MATERIAL TEKNIK

3 SKS

MATTEK 2014

Sejarah

Dimulainya suatu era seringkali ditandai dengan mulai digunakannya suatu bahan baru pada suatu peradaban, misalnya zaman Batu, era perunggu, dan era besi. Teknologi bahan bisa dikatakan merupakan salah satu teknologi yang paling tua dalam peradaban, dan merupakan pendahulu dari cabang teknologi lainnya.

Revolusi Industri merupakan periode antara tahun 1750-1850 di mana terjadinya perubahan secara besar-besaran di bidang pertanian, manufaktur, pertambangan, transportasi, dan teknologi serta memiliki dampak yang mendalam terhadap kondisi sosial, ekonomi, dan budaya di dunia. Revolusi Industri dimulai dari Britania Raya dan kemudian menyebar ke seluruh Eropa Barat, Amerika Utara, Jepang, dan akhirnya ke seluruh dunia.
Revolusi Industri menandai terjadinya titik balik besar dalam sejarah dunia, hampir setiap aspek kehidupan sehari-hari dipengaruhi oleh Revolusi Industri, khususnya dalam hal peningkatan pertumbuhan penduduk dan pendapatan rata-rata yang berkelanjutan dan belum pernah terjadi sebelumnya. Selama dua abad setelah Revolusi Industri, rata-rata pendapatan perkapita negara-negara di dunia meningkat lebih dari enam kali lipat. Seperti yang dinyatakan oleh pemenang Hadiah Nobel, Robert Emerson Lucas, bahwa: "Untuk pertama kalinya dalam sejarah, standar hidup rakyat biasa mengalami pertumbuhan yang berkelanjutan. Perilaku ekonomi yang seperti ini tidak pernah terjadi sebelumnya"
Awal mula Revolusi Industri tidak jelas tetapi T.S. Ashton menulisnya kira-kira 1760-1830. Tidak ada titik pemisah dengan Revolusi Industri II pada sekitar tahun 1850, ketika kemajuan teknologi dan ekonomi mendapatkan momentum dengan perkembangan kapal tenaga-uap, rel, dan kemudian di akhir abad tersebut perkembangan mesin pembakaran dalam dan perkembangan pembangkit tenaga listrik
Awal mula Revolusi Industri tidak jelas tetapi T.S. Ashton menulisnya kira-kira 1760-1830. Tidak ada titik pemisah dengan Revolusi Industri II pada sekitar tahun 1850, ketika kemajuan teknologi dan ekonomi mendapatkan momentum dengan perkembangan kapal tenaga-uap, rel, dan kemudian di akhir abad tersebut perkembangan mesin pembakaran dalam dan perkembangan pembangkit tenaga listrik

Revolusi Industri adalah perubahan besar, secara cepat, dan radikal yang mempengaruhi kehidupan corak manusia sering disebut revolusi. Istilah revolusi biasanya digunakan dalam melihat perubahan politik atau sistem pemerintahan. Namun, Revolusi Industri di Inggris pada hakikatnya adalah perubahan dalam cara pembuatan barang-barang yang semula dikerjakan dengan tangan (tenaga manusia) kemudian digantikan dengan tenaga mesin. Dengan demikian, barang-barang dapat dihasilkan dalam jumlah banyak dengan waktu yang relatif singkat.

Revolusi Industri untuk kali pertamanya muncul di Inggris. Adapun faktor-faktornya yang menyebabkannya adalah sebagai berikut:

• Situasi politik yang stabil. Adanya Revolusi Agung tahun 1688 yang mengharuskan raja bersumpah setia kepada Bill of Right sehingga raja tunduk kepada undang-undang dan hanya menarik pajak berdasarkan atas persejutuan parlemen.
• Inggris kaya bahan tambang, seperti batu bara, biji besi, timah, dan kaolin. Di samping itu, wol juga yang sangat menunjang industri tekstil.
• Adanya penemuan baru di bidang teknologi yang dapat mempermudah cara kerja dan meningkatkan hasil produksi, misalnya alat-alat pemintal, mesin tenun, mesin uap, dan sebagainya.
• Kemakmuran Inggris akibat majunya pelayaran dan perdagangan sehingga dapat menyediakan modal yang besar untuk bidang usaha. Di samping itu, di Inggris juga tersedia bahan mentah yang cukup karena Inggris mempunyai banyak daerah jajahan yang menghasilkan bahan mentah tersebut.
• Pemerintah memberikan perlindungan hukum terhadap hasil-hasil penemuan baru (hak paten) sehingga mendorong kegiatan penelitian ilmiah. Lebih-lebih setelah dibentuknya lembaga ilmiah Royal Society for Improving Natural Knowledge maka perkembangan teknologi dan industri bertambah maju.
• Arus urbanisasi yang besar akibat Revolusi Agraria di pedesaan mendorong pemerintah Inggris untuk membuka industri yang lebih banyak agar dapat menampung mereka.

Adanya penemuan teknologi baru, besar peranannya dalam proses industrialisasi sebab teknologi baru dapat mempermudah dan mempercepat kerja industri, melipatgandakan hasil, dan menghemat biaya. Penemuan-penemuan yang penting, antara lain sebagai berikut.

