Jenis – Jenis Bahan dalam Penghantar Listrik
Listrik merupakan suatu energi yang sangat penting bagi kehidupan manusia, terutama kehidupan manusia modern saat ini. Ya, hampir semua aktivitas manusia kini didukung dengan aneka perlengkapan yang menggunakan energi listrik.
Untuk menjalankan perlengkapan yang memanfaatkan energi listrik ini, tentu diperlukan suatu sumber listrik. Dari sumber energi listrik menuju ke suatu benda inilah diperlukan suatu penghantar listrik.
Terdapat beberapa bahan yang memungkinkan arus listrik mengalir lebih bebas daripada yang lain. Bahan yang memungkinkan arus terjadinya arus listri bebas inilah yang disebut sebagai penghantar listrik yang bersifat konduktor.
Sementara bahan lain ada yang bisa dialiri arus listrik hanya pada kondisi tertentu dan ada pula bahan yang sama sekali tidak bisa dialiri arus listrik. Bahan yang sama sekali tidak dapat menghantarkan arus listrik ini disebut sebagai isolator.
Baik bahan konduktor mau pun isolator, keduanya memiliki peran yang cukup penting dalam bidang elektronik.
Baca juga: Bunyi Hukum Newton
Benda – benda yang tergolong sebagai penghantar listrik konduktor meliputi semua bahan yang mampu mengantarkan arus listrik dengan baik. Meski mampu mengantarkan arus listrik dengan baik, namun pada dasarnya kemampuan masing – masing benda dalam menghantarkan listrik adalah berbeda.
Benda konduktor atau yang disebut sebagai konduktor listrik ini memungkinkan arus listrik dapat mengalir dengan mudah karena bahannya yang terbuat dari atom. Di dalam konduktor, elektron terluar dari atomnya dapat bebas bergerak melalui materi ketika dilewati oleh muatan listrik.
Benda yang termasuk penghantar listrik yang bersifat konduktor misalnya adalah karbon, larutan elektrolit, raksa, tubuh manusia, logam (tembaga, timah, alumunium), juga tanah yang basah. Seluru logam pada dasarnya mampu digunakan sebagai penghantar arus listrik.
Secara umum, logam merupakan konduktor listrik yang terbaik karena cenderung memiliki electron pada lapisan luar atomnya yang bergerak bebas. Namun, ada diantara logam tersebut yang memiliki kemampuan paling baik dalam menghantarkan listrik, yakni tembaga dan perak. Karena kemampuannya, tembaga menjadi salah satu logam yang paling banyak digunakan sebagai penghantar listrik.
Tembaga ini lah yang sering diletakkan di dalam kabel sehingga dapat menyalurkan listrik ke aneka benda elektronik di rumah – rumah. Tembaga kini telah digunakan dalam kabel listrik dan sirkuit listrik di seluruh dunia.
Isolator merupakan semua bahan yang tidak dapat mengantarkan arus listrik dengan baik. Kebalikan dari konduktor, isolator justru merupakan penghambat listrik. Jadi, ketika suatu benda yang bersidat isolator terkena arus listrik, arus listrik ini akan disimpan karena tidak ada electron bebas yang bisa menghantarkannya.
Beberapa bahan yang termasuk isolator listrik adalah porselin, karet, kaca, ebonite, plastik, sutera, parafin, marmer, udara kering, kapas dan kapas. Diantaranya, ada juga yang disebut sebagai isolator sempurna yang sama sekali tidak dapat dialiri oleh arus listrik. Isolator sempurna ini contohnya adalah ruang hampa udara (vakum).
Bahan isolator ini pun memegang peran penting dalam bidang elektornik. Misalnya saja pada kabel listrik, agar arus listrik yang dihantarkan tidak keluar dan menyegar benda lain, maka kabel listrik selalu ditutup dengan bahan isolator. Dengan demikian, meski ada arus listrik yang sedang berlalu didalam kabel, Anda akan tetap aman ketika memegangnya, karena terdapat lapisan isolator.
