8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
1/39
LOGO
BAB I
KONDUKSI LISTRIK
BAB I
KONDUKSI LISTRIK
ELEKTROKIMIA
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
2/39
1.3 Hukum Ohm
Hukum Ohm menyatakan bahwa bila listrik mengalirmelalui konduktor listrik, rapat arus akan sebanding
dengan kuat medan
!"#$#"%
Konstanta proporsionalitasnya dikenal sebagaikonduktivitas listik !satuannya &iemens per meter
!&'m%, di mana " &iemens !&% sama dengan " Ampere per
(olt%, di mana kebalikannya disebut k!tahanan
"resistivity ##
!"#$#)%
Kondukti(itas listrik merupakan property karakteristik dari
material yang tidak tergantung pada geometri sample#
X i∞
dx
d
X i
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
3/39
Hukum Ohm *uga dapat dinyatakan sebagai proporsionalitas dari arus
yang melalui material konduktor dengan beda potensial yang melaluinya#
!"#$#$%
Atau sebaliknya
!"#$#+% Konstanta dan R adalah konduktans !conductance% dengan satuan
&iemens !dulu disebut -mho.% dan tahanan !resistance% dengan satuan
Ohm# Kuantitas ini san$at t!$antun$ %ada $!om!ti sam%l!# /ntuk
konduktor dengan pan*ang L dan luas area seragam A, kondukti(itas
listrik dapat dinyatakan sebagai !"#$#0%
1ila kondukti(itas dan'atau luas area ber(ariasi terhadap pan*ang
koordinat maka tahanan harus dihitung dengan integrasi yang sesuai
!"#$#2%
Hukum Ohm tidak berlaku se3ara uni(ersal# Hukum ini tidak
diaplikasikan ke dalam sel4sel elektrokimia#
&uatu alat yang mempunyai tahanan yang stabil dan diketahui disebut
resistor# 1ila arus, I,mengalir melalui resistor dengan tahanan, R, maka
energi yang didisipasikan sebagai panas adalah I)R !5att%
∆G I
RI ∆
∆
I
L
A
RG 1
∫
L
x A x
dx
xiA
d
I R 0 )()()(
∆
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
4/39
Soal
"#)# Hitunglah resistan3e dari batang gra6it
sepan*ang "7 3m dengan diameter 8#0 mm#
Hitung kembali resistan3e4nya bila batang tsb
menge3il u*ungnya dari diameter 9 mm pada
salah satu u*ungnya men*adi 2 mm pada u*ung
yang lain# :iketahui kondukti(itas listrik !κ % gra6it
adalah +;"7+
&'m#
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
5/39
1.& Klasi'ikasi Kondukto Kondukti(itas listrik dari suatu material merupakan ukuran se*auh
mana suatu material mampu menghantarkan listrik# Harga κ
ber(ariasi mulai dari nol untuk (akum hingga tak berhingga untuksuperkonduktor#
Meski kita sering mengklasi6ikasikan material sebagai konduktor
dan isolator, namun tidak terdapat batas yang *elas di antara
keduanya# Material adalah konduktor atau isolator karena struktur
kimianya dan mobilitas elektron dan spesies kimianya yangbermuatan yang bertanggung *awab terhadap kondukti(itas listrik#
:i antara berbagai 3ara, ada dua 3ara yang paling penting untuk
mengukur kondukti(itas listrik, yaitu m!tod! !m%at t!minal dan
a( im%!dan(!# Metode empat terminal adalah dengan mengukur I,
∆φ, A, dan ; untuk menghitung κ # 1erdasarkan si6atnya sebagai pembawa muatan !charge carrier %,
material dapat dibedakan sebagai
konduktor 4 konduktor elektronik
4 konduktor ionik
material
isolator
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
6/39
Konduktivitas listik dai )!)a$ai mat!ial "k!)an*akan %ada +,- K#
at!ial κ
"Sm
/1
#0!m)aa muatan
&uper3ondu3tor !suhu rendah% Ag
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
7/39
Kondukto !l!ktonik memiliki kondukti(itas karena adanya
elektron4elektron yang bergerak# &emua logam adalah konduktor
elektronik#
1eberapa oksida dan sul6ida anorganik !seperti ?bO) dan Ag)&% *uga
mengalirkan listrik dengan aliran elektron# Material4material ini dankebanyakan s!mikondukto lain mempunyai kondukti(itas karena
adanya k!l!)ihan2!(!ss !l!kton !type n'negati(e% atau
k!kuan$an2d!'i(it !l!kton !type p'positi(e% dibandingkan dengan
*umlah yang diperlukan untuk membentuk ikatan4ikatan ko(alen dari