• Kumparan terbang (flying shuttle) ciptaan John Kay (1733). Dengan alat ini proses pemintalan dapat berjalan secara cepat.
• Mesin pemintal benang (spinning jenny) ciptaan James Hargreves (1767) dan Richard Arkwright (1769). Dengan alat ini hasilnya berlipat ganda.
• Mesin tenun (merupakan penyempurnaan dari kumparan terbang) ciptaan Edmund Cartwight (1785). Dengan alat ini hasilnya berlipat ganda.
• Cottongin, alat pemisah biji kapas dari serabutnya ciptaan Whitney (1794). Dengan alat ini maka kebutuhan kapas bersih dalam jumlah yang besar dapat tercukupi.
• Cap selinder ciptaan Thomas Bell (1785). Dengan alat ini kain putih dapat dilukisi pola kembang 200 kali lebih cepat jika dibandingkan dengan pola cap balok dengan tenaga manusia.
• Mesin uap, ciptaan James Watt (1769). Dari mesin uap ini dapat diciptakan berbagai peralatan besar yang menakjubkan, seperti lokomotif ciptaan Richard Trevethiek (1804) yang kemudian disempurnakan oleh George Stepenson menjadi kereta api penumpang. Kapal perang yang digerakkan dengan mesin uap diciptakan olehRobert Fulton (1814). Mesin uap merupakan inti dari Revolusi Industri sehingga James Watt sering dianggap sebagai Bapak Revolusi Industri I'. Penemuan-penemuan baru selanjutnya, semakin lengkap dan menyempurnakan. Hal ini merupakan hasil Revolusi Industri II dan III, seperti mobil, pesawat terbang, industri kimia dan sebagainya.

Selain itu, Revolusi Industri merupakan masa perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang menimbulkan penemuan-penemuan baru, seperti berikut :

• Tahun 1750 : Abraham Darby menggunakan batu bara (cokes) untuk melelehkan besi untuk mendapatkan nilai besi yang lebih sempurna.
• Tahun 1800 : Alessandro Volta penemu pertama baterai
• Tahun 1802 : Symington menemukan kapal kincir.
• Tahun 1807 : Robert Fulton membuat kapal api yang telah menggunakan baling-baling yang dapat menggerakkan kapal. Kapal itu diberi nama Clermont yang mengarungi Lautan Atlantik pertama kali. Kapal ini berangkat dari Paris dan berlabuh di New York. Selanjutnya, Robert Fulton berhasil membuat kapal perang pertama (1814) yang telah digerakkan oleh mesin uap.
• Tahun 1804 : Richard Trevethick membuat kapal uap.
• Tahun 1832 : Samuel Morse membuat telegraf.
• Tahun 1872 : Alexander Graham Bell membuat pesawat telepon.
• Tahun 1887 : Daimler membuat mobil.
• Tahun 1903 : Wilbur Wright dan Orville Wright membuat pesawat terbang

MATERIAL TEKNIK

Material teknik dapat diklasifikasikan menjadi 5 :
(a) Logam,
(b) Keramik,
(c) Polimer,
(d) Komposit,
(e) Semikonduktor.

A.LOGAM
Jenis material teknik yang dipakai secara luas dalam teknologi modern adalah baja. Baja adalah material logam yang dapat dipakai secara fleksibel dan mempunyai beberapa karakteristik. Material ini kuat dan siap dibentuk menjadi bermacam-macam keperluan teknik. Material ini berspektrum luas dan mempunyai kemampuan berdeformasi secara permanen yang merupakan modal penting dalam menentukan harga tegangan luluh pada berbagai beban.
Berbagai material logam tidak dalam bentuk murni dipakai dalam teknik, tetapi dipakai dalam bentuk paduan, misalnya : paduan besi dan baja (dari Fe), aluminium (Al), magnesium (Mg), titanium (Ti), nikel (Ni), paduan seng (Zn) dan tembaga (Cu) (perunggu). Gambar 1.1 ditunjukkan satu contoh bagian seni pengerjaan logam yang dibentuk dengan deformasi superplastis.

B.KERAMIK DAN KACA
Al2O3 adalah material teknik yang disebut keramik, atau Aluminium oksida (Al2O3) mempunyai 2 keunggulan.
Pertama, Al2O3 stabil secara kimia dalam lingkungan yang beraneka ragam, karena Al akan di oksidasi. Pada kenyataannya hasil reaksi oksidasi dari aluminium akan memberikan aluminium oksida yang lebih stabil. Kedua, keramik Al2O3 mempunyai titik lebur lebih tinggi (2020oC) daripada logam Al (660o). Hal ini membuat Al2O3 sukar lebur dan dipakai secara luas dalam industri peleburan.
Contoh material keramik yang lain yang banyak dipakai adalah magnesium oksida (MgO) dan silika (SiO2). Material keramik ini sering dipadukan dengan aluminium oksida (Al2O3) untuk mendapatkan sifat yang lebih baik. Material keramik silikon nitrida Si3N4 dapat diurai menjadi keramik oksida yang penting. Selanjutnya, material keramik yang berdaya jual tinggi adalah keramik yang mempunyai gabungan unsur antara satu unsur logam dan satu unsur bukan logam (C, N, 0, P, S ).
Logam dari keramik mempunyai ciri susunan yang sama pada skala atomik. Susunannya kristalin, artinya atom-atomnya tertumpuk dalam sebuah keteraturan atau pola yang berulang. Perbedaan antara bahan logam dan keramik adalah pada material keramik dengan pengolahan yang sederhana dan bersih dapat dibuat dalam bentuk nonkristalin, sehingga atom-atom tertumpuk atau tersusun dalam ketidakteraturan atau pola yang acak.

