8/4/2019 KURNIAWAN WIDI P_0806315875

1/10

Tugas Mata Kuliah

Material Teknik Listrik

PENGENALAN BEBERAPA SIFAT BAHAN

Disusun Oleh:

KURNIAWAN WIDI P. (0806315875)

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK, 2008

1

8/4/2019 KURNIAWAN WIDI P_0806315875

2/10

Pengenalan Beberapa Sifat Bahan

Dewasa ini, perkembangan teknologi semakin pesat. Hal ini juga

berpengaruh terhadap bahan-bahan teknologi bahan / material yang digunakan

pada berbagai alat-alat yang digunakan dalam kehidupan manusia.

Untuk itu, pengetahuan mengenai sifat-sifat bahan / material selama proses

pembentukan dan karakterisistiknya dalam pemakaian sangat diperlukan, agar kita

dapat menentukan mana bahan / material yang paling tepat untuk digunakan

dalam peralatan-peralatan yang biasa kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari.

Apabila tidak ada perkembangan teknologi dan perkembangan bahan-

bahan baru yang dibutuhkan dalam pembuatan suatu barang hasil teknologi, maka

tidak ada suatu inovasi atau produk baru yang dapat dibuat sesuai dengan

kebutuhan yang semakin meningkat.

Dalam hal ini, beberapa karakteristik atau sifat dari bahan yang diperlukan

dalam melakukan pertimbangan untuk diaplikasikan dalam berbagai peralatan

yang digunakan dalam kehidupan manusia, antara lain sifat mekanis, sifat fisik,

dan sifat kimia.

A. Sifat Mekanis

Material atau bahan dari suatu produk teknologi selalu mempunyai

karakteristik atau sifat mekanik yang terkandung dalam material atau bahan

tersebut, seperti tegangan ( stress ), regangan ( strain ), kekuatan ( strength ), keuletan

(ductility ), ketangguhan ( toughness ), dan lain-lain, yang mencerminkan hubungan

antara gaya atau beban yang diberikan terhadap respon atau deformasinya.

Bentuk-bentuk beban / gaya yang diberikan pada suatu bahan antara lain:

Statik, yaitu beban yang berubah secara lambat terhadap waktu dan

diberikan secara seragam di seluruh penampang, seperti penarikan,

penekukan, penggeseran, dan penekanan.

Impak, yaitu beban yang dikenakan secara mendadak, dan

Dinamik, yaitu beban yang berubah-ubah pada suatu periode

waktu.

2

8/4/2019 KURNIAWAN WIDI P_0806315875

3/10

Sifat mekanik suatu bahan / material berhubungan dengan deformasi , yaitu

perubahan bentuk bahan / material yang disebabkan karena material tersebut

menerima gaya. Ada beberapa jenis deformasi yang dikenal, antara lain

deformasi elastik yang merupakan perubahan bentuk dari bahan yang mampu

kembali ke bentuk semula, dimana tegangan dan regangan yang diterima

berbanding lurus, dan tidak terjadi perpindahan atom yang bersifat permanen.

Akan tetapi, tidak ada material

yang dapat menunjukkan elastisitas

yang sempurna untuk semua besar

tekanan, karena setelah melewati

batas tertentu, suatu benda akan

menjadi tidak elastis dan

mengalami perubahan bentuk atau

mengalami deformasi plastis yang

terjadi ketika tegangan tidak lagi

berbanding lurus dengan regangan,yang menyebabkan perubahan bentuk permanen akibat adanya perpindahan atom

yang bersifat permanen. Titik dimana deformasi elastis berubah menjadi

deformasi plastis disebut batas elastik .

Beberapa sifat mekanik suatu bahan atau material, yaitu:

a. Tegangan ( stress ), yaitu gaya yang bekerja pada bahan / material per

satuan luas.

A F =

b. Regangan ( strain ), yaitu besarnya perubahan bentuk (deformasi) dari suatu

bahan / material per satuan panjang akibat gaya yang diterimanya.

0l l

=

3

8/4/2019 KURNIAWAN WIDI P_0806315875

4/10

c. Kekuatan ( strength ), yaitu besarnya gaya yang dibutuhkan untuk

merusak / mematahkan suatu bahan.

d. Keuletan ( ductility ), yaitu besarnya deformasi plastik yang dapat

dilakukan bahan / material sampai terjadi perpatahan. Dan dapat

ditentukan oleh presentasi pemanjangan dan presentasi pengurangan serta

presentasi pengurangan luas ( reduction area ).

%100)(

%0

xl

l l elongation o f

=

Atau

%100)(%0

x A

A A RA o f

=

Kegunaan mengetahui nilai keuletan yaitu dapat menunjukkan

sejauh mana sebuah struktur dapat berdeformasi plastis sebelum patah, dan

dapat menentukan derajat deformasi yang diijinkan selama proses

pembuatan. Bahan dianggap rapuh jika regangan pada saat patah kira-kira

5%.

e. Ketangguhan ( toughness ), yaitu besarnya energi yang dibutuhkan agar dapat mematahkan suatu bahan atau material.

