Material Teknik setelah UTS

  MATERIAL TEKNIK

  2 SKS Ruang B2.2 Jam 8.40-11.10

  Dedi Nurcipto, MT

Pita Energi

  Perbedaan jenis bahan berdasarkan pita energinya :

  1.Isolator

  2. Semikonduktor

  3. Konduktor

SEMIKONDUKTOR

  

Disebut semi atau setengah konduktor,

karena bahan ini memang bukan konduktor

murni.

Bahan - bahan logam seperti tembaga, besi,

timah disebut sebagai konduktor yang baik

sebab logam memiliki susunan atom yang

Susunan Atom Semikonduktor

  

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 cara mengekstrak bahan ini

dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua

DOPING

  Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang diharapkan akan dapat mengahantarkan listrik

Tipe-N

  

Bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic

yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom

memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon

yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor)

akan memiliki kelebihan elektron.

Kelebihan elektron membentuk semikonduktor tipe-n.

Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap

  doping atom pentavalen

Tipe-P

  

Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau

Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p.

  

Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya

adalah bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang

memiliki 3 elektron pada pita valensi. Karena ion

silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada

ikatan kovalen yang lubang (hole). Hole ini

digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima

  doping atom trivalen Arus Hole 

  Bila ikatan kovalen pada kristal silikon terputus, maka akan terjadi kekosongan atau lubang (Hole) yang mempunyai kelebihan muatan positif.

   Hole juga dapat bergerak dan menghasilkan arus, dengan kata lain didalam semikonduktor ada dua

macam arus yang berbeda, yaitu arus pita konduksi

dan arus hole.

  PN junction P N

PN junction P

  N Perbedaan kosentrasi timbul difusi pada persambungan

PN junction P

  Rekombinasi hole menjadi ion positif

  Rekombinasi elektron menjadi ion negatif

PN junction P

• ⁺
• ⁺
• ⁺
• ⁺
• ⁺
• ⁺
• ⁺

N

• ⁺
• ⁺
• ⁺
• ⁺
• ⁺

  Kehadiran ion-ion akan ditolak Yang disebut barier

  p n

elektron bebas elektron valensi

>

  p n hole elektron

IODA D

_ANODA

p

_KATODA

n

Karakteristik dioda :

  _BREAKDOWN

  I _{FORWARD REGION} R _{CURRENT LEAKAGE}

Klasifikasi Bahan Isolator :

  2. Keadaan cair Varnish, Tranfsformer oil, cable oil, silikon fluide, viscous vaseline,syntetic liquide, fluoroorganic fluida dll

  

Pemakaian isolator dibidang elektronika dan Listrik

  a. Gasecus Insulating Matrials (IM)

  b. Liquide IM

  c. Fiberous IM

  d. Impregneted IM

  e. Flastic IM

  f. Rubber IM

  g. Mineral IM

  h. Cramic IM

• Gas Untuk Bahan Isolator terdiri dari Air, Nitrogen, Hydrogen dll
• udara isolaor yang penting dan berada diatara konduktor tegangan tinggi. _-

  Freon banyak di gunakan sebab tidak mudah ter bakar atau non- explodive.

  Air / Udara

• Dielecric udara semakin tinggi tekanan udara maka seakin naik dielectric constant
• Sigunakan sebagai pengganti liquie dan solide

  Sifat-sifat dielectric udara dibedakan menjadi 4 yaitu: - Dielektric loss

• Nitrogen Penggunaan bahan nitrogen berhubungan dengan proses kimia untuk melindungi oxidasi dan reduksi seperti transiometer yang diisi oli / minyak.
• Inert Gases Banyak digunakan pada berbagai elektronika tube. Terdiri dari Neon, Argon, Mercury Vapours, Sodium Vapours.

• Sulfur Hexaflouride Digunakan sebagai dielectric yang baik dengan kelebihan
• Non flammable (tidak mudah terbakar) - Dielecric stength yang tinggi. Digunakan dalam pembuatan transformator dan switch listrik. Memiliki mechanical stability pada tekanan normal dengan suhu

• Banyak digunakan dalam pembuatan transformer, elektrik switch circuit breaker, Rheo stats. Sebagi insulator untuk keperluan
• Meninggkatkan sifat sifat insolator dari solid material lain dengan mengurangi udara dan gas.
• Sebagai penyerap panas yang baik

  Ciri utama isolator bahan cair

• _- Oxidasi Memiliki kapasitas yang besar untuk menyerap air berpengaruh terhadap electric strength seperti pada CD, maka perlu di ganti secara rutin. _-

  Moisture Uap air menurunkan dielectric strength Tetapi menaikan dielektric loss dan oxidasi.