C. POLIMER
Polimer merupakan material hasil teknologi modern yang mempunyai karakteristik lebih banyak dari pada material yang lain. Bahan buatan ini merupakan cabang khusus dari kimia organik. Plastik adalah bahan murah yang dapat dibentuk dari beberapa polimer selama fabrikasi. Mer dalam sebuah polimer adalah sebuah molekul hidrokarbon tunggal seperti etilen (C2H4). Polimer adalah molekul rantai panjang yang mengandung beberapa ikatan mer. Polimer yang umum dalam dunia perdagangan adalah polietilen -(C2H4 ) dengan harga n berkisar antara 100 sampai 1000. Beberapa polimer penting (termasuk polyethylene) adalah campuran sederhana dari hidrogen dan karbon. Beberapa yang lain mengandung oksigen, misalnya : acrylic, nitrogen (nylon), fluorine (fluoroplastic), dan silikon (silicone). Polimer mempunyai sifat ringan, murah dan mampu menggantikan logam dalam aplikasi disain struktur.

D.KOMPOSIT
Perkembangan teknologi material telah melahirkan suatu material jenis baru yang dibangun secara bertumpuk dari beberapa lapisan. Material ini lah yang disebut material komposit. Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan dirancang untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya. Pada dasarnya, komposit dapat didefinisikan sebagai campuran makroskopik dari serat dan matriks. Serat merupakan material yang (umumnya) jauh lebih kuat dari matriks dan berfungsi memberikan kekuatan tarik.Sedangkan matriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungan dan kerusakan akibat benturan.
Serat kaca (glass fibre) adalah material yang umum digunakan sebagai serat. Namun, teknologi komposit saat ini telah banyak menggunakan karbon murni sebagai serat. Serat karbon memiliki kekuatan yang jauh lebih baik dibanding serat kaca tetapi biaya produksinya juga lebih mahal. Komposit dari serat karbon memiliki sifat ringan dan juga kuat. Komposit jenis ini banyak digunakan untuk struktur pesawat terbang, alat-alat olahraga, dan terus meningkat digunakan sebagai pengganti tulang yang rusak.
Selain serat kaca, polimer yang biasanya menjadi matriks juga dapat dipakai sebagai serat atau penguat. Contohnya, kevlar merupakan serat polimer yang sangat kuat dan dapat meningkatkan toughness dari material komposit. Kevlar dapat digunakan sebagai serat dari produk komposit untuk struktur ringan yang handal, misalnya bagian kritis dari struktur pesawat terbang. Sebenarnya, material komposit bukanlah pengguaan asli dari kevlar. Kevlar dikembangkan untuk pengganti baja pada ban radial dan untuk membuat rompi atau helm antipeluru.
Sedangkan untuk matriks, kebanyakan material komposit modern menggunakan plastik thermosetting, yang biasanya disebut resin. Plastik adalah polimer yang mengikat serat dan membantu menentukan sifat fisik dari material komposit yang dihasilkan. Plastik termosetting berwujud cair tetapi akan mengeras dan menjadi rigid ketika dipanaskan. Plastik ini memiliki tahanan terhadap serangan zat kimia yang baik meskipun berada pada lingkungan ekstrim. Untuk tujuan khusus, digunakan matriks dari keramik, karbon dan logam. Contohnya, keramik digunakan untuk material komposit yang didesain bekerja pada temperatur sangat tinggi dan karbon digunakan untuk produk yang menerima gaya gesek seperti bearing dan gir.
Pada material komposit dikenal istilah lamina dan laminate. Lamina adalah satu lembar komposit dengan satu arah serat tertentu, sedangkan laminate adalah gabungan beberapa lamina. Laminate dibuat dengan cara memasukkan pre-preg lamina ke dalam autoclave selama selang waktu tertentu dan dengan tekanan serta temperatur tertentu pula. Auroclave adalah suatu alat semacam oven bertekanan untuk menggabungkan lamina.
Dibanding dengan material konvensional keunggulan komposit antara lain yaitu memiliki kekuatan yang dapat diatur (tailorability), tahanan lelah (fatigue resistance) yang baik, tahan korosi, dan memiliki kekuatan jenis (rasio kekuatan terhadap berat jenis) yang tinggi.


Manfaat utama dari penggunaan komposit adalam mendapatkan kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan. Dengan memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat membuat suatu material komposit dengan sifat yang tepat sama dengan kebutuhan sifat untuk suatu struktur tertentu dan tujuan tertentu pula.
Penerbangan modern, baik sipil maupun militer, adalah contoh utamanya. Keduanya akan menjadi sangat tidak efisien tanpa adanya material komposit. Material komposit canggih kini telah umum digunakan pada bagian sayap dan ekor, propeller, bilah rotor, dan juga struktur internal pesawat terbang. Selain aplikasi di industri dirgantara, dewasa ini material komposit telah banyak juga digunakan untuk badan mobil F1, alat-alat olahraga, struktur kapal dan industri migas. Hambatan dalam aplikasi material komposit umumnya adalah soal biaya. Meskipun sering kali proses manufaktur material komposit lebih efisien, namun material mentahnya masih terlalu mahal. Material komposit masih belum bisa secara total menggantikan material konvensional seperti baja, tetapi dalam banyak kasus kita memiki kebutuhan akan hal itu. Tidak diragukan, dengan teknologi yang terus berkembang, pengunaan baru dari material komposit akan bermunculan. Kita belum melihat semua yang material komposit dapat lakukan.

