1 2 ILMU BAHAN LISTRIK SEMESTER 1 UNIVE
BUKU AJAR
ILMU BAHAN LISTRIK
Oleh :
MOH. DAHLAN, ST. MT.
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MURIA KUDUS
i
Juli 2015
PRAKATA
Dengan mengucapkan syukur Alhamdulillah kehadirat Allah S.W.T. atas
rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan
buku ajar ini.
Buku ini merupakan salah satu penunjang kelancaran dan kemudahan bagi
mahasiswa untuk memahami dan menguasai materi Ilmu Bahan Listrik.
Dalam penulisan buku ajar ini sebagai bahan kuliah mahasiswa program
studi teknik elektro di Universitas Muria Kudus. Semoga dengan adanya materi ini
harapan kami, mahasiswa mendapatkan kemudahan dalam memahami dan
menguasai kuliah Ilmu Bahan Listrik.
Akhir kata penulis berharap semoga buku ajar ini bermanfaat bagi
kemajuan ilmu pengetahuan.
Kudus,
Juli 2015
Penulis
ii
DAFTAR ISI
JUDUL
........................................................................
i
PRAKATA
........................................................................
ii
DAFTAR ISI
........................................................................
iii
BAB
I
Dasar Teori Elektron
..........................................
1
..........................................
1
1.1.1 Deskripsi
..........................................
1
1.1.2 Manfaat dan Relevansi
..........................................
1
1.1.3 Standart Kompetensi
..........................................
2
1.1.4 Kompetensi Dasar
..........................................
2
1.2
Besaran-besaran Listrik
..........................................
2
1.3
Arus Listrik
..........................................
2
1.1 Pendahuluan
1.4 Tahanan dan Daya Hantar Penghantar ........................................
5
1.5
..........................................
7
..........................................
7
1.6.1 Alat Ukur
..........................................
8
1.6.2 Hukum Ohm
..........................................
8
1.6.3 Hukum Kirchoff
..........................................
9
1.7 Rangkuman
..........................................
9
1.8
..........................................
10
1.9 Glosarium
..........................................
10
1.10 Daftar Pustaka
..........................................
11
II
Bahan Penyekat/Isolasi
..........................................
12
2.1
Pendahuluan
..........................................
12
2.1.1 Deskripsi
..........................................
13
2.1.2 Manfaat dan Relevansi
..........................................
13
2.1.3 Standart Kompetensi
..........................................
13
2.1.4 Kompetensi Dasar
..........................................
13
2.2 Sifat Dielektrik Bahan Isolasi
..........................................
13
2.3 Sifat-sifat Bahan Penyekat
..........................................
16
Potensial atau Tegangan
1.6 Rangkaian Listrik
BAB
Latihan Soal
iii
2.4 Pembagian Kelas Bahan Penyekat
BAB
..........................
17
2.5 Jenis Bahan Isolasi
..........................................
23
2.6 Rangkuman
..........................................
31
2.7 Latihan Soal
..........................................
31
2.8 Glosarium
..........................................
32
2.9 Daftar Pustaka
..........................................
32
III
..........................................
33
..........................................
33
3.1.1 Deskripsi
..........................................
33
3.1.2 Manfaat dan Relevansi
..........................................
34
3.1.3 Standart Kompetensi
..........................................
34
3.1.4 Kompetensi Dasar
..........................................
34
3.2 Pengertian Bahan Semikonduktor..........................................
34
3.3 Semikonduktor Intrinsik
..........................................
35
3.4 Semikonduktor Ektrinsik
..........................................
37
3.4.1 Semikonduktor Tipe-N
...........................................
38
3.4.2 Semikonduktor Tipe-P
...........................................
39
3.5 Rangkuman
..........................................
41
3.6 Latihan Soal
..........................................
42
3.7 Glosarium
..........................................
42
3.8 Daftar Pustaka
..........................................
43
IV
Bahan Konduktor
..........................................
44
4.1
Pendahuluan
..........................................
44
4.1.1 Deskripsi
..........................................
44
4.1.2 Manfaat dan Relevansi
..........................................
45
4.1.3 Standart Kompetensi
..........................................
45
4.1.4 Kompetensi Dasar
..........................................
45
4.2 Jenis Bahan Konduktor
..........................................
45
4.3 Klasifikasi Konduktor
..........................................
46
4.3.1 Menurut Bahannya
..........................................
46
4.3.1 Menurut Konstruksinya
..........................................
