Konduktivitas dalam bahan logam

Nilai konduktivitas bahan dapat dikelompokkan menurut tinjuan intrinsik dan ekstrinsiknya antara lain:

1. Nilai konduktivitas logam secara intrinsikMisalkan suatu medan listrik bergerak dalam arah sumbu x, maka kerapatan medan listrik pada arah x (ax) yang ditimbulkan akibat medan listrik (ε dalam volt/meter) adalah:

ax=−e εme

......................................................1

e dan me adalah muatan elektron (1,6x10-19C), massa elektron (9,11x10-31 kg), kecepatan hanyut dalam selang waktu (τ) dan waktu rata-rata antara dua tumbukan elektron dengan ion dalam detik.

υhanyut=υ0−e εmeτ ..........................................2

υhanyutdan υ0adalah besarnya kecepatan hanyut, kecepatan awal elekton (dalam satuan

m/s atau rad/s) dan rapat arus pada arah x ( J x) dalam A/m2 dapat diperoleh dengan

persamaan 3.

( J x )=∑ [−e (υ0−e εmeτ )]...................................3

Penjumlahan dilakukan terhadap semua elektron bebas tiap satuan volume.Dengan menganggap persamaan elektron bergerak acak, untuk Ʃυ0= 0 maka besarnya rapat arus sesuai persamaan 4.

J x=e2nτme

ε .................................................4

Diperoleh nilai konduktivitas bahan seperti persamaan 5

σ= e2nτme

atau σ=e2( ne τ eme +nh τhmh )......................5

Pada suhu rendah, beberapa kerapatan (n) menunjukkan adanya elektron dan hole (ne

dan nh) dengan elektron atau hole tergantung pada komposisi dan kualitas dari struktur bahan.

2. Pengukuran konduktivitas logamMenurut tinjauan ekstrinsik besarnya hambatan yang dimiliki suatu bahan dapat dinyatakan dalam persamaan 6 (Gary & Donald, 1991).

R=ρ lA

....................................................6

Dimana panjang l (meter), luas A (m2), resistivitas bahan ρ (Ωm)-1 saat bahan diberi arus maka dapat diketahui nilai resistansi R (Ω).

Menurut hukum ohm yang menyatakan bahwa besarnya rapat arus ( J ) dalam A/m2,

merupakan hubungan antara konduktivitas bahan σ (Ωm) dengan besarnya medan listrik E pada bahan sesuai persamaan 7.

J=σ E..................................................7

Ketergantungan nilai konduktivitas listrik terhadap suhu dan koefisen diffusinya dapat dinyatakan oleh formula eksponensial (Zhdanov, 2000) sesuai persamaan 8.

σ=A exp(−Q /KT )................................8Pada muatan listrik Q dalam Coulomb (C), konstanta (K) dan suhu pengukuran T (K). Nilai konduktivitas bahan dapat diartikan sebagai kebalikan dari nilai resistivitasnya seperti persamaan 9.

ρ=1σ

.................................................9