E.SEMIKONDUKTOR
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor Bahan semikonduksi yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide. Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut materi doping). Untuk informasi bagaimana semikonduktor digunakan sebagai alat elektronik. Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini disebut dopant. Doping sejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan faktor lebih besar dari satu milyar. Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline silicon didop-berat seringkali digunakan sebagai pengganti logam. Semikonduktor dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan handal diperlukan untuk produksi massa. Tingkat kemurnian kimia yang diperlukan sangat tinggi karena adanya ketidaksempurnaan, bahkan dalam proporsi sangat kecil dapat memiliki efek besar pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan yang tinggi juga diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti dislokasi, kembaran, dan retak tumpukan) mengganggu properti semikonduktivitas dari material. Retakan kristal merupakan penyebab utama rusaknya perangkat semikonduktor. Semakin besar kristal, semakin sulit mencapai kesempurnaan yang diperlukan. Proses produksi massa saat ini menggunakan ingot (bahan dasar) kristal dengan diameter antara empat hingga dua belas inci (300 mm) yang ditumbuhkan sebagai silinder kemudian diiris menjadi wafer. Karena diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat semikonduktor, metode khusus telah dikembangkan untuk memproduksi bahan semikonduktor awal. Sebuah teknik untuk mencapai kemurnian tinggi termasuk pertumbuhan kristal menggunakan proses Czochralski. Langkah tambahan yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal sebagai perbaikan zona. Dalam perbaikan zona, sebagian dari kristal padat dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan, sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga menghasilkan bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan. Dalam pembuatan perangkat semikonduktor yang melibatkan heterojunction antara bahan-bahan semikonduktor yang berbeda, konstanta kisi, yaitu panjang dari struktur kristal yang berulang, penting untuk menentukan kompatibilitas antar

TUGAS !

PERTEMUAN KE I

LISTRIK

Sejarah awal Listrik

Bangsa Yunani Kuno adalah pionir dalam keilmuan di Eropa. Thales dari Miletus (625-547 SM) salah satu pemikir Yunani berupaya menyelidiki fenomena yang kemudian kita kenal sebagai listrik dan magnet. Batu amber yang digosok ternyata dapat mengangkat bulu ayam.

Gagasan tentang Listrik

Pada awalnya keperluan percobaan, orang menghasilkan listrik sendiri, dengan menggosokkan benda tertentu. Sekitar tahun 1600-an dalam bukunya ”de magnete”, William Gilbert (1544-1603) menunjukkan adanya gaya magnet dan listrik yang misterius. Dialah yang pertama menggunakan nama “electric”, dan barangkali yang membuat alat listrik pertama yang disebut “versorium”.

Pada tahun 1767, Joseph Priestley (1733-1804) sebelum menjadi terkenal sebagai penemu oksigen, menulis sejarah listrik dalam bukunya “The History and Present State of Electricity”.

Charles de Coulomb (1736-1806) mempelajari tingkah laku muatan listrik, dan mengusulkan apa yang disebut “Hukum Pangkat Dua” yaitu gaya tarik atau tolak dua benda bermuatan listrik berubah menurut perbandingan pangkat dua jaraknya, nama Coulomb kemudian dipakai untuk nama satuan muatan listrik.

Aliran Muatan Listrik

Pada tahun 1780, saat melakukan pembedahan kodok, Luigi Galvani (1737-1798) mengamati bahwa bila pisaunya menyentuh urat syaraf pada kaki kodok itu, maka kaki itu menegang, Galvani menduga bahwa ada listrik di dalam otot kaki itu.

Sesudah itu, Alessandro Volta (1745-1827) mendengar dugaan Galvani tersebut dan menolaknya karena ia telah mengembangkan alat untuk menghasilkan muatan listrik yaitu elektroporus. Pada tahun 1800 Volta mengumumkan bahwa ia menemukan sumber listrik baru yang kemudian dikenal sebagai “Voltaic Pile”.

Galvani berpendapat bahwa listrik berasal dari badan binatang bila tersentuh oleh dua batang logam, dan menyebutnya dengan “Listrik Binatang”. Di lain pihak Volta berpendapat bahwa listrik itu berasal dari persentuhan dua batang logam saja, dan karenanya ia menyebutnya dengan “Listrik Logam”. Galvani dan Volta tidak sependapat dan demikian pula para pendukungnya selama beberapa tahun. Sekarang kita tahu bahwa keduanya tidak seluruhnya benar.

Henry Cavendish (1731-1810) memperkenalkan gagasan tentang “voltase” untuk menjelaskan bagaimana “dorongan listrik” ditimbulkan.

Leopold Nobili (1784-1835) membuat salah satu alat ukur listrik awal yang kemudian dikenal sebagai “Galvanometer”.

Dengan bereksperimen menggunakan baterai, ilmuwan menemukan bahwa ada benda yang dapat dialiri arus listrik yang kemudian disebut “konduktor” dan ada yang tidak, yang kemudian disebut “isolator”.

Dalam serangkaian percobaannya, Georg Ohm menunjukkan bahwa tidak ada konduktor maupun isolator murni, tetapi setiap jenis benda mempunyai sejumlah hambatan terhadap arus listrik. Kawat yang panjang memberikan hambatan yang lebih besar daripada kawat yang lebih pendek, serta kawat tipis memberikan hambatan yang lebih besar dari kawat yang tebal. Ini kemudian menjadi dasar dari salah satu hukum rangkaian listrik yang pokok, yaitu Hukum Ohm.

