Pengalir (Conductor)

Dalam pengajian bidang Elektrikal secara formal, selalunya pelajar-pelajar akan diajar tentang pengklasifasian bahan-bahan yang terdapat dalam dunia ini kepada 3 kelas, iaitu Pengalir (Conductor), Penebat (Insulator) dan Separuh Pengalir (Semiconductor)

Gambar diambil daripada laman https://www.metalmenrecycling.com.au/top-4-most-conductive-metals/

Pengalir ialah bahan yang membenarkan arus elektrik melaluinya, oleh kerana itu, bahan ini selalu digunakan dalam pembuatan wayar, kabel, talian dan sebagainya. Wayar/kabel ini pula banyak aplikasinya dalam bidang elektrik dan elektronik, ia digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen dalam litar elektrik atau elektronik baik jauh ataupun dekat, selama mana teknologi tanpa wayar tidak terlibat.

Lihat gambar pendawaian di atas, semua komponen lampu, kipas, soket, suis dan alat perlindungan dihubungkan oleh pengalir. Gambar diambil daripada laman https://www.youtube.com/watch?v=5lR5nf3gR8c

Pada skala yang lebih kecil, pengalir juga digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen dalam litar elektronik. Gambar diambil daripada https://www.123rf.com/photo_161165998_close-up-of-a-modern-blue-printed-circuit-board-%28pcb%29-with-stripes-of-conductors-between-a-transistor-and-an-electronic-equipment-processor..html

TEORI PENGALIR

Semua Jirim dalam dunia ini terdiri daripada atom. Atom pula terdiri daripada Nukleus (Proton dan Neutron) dan Elektron. Elektron ialah sub zarah yang bercas negatif, ada elektron yang terikat dalam struktur atom atau sebatian, tetapi ada juga elektron yang tidak terikat dengan mana-mana atom. Elektron ini dipanggil elektron bebas (free elektron). 

Bahan yang membenarkan arus elektrik melaluinya mempunyai banyak elektron bebas (free electron). Elektron bebas (free electron) ini bergerak secara rawak dalam keadaan suhu bilik dan tekanan atmosfera. Apabila kedua-dua hujung kabel dikenakan beza upaya atau daya gerak elektrik (daripada punca kuasa seperti bateri/penjana), elektron bebas (free electron) ini akan bergerak secara seragam daripada terminal negatif ke terminal positif punca kuasa elektrik.

Daripada rajah di atas menunjukkan 1(a) keadaan sebelum ada Daya Gerak Elektrik dan 1(b) Setelah Daya Gerak Elektrik. Gambar ini di ambil daripada https://www.schoolphysics.co.uk/age11-14/Electricity%20and%20magnetism/Current%20electricity/text/Electric_current/index.html

BAHAN PENGALIR

Bahan pengalir kebanyakannya terdiri daripada logam, jika merujuk kepada jadual berkala unsur bahan pengalir ini ada terdapat dalam Kumpulan 1 (kecuali Hidrogen), Kumpulan 2, Unsur-unsur Peralihan (Lajur 3-12), Kumpulan 3 (kecuali Boron), Kumpulan 4 (kecuali Karbon, Silikon dan Germanium), Kumpulan 5 (kecuali Nitrogen, Posforus, Arsenik dan Antimoni), Kumpulan 6 (kecuali Oksigen, Sulfur, Selenium, Telerium dan Polonium), Semua bahan dalam Siri Lantanida dan Aktinida.

Gambar dibambil daripada https://canov.jergym.cz/vyhledav/varianty/malaysia.html

Selain Logam, terdapat juga gas yang boleh mengalirkan arus elektrik, tetapi pada Voltan yang tinggi. Seperti Gas Neon (menghasilkan cahaya oren apabila arus melaluinya),

Larutan Asid, Larutan Alkali dan air yang mengandungi garam/mineral juga boleh mengalirkan arus elektrik sebagaimana yang kita boleh lihat aplikasinya didalam bateri kenderaan.

KERINTANGAN

Walaupun bahan-bahan yang dinyatakan tadi semua boleh mengalirkan arus elektrik, namun semua bahan masih mempunyai sedikit rintangan terhadap arus elektrik pada suhu bilik(20-30 darjah selsius). Sifat inilah yang dipanggil kerintangan (resistivity). kerintangan(resistivity) ini ialah malar bagi setiap bahan, dan dimasukkan dalam pengiraan formula Rintangan (Resistance). Setiap bahan mempunyai pemalar kerintangan (resistivity) yang berbeza, dengan kata lain, pada dimensi yang sama (Luas keratan rentas dan panjang), Rintangan setiap bahan adalah berbeza.

