Konduktor atau penghantar listrik adalah suatu material yang mudah menghantarkan arus listrik. Sifat hantarannya adalah memindahkan elektron-elektron dari satu titik kelistrikan ke titik kelistrikan lainnya secara mudah. Kegunaan utama dari penghantar listrik adalah mengalirkan arus listrik.
Konduktor memiliki inti atom dengan elektron yang terikat secara lemah dan dapat bergerak secara bebas. Proses penghantaran listrik terjadi ketika material yang bermuatan positif dihubungkan dengan penghantar listrik. Interaksi yang timbul ialah perpindahan elektron dari penghantar listrik ke material yang bermuatan positif.
Pengaliran arus listrik secara mudah melalui penghantar listrik disebabkan kandungan muatan listrik mudah bergerak saat timbul medan listrik meski dalam jumlah yang sangat kecil. Medan listrik pada penghantar bernilai nol selama tidak teraliri listrik.
Daftar Isi
Bahan Konduktor dan Semikonduktor
Pengertian Bahan Konduktor
Dalam kehidupan sehari-hari, manusia sering menggunakan benda-benda yang menggunakan bahan konduktor untuk menghantarkan panas dan bahan isolator untuk mencegah merambatnya panas. Konduktor dan isolator merupakan sifat yang saling berkaitan, sehingga dalam pemanfaatannya dapat dilakukan secara bersamaan pada suatu benda.
Konduktor dan isolator ini ada kaitannya dengan materi suhu. Suhu merupakan suatu hal untuk menyatakan tingkat panas benda. Pada suhu yang sama, zat yang massanya lebih besar akan mempunyai energi panas lebih besar. Energi panas yang berpindah dari yang bersuhu tinggi ke bersuhu rendah disebut kalor. Sebagai bentuk energi, satuan kalor dalam SI adalah joule (J).
Satuan kalor yang popuear, yaitu kalori dan kilokalori. Satu kalori adalah jumlah energi panas untuk menaikkan suhu 1 gram air hingga naik sebesar 1 derajat celsius. Satu kalori sama dengan 4,184 J, sering dibulatkan menjadi 4,2 J. Selain jumlah kalor dan massa benda yang memengaruhi kenaikan suhu adalah jenis benda. Makin besar kenaikan suhu, kalor yang diperlukan makin besar. Makin besar massa benda, kalor yang yang diperlukan suhu makin besar.
Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu = kalor jenis × massa benda × kenaikan suhu, dilambangkan dengan rumus sebagai berikut:
Q = c × m × Δt.
Keterangan:
Q = Kalor yang dibutuhkan
c = kalor jenis
m = massa benda
Δt = kenaikan suhu
Bahan konduktor dikenal sebagai bahan yang dapat menghantarkan panas dengan baik. Bahan konduktor memiliki hambatan kecil karena hambatan jenisnya kecil. Bahan konduktor memiliki elektron pada kulit atom terluar yang gaya tariknya terhadap inti atom lemah.
Dengan demikian, apabila ujung-ujung konduktor dihubungkan dengan tegangan kecil saja, elektron akan bergerak bebas, sehingga mendukung terjadinya aliran elektron (arus listrik) melalui konduktor. Contoh bahan konduktor di antaranya adalah besi, tembaga, perak, aluminium, paku, karbon, klip kertas, uang logam.
Pengertian Bahan Semikonduktor
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara isolator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator pada temperatur yang sangat rendah, tetapi pada temperatur ruangan (suhu tinggi) besifat sebagai konduktor.
Bahan semikonduktor yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide. Untuk mendapatkan benda seperti ini, biasanya dilakukan pendopingan atom tertentu. Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi populer setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam.
Silikon merupakan bahan terbanyak kedua yang ada di bumi setelah oksigen. Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsur silikon. Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya.
Sifat dan Jenis Bahan Konduktor
Semua bahan yang dapat mengalirkan arus dengan mudah dinamakan dengan konduktor. Adapun, yang termasuk bahan-bahan konduktor adalah bahan yang memiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar orbit. Elektron bebas ini akan sangat berpengaruh pada sifat bahan tersebut. Jika suatu bahan listrik memiliki banyak elektron bebas pada orbit-orbit elektron, bahan ini memiliki sifat sebagai penghantar listrik.