kisi kristal semikonduktor# ?ada semikonduktor type p, elektron yang hilang disebut
Blubang'holeC, dan kondukti(itas listrik disebabkan karena pergerakan
lubang yang bermuatan positi6 ini# &ebenarnya elektronlah yang
berpindah mengisi lubang, dan karenanya elektron tsb meninggalkan
lubang, dst# S!mikondukto intinsik mengalirkan baik elektron maupun lubang#
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
8/39
aram organik kristal tertentu, seperti TTD4T
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
9/39
Not!4 %i !l!(ton
In 3hemistry, %i )onds !5 )onds% are 3o(alent 3hemi3al bonds where two lobes o6 one in(ol(ed
atomi3 orbital o(erlap two lobes o6 the other
in(ol(ed atomi3 orbital# These orbitals share a
nodal plane whi3h passes through both o6 the
in(ol(ed nu3lei#
Ele3trons in pi bonds are sometimes re6erred to
as %i !l!(tons#
http://en.wikipedia.org/wiki/Chemistryhttp://en.wikipedia.org/wiki/Covalent_bondhttp://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_bondhttp://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_orbitalhttp://en.wikipedia.org/wiki/Node_(physics)http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_nucleushttp://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_nucleushttp://en.wikipedia.org/wiki/Node_(physics)http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_orbitalhttp://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_bondhttp://en.wikipedia.org/wiki/Covalent_bondhttp://en.wikipedia.org/wiki/Chemistry
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
10/39
Kelas kedua dari material yang mengalirkan listrik adalah
kondukto ionik yang terdiri dari anion dan'atau kation#
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
11/39
n and % 6 t*%! S!mi(ondu(to
either pure sili3on !&i% nor germanium!e% are great3ondu3tors# They 6orm a 3rystal latti3e by ha(ing ea3h
atom share all o6 its + (alen3e ele3trons with neighbouring
atoms#
The total o6 eight ele3trons 3an not easily be *iggled out o6pla3e by an in3oming 3urrent#
I6 , howe(er, the 3rystalline array is BdopedC!mi;ed with an
impurity% with arseni3 whi3h has 6i(e (alen3e ele3trons,
the beha(iour o6 the latti3e will 3hange# Dour bonds will bestill be made but there will be a le6to(er ele3tron that 3an
wander through the 3rystal#
This is 3alled an n-type semiconductor.
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
12/39
n / t*%! s!mi(ondu(to
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
13/39
1oron 3an also be used to dope a pure 3rystal o6
sili3on# 1ut sin3e boron only o66ers $ o6 the 6our
ele3trons that a sili3on atom needs, ea3h sili3on3enter is le6t with a hole.
&emi3ondu3tors made in this manner are 3alled
p-type.
In a p4type material i6 an atom 6rom aneighbouring atom 6ills the hole, it will lea(e a
hole ad*a3ent to it#
This pro3ess will 3ontinue in a domino e66e3t and
the hole will be mo(ing in the dire3tion opposite
to ele3tron46low# In reality the atoms are
remaining 6i;ed in the latti3e, but there is an
illusion that the holes are physi3ally mo(ing#
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
14/39
% / t*%! s!mi(ondu(to
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
15/39
konduktor
Konduktor elektronik
Konduktor 3ampuran
Konduktor ionik
logam
1eberapa oksida dan sul6ida anorganik
semikonduktor
"# Type n
)# Intrinsik$# Type p
Metal organik dan polimer kondukti6
?lasma
1eberapa solid dan larutan
Larutan elektrolit
Leburan garam
Konduktor ionik solid
Kristal yang didoping
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
16/39
o)ilitas
Mari kita lihat mekanisme konduksi dari sisi pembawa muatan itu sendiri#
Aus listik sama d!n$an la7u di mana muatan m!n$ali m!lalui s!m)aan$
)idan$ t!$ak luus t!hada% aah aliann*a.
