Konduktor: Pengertian, Sifat, Contoh

Konduktor adalah benda atau bahan yang dapat menghantarkan listrik atau panas dengan baik. Contohnya, tembaga, besi, baja, emas, dan perak.

Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang bahan penghantar panas dan arus listrik, yaitu konduktor.

Cobalah ambil sebatang besi, pegang salah satu ujungnya, kemudian dekatkan ujung yang lain dengan api selama waktu tertentu.

Apa yang terjadi? Yah benar, bagian ujung yang kita pegang terasa panas. Kok bisa panas yah, padahal ujung tersebut tidak berdekatan dengan api?

Nah, untuk mengetahui alasannya silahkan simak materi berikut ini...

Pengertian Konduktor

Apa yang dimaksud dengan konduktor? Dalam ilmu fisika, konduktor adalah benda atau bahan yang dapat menghantarkan panas atau listrik dengan baik.

Pada ilustrasi di atas, ujung yang kita pegang bisa terasa panas karena besi merupakan bahan konduktor. Selain panas, besi juga bisa menghantarkan arus listrik. Konduktor panas adalah bahan yang memiliki sifat mudah menghantarkan panas.

Eits, jangan pernah coba dekatkan besi dengan sumber listrik yah, kalian pasti akan tersengat.

Konduktor dapat dengan mudah menghantarkan muatan listrik dengan baik karena memiliki banyak elektron-elektron bebas. Hal ini disebabkan oleh struktur molekul konduktor yang mudah melepaskan elektron-elektron terluar.

Sebagian besar logam memiliki sifat ini. Secara berturut-turut, jenis konduktor listrik yang paling baik adalah Emas (Au), perak (Ag), tembaga (Cu), aluminium (Al), seng (Zn), besi (Fe).

Sifat-Sifat Konduktor

Konduktor memiliki beberapa sifat yang memungkinkan bahan ini bisa menghantarkan arus listrik/panas, antara lain sebagai berikut:

1. Memiliki daya hantar listrik

Daya hantar listrik didapat dari banyaknya elektron-elektron bebas yang terkandung dalam bahan konduktor.

Meskipun sebagian besar elektron yang dimiliki konduktor terikat kuat pada inti atomnya, ada sebagian kecil yang dapat bergerak bebas dari satu atom ke atom yang lain.

Elektron-elektron inilah yang memungkinkan terjadinya arus listrik pada konduktor.

2. Hambatan Jenis (Resistivitas) yang Kecil

Semakin kecil hambatan jenis suatu bahan, maka semakin baik nilai konduktivitasnya. Konduktivitas merupakan ukuran kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik.

Sebagian besar bahan dari kelompok logam memiliki nilai hambatan jenis yang kecil sehingga memiliki konduktivitas yang baik. Berikut ini adalah tabel resistivitas (hambatan jenis) bahan-bahan konduktor:

Nama Bahan	Resistivitas (Ωm)
Perak	1,47 x 10^-8
Tembaga	1,72 x 10^-8
Emas	2,44 x 10^-8
Aluminium	2,75 x 10^-8
Tungsten	5,25 x 10^-8
Baja	20 x 10^-8
Timah	22 x 10^-8
Air raksa	95 x 10^-8
Manganin	44 x 10^-8
Constantan	49 x 10^-8
Nikrom	100 x 10^-8

3. Daya Hantar Panas Tinggi

Konduktor memiliki sifat daya hantar panas yang tinggi. Setiap bahan yang memiliki daya hantar panas yang tinggi bisa dikategorikan sebagai konduktor.

Bahan-bahan logam sebagian besar memiliki daya hantar panas tinggi sehingga dapat berfungsi sebagai konduktor.

4. Tegangan Tarik yang Kuat

Konduktor adalah bahan yang memiliki tegangan tarik yang kuat agar penyaluran daya menjadi optimal. Tegangan tarik sendiri dipengaruhi oleh aliran arus dan suhu.