Bahan penghantar memiliki sifat-sifat penting yaitu:
- Daya hantar listrik.
- Koefisien temperatur tambahan.
- Daya hantar panas.
- Daya tegangan tarik.
- Timbulnya daya elektro-motoris termo.
Sementara itu, mengutip modul Prakarya SMA Kelas IX (2018), berikut ini adalah jenis-jenis bahan penghantar atau konduktor:
1. Aluminium (AI)
Sifat penting bahan aluminium, yaitu:
- Dapat ditempa dalam keadaan dingin .
- Tidak tahan terhadap garam dapur atau laut.
- Warna silver atau perak.
- Titik didih=18000C .
- Rho (ρ) = 0,0278.
- Alpha (α) = 0,0047
2. Tembaga (Cu)
Beberapa sifat penting logam tembaga, yaitu:
- Dapat disepuh dan berkarat bila terkena CO².
- Titik didih = 22360C – 23400C.
- Rho (ρ) = 0,017.
- Alpha (α) = 0,0043.
3. Seng (Zn)
Beberapa sifat penting yang dimiliki oleh bahan logam seng, yaitu:
- Dapat ditempa dalam keadaan dingin.
- Tidak tahan terhadap garam dan asam garam.
- Warna putih kebiru-biruan.
- Titik didih = 9070C.
- Rho (ρ) = 0,0043.
- Alpha (α) = 0,006.
4. Timah (Sn)
Beberapa sifat penting yang dimiliki oleh bahan timah, yaitu:
- Warna jernih mengkilap.
- Titik didih = 2360C.
- Warna putih kebiru-biruan.
- Titik didih = 9070C.
- Rho (ρ) = 0,0043.
- Alpha (α) = 0,12.
Selain bahan logam yang telah disebutkan di atas, ada juga bahan logam yang lain yang tergolong sebagai bahan konduktor/penghantar pada jenis logam mulia, seperti perak, emas dan platina. Bahan logam ini dinamakan logam mulia karena bahan ini memiliki jumlah elektron valensi yang lengkap, sehingga sangat sulit untuk mengadakan reaksi lain.
Bahan padat lain yang dipakai untuk penghantar adalah wolfram yang digunakan untuk filamen katoda pada tabung elektron, lampu-lampu pijar, dan alat pemanas dengan temperatur yang tinggi. Dwilogam atau yang sering disebut bimetal adalah dua jenis logam yang disambung menjadi satu.
Pemakaian dalam bidang kelistrikan sangat luas, misalnya kontak pengatur dan regulator digunakan untuk menjaga agar temperatur panas selalu konstan. Bimetal ini dipasang di dalam pemanas dan fungsinya memutus rangkaian bila temperaturnya meningkat dan akan menyambung kembali rangkaian bila temperaturnya turun.
Sifat Atomik Konduktor
1. Lebar Celah Pita
Konduktor memiliki celah pita valensi yang sangat kecil dan tipis sehingga elektron valensi pada atom dapat berpindah dengan mudah ke atom yang lain dengan menggunakan energi yang sangat sedikit. Elektron yang bergerak secara bebas dari satu orbital atom ke orbital atom yang lainnya secara terus-menerus menyebabkan hantaran listrik. Orbital yang ditinggal oleh elektron disebut sebagai lubang. Orbital atom lain berikutnya akan mengalami lubang yang sama dengan orbital pertama karena mengalami pengurangan jumlah elektron. Proses ini berlangsung secara terus-menerus sehingga timbul aliran listrik.
2. Jumlah Elektron Valensi
Daya hantar listrik dari suatu penghantar listrik ditentukan oleh jumlah elektron valensi yang ada pada tiap orbital atom penyusun bahan listrik. Penghantar listrik dengan daya hantar listrik yang baik memiliki 1 sampai 3 elektron valensi. Di dalam orbital atom, gaya tarik yang lemah selalu terjadi antara elektron valensi dengan proton. Elektron valensi dapat bergerak secara bebas meskipun gaya gerak listrik terjadi dalam harga yang sangat kecil.
