PENGANTAR ILMU BAHAN LISTRIK

A. Umum

Bahan listrik dalam sistem tenaga listrik merupakan salah satu elemen penting yang akan menentukan kualitas penyaluran energi listrik itu sendiri. Bahan listrik yang sangat popular selama ini meliputi konduktor, semi konduktor dan isolator. Satu lagi yang dikenal dengan super konduktor, namun masih dalam penelitian intensif para ahli. Ketiga bahan tadi secara integrative dalam system kelistrikan dimanfaatkan secara optimal. Seperti misalnya konduktor adalah salah material paling besar yang dipakai dalam penyaluran tenaga listrik baik alumunium maupun tembaga atau campuran dengan bahan lain. Demikian pula isolator dipakai banyak sekali untuk menyekat bagian bagian bertegangan dengan bagian yang kontak langsung dengan manusia

Dalam teknik listrik, khususnya pada pelajaran praktek, mempelajari dan memahami bermacam-macam bahan beserta sifat-sifatnya merupakan hal yang sangat penting, guna memilih suatu bahan penyekat misalnya, bahan tadi perlu disesuaikan dengan penggunaannya, umpamanya penyekat harus memiliki sifatsifat tahanan jenis yang besar, tahan terhadap lembab, panas, reaksi bahan kimia dan sebagainya. Selain sifat, bahan juga mempunyai bermacam -macam bentuk.

Pada umumnya kita mengenal tiga macam bentuk, yaitu padat, cair, dan gas. Ada pula bahan-bahan yang memiliki ketiga bentuk tersebutpada suhu-suhu tertentu. Sebagai contoh dapat kita ambil air. Dalam keadaan biasa air berbentuk cair. Jika air kita panaskan hingga suhunya naik sampai 1000C atau lebih, air mulai menguap berarti bentuk cairnya berubah menjadi bentuk gas. Pendinginan kembali uap itu sampai suhu semula, akan merubah bentuknya lagi menjadi cair. 

Bilamana pendinginan tersebut dteruskan sampai suhunya mencapai 00C ke bawah, bentuknya berubah menjadi padat. Dalam bentuk padat ini air dikenal dengan nama es. Ada kalanya bahan-bahan yang dalam keadaan biasa berbentuk padat, melalui proses pemanasan dijadikan cair, supaya dapat dituangkan kedalam acuan (cetakan), kemudian setelah didinginkan kembali menjadi padat lagi dngan bentuk sebagai barang jadi. Sebagai contoh kita sebutkan bahan bakelit, besi dan tembaga.

1. Benda Padat

Benda padat mempunyai bentuk yang tetap (mempunyai bentuk sendiri). Pada suhu yang tetap benda padat mempunyai isi yang tetap pila.Isi akan bertambah, atau disebut benda akan memuai jika mengalami kenaikan suhu dan sebaliknya benda akan menyusust jika suhunya menurun. Karena berat benda tetap, maka kepadatan benda akan berubah. Jika isi (volume) bertambah (memuai), kepadatanya berkurang. Jika isinya berkurang (menyusut), kepadatannyabertambah. Jadi benda lebih padat dalam keadaan dingin daripada dalam keadaan panas. Untuk lebih jelas lagi, rumusnya dapat kita tulis sebagai berikut:

P= V : M

P = Kepadatan dengan satuan gram/cm3. (cm3 = cc = cenumeter cubik).

M = Massa dengan satuan gram.

V = Isi (volume) dengan satuan cm3 atau c.c.

Pemuaian benda yang satu dengan yang lain berbeda. Koefisien muai ruang dapat dilihat dengan tabel. Koefisien muai-ruang suatu benda ialah bilangan yang menunjukkan pertambahan ruang dalam cm3 suatu benda yang isinya 1 cm3, bila mana suhunya dinaikan 10C. 

2. Sifat Mekanis

Jika pada benda padat bekerja gaya-gaya luar, maka benda tersebut akan mengalami perubahan bentuk. Besarnya perubahan bentuk tersebut tergantung pada besar kecilnya gaya, benda dan dari bahan apa benda itu dibuat. Jika gaya luar tadi tidak lagi bekerja, maka ada tiga kemungkinan yang akan terjadi yaitu :

a. bentuk benda akan kembali pada bentuk semula.

b. bentuk benda sebagian saja kembali pada bentuk semula.

c. bentuk benda berubah sama sekali.