Pemikir Listrik

Ben Franklin
Banyak orang berpikir Benyamin Franklin menemukan listrik terkenal dengan layang-layang percobaan pada 1752, namun
listrik tidak ditemukan sekaligus. Pada awalnya, listrik dikaitkan dengan cahaya.
Orang ingin yang murah dan aman cara untuk cahaya rumah mereka, dan para ilmuwan berpikir listrik mungkin jalan.

pada tahun 1800, Alessandro Volta, seorang ilmuwan Italia, membuat penemuan besar. dia basah kuyup
kertas dalam air garam, seng dan tembaga ditempatkan di sisi berlawanan dari kertas, dan mengamati reaksi kimia menghasilkan arus listrik. Volta telah
menciptakan sel listrik pertama. Dengan menghubungkan banyak dari sel-sel ini bersama-sama, Volta mampu "string saat ini" dan membuat baterai. Hal ini untuk menghormati Volta bahwa kita mengukur daya baterai dalam volt. Akhirnya, sumber yang aman dan dapat diandalkan listrik tersedia, sehingga mudah bagi para ilmuwan untuk mempelajari listrik.

Seorang ilmuwan Inggris, Michael Faraday, adalah orang pertama yang menyadari bahwa
arus listrik dapat dihasilkan dengan melewatkan magnet melalui
kawat tembaga. Itu adalah penemuan yang menakjubkan. Hampir semua listrik
kita gunakan saat ini dibuat dengan magnet dan kumparan dari kawat tembaga di raksasa
pembangkit listrik.
Kedua generator listrik dan motor listrik didasarkan pada ini
prinsip. Sebuah generator mengubah energi gerak menjadi listrik. Sebuah
Motor mengubah energi listrik menjadi energi gerak.

Thomas Edisonn 1879, Thomas Edison berfokus pada menciptakan suatu
Cahaya lampu, yang akan bertahan lama sebelum
terbakar. Masalahnya adalah menemukan bahan yang kuat untuk
filamen, kawat kecil di dalam bohlam yang melakukan listrik. Akhirnya, Edison digunakan biasa kapas benang yangtelah direndam dalam karbon.
Filamen ini tidak terbakar sama semua itu menjadi pijar;
yaitu, ia bersinar.

ENERGI

Pengertian Energi adalah merupakan suatu kemampuan untuk melakukan kerja. Sumber energi adalah benda atau makhluk yang dapat memberikan atau menghasilkan energi. Contohnya matahari, angin, air terjun, gas, listrik, batu baterai, batu bara, panas bumi, zat makanan, bahan bakar, dan sebagainya. 

Macam-Macam Perubahan Energi

Energi gerak atau kinetik menjadi energi listrik

      contohnya: Pada waktu dynamo sepeda digunakan

Energi listrik menjadi energi cahaya

      contohnya: Lampu pijar yang digunakan Lampu, Televisi, komputer 

Energi listrik menjadi energi bunyi

     contohnya: Radio Televisi Vcd player Tape recorder 

Energi listrik menjadi energi kalor atau panas, 

     contohnya: Kompor listrik, Solder, listrik, Heater 

Perubahan energi gerak menjadi energi panas. Contoh kedua tangan yang digosokan akan terasa hangat;

Perubahan energi gerak menjadi energi bunyi. Contoh saat kita bertepuk tangan akan terdengar bunyi;

Perubahan energi panas menjadi energi gerak. Contoh kertas yang dibentuk spiral akan berputar saat dipanaskan di atas lilin;

Perubahan energi kimia menjadi energi panas. Contoh energi dari makanan yang menghasilkan panas setelah dimakan. Adanya energi panas ditandai dengan timbulnya keringat setelah makan;

Perubahan energi listrik menjadi energi gerak. Contoh kipas angin dan blender;

Perubahan energi cahaya menjadi energi panas. Contoh pada pembakaran kertas menggunakan lup;

Coba, Apakah masih ada Bentuk perubahan energi yang lain ?

Macam-macam Bentuk Energi

Energi mekanik, adalah energi yang terdapat pada benda yang memiliki energi kinetik dan energi potensial atau  pada mesin. Contohnya pada mesin kendaraan bermotor. 

 Energi listrik, adalah yang dimiliki oleh arus listrik yan mengalir. Contohnya  ketika baterai digunakan arus listrik mengalir. 

 Energi kimia, adalah yang dimiliki oleh suatu zat yang mengandung bahan kimia. Contohnya bahan bakar, zat makanan, batu bara, batu baterai, dan aki. 

 Energi cahaya, adalah yang dimiliki oleh benda yang dapat menghasilkan cahaya. Contohnya matahari, lampu, TV, dan lilin. 

 Energi Panas, adalah energi yang dimiliki oleh benda yang dapat menghasilkan panas. Contohnya api, matahari, kompor yang menyala, lilin yang menyala, dan sebagainya. 

 Energi potensial, adalah yang dimiliki oleh benda yang akan bergerak atau karena kedudukannya yang dipengaruhi oleh gravitasi bumi. Contohnya air terjun, benda yang diam, da sebagainya. 

Energi kinetik, adalah yang dimiliki oleh benda yang sedang  bergerak. 

 Energi nuklir, adalah yang dimiliki di dalam inti atom suatu unsure kimia. Contohnya bom atom, dan pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). 

Sumber Energi

a. Sumber Energi Tak Terbarukan

   1). Energi Hasil Tambang Bumi

        Minyak bumi, gas, dan batu bara merupakan bahan bakar fosil berasal dari tumbuhan dan hewan-hewan yang terkubur jutaan tahun di dalam bumi. Untuk mendapatkan minyak bumi, dilakukan penambangan ke dalam perut bumi.