Baca juga: Bunyi Hukum Newton II
Semikonduktor merupakan jenis bahan yang pada dasarnya merupakan suatu bahan yang bersifat isolator, namun pada kondisi tertentu bahan ini dapat berubah fungsi menjadi konduktor. Maksudnya, pada kondisi umum, benda ini mungkin saja hanyalah isolator, hanya saja, ketika ada kondisi tertentu yang memungkinkan, maka arus listrik pun dapat melalui dan dihantarkan oleh benda ini.
Agar lebih jelas, dapat dilihat dari contoh udara. Pada dasarnya, udara yang kering merupakan suatu isolator. Hanya saja, ketika terjadi perbedaan potensial yang besar maka udara pun dapat berfungsi sebagai konduktor.
Misalnya saja ketika terjadi petir. Petir ini mamp menghasilkan perbedaan potensila listrik yang besar antar lapisan – lapisan udara. Ketika itulah, konduksi listrik terjadi di udara, meski udara sendiri merupakan sebuah isolator.
Dalam bidang elektronik, bahan semikonduktor pun banyak bermanfaat. Bahan semikonduktor termasuk penting konduktivitas mereka dapat dikontrol sehingga memungkinkan arus mengalir hanya dalam satu arah atau hanya dalam keadaan tertentu.
Dalam elektonik, bahan semikonduktor banyak digunakan untuk membuat komponen elektronik seperti transistor dan dioda. Pada komponen – komponen ini, semikonduktor mengantarkan arus listrik ke satu arah, sedangkan ke arah yang berlawanan dapat menghambatnya.
Contoh bahan yang termasuk semikonduktor yang paling banyak digunakan dalam elektronik saat ini adalah germanium dan silikon.
ü Banyak di antara konduktor listrik yang baik juga merupakan konduktor panas yang baik.
ü Suhu juga berperan penting dalam konduktansi material. Secara umum, semakin tinggi suhu, maka semakin rendah pula konduktivitasnya. Sementara resistensi meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Karenanya, bahan superkonduktor atau konduktor listrik sempurna hanya bisa terjadi ketika suhu sangat rendah.
ü Aluminium memiliki konduktivitas lebih rendah ketimbang tembaga. Tapi, alumunium kadang-kadang digunakan dalam kabel karena biayanya yang lebih rendah.
Penghantar listrik (konduktor) adalah suatu material yang mudah menghantarkan arus listrik. Sifat hantarannya adalah memindahkan elektron-elektron dari satu titik kelistrikan ke titik kelistrikan lainnya secara mudah. Kegunaan utama dari penghantar listrik adalah mengalirkan arus listrik.[1] Penghantar listrik memiliki inti atom dengan elektron yang terikat secara lemah dan dapat bergerak secara bebas. Proses penghantaran listrik terjadi ketika material yang bermuatan positif dihubungkan dengan penghantar listrik. Interaksi yang timbul ialah perpindahan elektron dari penghantar listrik ke material yang bermuatan positif.[2] Pengaliran arus listrik secara mudah melalui penghantar listrik disebabkan kandungan muatan listrik mudah bergerak saat timbul medan listrik meski dalam jumlah yang sangat kecil. Medan listrik pada penghantar bernilai nol selama tidak teraliri listrik.[3]
Penghantar listrik memiliki celah pita valensi yang sangat kecil dan tipis sehingga elektron valensi pada atom dapat berpindah dengan mudah ke atom yang lain dengan menggunakan energi yang sangat sedikit. Elektron yang bergerak secara bebas dari satu orbital atom ke orbital atom yang lainnya secara terus-menerus menyebabkan hantaran listrik. Orbital yang ditinggal oleh elektron disebut sebagai lubang. Orbital atom lain berikutnya akan mengalami lubang yang sama dengan orbital pertama karena mengalami pengurangan jumlah elektron. Proses ini berlangsung secara terus-menerus sehingga timbul aliran listrik.[4]