46
4.3.1 Menurut Bentuk Fisiknya
..........................................
46
Bahan Semikonduktor
3.1 Pendahuluan
BAB
iv
BAB
4.4 Karakteristik Konduktor
..........................................
47
4.5 Konduktivitas Listrik
..........................................
47
4.6 Kriteria Mutu Penghantar
..........................................
48
4.7 Rangkuman
..........................................
55
4.8 Latihan Soal
..........................................
56
4.9 Glosarium
..........................................
56
4.10 Daftar Pustaka
..........................................
56
V
..........................................
58
..........................................
58
5.1.1 Deskripsi
..........................................
58
5.1.2 Manfaat dan Relevansi
..........................................
59
5.1.3 Standart Kompetensi
..........................................
59
5.1.4 Kompetensi Dasar
..........................................
59
Pengertian Superkonduktor
..........................................
59
5.3 Sifat Kelistrikan Superkonduktor ..........................................
60
5.4 Sifat Kemagnetan Superkonduktor
...........................
61
5.5 Sifat Quantum Superkonduktor
..........................................
62
5.6 Efek Meissner
..........................................
62
5.7 Suhu dan Medan Magnet Kritis
..........................................
63
5.8 Tipe-tipe Superkonduktor
..........................................
64
5.8.1 Superkonduktor Tipe-I
..........................................
64
5.8.1 Superkonduktor Tipe-II
..........................................
65
..........................................
66
Bahan Superkonduktor
5.1 Pendahuluan
5.2
5.9 Kelompok Superkonduktor
5.8.1 Superkon Suhu Kritis Rendah
..........................
66
5.8.1 Superkon Suhu Kritis Tinggi
...........................
66
5.10 Suhu Pemadaman
..........................................
67
5.11 Sintesis Superkonduktor
..........................................
68
5.12 Perkembangan Superkonduktor ..........................................
69
5.13 Aplikasi Superkonduktor
..........................................
71
5.14 Rangkuman
..........................................
71
5.15 Latihan Soal
..........................................
72
5.16 Glosarium
..........................................
72
v
5.17 Daftar Pustaka
..........................................
vi
73
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Elemen sistem tenaga listrik
..........................................
4
Gambar 1.2 Pembangkit listrik tenaga uap ..........................................
5
Gambar 1.3 Pembangkit listrik tenaga air
7
..........................................
Gambar 1.4 Pembangkit listrik tenaga angin
..........................................
8
Gambar 1.5 Pembangkit listrik tenaga surya
..........................................
9
Gambar 1.6 Saluran transmisi
..........................................
10
Gambar 1.7 Gardu induk
..........................................
18
Gambar 1.8 Saluran distribusi
..........................................
18
Gambar 1.9 Transformator tegangan rendah
..........................................
19
Gambar 1.10 Saluran distribusi
..........................................
19
Gambar 1.11 Bentuk gelombang linier
..........................................
22
Gambar 1.12 Bentuk gelombang non linier ..........................................
23
Gambar 1.13 Bentuk gelombang sag
..........................................
24
Gambar 1.14 Bentuk gelombang swell
..........................................
24
Gambar 1.15 Bentuk gelombang interruption
..........................................
25
Gambar 1.16 Bentuk gelombang capacitor ..........................................
26
Gambar 1.17 Bentuk gelombang capacitor swith
..........................................
26
Gambar 1.18 Bentuk gelombang arus newton
..........................................
27
Gambar 1.19 Bentuk gelombang arus hokiko
..........................................
27
Gambar 1.20 Bentuk sambaran petir
..........................................
28
Gambar 1.21 Akibat gangguan
..........................................
29
Gambar 1.22 Gangguan binatang
..........................................
29
Gambar 3.1 Bagan transformator
..........................................
39
vii
Gambar 3.2 Jenis Transformator
..........................................
41
Gambar 4.1 Konstruksi motor induksi
..........................................
48
Gambar 4.2 Belitan stator tiga fasa
..........................................
49
Gambar 4.3 Putaran motor induksi dan medan
Gambar 4.4 Motor induksi
..........................................
50
..........................................
52
Gambar 4.5 Karakteristik Torque terhadap slip
..........................................
54
Gambar 4.6 Diagram motor satu fasa
..........................................
55
Gambar 4.7 Sudut torque (torque angle)
..........................................
56
Gambar 5.1 Konstruksi generator AC
..........................................