Semakin kuat suatu bahan mengatasi pengaruhi suhu dan aliran arus, maka semakin baik bahan tersebut berfungsi sebagai konduktor.

5. Daya Elektro-Motoris Termo Kecil

Daya elektro-motoris adalah daya yang timbul akibat perbedaan bahan antara konduktor dan titik kontak pada sebuah rangkaian listrik, umumnya disebabkan oleh perbedaan suhu antara kedua bahan sehingga disebut juga daya elektro-motoris termo.

Daya elektro-motoris menyebabkan terjadinya penyimpangan arus dan tegangan listrik. Semakin kecil daya elektro-motoris suatu bahan, maka semakin baik bahan tersebut berfungsi sebagai konduktor.

Syarat-Syarat Konduktor

Syarat-syarat konduktor yang baik, antara lain sebagai berikut:

1. Konduktivitas yang baik

Syarat suatu konduktor adalah memiliki konduktivitas yang baik. Semakin besar nilai konduktivitas suatu konduktor, maka semakin baik kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik.

Konduktivitas suatu bahan dinyatakan dengan simbol sigma (σ) dalam satuan ^Mho/_m. Di antara semua konduktor, perak merupakan bahan yang memiliki nilai konduktivitas tertinggi, yaitu 6,1 x 10⁷ ^Mho/_m.

Berikut ini adalah tabel konduktivitas berbagai jenis bahan konduktor:

Nama Bahan	Konduktivitas (^Mho/_m)
Air suling	4
Karbon	3 x 10⁴
Grafit	10⁶
Besi tuang	10⁶
Merkuri (Air raksa)	10⁶
Nikrom	10⁵
Konstantan	1 x 10⁶
Timah putih	5 x 10⁶
Timah hitam	9 x 10⁶
Tungsten	1,8 x 10⁶
Seng	1,7 x 10⁶
Aluminium	3,5 x 10⁷
Emas	4,1 x 10⁷
Tembaga	5,7 x 10⁷
Perak	6,1 x 10⁷

Kebalikan dari konduktivitas adalah resistivitas (hambatan jenis). Jika konduktivitas diharapkan tinggi, maka resistivitas sebaliknya, makin kecil makin baik.

σ = ¹/ρ

σ = konduktivitas bahan (^Mho/_m)

Nilai resistivitas (hambatan jenis) suatu konduktor ditentukan dengan rumus:

ρ = ρ₀ {1 + α (T - T₀)}

Keterangan:

ρ = resistivitas (hambatan jenis) pada suhu T (Ωm)
ρ₀ = resistivitas (hambatan jenis) pada suhu referensi (biasanya 20⁰C atau 293,16 K) (Ωm)
T₀ = suhu referensi (K)
α = koefisien suhu hambatan listrik (/_⁰C)

Sementara itu, kemampuan bahan untuk menahan arus listrik yang mengalir melalui penampang bahan disebut hambatan listrik (R). Hambatan listrik konduktor dirumuskan:

R = ρ . ^L/_A

Keterangan:

R = hambatan listrik (Ω)
ρ = resistivitas (hambatan jenis) (Ωm)
L = panjang penghantar (m)
A = luas penampang penghantar (m²)

Selain panjang dan luas penampang penghantar, hambatan listrik konduktor juga dipengaruhi oleh suhu, dirumuskan:

R_T = R₀ {1 + α (T - T₀)}

Keterangan:

R_T = hambatan listrik pada suhu T (K)
R₀ = hambatan listrik pada suhu T₀(K)

2. Kekuatan Mekanik Tinggi

Kemampuan mekanik (mekanis) adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima beban/gaya/energi tanpa menimbulkan kerusakan pada bahan tersebut.

Konduktor pada umumnya memiliki kekuatan mekanik yang tinggi agar bisa dialiri panas atau arus listrik dengan baik.