Jumlah elektron valensi
Daya hantar listrik dari suatu penghantar listrik ditentukan oleh jumlah elektron valensi yang ada pada tiap orbital atom penyusun bahan listrik. Penghantar listrik dengan daya hantar listrik yang baik memiliki 1 sampai 3 elektron valensi. Di dalam orbital atom, gaya tarik yang lemah selalu terjadi antara elektron valensi dengan proton. Elektron valensi dapat bergerak secara bebas meskipun gaya gerak listrik terjadi dalam harga yang sangat kecil.[5]
Semakin banyak elektron bebas di dalam suatu penghantar listrik, maka nilai hambatan listrik akan semakin kecil dan konduktivitas listrik akan semakin baik. Sebaliknya, semakin sedikit elektron bebas di dalam suatu penghantar, maka nilai hambatan listrik akan semakin besar dan konduktivitas listrik akan semakin buruk. Jenis penghantar listrik dengan tingkat konduktivitas listrik yang baik dan nilai hambatan listrik yang rendah ialah tembaga, aluminium, emas, dan perak.[5]
Dalam keadaan seimbang, penghantar listrik selalu menghasilkan medan listrik dalam posisi serenjang dengan permukaan penghantar listrik. Pada kondisi tidak seimbang, medan listrik pada penghantar listrik akan memiliki komponen yang menyinggung permukaan yang serenjang. Arus listrik pada permukaan dihasilkan oleh komponen medan yang menyinggung permukaan akibat adanya gaya pada muatan. Perhitungan jumlah medan listrik yang dihasilkan di bagian permukaan penghantar listrik dilakukan dengan menerapkan hukum Gauss.[6] Muatan listrik pada penghantar listrik akan bergerak jika diberikan sebuah medan listrik di sekelilingnya, pada sebuah penghantar listrik. Besarnya nilai medan listrik pada semua daerah titik di dalam penghantar listrik sama dengan nol.[7]
Gaya muatan listrik
Dalam keadaan seimbang, muatan listrik pada penghantar listrik selalu terletak di bagian permukaan. Gaya tolak-menolak akan terjadi jika penghantar listrik diberi muatan listrik. Adanya gaya tolak ini merupakan akibat dari sifat muatan listrik di dalam penghantar listrik yang selalu bergerakan bebas secara mudah. Muatan-muatan listrik akan terus saling tolak-menolak hingga mencapai kondisi yang tidak bisa bergerak sama sekali.[8]
Pengaliran arus listrik
Jumlah pengaliran arus listrik berbanding lurus dengan luas penampang penghantar listrik. Semakin besar ukuran luas penampang, maka daya hantar semakin besar. Sebaliknya, semakin kecil ukuran luas penampang maka daya hantar semakin kecil. Perbedaan jumlah pengaliran arus disebabkan penghantar listrik memiliki hambatan jenis yang sebanding dengan luas penampang.[5]
Hambatan listrik
Hambatan listrik pada sebagian besar penghantar listrik akan meningkat seiring meningkatnya suhu. Peningkatan suhu menyebabkan pergerakan elektron menjadi lebih cepat, tetapi arah pergerakannya acak dan tidak beraturan sehingga meningkatkan nilai hambatan listrik.[5] Pada penghantar listrik yang memiliki bahan dan ukuran luas penampang yang sama, besarnya nilai hambatan listrik ditentukan oleh ukuran panjang penghantar. Hambatan listrik ini umumnya menggunakan satuan Ohm per meter.[9]
Daya hantar listrik
Penghantar listrik yang berbentuk cairan maupun benda padat memiliki daya hantar listrik. Pengukuran daya hantar listrik dari suatu penghantar listrik dilakukan dengan kuantisasi. Nilai dari daya hantar listrik mempengaruhi reaksi kimia, jumlah elektron valensi, dan tingkat pengumpulan ion-ion pada penghantar listrik dalam larutan. Daya hantar listrik yang tinggi dimiliki oleh senyawa organik, sedangkan daya hantar listrik yang lemah dimiliki oleh senyawa anorganik.[10]