arus
listrikJ
la*u di mana
muatan
melintasi
sembarang
bidang
J
umlah
pembawa
muatan
per
satuan
(olume
Luas
penampang
Muatan
pada
masing4
masing
pembawa
La*u
pembawa
rata4rata
Atau se3ara simbolisI J dF'dt J ! A3i%!A%!Fi%!(i% !"#0#"%
:i mana subskrip -i . menun*ukkan property yang berhubungan dengan pembawa
muatan tertentu#
3i adalah konsentrasi, Fi adalah muatan dan (i adalah ke3epatan rata4rata di dalam
arah perpindahan arus# A adalah bilangan A(ogadro J 2#7));"7)$
'mol dan A adalahluas penampang#
Area A
I I
I I; J 7 ;
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
17/39
1ila i !*umlah muatan% J Fi'Fe, di mana Fe J "#27));"74"9
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
18/39
o)ilitas Ion "uo# %ada Lautan *an$ san$at !n(! %ada +,- K
8u+9 :-.;1;"749
Ionic Mobilities
(Water 25°C)
Ion u
(m2 s-1V-1)
Ionic
Radius
(pm)
H+
36.23 x 10−8
Li+
4.01 x 10−8 59
Na+
5.19 x 10−8 102
K +
7.62 x 10−8 138
Rb+
7.92 x 10−8 149
Zn2+ 5.47 x 10−8
Ionic Mobilities
(Water 25°C)
Ion u
(m2 s-1V-1)
CationsH
+36.23 x 10
−8
Na+
5.19 x 10−8
K +
7.62 x 10−8
Zn2+
5.47 x 10−8
Anions
OH-
20.64 x 10−8
Cl-
7.91 x 10−8
Br -
8.09 x 10−8
SO4
2-8.29 x 10
−8
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
19/39
1ila persamaan "#0#+ dan "#0#) dimasukkan ke dalam persamaan
"#0#" maka diperoleh
"#0#0
Hasil kali antara AFe adalah konstanta Daraday, yaitu
D J !2#7));"7)$ 'mol% !"#27));"74"9
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
20/39
?erlu di3atat bahwa untuk anion dan kation, masing4masing dari
suku NiN, ui, dan 3i bernilai positi6# Artinya pergerakan dari anion4
anion dan kation4kation memberikan kontribusi tanda yang sama
pada arus total# Hal ini disebabkan meski anion dan kation bergerak di dalam arah
yang berlawanan, kedua pergerakan itu berhubungan dengan
pergerakan muatan listrik dalam arah yang sama sebagai kation#
&eperti diilustrasikan di bawah
1ila ada pembawa muatan tunggal yang negati6, seperti elektron di
dalam logam, arah aliran arus adalah berlawanan dengan arah
pergerakan pembawa muatan#
Area A
I I
I I; J 7 ;
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
21/39
Bilan$an Tans%ot "Tans%ot Num)!#
Draksi dari arus total yang dibawa oleh salah satu pembawa muatan
disebut bilangan transport dari suatu *enis !spe3ies%#
:ari persamaan "#0#8, bilangan transport ti dari *enis i adalah
"#0#>
?ergerakan ion sema3am ini disebut mi$asi#
?erbandingan antara persamaan "#0#8 dengan "#$#) mengantarkan
pada hasil yang penting, yaitu
"#0#9 Meski kebanyakan dipakai untuk konduktor ionik, persamaan ini
dapat digunakan untuk semua *enis pembawa muatan#
1uku4buku elektrokimia memberikan istilah N iNDui sebagai
konduktivitas ionik !kuival!n dan Dui sebagai konduktivitas
ionik mola # &ayang keduanya sama4sama mempunyai simbol λ#
∑
i
iii
iii
icu z
cu z t
iii
i cu z F ∑
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
22/39
:i dalam larutan yang mengandung satu *enis anion !i J 4% dan satu
*enis kation !i J @%, hubungan elektronetralitas menghendaki bahwa
@3@ J 4434# :alam kondisi seperti ini dapat ditentukan bahwa
"#0#""
Λ disebut konduktansi ekui(alen !equivalent conductance% darilarutan#
&ayangnya simbol ini *uga digunakan untuk melambangkan
konduktansi molar !molar conductance% dari suatu larutan elektrolit,
di mana konduktansi molar J kondukti(itas dibagi konsentrasi
elektrolit#
)(
uu F c z c z
Λ
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
23/39
1.;. 0!)!daan 0ot!nsial Kontak
&emula kita asumsikan bahwa (oltmeter mampu mengukur
perbedaan antara ) potensial listrik *auh di dalam konduktor silinder
! biasanya disebut potensial al(ani atau potensial dalam%#
Kenyataannya semua (oltmeter sebenarnya mengukur perbedaanpotensial di antara kedua terminalnya, yang biasanya terbuat dari
tembaga#
1ila konduktor silinder yang diukur misalnya terbuat dari ?b, maka
seperti yang ditun*ukkan dalam gambar di atas bahwa sebenarnya
perbedaan potensial antara titik < dan : adalah yang diukur oleh(oltmeter#
?b 1 A
=bla3k red
< :
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
24/39
&ehingga ∆E menun*ukkan pemba3aan (oltmeter, di mana ∆E J φ: 4φ<
?erbedaan potensial antara titik A dan 1 dinyatakan sebagai
∆E J !φ: 4 φ A%@!φ A 4 φ1 %@!φ1 4 φ
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
25/39
!φ Au 4 φ?b% J ∆E@!φ Au 4 φ