Kejadian seperti pada a dapat terjadi, karena benda tersebut mempunyai sifatkenyal (elastis). Kejadian seperti pada b hanya sebagian saja yang dapat kembali pada bentuk semula. Ini dapat terjadi, apabila besar gaya yang bekerja melampaui suatu batas, yang disebut batas kekenyalan sehingga sifat kekenyalan menjadi berkurang. ada kejadian c besar gaya yang bekerja jauh melampaui batas kekenyalan, sehingga sifat kekenyalan sama sekali hilang. Pada bangunan gaya yang akan bekerja pada bahan-bahan yang akan dipakai untuk pembuatan bangunan itu harus diperhitungkan jangan sampai melampaui batas kekenyalan itu. Tegangan patah. Tiap bahan yang mengalami pembebanan, jika beban ditambah terus-menerus, mula-mula mengalami perubahan bentuk, akhirnya akan patah. Tegangan patah ialah batas tegangan dalam kg/cm2, dimana bahan akan patah, bila bebannya melampai batas ini. Maka pada tiap-tiap bangunan, perlu adanya perhitungan yang teliti, supaya bahan-bahan untuk pembuatan bangunan itu tidak mengalami pembebanan yang melebihi batas yang telah ditentukan dalam peraturan keamanan. Tegangan tarik/ tekan . Sebuah batang yang menahan dua gaya P dan P1 yang sama besarnya, tetapi berlawanan arahnya. Maka pada tiap-tiap potongan normal bekerja gaya dalam sebesar P. 

Dalam hal ini t adalah besar tegangan yang diizinkan membebani bahan, dari apa batang itu dibuat. Jika besarnya q telah terterntu, maaa P merupakan gaya paling besar yang boleh membebani batang tersebut. Jika P merupakan gaya tarik maka tegangan tarik ditullis t, dan jika P merupakan gaya tekan , tegangan tekan ditulis. Cd Besar batas proporsionil, batas- elastis dan batas-patah untuk tiap-tiap bahan dapat dengan percobaan-percobaan. Kecuali itu besarnya tegangan yang diizinkan C masih tergantung pulapada macamnya muatan , antara lain sebagai berikut:

a. Muatan yang bersifat diam dan tetap besarnya, disebut muataan statis.

b. Muatan santak mempunyai satu arah, tetapi berubah antara nol dan nilai tertinggi. Untuk muatan ini tegangan yang diizinkan harus diambil duapertiga daripada tegangan yang diizinkan untuk muatan statis.

c. Muatan berganti-ganti bekerja dengaan arah yang berganti-ganti. Untuk  muatan ini tegangan yang diizinkan C harus diambil sepertiga daripada tegangan yang diizinkan untuk muatan statis.

B. Perubahan bentuk karena beban.

Jika suatu batang mengalami beban tarik/ tekan, maka ia akan mmemanjang/ memendek. Menurut percobaan Robert Hooke, batang yang panjangnya 1 cm dibawah batas muatan yang tertentu, pemanjangan/ pemendekan. Berbanding lurus dengan gaya tarik/tekan (P). Beranding lurus dengan paanjang semula ( ? ). Berbanding terbalik dengan luaspotongan q. Tergantung pada macam bahan batang tersebut. 

Hukum Hooke ini hanya berlaku, bila beban tidak melampaui batas kekenyalan bahan batang tersebut. Sebagai batas biasanya dipergunakan tegangan yang diizinkan  dan ini diambil selalu di bawah batas kekenyalan yang disebut batas proporsionil.

C. Diagram tegangan Perpanjangan

Untuk mendapat gambaran yaang jelas tentang sifaat -sifat mekanis suatu bahan, misalnyabahan baja, diadakan percobaan-percobaan dalam bangku tarik. Selama percoban pada muatan-muatan yang tertentu, dapat diukur perpanjangannya ?? ?? hingga dapat dibuat suatu grafik mengenai hubungan antara tegangan -tarik dan perpanjangannya.  Pada permulaan percoaan ternyata tegangan-tarik ?Ct ? berbanding lurus dengan perpanjanganny, sehingga garis O-P merupakan garis lurus. Titik P inilah yang disebut batas proporsionil. Sampai di titik inilah hukum Hooke berlaku. Beban yang melebihi batas proporsionil ini menyebabkan garis mulai menyimpang dari garis lurus itu, sehingga hukum Hooke tidak berlaku lagi. Sedikit di atas batas proporsionil terdapat batas kekenyalan. Sampai batas ini saja baahan masih mempunyai sifat elastis 100% CE . Pada muatan yang lebih tinggi lagi, baja mencapai apa yang disebut batas luluh. Pada tegangan-luluh ini perpanjangannya relatif besar, jika dibandingkan dengan bertambahnya tegangan -tarik, seakan-akan baja menjadi sangant lunak sekali. Setelah melampaui batas luluh ini, baja mendapat keteguhan lagi. Akhirnya baja tersebut mencapai batas patah.