Kekuatan mekanik bahan konduktor didapat dari susunan partikel-partikel penyusun bahan. Semakin rapat, maka semakin baik kekuatan mekanisnya.

Partikel-partikel penyusun bahan akan bergetar (vibrasi) ketika dialiri oleh sumber listrik atau panas. Semakin cepat vibrasinya, maka makin baik pula listrik dan panas dihantarkan.

Namun, getaran itu harus diimbangi oleh kekuatan mekanis yang tinggi agar penghantar tidak rusak (patah atau putus).

3. Koefisien Muai Kecil

Bahan konduktor adalah bahan yang memiliki koefisien muai yang kecil sehingga sekalipun pada suhu yang tinggi, konduktor tetap menghantarkan listrik dengan baik.

4. Modulus Elastis Besar

Bahan konduktor juga harus memiliki modulus elastis yang besar. Modulus elastisitas adalah perbandingan antara tegangan dan regangan.

Nilainya menunjukkan ketahanan suatu konduktor untuk mengalami deformasi elastis dan kerusakan ketika dialiri tegangan listrik atau panas yang tinggi.

Karakteristik Konduktor

Bahan-bahan konduktor memiliki karakteristik khusus, antara lain sebagai berikut:

Karakteristik listrik, yaitu sifat bahan yang bisa dilalui arus listrik. Karakteristik ini terdiri dari hambatan, hambatan jenis, panjang, dan luas penampang konduktor.
Karakteristik mekanik, yaitu kemampuan suatu bahan untuk menahan semua gaya, tekanan, atau tarikan yang diberikan pada bahan tersebut. Bahan yang memiliki daya tarik yang tinggi, misalnya tembaga, besi, dan baja.

Bahan-Bahan Konduktor

Bahan yang biasa digunakan sebagai konduktor antara lain adalah

Logam biasa seperti besi, tembaga, dan alumunium.
Logam campuran (alloy) yaitu logam dari tembaga atau alumunium yang dicampur dengan logam lain dalam jumlah tertentu. Tujuannya adalah untuk meningkatkan kekuatan mekanis dari logam.
Logam paduan, yaitu sebuah campuran dari dua atau lebih jenis logam yang dipadu dengan teknik kompresi, peleburan (smelting) atau pengelasan (welding).

Di antara semua bahan di atas, bahan yang paling umum digunakan sebagai konduktor adalah tembaga.

Tembaga dipilih karena mempunyai nilai hambatan jenis yang sangat kecil dan harga yang murah serta ketersediaannya yang cukup melimpah di alam.

Contoh Bahan Konduktor

Berikut ini adalah beberapa contoh bahan konduktor yang bisa digunakan sebagai penghantar listrik:

1. Aluminium

Aluminium adalah contoh bahan yang bersifat konduktor. Aluminium merupakan bahan yang memiliki sifat mekanik yang baik, ringan, dan tahan terhadap korosi.

Lambang aluminium adalah Al, dan nomor atomnya 13. Beberapa jenis konduktor yang terbuat dari bahan aluminium, antara lain:

Jenis AAC (All Aluminium Conductor), yaitu konduktor yang terbuat dari bahan aluminium murni.
Jenis AAAC (All Aluminium Alloy Conductor), yaitu konduktor yang terbuat dari campuran aluminium.
Jenis ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced), yaitu konduktor aluminium dengan inti bahan baja.

Alumunium murni mempunyai massa jenis 2,7 ^g/_cm³, dengan titik leleh 658 ⁰C dan tidak bersifat sebagai korosif.

Alumunium mempunyai daya hantar sebesar 35 ^m/_Ωmm² sekitar 61,4% dari daya hantar tembaga. Alumunium murni mudah dibentuk karena lunak dengan kekuatan tarik 9 ^kg/_mm².

Oleh sebab itu, alumunium sering dicampur dengan tembaga untuk memperkuat daya tariknya.