   2). Energi Nuklir

        Energi nuklir adalah energi potensial yang terdapat pada partikel di dalam nukleus atom. Partikel nuklir, seperti proton dan neutron, tidak terpecah di dalam proses reaksi fisi dan fusi. Akan tetapi, kumpulan tersebut memiliki massa lebih rendah daripada ketika berada dalam posisi terpisah. Adanya perbedaan massa ini dibebaskan dalam bentuk energi panas melalui radiasi nuklir.

b. Sumber Energi Terbarukan

  1). Energi Matahari

        Energi surya atau energi matahari adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas surya (matahari) melalui peralatan tertentu menjadi energi dalam bentuk lain. Matahari merupakan sumber utama energi. Energi matahari dapat digunakan secara langsung maupun diubah ke bentuk energi lain.

   2). Pembangkit Listrik Tenaga Air

        Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah pembangkit yang mengandalkan energi potensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan ini disebut sebagai hidroelektrik.

        Komponen pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh energi kinetik dari air. Namun, secara luas, pembangkit listrik tenaga air tidak hanya terbatas pada air dari sebuah waduk atau air terjun, melainkan juga meliputi pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air dalam bentuk lain seperti tenaga ombak.

   3). Energi Angin

    Energi angin memanfaatkan tenaga angin dengan menggunakan kincir angin untuk diubah menjadi energi listrik atau bentuk energi lainnya. Umumnya, digunakan dalam ladang angin skala besar untuk menyediakan listrik di lokasi yang terisolir.

  4). Energi Tidal

    Energi tidal merupakan energi yang memanfaatkan pasang surut air yang sering disebut juga sebagai energi pasang surut. Jika dibandingkan dengan energi angin dan energi matahari, energi tidal memiliki sejumlah keunggulan, antara lain memiliki aliran energi yang lebih pasti/mudah diprediksi, lebih hemat ruang, dan tidak membutuhkan teknologi konversi yang rumit. Kelemahan energi ini adalah membutuhkan alat konversi yang andal yang mampu bertahan dengan kondisi lingkungan laut yang keras karena tingginya tingkat korosi dan kuatnya arus laut.

 5). Energi Petir

Dan lain sebagainya silakan cari referensinya.

Bayangkan jika hidup tanpa listrik !!!

Apa itu Listrik ?

Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya.

Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.

Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik.

PEMBANGKIT-PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK:

PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air)

PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap)

PLTGU (Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap)

PLTP (Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi) 

PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Diesel)

PLTS (Pusat Listrik Tenaga Surya)

PLTO (Pembangkit Listrik Tenaga Ombak)

PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas)

PLTSa (Pembangkit Listrik Tenaga Sampah) 

PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)

PLTPS (Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut)

PLTPt (Pembangkit Listrik Tenaga Petir) 

Satuan Satuan Listrik

Joule (J)
Adalah satuan dasar untuk kerja atau energi yang didefinisikan sebagai 1 Newton-meter (1Nm). Penggunaan gaya 1 N yang konstan sepanjang jarak 1 meter akan mengeluarkan energi 1 Joule. 1 Joule adalah ekivalen dengan 0, 73756 kaki Pound Gaya (ft-lbf). Satuan Energi lainnya adalah Kalori (Cal), sama dengan 4,1868 Joule, Satuan Termal British (British Thermal Unit, Btu) yang besarnya sama dengan 1055,1 Joule dan KiloWatt-jam (KiloWatt-hour, KWh) sama dengan 3,6 X 106 Joule.

 Watt (W)
Adalah banyaknya kerja yang dilakukan per satuan waktu. Satuan dasar daya adalah Watt (W) yang didefinisikan sebagai 1 Joule/second. 1 Watt adalah ekivalen dengan 0,7375 ft-lbf/s. Juga ekivalen dengan 1/745,7 daya kuda (Horse Power = HP).

Newton (N)
Adalah satuan dasar untuk gaya yang menyatakan gaya yang diperlukan untuk memberikan percepatan sebesar 1 meter per detik (1m / s2) kepada massa 1 kg. Gaya 1 Newton adalah ekivalen dengan 0,22481 Pound Gaya

Besaran Listrik

Muatan Listrik
Gaya listrik terdiri dari dua macam, yaitu :
1. Gaya listrik yang saling tarik-menarik (tidak sejenis)
2. Gaya listrik yang tolak-menolak (sejenis)
Semua materi terdiri dari bagian-bagian yang disebut dengan atom. Atom terdiri atas tiga macam partikel dasar, yaitu :
1. Elektron (Bermuatan listrik Negatif)
2. Proton (Bermuatan listrik Positif)
3. Neutron (tidak bermuatan listrik)
Massa dari ketiga partikel tersebut telah ditentukan secara ekperimental dan besarnya adalah 9,10956 x 10-31 kg untuk Elektron dan ± 1840 kali lebih besar untuk Proton dan Neutron.Satuan muatan dasar disebut dengan Coulomb Menurut Charles Coulomb : "Dua partikel kecil yang bermuatan identik dan berjarak satu meter dalam vakum dan tolak-menolak dengan gaya sebesar 10-7 c2 Newton mempunyai muatan yang persis identik, yang besarnya masing-masing ± satu Coulomb".