D. Kekerasan bahan

Hal yang sangat penting untuk mengetahui apakah bahan itu dapat dipakai untuk suatu keperluan, adalah menentukan kekerasannya. Salah satu cara untuk menentukan kekerasan bahan , yang disebut cara Brinel, 

E. Tegangan geser

Putus geser yang murni di dalam praktek tidak mungkin terdapat, tetapi untuk memudahkan perhitungan, pada umumnya dianggap bahwa hal itu ada. Misalkan sebuah penampang normal yang mempunyai luas q, menerima bebansebesar P, maka jika beban P itu terbagi rata dan teratur pada penampang tersebut. Tegangan ini kita sebut tegangan-geser, dan biasanya diberi tanda ? (baca : tau).

Jika tegangan geser yang dibolehkan (diizinan) telah ditentukan, misalkan q= 800kg/cm2, dan beban yang dipikul oleh blok P = 80 ton, maaka kita dapat menghitung berapa luas potongan-normal balok tersebut, sebagai berikut ;

Rumus

P = besar beban dalam satuan kg.

q = Luas potongan normal dalam satuan cm2.

? = tegangan-geser yang diizinkandalam satuan kg/cm2.

F. Momen lengkung.

Beban yang dialami oleh bahan bangunan daapat juga berupa momen -lengkung. Misalnya pada gambar 1-5, sebuah balok ada ujungnya dijepit pada tembok dan pada ujung lainnya bekerja beban P, maka penampang normal poda A mengalami beban momen -lengkung sebesar P X 1 kgm. 1 = panjang-balok daalam satuan meter. Pada beban seperti ini serat bagian aras balok mengalami tegangan -tarik. sedang serat-serat bagian bawah balok mengalami tegangan-tekan. Pada beban seperti inipun bahan balok dapat patah bila besarnya P melampaui batas kekuatan balok. Untuk menjaga jangan sampai serat yang atas dibebani lebih dari tegangantarik yang diizinkandan serat bagian bawah tidak dibebani tegangan -tekan yang diizinkan, maka perludi adakan perhitungan dengan formulasi khusus.

G. RANGKUMAN 

Bahan listrik dalam sistem tenaga listrik merupakan salah satu elemen penting yang akan menentukan kualitas penyaluran energi listrik itu sendiri. Bahan listrik yang sangat populer selama ini meliputi konduktor, semi konduktor dan isolator. Satu lagi yang dikenal dengan super konduktor, namun masih dalam penelitian intensif para ahli. Ketiga bahan tadi secara integratif dalam system kelistrikan dimanfaatkan secara optimal. Seperti misalnya konduktor adalah salah material paling besar yang dipakai dalam penyaluran tenaga listrik baik alumunium maupun tembaga atau campuran dengan bahan lain. Demikian pula isolator dipakai banyak sekali untuk menyekat bagian bagian bertegangan dengan bagian yang kontak langsung dengan manusia. Dalam teknik listrrik, khususnya pada pelajaran praktek, mempelajari dan memahami bermacam-macam bahan beserta sifat-sifatnya merupakan hal yang sangat penting, guna memilih suatu bahan penyekat misalnya, bahan tadi perlu disesuaikan dengan penggunaannya, umpamanya penyekat harus memiliki sifat-sifat tahanan jenis yang besar, tahan terhadap lembab, panas, reaksi bahan kimia dan sebagainya. Selain sifat, bahan juga mempunyai bermacam-macam bentuk. Pada umumnya kita mengenal tiga macam bentuk, yaitu padat, cair, dan gas. Ada pula bahan-bahan yang memiliki ketiga bentuk tersebutpada suhu-suhu tertentu. Sebagai contoh dapat kita ambil air. Dalam keadaan biasa air berbentuk cair.