Ilmu Bahan Listrik - Logam Non Ferro

A. Seng
Pemurnian diperoleh secara elektrolitis dari bahan oksida seng (ZnO). Penemuan mencapai kadar 97,75% Zn. Warnanya abu-abu muda dengan titik cair 419°C dan titik didih 906°C. Daya mekanis tidak kuat.
Seng dipakai sebagai pelindung dari karat, karena lebih tahan terhadap karat daripada besi. Pelapisan dengan seng dilakukan dengan cara galvanis seperti pada tembaga. Seng juga mudah dituang, dan sering dipakai sebagai pencampur bahan lain yang sukar dituang, misalnya tembaga.
Dalam teknik listrik seng banyak dipakai untuk bahan selongsonng elemen kering (kutub negatifnya), batang-batang (elektroda) elemen galvani.
Tahanan jenis 0,12 ohm mm^2/m Dalam perdagangan seng dijual dalam bentuk pelat yang rata atau bergelombang. Juga dalam bentuk kawat dan tuangan dalam bentuk balok.

B. Timah Hitam
Timah hitam terkenal dengan nama timbel. Berat jenis timbel 11,4 dan tahanan jenis 0,94. Logam ini lunak, dapat dicetak dengan cara dicairkan. Titik cair timbel 325°C. Titik didihnya 1560°C, warnanya abu-abu. Timbel tahan terhadap udara, air, air garam, asam belerang.

Dalam teknik listrik, timbel dipakai sebagai pelindung untuk kabel listrik dalam tanah atau pada kabel listrik dasar laut. Karena sifatnya tahan air dan tahan air garam maka kabel yang dibungkus dengan timbel tidak menjadi rusak dipakai di laut. Tetapi kabel menjadi terlalu berat dan mudah terluka/tergores karena sifat lunaknya. Selain itu timbel kurang tahan terhadap getaran. Karena getaran, timbel dapat menjadi rusak dan menyebabkan air masuk ke dalam kabel. Oleh sebab itu pemasangan kabel bersalut timbel hendaknya dijauhkan dari tempat yang banyak getaran , misalnya dekat rel kereta api, jembatan, dan sebagainya. Timbel juga tidak tahan terhadap asam cuka, asam sendawa, dan kapur. Adonan beton yang masih basah juga merusak timbel, maka kabel bersalut timbel yang dipasang pada beton harus diberi perlindungan.

Kecuali sebagai bahan pelindung kabel, kabel juga dipakai untuk pelat-pelat aki, kutub-kutub aki, penghubung sel-sel aki, dan sebagainya. Timbel yang dicampur timah putih dipakai untuk bahan soldir.

Untuk memperoleh kekuatan mekanis yang lebih baik sebagai pembalut kabel, maka timbel dicampur dengan tembaga, antimony, cadmium dan sebagainya.
Timbel mengandung racun, maka setelah bekerja dengan timbel tangan harus dicuci bersih sebelum dipakai untuk memegang makanan.

C. Timah Putih
Timah putih biasa disebut dengan timah. Keadaannya hamper sama dengan timbel. Warnanya putih mengkilat. Titik cairnya lebih rendah dari timbel, yaitu 232°C. Berat jenis 7,3 tahanan jenis 0,15 ohm mm^2/m, keadaan lunak. Timah tidak beracun seperti halnya timbel dan dipakai sebagai pelapis atau bahan campuran.
Sebagai bahan mentah timah diperdagangkan, dituang dalam bentuk balok, sebagai barang setengah jadi, dibuat pelat yang sangat tipis (kurang dari 0,2 mm) dengan nama staniol. Dan yang lebih tipis lagi dengan nama fuli timah. Kadang-kadang timah dicampur dengan timbel. Untuk ini apabila akan digunakan untuk pembungkus makanan, kadar timbel tidak boleh dari 10%.

Dalam teknik listrik, timah banyak dipakai sebagai pelapis tembaga pada hantaran yang bersekat karet dan hantaran tanah. Macam-macam peralatan listrik dilapis dengan timah untuk menahan karet.

Karena sifatnya yang lunak, kalau ditekan oleh ring pada pengerasan mur atau sekrup, timah dapat betul-betul rata sehingga hubungan (kontak) menjadi betul-betul baik, mengurangi tahanan dan meniadakan bunga api (missal pada sepatu kabel, kontak penghubung, rel-rel kotak sekering dan sebagainya.
Pelat-pelat tipis dipakai pada kapasitor. Kegunaan lain dari timah adalah sebagai bahan patri, yaitu dengan mencampurnya dengan timbel.

