Abstrak—Telah dilakukan percobaan dengan judul analisis sifat listrik pada bahan CaCO3 dan arang.  Praktikum ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui sifat listrik material, dan menentukan nilai konduktivitas serta resistivitas material. Percobaan ini menggunakan dua jenis material yang akan diuji, yaitu CaCO3 (kapur tulis) dan Arang. Metode yang digunakan yaitu four point probe yang dihubungkan dengan amperemeter dan voltmeter. Dari data yang didapatkan, diperoleh kesimpulan bahwa sifat listrik bahan berbeda-beda, ditinjau dari nilai resistivitasnya. Besarnya resistivitas pada bahan CaCO3 rata – ratanya adalah 0,7665 Ωm  dan nilai konduktivitasnya rata – ratanya adalah 2,4941 /Ωm. Sedangkan untuk bahan arang, nilai ressitivitas rata – ratanya adalah 1,8986 Ωm dan nilai konduktivitas rata – ratanya adalah 0,7236 / Ωm. Semakin kecil nilai resistivitas maka kemampuan untuk menghantarkan listrik semakin besar. Maka bahan CaCO3 lebih isolator dari pada arang.

Hambatan atau Resistansi adalah kemampuan suatu benda untuk menahan aliran arus listrik. Dalam suatu sirkuit, arus listrik dari power supply tidak sepenuhnya dapat digunakan secara bebas. Terkadang arus lisrik tersebut harus dhambat untuk memperoleh efek tertentu pada sirkuit. Dalam suatu hambatan atom-atomnya akan berumbukan dengan elektron-elektron sehingga laju dan kecepatan elektron menjadi berkurang.^[2]

Pada tahun 1826, seorang ilmuwan bernama Jerman Georg Simon Ohm menemukan hubungan antara kerapatan arus dan medan listrik terhadap besarnya resistivitas suatu material. Kerapatan arus (J) dalam sebuah konduktor bergantung pada medan listrik (E) pada sifat2 material itu. Kerapatan arus berbanding langsung dengan E, dan rasio besarnya E dan J adalah konstan. Resistivitas (rho) didefinisikan sebagai rasio dari besarnya medan listrik dan kerapatan arus.^[2]

dengan :  = resistivitas (Ωm)

                  A= luas permukaan bahan(m²)

                  L= panjang (m)

Semakin besar resistivitas, semakin besar pula medan yang diperlukan untuk menyebabkan sebuah kerapatan arus yang diberikan atau semakin kecil kerapatan arus yang disebabkan oleh sebuah medan yang diberikan.^[2]

Kebalikan dari resistivitas adalah konduktivitas. Konduktor listrik yang baik adalah yang mempunyai konduktivitas lebih besar daripada isolator. Konduktivitas adalah analogi listrik langsung dari konduktivitas termal. Konduktor listrik yang baik seperti logam biasanya juga merupakan konduktor kalor yang baik. Konduktor listrik yang buruk seperti keramik dan material plastik merupakan konduktor termal yang buruk.^[4]

………………………………(2)

Dalam sebuah logam, elektron bebas yang membawa muatan dalam konduksi listrik juga menyediakan mekanisme utama untuk konduksi kalor. Karena perbedaan

yang sangat besar di antara resistivitas konduktor listrik dan isolator listrik, maka akan mudah membatasi arus listrik ke lintasan yang didefinisikan dengan jelas. Perubahan konduktivitas termal jauh lebih kecil, dan biasanya tidak mungkin untuk membatasi arus kalor ke jangkauan tersebut.^[3]

