas kimianya) dan bagaimana atom-atom tersebut terhubung bersama satu dengan yang lain. Bahan dengan mobilitas elektron yang tinggi (banyak elektron bebas) disebut konduktor, karena bahan-bahan tersebut memiliki konduktivitas tinggi.

Bahan-bahan yang dipakai untuk konduktor harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :

1. Konduktivitasnya cukup baik.
2. Kekuatan mekanisnya (kekuatan tarik) cukup tinggi.
3. Koefisien muai panjangnya kecil.
4. Modulus elastisitasnya cukup besar.

Gambar 1.2 Kawat/Kabel

Bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai konduktor, antara lain:

1. Logam biasa, seperti: tembaga, aluminium, besi, dan sebagainya.

2. Logam campuran (alloy), yaitu sebuah logam dari tembaga atau aluminium yang diberi dalam jumlah tertentu dari logam jenis lain, yang gunanya untuk menaikkan kekuatan mekanisnya.

3. Logam paduan (composite), yaitu dua jenis logam atau lebih yang dipadukan dengan cara
kompresi, peleburan (smelting) atau pengelasan (welding).

Pernahkah kamu mengamati nyala lampu LED? Dioda yang merupakan salah satu jenis semikonduktor ialah bahan utama lampu LED. Dalam pengetahuan bahan teknik listrik dikenal tiga jenis material, yaitu bahan konduktor, bahan semikonduktor, dan bahan isolator. Bahan konduktor memiliki sifat menghantar listrik yang tinggi, bahan konduktor dipakai untuk kabel atau kawat penghantar listrik, seperti tembaga, aluminium, besi, baja, dan sebagainya. Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni.

Gambar 1.3

    Bahan semikonduktor memiliki sifat bisa menjadi penghantar atau bisa juga memiliki sifat menghambat arus listrik tergantung kondisi tegangan eksternal yang diberikan, bahan semikonduktor merupakan komponen pembuatan transistor,diode, thyristor, triac, GTO.

    Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge), dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi
setelah oksigen (O2). Atom menurut Bohr dimodelkan sebagai inti yang dikelilingi oleh elektron-
elektron yang mengorbit. Inti atom memiliki muatan positif, sedangkan elektron bermuatan negatif.
Inti atom cenderung menarik elektron yang berputar dalam orbitnya. Makin besar daya tarik dari inti,
kecepatan orbit elektron akan meningkat.

Kamu pasti pernah menjumpai bermacam-macam isolator di rumahmu. Salah satunya ialah pembungkus kabel sebagai penyekat dari konduktor yang berupa tembaga. Isolator adalah bahan listrik yang tidak mudah menghantarkan listrik dan rugi tegangan sebesar mungkin serta tidak bisa atau sulit melakukan perpindahan muatan listrik.

Dalam bahan isolator, valensi elektronnya terikat kuat pada atom-atomnya. Bahan-bahan ini lazim dipergunakan dalam peralatan listrik dan elektronika untuk alasan keamanan dan pencegahan terhadap bahaya sengatan arus listrik. Isolator digunakan pula sebagai penopang beban atau pemisah antara konduktor tanpa membuat adanya arus mengalir ke luar atau antara konduktor.

    Beberapa bahan seperti kaca, kertas, atau teflon merupakan bahan isolator yang sangat bagus. Beberapa bahan sintetis masih "cukup bagus" dipergunakan sebagai isolator kabel. Contohnya plastik atau karet. Bahan-bahan ini dipilih sebagai isolator kabel karena lebih mudah dibentuk / diproses sementara masih bisa menyumbat aliran listrik pada voltase menengah (ratusan, mungkin ribuan volt).

    Isolator merupakan bahan listrik yang mempunyai nilai resistansi atau daya hambat listrik
sangat tinggi, sehingga arus listrik tidak dapat mengalir melewatinya. Karena sifatnya yang tidak
menghantarkan arus listrik maka bahan ini banyak digunakan sebagai pelindung terhadap bahaya
sengatan arus listrik. Bahan isolator yang sering digunakan adalah gelas, mika, porselen, karet,
minyak trafo, dan pernis. Nilai resistansi isolator dalam satuan ohm, lazimnya bervariasi mulai dari :
10x109 = 10.000.000.000 Ω, hingga 10x1015=10.000.000.000.000.000 Ω.

Resistivitas = nilai resistansi bahan listrik pada satuan 6
panjang ( l ) dan luas penampang (A)
Permitivitas = suatu kuantitas fisik yang menggambarkan bagaimana medan listrik mempengaruhi dan dipengaruhi oleh suatu medium dielektrik

REFLEKSI DIRI

Setelah mempelajari tentang bahan-bahan dasar listrik di atas, untuk mengukur pemahaman yang
sudah kamu dapatkan, kerjakan soal-soal di bawah ini!

1. Apa yang kamu ketahui tentang konduktor? Dapatkah kamu menyebutkan apa saja contoh
konduktor di sekitarmu? Jika ya, sebutkan!

2. Bagaimanakah sifat-sifat bahan semikonduktor? Berikan satu contoh bahan semikonduktor
dan kegunaannya!

3. Mengapa isolator sulit untuk melakukan perpindahan muatan listrik?