Arus

         Muatan yang bergerak disebut dengan arus. Arus yang terdapat di dalam sebuah jalur tertentu, seperti misalnya kawat logam (tembaga), mempunyai besar dan arah yang diasosiasikan dengan adanya muatan bergerak melalui sebuah titik tertentu per satuan waktu dalam arah tertentu. Definisi umum dari arus sebagai perubahan muatan per satuan waktu, dq/dt. Simbol arus adalah I atau i,
maka : i = dq/dt ………. ampere (A)

Satuan dasar arus adalah ampere (A), yang menyatakan banyaknya muatan yang mengalir dengan laju 1 C/s. Kata ampere berasal dari nama seorang ilmuan dari Prancis, yaitu : A.M Ampere.

Adapun jenis-jenis arus, yaitu :
a. Arus Searah (Direct Current)
Adalah arus yang konstan (tetap).
b. Arus Bolak-balik (Alternating Current)
Adalah arus yang berubah menurut bentuk gelombang sinusoidal terhadap waktu (t).
c. Arus Eksponensial
Adalah arus yang berbentuk eksponensial.
d. Arus Sinus Teredam
Adalah arus yang berbentuk sinus teredam Tegangan
Elemen rangkaian yang umum akan ditandai dengan sepasang titik ujung (terminal) yang dapat dihubungkan dengan elemenelemen rangkaian yang lain. Misalkan bahwa sebuah arus searah diarahkan ke titik ujung (terminal) A melalui elemen memerlukan pengeluaran energi.

Maka dikatakan terdapat tegangan listrik atau perbedaan potensial diantara kedua titik ujung tersebut, atau terdapat tegangan listrik atau selisih potensial "melintasi" elemen tersebut.

Secara khusus tegangan melintasi elemen didefinisikan sebagai kerja yang perlu untuk menggerakan muatan positif sebesar 1 C dari satu titik ujung melalui alat tersebut ke titik ujung yang lain. Satuan untuk tegangan adalah volt (V), yang sama dengan 1 Joule / Coulomb dan tegangan dinyatakan dengan simbol atau lambang V atau volt. Kata volt berasal dari nama seorang ilmuan Italia, yaitu : Allessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta. Tanda untuk tegangan dinyatakan dengan tanda aljabar plus (+) atau minus (-). Daya
Tegangan telah didefinisikan sebagai energi yang dibelanjakan dan daya adalah laju dengan energi dibelanjakan. Lambang atau simbol daya adalah P atau p. Jika satu joule energi diperlukan untuk memindahkan satu coulomb muatan per detik melalui alat adalah satu watt. Tenaga yang diserap ini haruslah sebanding dengan banyaknya coulomb yang dipindahkan per detik, atau arus, dan sebanding dengan energi yang diperlukan untuk memindahkan satu coulomb melalui elemen atau tegangan, atau watt. Jadi :
P = V. I ………. watt

 

Istilah-istilah Listrik

Ampere (A): Satuan arus listrik baik AC maupun DC.

APP (Alat Pembatas dan Alat Pengukur): Alat milik PT. PLN (Persero) yang berfungsi sebagai pembatas dan pengukur daya energi listrik yang dipakai.

Ampere Meter/ Clamp Ampere: Alat untuk mengukur arus listrik

 Volt Meter: Alat untuk mengukur tegangan listrik.

Watt Meter: Alat untuk mengukur daya listrik.

Volt (V): Satuan tegangan listrik. 1KV=1.000 Volt.

Watt (W): Satuan daya listrik.  1KW=1.000 Watt.

Switch/ Saklar Listrik: Alat untuk memutuskan dan menghubungkan arus listrik.

 Fuse/ Sikring: Alat pengaman yang berfungsi untuk memutuskan arus listrik jika terjadi hubung singkat atau terjadi arus yang melebihi batas nilai yang tercantum dalam fuse tersebut.

 Trafo/ Transformator: Alat (komponen) listrik yang berfungsi untuk menaikan dan menurunkan tegangan AC (bolak-balik).

 Hertz (Hz): Satuan frekuensi listrik.

 KVA (Kilo Volt Ampere): 1.000 Volt Ampere, sama dengan 1.000 Watt.

 KWh (Kilo Watt Hour): Satuan daya listrik per jam (satuan energi listrik nyata).

KWh Meter: Alat untuk mengukur pemakaian daya listrik.

MVA (Mega Volt Ampere): Sejuta Volt Ampere, sama dengan sejuta Watt.

PB: Penyambungan Baru.

PD: Penambahan Daya.

 TDL (Tarif dasar Listrik): Golongan tarif dan harga jual daya listrik yang disediakan PLN sesuai ketentuan pemerintah.

STL (Sambungan Tenaga Lstrik): Media penghantar arus listrik baik di atas ataupun di bawah tanah.

TET (Tegangan Ekstra Tinggi): Tegangan di atas 245.000 Volt.

TM (Tegangan Menengah): Tegangan antara 1.000 Volot sampai dengan 35.000 Volt.

TR (Tegangan Rendah): Tegangan sampai dengan1.000 Volt.

UMTL: Uang Muka Tagihan Listrik.

WBP: Waktu Beban Puncak yakni mulai pukul 18.00-22.00 waktu setempat.

Relay: Alat yang berfungsi seperti saklar listrik yang bekerja karena adanya medan magnet akibat adanya alrus yang mengalis pada lilitan.

 

Manfa’at Listrik

Sebagai penerangan  dan Sebagai sumber energi, dengan adanya listrik maka banyak sekali barang yang dapat dioperasikan dan bekerja, antara lain televisi, kulkas, penanak nasi, setrika, dll.

Masih ada ?????