2.Timah

Timah merupakan jenis konduktor yang lebih banyak diterapkan pada papan rangkaian untuk menghubungkan seluruh komponen-komponen elektronika yang terpasang.

Penggunaannya pada rangkaian dilakukan dengan bantuan solder. Kelemahan timah adalah mudah mengalami korosi apabila bersentuhan dengan air.

3. Tembaga

Tembaga mempunyai daya hantar listrik yang tinggi yaitu 57 ^m/_Ωmm² pada suhu 20 ⁰C dengan koefisien muai suhu 0,004 /_⁰C.

Tembaga mempunyai daya tarik 20 hingga 40 ^kg/_mm². Pemakaian tembaga sebagai bahan penghantar misalnya pada kawat berisolasi (NYA, NYAF), kabel (NYM, NYY, NYFGbY), busbar, lamel mesin dc cincin seret pada mesin AC dan sebagainya.

Contoh Soal

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang konduktor:

1. Jelaskan pengertian konduktor?

Jawab:

Konduktor adalah benda atau bahan yang dapat menghantarkan listrik atau panas.

2. Berikan 3 contoh alat yang memanfaatkan sifat benda konduktor

Jawab:

Panci
Rice Cooker
Setrika

3. Tuliskan 4 macam bahan yang termasuk konduktor

Jawab:

Besi
Baja
Tembaga
Perak

4. Sebutkan masing masing 5 benda rumah tangga yang menggunakan sifat konduktor

Jawab:

Panci
Wajan
Dispenser
Rice Cooker
Setrika

5. Konduktor berbentuk lingkaran mengalir muatan 80 Coulomb selama 4 s. Apabila konduktor tersebut mempunyai diameter 40 cm berapa rapat arusnya?(π =3,14)

Jawab:

Diketahui:

Q = 80 C
t = 4 s
d = 40 cm
r = ^d/₂ = ⁴⁰/₂ = 20 cm = 200 mm

Ditanyakan:

J...?

Penyelesaian:

I = ^Q/_t

= ⁸⁰/₄

= 20 A

Luas Penampang (A) = π x r²

= 3,15 x 200²

= 125.600 mm²

J = ^I/_A

= ²⁰/_125.600

= 0,0001592 ^A/_mm², atau

= 15,92 x 10^-5 ^A/_mm²

Jadi, rapat arus konduktor tersebut adalah 15,92 x 10^-5 ^A/_mm².

6. Sebuah kawat konduktor berhambatan 200 Ω dihubungkan dengan sumber tegangan, sehingga mengalir arus listrik 250 mA. Beda potensial ujung-ujung konduktor tersebut adalah?

Jawab:

Diketahui:

R = 200 Ω
I = 250 mA = 0,25 A

Ditanyakan:

V....?

Penyelesaian:

V = I x R

= 0,25 x 200

= 50 Volt

Jadi, beda potensial ujung-ujung konduktor tersebut adalah 50 Volt.

7. Konduktor berhambatan 400 Ω dihubungkan dengan sumber tegangan, sehingga mengalir arus listrik 500 mA. berapakah beda potensial ujung-ujung konduktor tersebut?

Jawab:

Diketahui:

R = 400 Ω
I = 500 mA = 0,5 A

Ditanyakan:

V....?

Penyelesaian:

V = I x R

= 0,5 x 400

= 200 Volt

Jadi, beda potensial ujung-ujung konduktor tersebut adalah 200 Volt.

Kesimpulan

Konduktor adalah benda atau bahan yang dapat menghantarkan listrik atau panas dengan baik. Contohnya, tembaga, besi, baja, emas, dan perak.

Gimana adik-adik, udah paham kan materi konduktor di atas? Jangan lupa lagi yah.

Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.

Referensi:

Azriyenni. 2020. Buku Ajar Transmisi Tenaga Listrik. Pekanbaru: Taman Karya.

Sears, Francis W dkk. 2004. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta: Erlangga.