Apa itu Konduktivitas Listrik dan Derivasi (Penurunanya)
Orang pertama yang bereksperimen dengan konduktivitas listrik adalah Stephen Grey. Dia adalah English dyer & astronom. Ia lahir di Inggris pada Desember 1666 dan meninggal di London pada 7 Februari 1736. Benjamin Franklin, Alessandro Volta, Georg Simon Ohm, Andre Marine Ampere, Joseph John Thomson adalah ilmuwan lain yang mengamati proses konduktivitas listrik dengan menggunakan berbagai jenis logam di eksperimen mereka.
Dahulu orang menggunakan batu bara untuk menghasilkan listrik di industri, rumah, kapal, mesin, kotak besi, dll. Artikel ini membahas gambaran tentang konduktivitas listrik.
Apa itu Konduktivitas Listrik?
Konduktivitas listrik didefinisikan sebagai salah satu jenis konduktivitas yang memiliki kemampuan zat atau bahan untuk menghantarkan listrik pada area tertentu; kita juga bisa menyebutnya sebagai konduktivitas atau konduktivitas elektrolit atau konduktivitas atau EC. Simbol konduktivitas listrik diwakili oleh sigma (σ).
Ketika ion hadir dalam larutan maka hanya zat yang mengirimkan listrik. Ion didefinisikan sebagai partikel yang membawa muatan positif (+) atau negatif (-) dalam larutan. Ini diukur dengan EC meter. Satuan Konduktivitas: Satuan SI untuk konduktivitas adalah Siemen per meter (s/m), yang ditemukan oleh Werner Von Siemens dan Johann Georg Halske.
Tinjauan Konduktivitas Listrik
Konduktivitas Listrik adalah proses yang menghantarkan listrik menggunakan logam yang berbeda. Perangkat listrik mengubah energi listrik menjadi energi lain. Perangkat listrik mengkonsumsi lebih banyak daya untuk konduksi arus dan hanya bekerja pada tegangan tinggi. Beberapa perangkat listrik tersebut adalah pemanas air, televisi, oven microwave, pengering rambut, penggiling, penyedot debu, kipas angin, lemari es, dll.
Saat ini kita mendapatkan listrik dengan menggunakan berbagai jenis logam seperti perak, aluminium, emas, air, kuningan, timah, timbal, merkuri, grafit, tembaga, baja, besi, air laut, jus lemon, beton, dll. adalah konduktor yang baik yang menghantarkan listrik.
Beberapa konduktor yang buruk adalah kaca, kertas, kayu, madu, plastik, karet, udara, belerang, gas, minyak, berlian, dll. yang tidak menghantarkan listrik.
Material terdiri dari dua jenis yaitu logam dan non logam. Konduktivitas listrik dari logam adalah; logam adalah konduktor baik yang menghantarkan listrik dan non-logam adalah konduktor buruk yang tidak menghantarkan listrik.
EC Meter
EC meter digunakan untuk mengukur konduktivitas listrik dari air untuk memeriksa kemurnian air. Terdiri dari generator gelombang persegi 24 kHz, sensor probe platinum, konverter I–V, rectifier (penyearah), filter, modul IoT, mikrokontroler Atmega 328, dan sensor suhu. Diagram blok meteran EC ditunjukkan di bawah ini:
- Generator Gelombang Persegi: Generator gelombang persegi hanya menghasilkan sinyal digital dalam bentuk gelombang persegi karena tingkat amplitudo terbatas.
- Sensor Probe Platinum: Output dari generator gelombang persegi diberikan sebagai input ke probe sensor, yang terbuat dari platina. Ini adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi perubahan lingkungan.
- Konverter I-V: Digunakan untuk menghasilkan tegangan (v) yang sebanding dengan arus yang diberikan (i).
- Rectifier: Rectifier atau penyearah adalah perangkat listrik yang mengubah ac (arus bolak-balik) menjadi dc (arus searah).
- Filter: Ini adalah perangkat yang digunakan untuk menghilangkan kotoran dalam cairan atau gas.
- Modul IoT: Ini adalah perangkat elektronik kecil yang tertanam dalam mesin dan benda. Ini digunakan untuk mengirim dan menerima data melalui jaringan nirkabel.
- Mikrokontroler Atmega328: Merupakan IC (Rangkaian Terpadu) yang tertanam pada perangkat elektronik dan ukurannya sangat kecil.
- Sensor Suhu: Merupakan salah satu jenis sensor yang digunakan untuk mendeteksi atau merasakan suhu di lingkungan dan perangkat elektronik.
Konduktivitas Listrik dari Air
Konduktivitas listrik dari air melewati arus ketika kita menambahkan garam, gula atau pelarut lain yang larut dalam air dapat pecah menjadi ion. Ion memiliki dua jenis yaitu ion bermuatan positif dan ion bermuatan negatif.
Bahan kimia atau pelarut yang larut menjadi ion juga dikenal sebagai elektrolit. Kemampuan air ditingkatkan oleh ion untuk menghantarkan listrik. Konduktivitas air tinggi ketika lebih banyak ion hadir dan Konduktivitas air rendah ketika lebih sedikit ion hadir.