    Selain itu manfaat listrik adalah sebagai penopang kehidupan, bayangkan jika anda hidup tanpa listrik, tidak ada pencahayaan, bumi kita akan gelap gulita, dan elektronik anda seperti televisi, gadget, dan komputer anda tidak bisa menyala, begitu membosakanya hidup ini tanpa adanya listrik, maka dari itu letarikanlah lingkungan dengan memakai sumber energi listrik terbarukan yang ramah lingkungan mengingat manfaat listrik yang begitu luar biasa bagi kehidupan umat manusia.

RUMUS  DASAR  LISTRIK

● V = I x R  ( Volt ).
● P ( 1 phasa ) = V x I x cos φ = I² x R x cos φ ( Watt ).
● P ( 3 phasa )  =√3 x VL x IL x cos φ ( Watt ).

Keterangan :
● V = Tegangan ( Volt ) Æ misal : 220 volt.
● I  = Arus ( Ampere ).
●R = Resistance ( Ohm ).
● P = Daya ( Watt ).
● VL = Tegangan antar phasa ( volt ) Æ misal : 380 volt.
● IL  = Arus Line ( Ampere ).

   Rumus-Rumus Dasar Elektrikal (Daya)

Daya Listrik dapat dibagi menjadi 3 macam yaitu sebagai berikut :

1. Daya Nyata (P)
2. Daya Semu (S)
3. Daya Reaktif (Q)

A. Daya Nyata (P)

Daya nyata merupakan daya listrik yang digunakan untuk keperluan menggerakkan mesin-mesin listrik atau peralatan lainnya.

    Line to netral / 1 fasaP = V x I x Cos Ø Line to line/ 3 fasaP = √3 x V x I x Cos Ø Ket :
P = Daya Nyata (Watt)V = Tegangan (Volt)I = Arus yang mengalir pada penghantar (Amper)Cos T = Faktor Daya

 B. Daya Semu (S)

    Daya semu merupakan daya listrik yang melalui suatu penghantar transmisi atau distribusi. Daya ini merupakan hasil perkalian antara tegangan dan arus yang melalui penghantar.
Line to netral/ 1 fasa S = V x I  Line to line/ 3 fasa S = √3 x V x I  Ket :
S = Daya semu (VA)
V = Tegangan (Volt)
I = Arus yang mengalir pada penghantar (Amper)

 C. Daya Reaktif (Q)

     Daya reaktif merupakan selisih antara daya semu yang masuk pada penghantar dengan daya aktif pada penghantar itu sendiri, dimana daya ini terpakai untuk daya mekanik dan panas. Daya reaktif ini adalah hasil kali antara besarnya arus dan tegangan yang dipengaruhi oleh faktor daya.

      Line to netral/ 1 fasa
Q = V x I x Sin Ø

Line to line/ 3 fasa
Q = √3 x V x I x Sin Ø

Ket :
Q = Daya reaktif (VAR)
V = Tegangan (Volt)
I = Arus (Amper)
Sin T = Faktor Daya 

Rumus arus listrik yang dihitung dengan muatan listrik (Q) maka,

               I = q / t

Keterangan :

    I : arus listrik (ampere)

    q : besarnya muatan listrik (coulumb)

    t : waktu (sekon)

Rumus arus listrik yang dihitung dengan tegangan listrik (V) maka,

                        I = V / R

Keterangan :

   I : kuat arus listrik (ampere)

   V : tegangan listrik (volt)

   R : resistansi / tahanan listrik (ohm)

Rumus arus listrik yang dihitung dengan daya listrik (P) maka,

P = I kuadrat dikali R

I = Akar dari ( P / R)

Keteragan :

  P : daya listrik (watt)

MUATAN

Dua jenis muatan

Dinamakan oleh Benjamin Franklin (1706-1790):positive dan negative.

Muatan sejenis saling tolak menolak, muatan berlawanan tarik menarik.

Pada tingkat atom.

Nucleus : “robust”, positive.

Electrons : bergerak, negative.

Atom biasanya berada pada keadaan neutral.

Muatan memiliki kecenderungan alami untuk ditransfer antar material yang tidak sama.

Bagaimanapun, muatan listrik selalu conserved pada setiap proses.

Muatan  tidak diciptakan.

Biasanya, muatan negative ditransfer dari satu benda ke benda lain.

Sifat Muatan Listrik

Robert Millikan menemukan, pada 1909, bahwa objek hanya bisa bermuatan sebagai kelipatan bilangan bulat dari suatu besaran fundamental muatan (e).

Muatan terquantisasi.

Sebuah objek dapat bermuatan ±e, atau ± 2e, atau ± 3e, tapi tidak dapat, katakanlah ± 1.5e.

Proton bermuatan +1e.

Electron bermuatan –1e.

Beberapa partikel seperti  neutron tidak memiliki muatan.

Sebuah atom netral memiliki muatan positive yang sama banyaknya dengan muatan negative.

Satuan

Pada SI, muatan listrik terukur dalam coulomb ( C).

Nilai dari |e| = 1.602 19 x 10-19 C

Insulator and Konduktor
 Pengelompokan Material

Material/substansi dapat dikelompokkan berdasarkan kemampuannya untuk membawa muatan

material yang muatan listriknya dapat bergerak bebas konduktor

material yang muatan listriknya tidak bergerak bebas insulator.

kaca, karet insulator yang baik.

Tembaga, aluminum, dan perak, konduktor yang baik.

Semiconductor kelompok material ketiga yang memiliki sifat listrik diantara insulator dan konduktor

Silicon dan germanium adalah semiconductor yang digunakan secara luas untuk piranti elektronik.

Insulator and Conductor

Tugas