Semakin banyak elektron bebas di dalam suatu penghantar listrik, maka nilai hambatan listrik akan semakin kecil dan konduktivitas listrik akan semakin baik. Sebaliknya, semakin sedikit elektron bebas di dalam suatu penghantar, maka nilai hambatan listrik akan semakin besar dan konduktivitas listrik akan semakin buruk. Jenis penghantar listrik dengan tingkat konduktivitas listrik yang baik dan nilai hambatan listrik yang rendah ialah tembaga, aluminium, emas, dan perak.
Sifat Elektris Konduktor
1. Kondisi Medan Listrik
Dalam keadaan seimbang, konduktor selalu menghasilkan medan listrik dalam posisi serenjang dengan permukaan penghantar listrik. Pada kondisi tidak seimbang, medan listrik pada penghantar listrik akan memiliki komponen yang menyinggung permukaan yang serenjang. Arus listrik pada permukaan dihasilkan oleh komponen medan yang menyinggung permukaan akibat adanya gaya pada muatan.
Perhitungan jumlah medan listrik yang dihasilkan di bagian permukaan penghantar listrik dilakukan dengan menerapkan hukum Gauss. Muatan listrik pada penghantar listrik akan bergerak jika diberikan sebuah medan listrik di sekelilingnya, pada sebuah penghantar listrik. Besarnya nilai medan listrik pada semua daerah titik di dalam penghantar listrik sama dengan nol.
2. Gaya Muatan Listrik
Dalam keadaan seimbang, muatan listrik pada penghantar listrik selalu terletak di bagian permukaan. Gaya tolak-menolak akan terjadi jika penghantar listrik diberi muatan listrik. Adanya gaya tolak ini merupakan akibat dari sifat muatan listrik di dalam penghantar listrik yang selalu bergerakan bebas secara mudah. Muatan-muatan listrik akan terus saling tolak-menolak hingga mencapai kondisi yang tidak bisa bergerak sama sekali.
Pengaliran arus listrik
Jumlah pengaliran arus listrik berbanding lurus dengan luas penampang penghantar listrik. Semakin besar ukuran luas penampang, daya hantar semakin besar. Sebaliknya, semakin kecil ukuran luas penampang maka daya hantar semakin kecil. Perbedaan jumlah pengaliran arus disebabkan penghantar listrik memiliki hambatan jenis yang sebanding dengan luas penampang.
3. Hambatan Listrik
Hambatan listrik pada sebagian besar penghantar listrik akan meningkat seiring meningkatnya suhu. Peningkatan suhu menyebabkan pergerakan elektron menjadi lebih cepat, tetapi arah pergerakannya acak dan tidak beraturan sehingga meningkatkan nilai hambatan listrik. Pada penghantar listrik yang memiliki bahan dan ukuran luas penampang yang sama, besarnya nilai hambatan listrik ditentukan oleh ukuran panjang penghantar. Hambatan listrik ini umumnya menggunakan satuan Ohm per meter.
4. Daya Hantar Listrik
Penghantar listrik yang berbentuk cairan maupun benda padat memiliki daya hantar listrik. Pengukuran daya hantar listrik dari suatu penghantar listrik dilakukan dengan kuantisasi. Nilai dari daya hantar listrik mempengaruhi reaksi kimia, jumlah elektron valensi, dan tingkat pengumpulan ion-ion pada penghantar listrik dalam larutan. Daya hantar listrik yang tinggi dimiliki oleh senyawa organik, sedangkan daya hantar listrik yang lemah dimiliki oleh senyawa anorganik.
5. Medan Magnet
Penghantar listrik yang dialiri oleh arus listrik selalu menghasilkan medan magnet di sekelilingnya. Hubungan antara keberadaan medan magnet di sekeliling penghantar mulai diketahui pada akhir abad ke-18 dan awal abad ke-19 Masehi.
Cara Kerja Konduktor
Konduktor adalah bahan yang memungkinkan elektron mengalir bebas dari partikel ke partikel. Sebuah benda yang terbuat dari bahan konduktor akan memungkinkan muatan untuk ditransfer ke seluruh permukaan benda. Jika muatan ditransfer ke objek di lokasi tertentu, muatan itu dengan cepat didistribusikan ke seluruh permukaan objek.