Logam merupakan unsur kimia yang memiliki sifat kuat, keras, mampu menghantaran panas dan listrik. Berbeda dengan jenis material yang lain, metal memiliki konduktivitas listrik dan konduktivivats thermal yang tinggi. Dalam upaya memahami mekanisme konduktivitas listrik Drude dan Lorentz mengembangkan teori yang secara quantitatif menerangkan tentang konduktivitas metal. Pada teori ini elektron dalam metal dianggap sebagai partikel elektron yang dapat bergerak bebas dalam potensial internal

kristal yang konstan. Dinding potensial hanya terdapat pada batas permukaan metal, yang mencegah elektron untuk meninggalkan metal. Hal ini berarti energi elektron dalam metal haruslah lebih rendah dari dinding potensial di permukaan metal. Perbedaan energi ini merupakan fungsi kerja, sebagaimana dibahas dalam peristiwa photo listrik. Elektron bebas (elektron valensi) dalam metal dianggap berada pada tingkat tingkat energi yang berubah secara kontinyu (tidak diskrit).  Gerakan elektron hanya terhambat oleh benturan dengan ion metal, sementara interaksi antar elektron tidak dipersoalkan. Elektron bebas seperti ini berperilaku seperti gas ideal yang mengikuti prinsip ekuipartisi Maxwell Boltzmann.^[3]

Pada percobaan sifat listrik ini digunakan beberapa alat dan bahan, yaitu power supply sebagai sumber tegangan, dua buah AVO meter yang berfungsi sebagai amperemeter dan voltmeter, kabel penghubung untuk menghubungkan alat satu dengan yang lainya, penggaris untuk mengukur tebal CaCO3 dan arang, tiga buah gelas beker sebagai tempat larutan NaCl dengan konsentrasi yang berbeda – beda, pengaduk larutan untuk mengaduk larutan NaCl serta untuk mengambil CaCO3 dan arang dari gelas beker, aquades sebagai pelarut NaCl, serta tiga batang CaCO3 (kapur tulis) dan arang sebagai objek yang akan diamati sifat listriknya.

Gambar 1. Skema kerja percobaan sifat listrik

Langkah pertama adalah menyiapkan dan merangkai peralatan yang akan digunakan seperti pada gambar 1. Kemudian batang CaCO3 dan arang dipotong hingga memiliki ketebalan 0,1 cm karena tebal bahan ini harus lebih kecil dibandingkan jarang antar probe yaitu 0,2 cm. Masing – masing  bahan dibuat menjadi tiga potong karena akan diuji dengan larutan NaCl dengan tiga variasi molar. Setelah itu, dibuat larutan NaCl dengan molar 1 M, 2M, dan 3 M. Kemudian nyalakan power supply dan atur tegangan input sebesar 4 volt. Lalu bahan CaCO3  yang telah dipotong sebelumnya diukur tegangan dan arus inputnya dengan cara menancapkan probe pada potongan CaCO3. Keempat kaki probe ini harus mengenai dan tegak lurus pada potongan CaCO3 agar nilai arus dan tegangan output bisa terbaca. Kemudian masukkan potongan CaCO3 ini ke larutan NaCl 1 M dan diamkan selama 15 menit. Setelah itu angkat potongan CaCO3 dan ukur arus dan tegangan output seperti cara sebelumnya. Lakukan langkah yang sama dengan variasi  tegangan input 8 dan 12 volt. Kemudian ambil potongan CaCO3 yang lain dan masukkan kelarutan NaCl 2 M dan 3M. Diilakukan langkah yang sama pada bahan arang.

     Untuk mempermudah langkah kerja, dibuatlah diagram alir seperti gambar 2.

Gambar 2. Diagram alir percobaan sifat listrik.

    Dari data yang telah didapatkan, dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut:

Diketahui :  Vout = 0,02 V

                       Iout =  0,00029 A

   Ketebalan bahan (t) = 0,001 m

Ditanya : ρ dan σ ?

Jawab :
Resistivitas :
 

Konduktivitas :

      Dengan menggunakan cara yang sama, didapatkan data resistivitas dan konduktivitas rata – rata sebagai berikut.

Tabel 3. Data hasil perhitungan nilai resistivitas dan konduktitas rata – rata pada bahan CaCO3.

Tabel 4. Data hasil perhitungan nilai resistivitas dan konduktitas rata – rata pada bahan arang.