Contoh Konduktivitas Listrik
Untuk menguji konduktivitas air yang terlarut dalam air, kita membutuhkan baterai (9v), air suling, gelas kimia, kawat, gula, soda kue. Contoh konduktivitas listrik yaitu
Contoh 1: Hubungkan kabel ke baterai dengan benar dan ambil 50 ml air suling ke dalam gelas kimia dan masukkan kabel baterai ke dalam gelas kimia, tidak ada gelembung gas yang terbentuk di gelas kimia karena air suling tidak menghantarkan listrik.
Contoh 2: Demikian pula Hubungkan kabel ke baterai dengan benar dan ambil 50 ml air keran ke dalam gelas kimia dan masukkan kabel baterai ke dalam gelas kimia, tidak ada gelembung gas yang terbentuk di gelas kimia karena air keran juga tidak menghantarkan listrik.
Contoh 3: Demikian pula Hubungkan kabel ke baterai dengan benar dan ambil 50 ml air suling dalam gelas kimia dan tambahkan soda kue dan bilas dengan baik, masukkan kabel baterai ke dalam gelas kimia, gelembung gas akan terbentuk di gelas kimia karena soda konduktor yang baik yang menghantarkan listrik.
Persamaan Konduktivitas Listrik
Seperti kita ketahui bahwa hukum Ohm yaitu arus (I) sama dengan perbandingan tegangan (V) dan resistansi (R). Ini dinyatakan sebagai:
I = V/R ——– persamaan (1)
Dimana;
- I adalah Arus
- V adalah Tegangan
- R adalah Resistansi
Resistansi didefinisikan sebagai produk resistivitas dan panjang menurut luas penampang. Persamaan resistansi dinyatakan sebagai;
R = ρ*L/A ——– persamaan (2)
Dimana
- R adalah Resistansi
Dari persamaan (2), resistivitas dinyatakan sebagai;
ρ = R*A/L ——– persamaan (3)
Dimana
- ρ Resistivitas
- L adalah Panjang
Suatu luas penampang
Konduktivitas didefinisikan sebagai kebalikan dari resistivitas dan itu dinyatakan sebagai;
σ = 1/ρ ——— persamaan (4)
Mengganti persamaan (3) dalam persamaan (4) akan menghasilkan
σ = 1/R*A/L.
Konduktivitas (σ) = L/R*A ——– persamaan (5)
Konduktivitas Listrik (σ) = L/R*A diturunkan
Kita tahu bahwa gaya itu sama dengan;
F = Ee ——— eq (6)
F = ma ——— persamaan (7)
Di mana
- F adalah Force (gaya)
- m adalah massa
- a adalah akselerasi
menyamakan persamaan (6) dan (7) akan mendapatkan akselerasi
Ee = ma
a = Ee / m ——— eq (8)
Percepatan melintas dinyatakan sebagai
V = aτ ———- eq (9)
Mengganti persamaan (8) di persamaan (9)
V = Ee/m*τ ——— persamaan (10)
Total biaya dinyatakan sebagai
DQ = env Tambahkan
DQ/dt = envA
di mana DQ/dt sama dengan I, dinyatakan sebagai
I = envA
I/A = env
Dimana I/A = J
Kepadatan arus (J) = env ——– eq (11)
Mengganti persamaan (10) dalam persamaan (11)
J = en * Ee/m * τ
J = ne2τ/m * E
Dimana konduktivitas (σ) = ne2τ/m ——– persamaan (12)
J = σ*E ——– persamaan (13)
Seperti kita ketahui bahwa konduktivitas adalah kebalikan dari resistivitas yaitu σ = 1/ρ
Mengganti σ = 1/ρ dalam persamaan (12)
J = E/ρ ——— eq (14)
Dimana waktu relaksasi diberikan sebagai
Waktu relaksasi (τ) = λ√m/3KBTeq (15)
Substitusi persamaan (15) dalam persamaan (12) kita mendapatkan persamaan konduktivitas sebagai
Konduktivitas (σ) = ne2λ/√m*3KB*T
Rumus konduktivitas listrik diturunkan.
Aplikasi / Penerapan
Beberapa aplikasi penting dalam industri adalah
- Pengolahan air
- Deteksi kebocoran
- Bersihkan di tempatnya
- Deteksi antarmuka
- Desalinasi
Kelebihan / Keuntungan
Keuntungan dari konduktivitas ini meliputi yang berikut ini.
- Cepat
- Keandalan
- Pengulangan
- Tidak merusak
- Tahan lama
- Murah dll.
Konduktivitas listrik adalah salah satu teknologi baik yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari. Seperti yang kita ketahui bahwa dahulu orang menggunakan batang korek api, batu bara, dll untuk keperluan panas tetapi sekarang teknologinya sudah berkembang. Setiap perangkat listrik terdiri dari konduktor dalam ukuran kecil.