Untuk menguji sifat mekanik suatu bahan, ada beberapa cara yang dapat

dilakukan. Cara tersebut dapat digolongkan kedalam dua kelompok yaitu:

1. Pengujian dengan perusakan ( destructive )

Yaitu pengujian, dimana benda yang diuji akan mengalami proses

kerusakan, baik itu dipotong maupun patah, yang umumnya dilakukan di

laboratorium. Uji yang dilakukan yaitu uji mekanik yang merupakan suatu

proses uji untuk mengetahui sifat mekanik suatu material.

2. Pengujian tanpa pengrusakan ( non destructive )

Yaitu proses uji untuk mengetahui sifat bahan atau material tanpa merusak

benda uji tersebut, yang biasanya banyak dipraktekkan di lapangan,

daripada di laboratorium.

4

8/4/2019 KURNIAWAN WIDI P_0806315875

5/10

B. Sifat Fisik

Selain mempunyai sifat mekanik, suatu bahan / material juga mempunyai

sifat fisik, yang meliputi sifat listrik, sifat thermal, dan sifat magnetik.

a. Sifat Listrik

Sifat listrik merupakan sifat yang menunjukkan respon material

terhadap medan listrik yang diberikan. Logam dan semi konduktor dapat

menghantarkan aliran listrik apabila ditempatkan dalam medan listrik.

Daya hantar atau konduktivitas ( )tergantung dari jumlah pembawa

muatan (n), besar muatan (q), dan mobilitas ( ) dari pembawa muatan

dan merupakan kebalikan dari tahanan jenis (). Secara matematis, dapat

dituliskan sebagai berikut:

nq==1

Salah satu cara untuk mengklasifikasikan bahan / material padat

adalah berdasarkan kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik. Adatiga kelompok bahan / material berdasarkan konduktivitasnya, yaitu

konduktor, isolator dan semikonduktor. Konduktor mempunyai

konduktivitas sekitar 10 7 1)( m . Isolator , merupakan bahan yang

mempunyai konduktivitas yang sangat rendah, yaitu sekitar 10 -10 sampai

10 -20 1)( m . Sedangkan semikonduktor adalah material dengan

konduktivitas diantara 10 -6 sampai 10 4 1)( m .

Tahanan jenis () merupakan suatu sifat dari bahan sehingga tidak bergantung dari bentuk bahan / material tersebut. Untuk suatu bentuk

bahan yang seragam, maka besarnya tahanan dapat dihitung dengan:

A L

R = , dimana

5

8/4/2019 KURNIAWAN WIDI P_0806315875

6/10

= tahanan jenis

L = panjang bahan / material

A = luas penampang bahan.

Apabila tahanan R diketahui, maka persamaan dasar fisika (listrik)

dapat kita gunakan untuk menghitung besarnya arus dan daya lisrik

melalui persamaan hukum ohm, dimana:

V = I . R atau RV

I =

P = V . I atau P = I2

. R

Selain konduktivitas, bahan juga dapat mempunyai sifat

semikonduktivitas, yang dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:

Intrinsik, yaitu semikonduktivitas yang disebabkan oleh

struktur elektron yang dimiliki material murni, dimana

konduktivitas listriknya tergantung dari temperaturnya, seperti

Si, Ge, dll.

Ekstrinsik, yaitu semikonduktivitas yang ditentukan oleh atom

paduan, seperti GaP, GaAs, InSb, CdS, ZnTe, dll.

b. Sifat Thermal

Sifat thermal merupakan sifat yang menunjukkan respon material

terhadap panas yang diterima suatu bahan / material. Untuk mengetahui

sifat thermal suatu bahan, maka perlu dibedakan antara temperatur / suhu

dengan kandungan kalor.

Temperatur / suhu adalah tinggi rendahnya ( level ) thermal dari suatu

aktivitas, sedangkan kandungan kalor adalah besarnya energi thermal.

Suatu benda dapat mengalami muai panas ( Thermal Expansion ), yaitu

pemuaian yang dialami bahan ketika mengalami perlakuan termal.

Besarnya pemuaian bahan / material ditentukan oleh jenis benda, ukuran

benda mula-mula, dan besarnya kalor yang diberikan. Pemuaian ini dapat

6

8/4/2019 KURNIAWAN WIDI P_0806315875

7/10

mengakibatkan pertambahan panjang ( l ) dan juga pertambahan volume

( V ), dimana:

T l l

l =

, dan

T V V

v=

l dan v merupakan koefisien muai panjang dan koefien muai

volume suatu zat.