     Dari data yang didapatkan, dapat dibuat grafik hubungan antara tegangan input dan arus output setelah bahan direndam sebagai berikut.

Gambar 3. Grafik hubungan V input dan I output pada bahan CaCO3

Gambar 4. Grafik hubungan V input dan I output pada bahan arang

Percobaan dengan judul analisis sifat listrik pada bahan CaCO3 dan arang ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui sifat listrik material, dan menentukan nilai konduktivitas serta resistivitas material. Nilai resistivitas bahan adalah perbandingan antara besar medan listrik dan  kerapatan arus yang mengalir. Sedangkan nilai konduktivitas berbanding terbalik dengan nilai resistivitas.  Percobaan ini menggunakan dua jenis material yang akan diuji, yaitu CaCO3 (kapur tulis) dan Arang. Dari data yang didapatkan, diketahui bahwa nilai arus output sebelum bahan direndam dengan larutan NaCl adalah nol. Hal ini bukan karena tidak ada arus yang mengalir, akan tetapi arus yang mengalir sangat kecil sehingga tidak terbaca oleh amperemeter yang berskala mili ampere. Pada data juga diketahui bahwa nilai tegangan output dan arus output semakin bertambah dengan bertambahnya tegangan input dan molaritas larutan NaCl. Semakin tinggi konsentrasi larutan, maka akan semakin besar nilai tegangan dan arus output setelah direndam. Dari hasil perhitungan didapatkan bahwa nilai resistivitas yang didapatkan pada saat digunakan bahan CaCO3 dengan larutan 2 M lebih kecil dari pada saat digunakan larutan 3 M. Hal ini karena pada saat percobaan terjadi kesalahan dan harus mengulang untuk CaCO3 yang direndam pada 2 M . Karena menurut teori, semakin besar molaritas larutan NaCl yang digunakan maka nilai konduktivitas material yang dicelupkan akan semakin besar dan resistivitasnya semakin kecil. hal ini dikarenakan arus listrik dilewatkan melalui ion-ion larutan yang terserap oleh material CaCO3 ataupun arang. 

Percobaan sifat listrik ini menggunakan metode four point probe atau probe empat titik. Empat titik ini adalah empat kaki tang harus menempel dan tegak lurus ke bahan yang akan diuji. Agar voltmeter dapat terbaca, maka disambungkan dengan titik probe ke 2 dan 3. Sementara titik 1 dan 4 disambungkan dengan amperemeter dan juga power supply. Pada grafik, diketahui hubungan antara V input dan I output adalah sebanding . karena semakin besar tegangan input yang diberikan, maka juga akan semakin besar arus inputnya. Semakin besar arus input, maka arus uotputnya pun akan semakin sesar. Diperoleh kesimpulan bahwa sifat listrik bahan berbeda-beda, ditinjau dari nilai resistivitasnya. Besarnya resistivitas pada bahan CaCO3 rata – ratanya adalah 0,7665 Ωm  dan nilai konduktivitasnya rata – ratanya adalah 2,4941 /Ωm. Sedangkan untuk bahan arang, nilai ressitivitas rata – ratanya adalah 1,8986 Ωm dan nilai konduktivitas rata – ratanya adalah 0,7236 / Ωm. Semakin kecil nilai resistivitas maka kemampuan untuk menghantarkan listrik semakin besar. Maka bahan CaCO3 lebih isolator dari pada arang.

KESIMPULAN

Dari praktikum yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan bahwa sifat listrik bahan berbeda-beda, ditinjau dari nilai resistivitasnya. Besarnya resistivitas pada bahan CaCO3 adalah 0,7665 Ωm  dan nilai konduktivitasnya adalah 2,4941 /Ωm. Sedangkan untuk bahan arang, nilai ressitivitas rata – ratanya adalah 1,8986 Ωm dan nilai konduktivitas rata – ratanya adalah 0,7236 / Ωm. Semakin kecil nilai resistivitas maka kemampuan untuk menghantarkan listrik semakin besar. Maka bahan CaCO3 lebih isolator dari pada arang.