60
Gambar 5.2 Generator ac dan schematic-nya
..........................................
viii
61
ILMU BAHAN LISTRIK
Oleh :
MOH. DAHLAN, ST. MT.
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MURIA KUDUS
i
Juli 2015
PRAKATA
Dengan mengucapkan syukur Alhamdulillah kehadirat Allah S.W.T. atas
rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan
buku ajar ini.
Buku ini merupakan salah satu penunjang kelancaran dan kemudahan bagi
mahasiswa untuk memahami dan menguasai materi Ilmu Bahan Listrik.
Dalam penulisan buku ajar ini sebagai bahan kuliah mahasiswa program
studi teknik elektro di Universitas Muria Kudus. Semoga dengan adanya materi ini
harapan kami, mahasiswa mendapatkan kemudahan dalam memahami dan
menguasai kuliah Ilmu Bahan Listrik.
Akhir kata penulis berharap semoga buku ajar ini bermanfaat bagi
kemajuan ilmu pengetahuan.
Kudus,
Juli 2015
Penulis
ii
DAFTAR ISI
JUDUL
........................................................................
i
PRAKATA
........................................................................
ii
DAFTAR ISI
........................................................................
iii
BAB
I
Dasar Teori Elektron
..........................................
1
..........................................
1
1.1.1 Deskripsi
..........................................
1
1.1.2 Manfaat dan Relevansi
..........................................
1
1.1.3 Standart Kompetensi
..........................................
2
1.1.4 Kompetensi Dasar
..........................................
2
1.2
Besaran-besaran Listrik
..........................................
2
1.3
Arus Listrik
..........................................
2
1.1 Pendahuluan
1.4 Tahanan dan Daya Hantar Penghantar ........................................
5
1.5
..........................................
7
..........................................
7
1.6.1 Alat Ukur
..........................................
8
1.6.2 Hukum Ohm
..........................................
8
1.6.3 Hukum Kirchoff
..........................................
9
1.7 Rangkuman
..........................................
9
1.8
..........................................
10
1.9 Glosarium
..........................................
10
1.10 Daftar Pustaka
..........................................
11
II
Bahan Penyekat/Isolasi
..........................................
12
2.1
Pendahuluan
..........................................
12
2.1.1 Deskripsi
..........................................
13
2.1.2 Manfaat dan Relevansi
..........................................
13
2.1.3 Standart Kompetensi
..........................................
13
2.1.4 Kompetensi Dasar
..........................................
13
2.2 Sifat Dielektrik Bahan Isolasi
..........................................
13
2.3 Sifat-sifat Bahan Penyekat
..........................................
16
Potensial atau Tegangan
1.6 Rangkaian Listrik
BAB
Latihan Soal
iii
2.4 Pembagian Kelas Bahan Penyekat
BAB
..........................
17
2.5 Jenis Bahan Isolasi
..........................................
23
2.6 Rangkuman
..........................................
31
2.7 Latihan Soal
..........................................
31
2.8 Glosarium
..........................................
32
2.9 Daftar Pustaka
..........................................
32
III
..........................................
33
..........................................
33
3.1.1 Deskripsi
..........................................
33
3.1.2 Manfaat dan Relevansi
..........................................
34
3.1.3 Standart Kompetensi
..........................................
34
3.1.4 Kompetensi Dasar
..........................................
34
3.2 Pengertian Bahan Semikonduktor..........................................
34
3.3 Semikonduktor Intrinsik
..........................................
35
3.4 Semikonduktor Ektrinsik
..........................................
37
3.4.1 Semikonduktor Tipe-N
...........................................
38
3.4.2 Semikonduktor Tipe-P
...........................................
39
3.5 Rangkuman
..........................................
41
3.6 Latihan Soal
..........................................
42
3.7 Glosarium
..........................................
42
3.8 Daftar Pustaka
..........................................
43
IV
Bahan Konduktor
..........................................
44
4.1
Pendahuluan
..........................................
44
4.1.1 Deskripsi
..........................................
44
4.1.2 Manfaat dan Relevansi
..........................................
45
4.1.3 Standart Kompetensi
..........................................
45
4.1.4 Kompetensi Dasar
..........................................
45
4.2 Jenis Bahan Konduktor
..........................................
45
4.3 Klasifikasi Konduktor
..........................................
46
4.3.1 Menurut Bahannya
..........................................
46
4.3.1 Menurut Konstruksinya
..........................................
46
4.3.1 Menurut Bentuk Fisiknya
..........................................