D. Tembaga
Tembaga adalah bahan tambang yang diketemukan sebagai bijih tembaga yang masih bersenyawa dengan zat asam, asam belerang atau bersenyawa dengan kedua zat tadi. Dalam bijih tembaga juga terkandung batu-batu. Tembaga terdapat di Amerika Utara, Chili, Siberia, Pegunungan Ural, Irian Jaya dan sebagainya.

1. Pembuatan Tembaga
Pembuatan tembaga dilakukan dalam beberapa tahap. Tembaga terikat secara kimia di dalam bijih pada bahan yang disebut batu gang. Untuk mengumpulkan bijih-bijh itu biasanya dulakukan dengan membersihkannya dalam cairan berbuih, di mana di situ ditiupkan udara. Ikatan tembaga dari bijih yang digiling sampai halus dicampur dengan air dan zat-zat kimia sehingga menjadi pulp (bubur) pada suatu bejana silinder. Zat-zat kimia (yang disebut Reagens) berfungsi untuk mempercepat terpisahnya tembaga. Pada bubur tersebut ditiupkan udara atau gas sehingga timbul buih yang banyak. Bagian-bagian logam yang kecil sekali melekat pada gelembung udara atau gas tersebut. Di situ terdapat semacam kincir yang berputar dengan kecepatan sedemikian rupa sehingga gaya sentrifugal melemparkan buih tersebut dengan mineral keluar tepi bejana sehingga terpisah dari batu gang. Setelah proses tersebut logam dihilangkan airnya. Proses selanjutnya adalah pencarian di dalam suatu dapur mantel dengan jalan membakarnya dengan arang debu. Di sini dapat dipisahkan zat asam dan batu-batu silikon dan besinya dioksidasikan menjadi terak yang mengapung pada copper sulifida.

Pengolahan tembaga selanjutnya adalah dengan membawa isi dapur (yang disebut matte) ke konverter mendatar. Di sini belerang akan terbakar oleh arus udara yang kuat. Kemudian tembaga yang disebut blister sekali lagi dicairkan di dalam sebuah dapur anode. Dalam proses ini (yang disebut polen) terjadi proes pengurangan zat asam.
Dari dapur anode cairan segera dituangkan ke dalam cetakan, menjadi pelat-pelat anode. Pelat anode ini setelah didinginkan diangkat ke rumah tangki (bejana beton yang dilapisi timbel antimor pada bagian dalamnya) untuk diolah dengan cara elektrolisis, di mana batang tembaga tersebut dipergunakan sebagai anoda dan lempengan tembaga tipis murni sebagai katode. Selama terjadinya proses elektrolisis, anoda mengurai perlahan-lahan dan tembaga yang kemurniannya tinggi menempel pada katode. Untuk mendapatkan tembaga yang kemurniannya tinggi maka tembaga tersebut harus menjalani proses cair dalam dapur saringan.

2. Sifat – Sifat Tembaga
Produksi tembaga sebagian besar dipergunakan dalam industri kelistrikan, karena tembaga mempunyai daya hantar listrik yang tinggi. Kotoran yang terdapat dalam tembaga akan memperkecil/mengurangi daya hantar listriknya.
Selain mempunyai daya hantar listrik yang tinggi, daya hantar panasnya juga tinggi; dan tahan karat. Oleh karena itu tembaga juga dipakai untuk kelengkapan bahan radiator, ketel, dan alat kelengkapan pemanasan.
Tembaga mempunyai sifat dapat dirol, ditarik, ditekan, ditekan tarik dan dapat ditempa (meleable).

Karena pemakaian meningkat, bahan cadangan untuk mengganti tembaga sudah dipikirkan. Bahan pengganti yang agak mendekati adalah alumunium (Ai). Akan tetapi daya hantar listrik maupun daya hantar panas dari alumunium lebih rendah dibandingkan tembaga.
Titik cair tembaga adalah 1083° Celcius, titik didihnya 2593° Celcius, massa jenis 8,9, kekuatan tarik 160 N/mm^2.
Kegunaan lain dari tembaga ialah sebagai bahan untuk baut penyolder, untuk kawat-kawat jalan traksi listrikl (kereta listrik, trem, dan sebagainya), unsur hantaran listrik di atas tanah, hantaran penangkal petir, untuk lapis tipis dari kolektor, dan lain-lain.

E. Alumunium
Logam ini sangat diperlukan dalam pembuatan kapal terbang, mobil, motor, dan dalam teknik listrik. Alumunium diperoleh dari boksit yang didapat di Suriname, di Amerika utara dan negara-negara lain. Selain boksit, alumunium juga diperoleh dari kriolit yang berasal dari Greenland dan Batu Labrado, yang ditemukan di Norwegia.

