Arus dan Tegangan - Bagian 3

Kabel berbeda yang ditempatkan pada dua terminal baterai yang sama akan memungkinkan terjadinya perbedaan arus yang mengalir antara terminal. Banyak faktor yang mempengaruhinya, seperti kepadatan, mobilitas, dan karakteristik stabilitas bahan. Secara umum, bahan-bahan konduktor dapat mengalirkan arus dengan mudah dengan hanya membutuhkan sangat sedikit gaya ekternal (tegangan). Selain itu, konduktor yang baik biasanya hanya memiliki satu elektron valensi.

Konduktor

Karena tembaga yang paling sering digunakan, maka tembaga berfungsi sebagai standar perbandingan untuk konduktifitas relatif. Perhatikan bagian aluminium dari tabel dibawah, aluminium yang telah digunakan secara komersial ternyata hanya memiliki 61% tingkat konduktifitas tembaga, namun perlu diingat bahwa faktor biaya dan berat juga patut dipertimbangkan.

Tabel konduktifitas relatif dari beberapa bahan

Insulator (Isolator)

Insulator merupakan bahan-bahan yang memiliki sedikit elektron bebas dan memerlukan potensi (tegangan) yang besar untuk membuat tingkat arus terukur.

Penggunaan umum dari bahan isolasi adalah untuk melapisi (menutupi) kawat pembawa-arus, dimana jika tidak diisolasi dapat menyebabkan efek samping yang berbahaya. Orang yang memperbaiki powerline menggunakan sarung tangan karet dan berdiri ditikar karet sebagai langkah pengamanan ketika bekerja pada jalur transmisi tegangan tinggi.

Insulator: (a) insulated thru-panel bushings;
(b) antenna strain insulators; (c) porcelain stand-off insulators.

Perlu diperhatikan bahwa bahkan insulator terbaik juga akan rusak (muatan dapat mengalir melaluinya) jika tegangan yang relatif tinggi mengalir melaluinya. Kekuatan breakdown dari beberapa isolator yang umum terdapat pada tabel dibawah ini.

Tabel kekuatan breakdown dari beberapa isolator

Menurut tabel ini, untuk isolasi dengan bentuk geometris yang sama akan membutuhkan 270/30 = 9 kali lebih besar tegangan yang dibutuhkan untuk melewatkan arus melalui karet dibanding melaui udara dan 67 kali tegangan yang lebih besar untuk melewatkan arus melalui mika dibanding melalui udara.

Semikonduktor

Semikonduktor adalah kelompok elemen teretentu yang memiliki karakteristik antara isolator dan konduktor.

Awalan semi, termasuk dalam istilah yang memiliki definisi kamus setengah, parsial, atau antara seperti yang didefinisikan oleh penggunaannya. Secara keseluruhan industri elektronik tergantung pada bahan ini sejak perangkat elektronik dan integrate circuit (IC) dibuat menggunakan bahan semikonduktor. Meskipun silikon (Si) merupakan bahan yang paling sering digunakan, germanium (Ge) dan gallium arsenide (GeAs) juga banyak digunakan dalam pernagkat penting.

Bahan semikonduktor biasanya memiliki empat elektron di cincin valensi terluarnya.

Semikonduktor dikarakterisasi lebih lanjut sebagai fotokonduktif dan memiliki koefisien temperatur negatif. Fotokonduktivitas adalah fenomena dimana foton (paket kecil energi) dari cahaya yang dapat meningkatkan kepadatan pembawa dalam bahan dan mempengaruhi tingkat aliran muatan. Koefisien temperatur negatif mengungkapkan bahwa resistansi akan menurun dengan meningkatnya suhu (berlawanan dengan konduktor pada umumnya). Pembahasan lebih lanjut tentang semikonduktor mungkin akan dibahas pada artikel selanjutnya.

Ammeter (Amperemeter) dan Voltmeter

Alat ini penting untuk mengukur level arus dan tegangan dari suatu sistem listrik yang sedang berjalan untuk memeriksa kerusakan. dan menyelidiki efek yang sulit diperdiksi diatas kertas. Seperti yang tersirat dinamanya, amperemeter digunakan untuk mengukur lever arus dan voltmeter digunakan untuk mengukur beda potensial antara dua titik. Jika level arus ber-orde miliampere, instrumen biasanya disebut sebagai milliammeter dan jika level arus ber-orde sekitar mikroampere maka namanya microammeter. Pernyataan serupa dapat digunakan pada level tegangan. Di industri, level tegangan lebih sering diukur dibandingkan level arus, penyebab utamanya adalah karena pengukuran level tegangan tidak menggangu koneksi jaringan.

Beda potensial antara dua titik dapat diukur hanya dengan menghubungkan probe alat ukur ke dua titik tersebut. Pembacaan skala-naik (up-scale) diperoleh dengan menempatkan probe positif alat ukur ke titik tegangan yang lebih tinggi dan probe negatif ke titik tegangan yang lebih rendah pada jaringan. Pemasangan sebaliknya akan menghasilkan pembacaan negatif atau indikasi bawah-nol.

Koneksi voltmeter untuk
pembacaan up-scale (+)

Koneksi ammeter untuk
pembacaan up-scale (+)

Amperemeter dihubungkan seperti gambar diatas (sebelah kanan). Karena amperemeter mengukur laju aliran  muatan, maka alat ukur harus ditempatkan dalam jaringan sehingga muatan akan mengalir melalui alat ukur. Metode ini dapat dicapai hanya dengan cara membuka jalan (memotong jaringan) pada bagian arus yang ingin diukur dan menempatkan alat ukur diantara dua terminal yang "dipotong" tadi. Pada gambar koneksi ammeter, ujung (+) sumber tegangan harus diputus dari sistem dan disisipkan amperemeter. Pembacaan up-scale akan diperoleh jika arah arus masuk ke terminal (+) ammeter.

Volt-Ohm-Milliammper (VOM)

Digital multimeter (DMM)

Ada beberapa alat ukur yang dirancang hanya untuk mengukur level arus atau tegangan saja. Namun, ada pula alat ukur laboratorium yang dapat mengukur keduanya termasuk volt-ohm-milliammeter (VOM) dan multimeter digital (DMM). Kedua instrumen tersebut dapat mengukur tegangan, arus, dan besar resistansi. VOM menggunakan skala analog dimana dibutuhkan penafsiran posisi pointer pada skala kontinu, sedangkan DMM menyediakan tampilan angka dengan akurasi angka koma yang ditentukan oleh skala yang dipilih.