46
Bahan Semikonduktor
3.1 Pendahuluan
BAB
iv
BAB
4.4 Karakteristik Konduktor
..........................................
47
4.5 Konduktivitas Listrik
..........................................
47
4.6 Kriteria Mutu Penghantar
..........................................
48
4.7 Rangkuman
..........................................
55
4.8 Latihan Soal
..........................................
56
4.9 Glosarium
..........................................
56
4.10 Daftar Pustaka
..........................................
56
V
..........................................
58
..........................................
58
5.1.1 Deskripsi
..........................................
58
5.1.2 Manfaat dan Relevansi
..........................................
59
5.1.3 Standart Kompetensi
..........................................
59
5.1.4 Kompetensi Dasar
..........................................
59
Pengertian Superkonduktor
..........................................
59
5.3 Sifat Kelistrikan Superkonduktor ..........................................
60
5.4 Sifat Kemagnetan Superkonduktor
...........................
61
5.5 Sifat Quantum Superkonduktor
..........................................
62
5.6 Efek Meissner
..........................................
62
5.7 Suhu dan Medan Magnet Kritis
..........................................
63
5.8 Tipe-tipe Superkonduktor
..........................................
64
5.8.1 Superkonduktor Tipe-I
..........................................
64
5.8.1 Superkonduktor Tipe-II
..........................................
65
..........................................
66
Bahan Superkonduktor
5.1 Pendahuluan
5.2
5.9 Kelompok Superkonduktor
5.8.1 Superkon Suhu Kritis Rendah
..........................
66
5.8.1 Superkon Suhu Kritis Tinggi
...........................
66
5.10 Suhu Pemadaman
..........................................
67
5.11 Sintesis Superkonduktor
..........................................
68
5.12 Perkembangan Superkonduktor ..........................................
69
5.13 Aplikasi Superkonduktor
..........................................
71
5.14 Rangkuman
..........................................
71
5.15 Latihan Soal
..........................................
72
5.16 Glosarium
..........................................
72
v
5.17 Daftar Pustaka
..........................................
vi
73
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Elemen sistem tenaga listrik
..........................................
4
Gambar 1.2 Pembangkit listrik tenaga uap ..........................................
5
Gambar 1.3 Pembangkit listrik tenaga air
7
..........................................
Gambar 1.4 Pembangkit listrik tenaga angin
..........................................
8
Gambar 1.5 Pembangkit listrik tenaga surya
..........................................
9
Gambar 1.6 Saluran transmisi
..........................................
10
Gambar 1.7 Gardu induk
..........................................
18
Gambar 1.8 Saluran distribusi
..........................................
18
Gambar 1.9 Transformator tegangan rendah
..........................................
19
Gambar 1.10 Saluran distribusi
..........................................
19
Gambar 1.11 Bentuk gelombang linier
..........................................
22
Gambar 1.12 Bentuk gelombang non linier ..........................................
23
Gambar 1.13 Bentuk gelombang sag
..........................................
24
Gambar 1.14 Bentuk gelombang swell
..........................................
24
Gambar 1.15 Bentuk gelombang interruption
..........................................
25
Gambar 1.16 Bentuk gelombang capacitor ..........................................
26
Gambar 1.17 Bentuk gelombang capacitor swith
..........................................
26
Gambar 1.18 Bentuk gelombang arus newton
..........................................
27
Gambar 1.19 Bentuk gelombang arus hokiko
..........................................
27
Gambar 1.20 Bentuk sambaran petir
..........................................
28
Gambar 1.21 Akibat gangguan
..........................................
29
Gambar 1.22 Gangguan binatang
..........................................
29
Gambar 3.1 Bagan transformator
..........................................
39
vii
Gambar 3.2 Jenis Transformator
..........................................
41
Gambar 4.1 Konstruksi motor induksi
..........................................
48
Gambar 4.2 Belitan stator tiga fasa
..........................................
49
Gambar 4.3 Putaran motor induksi dan medan
Gambar 4.4 Motor induksi
..........................................
50
..........................................
52
Gambar 4.5 Karakteristik Torque terhadap slip
..........................................
54
Gambar 4.6 Diagram motor satu fasa
..........................................
55
Gambar 4.7 Sudut torque (torque angle)
..........................................
56
Gambar 5.1 Konstruksi generator AC
..........................................
60
Gambar 5.2 Generator ac dan schematic-nya
..........................................
viii
61