Jika konduktor bermuatan disentuhkan ke objek lain, konduktor bahkan dapat mentransfer muatannya ke objek itu. Perpindahan muatan antar benda lebih mudah terjadi jika benda kedua terbuat dari bahan penghantar. Bentuk dan ukuran bahan memengaruhi konduktivitasnya. Misalnya, sepotong materi yang tebal akan menghantarkan lebih baik daripada sepotong tipis dengan ukuran dan panjang yang sama. Suhu juga mempengaruhi konduktivitas. Ketika suhu meningkat, atom dan elektronnya memperoleh energi.
Beberapa isolator seperti kaca adalah konduktor yang buruk saat dingin tetapi konduktor yang baik saat panas. Sementara itu, kebanyakan logam adalah konduktor yang lebih baik saat dingin dan konduktor kurang efisien saat panas.
Dalam kelistrikan, konduktor adalah bahan atau zat yang memungkinkan listrik mengalir melalui mereka. Mereka menghantarkan listrik karena mereka memungkinkan elektron mengalir dengan mudah di dalamnya dari atom ke atom. Juga, konduktor memungkinkan transmisi panas atau cahaya dari satu sumber ke sumber lainnya.
Konduktor memiliki elektron bebas di permukaannya yang memungkinkan arus mengalir dengan mudah. Inilah alasan mengapa konduktor dapat menghantarkan listrik. Konduktor memiliki elektron bebas di permukaannya yang memungkinkan aliran arus dengan mudah. Ini adalah alasan bahwa listrik mentransmisikan secara bebas melalui konduktor.
Kegunaan Praktis Konduktor
1. Penangkal petir
Penangkal petir digunakan untuk mengalihkan arah sambaran petir menuju ke bagian luar dari bangunan sehingga tidak merusak peralatan listrik di dalam bangunan. Penangkal petir terdiri dari dua batang penghantar dengan salah satu ujung batang berbentuk runcing. Bahan penyusun dari penangkal petir merupakan penghantar listrik. Penangkal petir merupakan penghantar listrik yang panjang dan memiliki dua bagian yang terletak di ujung dan dipasang pada letak yang berjauhan. Bagian pertama dipasang secara vertikal di atas atap bangunan dan ujung kedua ditanam di dalam tanah.
Muatan listrik yang terkumpul di ujung penangkal petir dialirkan melalu kabel yang terhubung antara batang penghantar di atap bangunan dan batang penghantar di dalam tanah. Pengaliran petir ke tanah membuat udara di sekitar bangunan selalu bermuatan netral. Keberadaan penangkal petir membuat lingkungan di sekitar bangunan jarang terkena sambaran petir.
2. Kapasitor Elektrostatik
Dalam bidang elektrostatika, penghantar listrik digunakan sebagai kapasitor yang menyimpan muatan listrik. Penyimpanan muatan listrik dilakukan dengan memberikan sebuah potensial listrik seperti baterai.
Contoh Penggunaan Bahan Konduktor dan Isolator
Bahan konduktor dan isolator sering digunakan dalam kehidupan sehari hari. Jenis logam yang paling sering digunakan untuk membuat alat-alat tersebut antara lain besi aluminium dan tembaga. Kompor listrik adalah salah satu alat memasak yang memiliki bagian yang terbuat dari bahan konduktor dan isolator. Contoh lainnya adalah wajan penggorengan yang terbuat dari aluminium bersifat konduktor. Hal itu agar panas dari api cepat berpindah ke wajan sehingga makanan cepat matang.
Sementara, peralatan memasak lainnya, seperti teflon memiliki gagang yang terbuat dari isolator, seperti plastik agar tangan kita tidak kepanasan ketika memegangnya. Kemudian, setrika juga merupakan benda yang sering digunakan untuk menghaluskan pakaian dengan menggunakan energi panas. Energi panas tersebut dihasilkan dari perubahan energi listrik.
Setrika terbuat dari bahan konduktor dan isolator. Sifat konduktor pada setrika terletak di bagian alas setrika yang terbuat dari logam dan sifat isolator terletak di bagian atas badan setrika serta pada pegangannya yang berbahan plastik. Hal tersebut bertujuan agar tangan tidak merasa panas pada saat menggosok pakaian.