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
26/39
1ila kedua batang ?b dan Au dikontakkan, maka
segera (oltmeter akan menun*ukkan angka 7#
Terbukti bahwa elektron4elektron terdistribusisendiri di antara keempat batang logam#
:engan demikian
!φ Au 4 φ?b% J ∆E@!φ Au 4 φ
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
27/39
0o)l!ms
"# The 3ondu3ti(ity o6 3opper is 2;"78 &'m# Assuming that
ea3h 3opper atom has ) mobile ele3trons, use euation
"#0#9 to 3al3ulate the mobility o6 ele3trons in 3opper#
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
28/39
Ka%asitansi Kapasitansi diukur dalam satuan
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
29/39
3onstant (oltage sour3e
A
@ 4
=
=
=
<
∆
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
30/39
0o)l!ms
"# 1erdasarkan gambar sirkuit di atas, bila R J8+7 kΩ, < J ) µD dan sumber tegangankonstan J ") =, berapa arus yang mengalir
setelah $ detik saklar ditutup &elama waktu
itu, berapa energi yang didisipasikan olehtahanan dan energi yang disimpan oleh
kapasitor
)# Arus sebesar "#8 mA mengalir ke dalam
kapasitor "2 µD selama "#0 detik# 1erapaperbedaan potensial yang diperoleh dan
berapa energi yang disimpan
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
31/39
8a%a(ito
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
32/39
The ratio o6 the 3harge magnitude on ea3h plate to the
ele3tri3 potential !(oltage% between the plates is known as
3apa3itan3e# The energy stored in a 3apa3itor is the energy reuiredto mo(e the stored 3harge through the potential o6 the 3apa3itor#
:iele3tri3 is inserted between the plates in order to keep the 3harges
separate# &o diele3tri3 must be non43ondu3ti(e 44 an
ele3tri3al insulator # As the 3harge and (oltage on a gi(en 3apa3itor are
in3reased, at some point the diele3tri3 will no longer be able toinsulate the 3harges 6rom ea3h other# The diele3tri3 then e;hibits
diele3tri3 breakdown, or high 3ondu3ti(ity in some areas, whi3h tends
to lower the stored energy and 3harge, generating internal heat# This
phenomenon, undesirable in most 3apa3itor appli3ations, o33urs at
the 3apa3itors breakdown (oltage#
A %aall!l %lat! (a%a(ito
http://electrochem.cwru.edu/ed/dict.htmhttp://electrochem.cwru.edu/ed/dict.htmhttp://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/art-d01-dielectrics.htmhttp://electrochem.cwru.edu/ed/dict.htmhttp://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/art-d01-dielectrics.htmhttp://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/art-d01-dielectrics.htmhttp://electrochem.cwru.edu/ed/dict.htmhttp://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/art-d01-dielectrics.htmhttp://electrochem.cwru.edu/ed/dict.htmhttp://electrochem.cwru.edu/ed/dict.htm
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
33/39
=l!(to(h!mi(al 8a%a(ito
Ele3tro3hemi3al 3apa3itors !E
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
34/39
The energy density !E in Joule kg !% o6 a 3apa3itor 3an be 6ormulated
as
5hile power density !" in #att kg !% o6 a 3apa3itor 3an be written as
5here C is spe3i6i3 3apa3itan3e !Darad kg4"%, V is potential !=olt%, andt is time !se3onds%
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
35/39
1. =l!(ti( Dou)l! La*! 8a%a(ito "=DL8#
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
36/39
iu et al 8"U reported a spe3i6i3 3apa3itan3e o6 3arbon nanotube
sheet ele3trodes as high as "7) D#g4"#
u et al 8)U prepared a3ti(ated 3arbon 6ibers with high sur6a3e area
and highly mesoporous stru3ture 6or E:L< 6rom polya3rylonitrile6ibers by aOH a3ti(ation# The spe3i6i3 3apa3itan3es were
measured in di66erent ele3trolytes whi3h resulted in di66erent spe3i6i3
3apa3itan3es, i#e $8" D#g4" in 2 M KOH, )"$ D#g4" in " M Li
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
37/39
0s!udo(a%a(ito
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
38/39
old
8/17/2019 19022016_Konduksi_Listrik-
39/39
Th! a%%li(ations o' =8s4
Dor ba3kup power sour3es 6or memories, mi3ro3omputers, systemboards, 3lo3ks, po3ket 3al3ulators, 3ameras, ele3troni3 agendas
and organiers, mobile phones, and pagers# In these appli3ations
there are main power sour3es, e#g# batteries that supply the loads#
In 3ases o6 dis3onne3tion or turn4o66 o6 the primary sour3e, 3onta3t
problems, et3# the E