1. Pembuatan Alumunium
Biasanya tanah alumunium bersama soda dicairkan di bawah tekanan pada suhu 160° Celcius, di mana terjadi suatu persenyawaan alumunium, dan kemudian sodanya ditarik sehingga berubah menjadi oksida alumunium yang masih mempunyai titik cair tinggi (2200° Celcius). Titik cair turun menjadi sebesar 100° Celcius kalau dicampur kriolit. Proses cair itu terjadi dalam sebuah dapur listrik yang terdiri atas sebuah bak baja plat, di bagian dalam dilapisi dengan arang murni, dan diatasnya terdapat batang-batang arang yang dicelupkan ke dalam campuran tersebut. Arus listrik yang mengalir akan mengangkat kriolit menjadi cair oleh panas yang terjadi karena arus listrik yang mengangkat dalam cairan kriolit tersebut adalah sebagai bahan pelarut untuk oksidasi alumunium. Alumunium (titik cair 650° C) dipisahkan oleh arus listrik itu ke dasar dan diambil. Proses cair itu sebenarnya lama sekali dan perlu arus listrik yang besar (10.000-30.000A). Oleh karena itu pembuatan alumunium hanya dilakukan di negara-negara yang listriknya murah.

F. Logam Mulia

1. Perak
Perak, emas dan platina termasuk logam mulia. Perak terdapat dalam campuran logam-logam lain, misalnya timbel, timah atau seng. Setelah melalui proses pemurnian dapat diperoleh perak murni. Logam ini lunak, ulet dan mengkilat, dapat dicetak dan ditarik. Titik cairnya di bawah titik cair tembaga, yaitu 960°C, berat jenis 10,5 dan tahanan jenis perak 0,016° Ohm mm2 /m. Berarti daya hantar listriknya lebih dari tembaga. Perak merupakan logam yang mempunyai daya hantar terbaik.

Perak termasuk bahan yang sukar beroksidasi, dan warnanya putih. Karena harganya agak mahal maka pemakaiannya dalam teknik listrik untuk hal-hal yang khusus dan penting saja. Misalnya, untuk kumparan pengukur. Pesawat ini membutuhkan ketelitian dan ruangan sempit sehingga membutuhkan penghantar dengan daya hantar yang terbaik dan tidak berkarat.

Jadi perak dibuiat kawat dengan ukuran yang sangat lembut, yang disebut benang perak. Karena titik cairnya di bawah tembaga,maka perak dipergunakan juga sebagai pengamanlebur. Untuk titik-titik kontak banayak digunakan perak. Pemasangannya mudah karena perak mudah cair dan mudah dipatrikan pada logam lain, misalnya besi, tembagadan sebagainya. Perak juga tidak berkarat.

2. Emas
Emas terdapat dalam persenyawaan dengan logam-logam lain. Pemurniannya dikerjakan secara kimia. Emas murni sangat lunak. Kekerasannya dapat dipertinggi dengan mencampurkan perak. Banyaknya perak dalam campuran initi menentukan besarnya karat. Emas murni dinyatakan sebagai 24 karat. Emas 22 karat berarti dalam 24 bagian ada 22 bagian emas, sisanya perak 2 bagian. Warnanya kuning mengkilat. Berat jenis 19,3. Titik cair 1063°C.Dalam perdagangan emas berbentuk balok tuangan dan lembaran seperti kertas, sangat tipis. Karena mahalnya, umumnya emas jarang dipakai dalam teknik listrik.

3. Platina
Platina merupakan bahan yang tidak berkarat, dapat ditempa, regang, tetapi sukar dicairkan dan tahan dari sebagian besar bahan-bahan kimia; merupakan logam terberat dengan berat jenis 21,5. Titik cairnya mencapai 1774°C, sedang tahanan jenisnya 0,42 ohm.mm^2/m. Warnanya putih keabu-abuan. Pemurnian platina dilakukan secara kimia. Platina dapat ditarik menjadi kawat halus dan filamen yang tipis.

Platina dipakai dalam laboratorium, untuk unsur pemanas tungku-tungku listrik bila membutuhkan panas yang tinggi, dapat mencapai diatas 1300° C. Pemakaian platina dalam teknik listrik antara lain untuk peralatan laboratorium yang tahan karat, kisi tabung radio yang khusus dan sebagainya. Hampir kesemuanya itu untuk kepentingan dalam laboratorium yang sangat membutuhkan kecermatan kerja pesawat. Untuk dipakai secara umum platina terlalu mahal dan bahan lain sebagai penggantinya cukup banyak.

Semoga bermanfaat,