  Insulating liquid dibedakan menjadi 3 group :

• _- Mineral Insulating oil Tranformer oil, cable oil dan capasitor oil. Diperoleh dari cruide petroleum dengan cara destilasi. Sifat nya dipengaruhi oleh oxidasi, moisture, imputities dan panas _-

  Syntetic insulating oil Askarels, areclors Sangat tahan terhadap oxidasi dan api, banyak dipakai pada

  C Fiberous IM

  Diambil dari hewan ataupun cellulose Daya mekanik sangat kuat Tipe utama dari fibrous IM ^- Paper Terbuat dari kayu proses pemnuatan disebut sulfate proses Digunakan pada generator, transmisi enaga lstrik Sifatnaya tahan terhadap temperatur tinggi, mechanical strength tinggi, dielectric loss rendah Kelemahan _- Hygroscopicity, Reaction with oxygen dan thermal instability

• ^- Asbeston Bahan mineral dari struktur fibrous Temperatur bisa mencapai 400 derajat C Terdapat 2 tipe
• Carysotile asbeston (dielectric loss, rendah dielectric stength dan hygroscopic, diguakan pada tegangan kurang dari 33kv)
• Amphibole asbeston (tinggi hygroscopic)
Impregnated Fibrouse Materials

  Impregnetade paper insulator (kertas isolator yang telah diresapi) Kelebihan

• Mecanical dan chemical stability sangat baik
• Menahan temeperatur tinggi • Uniflammable.

  Bahan Sintetis

  Bahan sintetis adalah bahan yang dibentuk dari perpaduan atau kombinas ibahan-bahan organik dan bahan-bahan sintetis lainnya untuk meningkatkan kualitas bahan sumbernya Perbedaan Bahan Organik dan Sintetis

  Bahan Organik: Bahan Sintetis:

• Tersedia di alam • Buatan • Berat molekul tinggi
• Berat molekul rendah (monomer) (poli>Jumlah atom lebih
• Jumlah atom sedikit banyak dan dan ikatannya

Polimer

Polimer disebut juga makromolekul merupakan molekul

besar yang dibentuk dengan pengulangan molekul

sederhana yang disebut monomer. Polimer berasal dari dua kata : poly(banyak) dan meros (bagianbagian)

Bahan Isolator

Bahan-bahan yang biasa digunakan dalam

pembuatan isolator

  1. poliester 2. resin 3. porselen poliester

• Dibentuk dari poliester poliglass yang diperkuat dengan fiberglass
• tidak mudah pecah
• mempunyai karakteristrik listrik dan mekanik yang tinggi
• dapat digunakan pada temperatur ruang yang tinggi dan didekat bahan-bahan korosif

resin

• dibentuk dari polimeric epoxyresin atau

  

cycloalphatic resin dapat juga diperkuat

  dengan fiber glass atauf iber carbon

• Mempunyai ketahanan mekanik dan ketahanan terhadap bahan kimia yang baik
• Harga relatif lebih murah

porselin

• • Porselin terbuat dari tanah liat china

  

(China Clay) yang terdapat di alam

dalam bentuk aluminium silikat yang dicampur

dengan kaolinfealspar dan Quarts

(kwarsa).

• Kemudian campuran ini dipanaskan dalam tungku yang suhunya dapat

  diatur, dibakar sampai keras, halus

  Micaver (mika)

• dibentuk dari bahan-bahan mineral yang tahan terhadap panas
• Mempunyaikarakteristriklistrik maju dan mundur yang aman
• dapat beroperasi hingga temperatur 350 C sampai dengan 400C

  Jenis Isolator

  Isolator untuk saluran transmisi diklasifikasikan menurut penggunaan dan konstruksinya menjadi :

  1. Isolator gantung (suspension)

  2. Isolator pasak (pin)

  3. Isolator batang panjang (long-rod)

  4. Isolator pos-saluran (line post) Isolator gantung (suspension)

  Gandengan isolator gantung pada umumnya dipakai pada saluran transmisi tegangan tinggi.

  Ada dua jenis isolator gantung, yaitu jenis clevis

• jenis ball-and-socket.

  Isolator pasak (pin)

  Isolator pasak adalah isolator yang memiliki pasak baja yang disekrup pada bagian bawahnya.

  Digunakan untuk keperluan sendiri-sendiri, karena kekuatan mekanisnya rendah sehingga tidak dibuat dalam ukuran-ukuran yang besar. Isolator batang panjang (long-rod)

  Isolator batang panjang mempunyai sedikit bagian logam sehingga tidak mudah menjadi rusak. Bentuk rusuknya yang sederhana menyebabkan isolator batang panjang mudah tercuci oleh hujan, sehingga tepat untuk penggunaan pada tempat tempat

  Isolator pos saluran

  Isolator pos saluran terbuat dari porselin dengan pasak baja yang dipasang pada bagian bawah isolator. Isolator jenis ini terletak pada bagian ujung saluran.