Daya hantar panas ( Thermal Conductivity ) merupakan kemampuan

suatu material atau bahan dalam meneruskan panas, yang biasanya terjadi

pada benda padat, dan biasanya terjadi secara konduksi.

1 X T

k Q

=

Q = Fluks panas

k = Konduktivitas panas

1 X

T

= Perbedaan temperatur

Koefisien daya hantar berlainan dengan koefisien muai panas,

walaupun keduanya dipengaruhi oleh suhu.

Naiknya suhu suatu bahan / material, maka akan mengakibatkan perubahan susunan atom yang mengiringi pencairan dan pengaturan

kembali susunan atom-atom yang diakibatkan perubahan suhu, yang pada

akhirnya akan mengganggu daya hantar panas bahan tersebut.

c. Sifat magnetik

Sifat magnetis suatu benda merupakan sifat yang menampakkan

respon suatu bahan / material terhadap medan magnet yang berasal dari

7

8/4/2019 KURNIAWAN WIDI P_0806315875

8/10

luar bahan tersebut. Sifat-sifat magnetik suatu bahan / material, dapat

dikelompokkan menjadi:

1. Diamagnetisme , yaitu bentuk magnetisme yang sangat lemah

yang tidak tetap dan akan ada hanya jika ada medan magnet

luar. Hal ini disebabkan oleh perubahan gerakan orbital

elektron akibat adanya medan magnet.

2. Paramagnetisme, yaitu fenomena dimana bahan / material

memiliki dipol magnet yang dapat disearahkan oleh medan

magnet luar.

3. Feromagnetisme, yaitu material yang memiliki momen

magnetik yang tetap, sehingga tidak perlu adanya magnet dari

luar misalnya, kobalt dan nikel.

C. Sifat Kimia

Selain mempunyai sifat mekanik dan sifat fisik, suatu bahan juga

mampunyai sifat kimia. Dalam hal ini, sifat kimia yang dimaksud adalah

resistansi akan terjadinya korosi pada bahan / material tersebut.

Korosi merupakan serangan terhadap logam yang merusak dan tidak

direncanakan, bersifat elektrokimia, dan biasanya diawali di permukaan.

Reaksi elektrokimia tersebut, yaitu:

Oksidasi : M M n+ + n e-

Fe Fe 2+ + 2 e-

Al Al 3+ + 3 e-

Reduksi : 2H + + 2 e- H2

O2 + 4H+

+ 4e-

2H 2OO2 + 2H 2O + 4 e- 4 OH

Contoh terjadinya korosi dapat kita lihat dari Besi (Fe) yang berubah

menjadi Fe(OH) 2 dan Fe(OH) 3

8

8/4/2019 KURNIAWAN WIDI P_0806315875

9/10

3222

22

22

)(221

)(2

)(221

OH FeO H OOH Fe

OH FeOH FeO H O Fe

++

++++

Laju korosi atau laju penghilangan bahan / material sebagai hasil dari

reaksi kimia, adalah parameter korosi yang penting. Hal ini dapat dinyatakan

sebagai corrosion penetration rate (CPR). Dimana:

At KW

CPR

=

W: berat yang hilang setelah terkespos selama t

: berat jenis material

A : luas daerah yang diekspos

K : konstanta

Ada beberapa hal yang dapat dilakukan untuk mencegah terjadinya korosi,

antara lain dengan memilih bahan-bahan yang bersifat tahan korosi. Namun, caraini tidaklah selalu ekonomis, karena kita membutuhkan biaya yang lebih besar

untuk mencari bahan-bahan yang sesuai dengan peralatan yang akan dibuat yang

sesuai dengan corossion ressistance -nya. Cara kedua yang dapat digunakan

adalah dengan mengkondisikan lingkungan agar korosi tidak terjadi. Cara ketiga

yaitu dengan menggunakan inhibitor yaitu substansi yang ketika ditambahkan

pada konsentrasi yang rendah ke lingkungan akan dapat mencegah terjadinya

korosi. Penggunaan inhibitor ini harus mempertimbangkan jenis bahan / material

dan lingkungan korosi. Cara lain yang bisa digunakan untuk mencegah korosi

adalah cathodic protection , yaitu teknik pencegahan dengan menghubungkan

bahan yang lebih reaktif dengan bahan yang akan dilindungi dari terjadinya

korosi.

Selain mengalami korosi, suatu bahan atau material juga dapat mengalami

pasivitas yang terjadi pada beberapa material seperti alumunium, besi, kromium,

dan nikel, dimana bahan-bahan tersebut yang biasanya aktif, dalam kondisi

9

8/4/2019 KURNIAWAN WIDI P_0806315875

10/10

lingkungan tertentu dapat kehilangan reaktivitas kimianya dan menjadi lembam

(inert). Hal ini disebabkan terbentuknya lapisan tipis oksida yang menempel

sangat kuat di permukaan bahan logam tersebut.

10