Penghantar listrik yang dialiri oleh arus listrik selalu menghasilkan medan magnet di sekelilingnya. Hubungan antara keberadaan medan magnet di sekeliling penghantar mulai diketahui pada akhir abad ke-18 dan awal abad ke-19 Masehi.[11]
Penangkal petir digunakan untuk mengalihkan arah sambaran petir menuju ke bagian luar dari bangunan sehingga tidak merusak peralatan listrik di dalam bangunan. Penangkal petir terdiri dari dua batang penghantar dengan salah satu ujung batang berbentuk runcing. Bahan penyusun dari penangkal petir merupakan penghantar listrik. Penangkal petir merupakan penghantar listrik yang panjang dan memiliki dua bagian yang terletak di ujung dan dipasang pada letak yang berjauhan. Bagian pertama dipasang secara vertikal di atas atap bangunan dan ujung kedua ditanam di dalam tanah.[12] Muatan listrik yang terkumpul di ujung penangkal petir dialirkan melalu kabel yang terhubung antara batang penghantar di atap bangunan dan batang penghantar di dalam tanah. Pengaliran petir ke tanah membuat udara di sekitar bangunan selalu bermuatan netral. Keberadaan penangkal petir membuat lingkungan di sekitar bangunan jarang terkena sambaran petir.[13]
Kapasitor elektrostatik
Dalam bidang elektrostatika, penghantar listrik digunakan sebagai kapasitor yang menyimpan muatan listrik. Penyimpanan muatan listrik dilakukan dengan memberikan sebuah potensial listrik seperti baterai.[14]
- ^ Ponto 2018, hlm. 62.
- ^ Listiana, dkk. (2009). Ilmu Pengetahuan Alam 2 (PDF). Surabaya: Amanah Pustaka. hlm. 22–12. ISBN 978-602-8542-06-7. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2021-01-31. Diakses tanggal 2021-01-27. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
- ^ Abdullah 2017, hlm. 84.
- ^ Hasan, M., Fitri, Z., dan Rahmayani, R. F. I. (2017). Ikatan Kimia. Banda Aceh: Syiah Kuala University Press. hlm. 114. ISBN 978-602-5679-04-9. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
- ^ a b c d Setiyo 2017, hlm. 7.
- ^ Abdullah 2017, hlm. 85.
- ^ Putra, Purnomosari, dan Ngadiono 2016, hlm. 49.
- ^ Abdullah 2017, hlm. 84-85.
- ^ Setiyo 2017, hlm. 17-18.
- ^ Ponto 2018, hlm. 61.
- ^ Setiyo 2017, hlm. 97.
- ^ Abdullah 2017, hlm. 92.
- ^ Abdullah 2017, hlm. 93.
- ^ Putra, Purnomosari, dan Ngadiono 2016, hlm. 50.
- Abdullah, Mikrajuddin (2017). Fisika Dasar II (PDF). Bandung: Institut Teknologi Bandung. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
- Ponto, Hantje (2018). Dasar Teknik Listrik (PDF). Sleman: Deepublish. ISBN 978-623-7022-93-0. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2021-01-29. Diakses tanggal 2021-01-27. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
- Putra, V.G.V., Purnomosari, E., dan Ngadiono (2016). Pengantar Listrik Magnet dan Terapannya (PDF). Sleman: CV. Mulia Jaya. ISBN 978-602-72713-2-6. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
- Setiyo, Muji (2017). Listrik & Elektronika Dasar Otomotif (PDF). Magelang: Unimma Press. ISBN 978-602-51079-0-0. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
- William Henry Preece. On Electrical Conductors. 1883.
- Oliver Heaviside. Electrical Papers. Macmillan, 1894.
- Annual Book of ASTM Standards: Electrical Conductors. American Society for Testing and Materials. (every year)
- IET Wiring Regulations. Institution for Engineering and Technology. wiringregulations.net
- BBC: Key Stage 2 Bitesize: Electrical Conductors Diarsipkan 2012-03-30 di Wayback Machine.
- GSU: Hyperphysics: Conductors and Insulators
Diperoleh dari "//id.wikipedia.org/w/index.php?title=Penghantar_listrik&oldid=19519653"