  Karakteristik listrik isolator dibagi menjadi :

  1. Tegangan lompatan api frekuensi rendah kering

  2. Tegangan lompatan api frekuensi rendah basah

  3. Tegangan lompatan api impuls Karakteristik Listrik Isolator

  1. Tegangan lompatan api frekuensi rendah kering Tegangan lompatan api (flashover voltage) frekuensi rendah kering adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan diterapkan diantara kedua elektroda isolator yang bersih dan kering permukaannya. Tegangan ini adalah nilai dasar dari karakteristik sebuah isolator Karakteristik Listrik Isolator

  2. Tegangan lompatan api frekuensi rendah basah Tegangan lompatan api frekuensi rendah basah adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan diterapkan diantara kedua elektroda isolator yang basah karena hujan atau dibasahi untuk menirukan keadaan hujan

  Karakteristik Listrik Isolator

  3. Tegangan lompatan api impuls Tegangan lompatan api impuls adalah tegangan lompatan api yang terjadi bila tegangan impuls dengan gelombang standar diterapkan. Karakteristik impuls terbagi atas polaritas positif dan negatif.

  Karakteristik Listrik Isolator

  Material Konduktor

  Penghantar ialah suatu benda yang berbentuk logam ataupun non logam yang dapat mengalirkan arus listrik dari satu titik ke titik lain. ke titik lain.

  Penghantar dapat berupa kabel (penghantar dengan selubung isolasi) atau kawat (penghantar tanpa isolasi)

  Jenis Bahan Konduktor Bahan-bahan yang digunakan sebagai konduktor harus memenuhi persyaratan berikut :

  1. Konduktifitasnya cukup baik

  2. Koefisien muai panjangnya kecil

  3. Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar Jenis Bahan Konduktor Bahan-bahan yang biasa _{digunakan sebagai konduktor :}

  1. Logam biasa, seperti : tembaga, alumunium dan besi alumunium dan besi

  2. Logam campuran (alloy) yaitu logam dari tembaga atau alumunium yang dicampur dengan jumlah tertentu dari logam jenis lain untuk meningkatkan kekuatan mekanisnya

Klasifikasi Konduktor

  Klasifikasi konduktor menurut bahannya :

  1. Kawat logam biasa, contoh : BCC (bare copper conductor) dan AAC (all alumunium conductor)

  2. Kawat logam campuran(alloy), contoh : AAAC (all alumunium alloy conductor)

  3. Kawat logam paduan(composite),contoh : kawat baja berlapis tembaga (copper clad steel)

  Klasifikasi Konduktor Klasifikasi konduktor menurut konstruksinya:

  2. Kawat berlilit (stranded wire) terdiri dari 7 sampai 61 kawat padat yang dililit menjadi satu

  Klasifikasi konduktor menurut isolasinya

  

2. Konduktor berisolasi, contoh : kabel twisted dan kabel NYY Ada dua jenis karakteristik konduktor, yaitu :

  1. Kekuatan mekanik, contoh : kekuatan Tarik

  Resistifitas Listrik

  Resistifitas listrik adalah kemampuan suatu bahan dalam menahan arus listrik.

  Resistifitas listrik dinyatakan sebagai : Ω R = tahanan dalam bahan (Ω) ₂

  ρ = tahanan jenis bahan (Ω.mm /m) l = panjang bahan (m) ₂ A = luas penampang bahan (mm )

  Penamaan Konduktor

  1. Penghantar N – tembaga NA – alumunium

  2. Isolasi Y – isolasi PVC

  2Y – isolasi XLPE

  3. Selubung dalam G – karet

  4. Perisai B – pita baja F – baja pipih L – jalinan kawat baja Q – kawat baja berlapis seng R – kawat baja bulat satu lapis RR – kawat baja bulat dua lapis Z – kawat baja berbentuk huruf “Z”

Sifat Alloy

  

Alloy merupakan paduan logam yang

memiliki sifat sifat yang berbeda dari

komponen-komponen pembentuknya.

Pengaruh dari unsur pemadu tergantung

pada bagaimana unsur itu terdapat

dalam alloy. Dengan cara paduan sifat-

  _{1.Jika elektron bergerak bebas, mudah terjadi arus} Sifat listrik : _{listrik (logam).} listrik, maka dapat disebut sebagai penghantar _{negatif, memiliki sifat dielektrik, dapat disebut}

  2.Jika bahan mudah membentuk kutub positif dan

  3.Jika elektron terikat pada atom, tidak mudah terjadi konduktor _{yang melebihi “kekuatan dielektrik”nya, isolator dapat}

  _{arus listrik, dapat disebut sebagai isolator atau non-}

  4.Jika bahan dielektrik diberi medan listrik cukup kuat menjadi konduktor.

SIFAT LISTRIK

  1. Tahanan _{kemampuan menghantarkan arus listrik}

  _{kemampuan menahan arus listrik}

  2. Konduktivitas _{kemampuan menahan tembus tegangan (batas}

  3. Kekuatan dielektrik

  Data tahanan jenis beberapa bahan : Data kekuatan dielektrik beberapa bahan :

  How Capacitors Work - YouTube How Electromotive Force Works - YouTube

  

VIDEO dari Youtube

  Terima Kasih