Gambar diambil daripada https://www.cbsetuts.com/resistivity-of-materials/

Jadual diatas menunjukkan perbandingan kerintangan(resistivity) setiap bahan. Kerintangan (resistivity) merupakan antara faktor pemilihan bahan dalam pembuatan konduktor, selain faktor-faktor lain seperti ringan/berat, murah/mahal, kadar hakisan, mudah ditempa serta mudah didapati. 

Daripada jadual di atas juga kita boleh nampak, ada antara bahan-bahan ini yang telah di aloikan untuk mendapatkan sifat-sifat pada bahan lain, contohnya Tembaga iaitu Kuprum, lebih rendah kerintangannya (resisitivity) daripada unsur Nikel, tapi kuprum mudah terhakis sedangkan Nikel pula tahan hakisan, jadi untuk mendapatkan bahan pengalir yang mempunyai sifat kerintangan (resistivity) yang rendah serta tahan hakisan, maka Kuprum dialoikan dengan Nikel.

Perlu diingat, nilai kerintangan(resistivity) ini malar jika bahan ini berada pada suhu bilik (20-30 darjah celsius). Semakin meningkat suhu, kerintangan bahan akan jadi semakin bertambah dan semakin sukar untuk mengalirkan arus elektrik, menyebabkan bahan ini akan menjadi panas. Sebaliknya, semakin menurun suhu, semakin kurang rintangan bahan terhadap arus elektrik, bahkan sampai satu tahap, bahan akan mencapai ke satu tahap sifar rintangan, pada suhu ini, bahan akan bertindak menjadi adi pengalir (super conductor). Ciri-ciri ini terjadi pada unsur-unsur yang mempunyai pemalar termal positif (Positive Thermal Coefficient) yang kebanyakannya adalah unsur-unsur logam, manakala untuk unsur-unsur yang mempunyai pemalar termal negatif (Negative Thermal Coefficient) pula, berlaku sebaliknya iaitu suhu bertambah, rintangan menurun, suhu berkurang, rintangan bertambah.

APLIKASI PENGALIR

Sebagaimana yang telah dinyatakan di atas, bahan yang mempunyai sifat pengalir ini banyak digunakan untuk membuat wayar dan kabel, untuk menghubungkan komponen-komponen dalam litar elektrik/elektronik. Pengalir yang sudah ditempa dalam bentuk silinder memanjang ini, akan disalut oleh bahan penebat contohnya PVC untuk mengelakkan renjatan elektrik.

Gambar dibawah ialah wayar yang biasa digunakan dalam litar pendawaian domestik. Ada 2 jenis iaitu jenis berlembar (stranded) dan jenis pejal (solid). Jenis berlembar (stranded) terdiri daripada banyak lembaran wayar kecil didalam, kelebihan wayar jenis ini ialah ia lebih anjal dan tidak mudah patah, sesuai digunakan dalam pemasangan yang berliku-liku dan berhalangan. Jenis pejal (solid) pula tidak sesuai digunakan dalam pemasangan yang berliku, tetapi dalam pemasangan yang lurus, wayar jenis pejal (solid) lebih kuat terhadap daya tarikan semasa merentang kabel daripada yang jenis berlembar (stranded), serta mempunyai kapasiti membawa arus yang lebih tinggi. Wayar jenis ini biasa digunakan untuk kegunaan di luar bangunan untuk sambungan pada jarak yang lebih jauh.

Gambar diambil daripada https://zwcables.com/stranded-copper-wire/

Gambarajah di bawah pula ialah gambar binaan kabel bawah tanah yang juga digunakan untuk menghubungkan perkakas-perkakas dalam sistem bekalan kuasa. Kabel dibawah contoh kabel 4 teras (4 core) yang biasa digunakan menghubungkan talian 3 fasa. Sama seperti wayar domestik, pengalir(conductor) yang digunakan ada yang jenis berlembar(stranded) dan pejal(solid), kabel bawah tanah di reka dengan tambahan perlindungan mekanikal (besi keluli, lapisan PVC/XLPE) seperti dalam gambarajah struktur binaan di bawah, untul melindungi daripada kerosakan dan kelembapan dalam bawah tanah.

                               

Gambar Underground cable di ambil daripada https://yifangcable.en.made-in-china.com/product/JvAnKmWTDfrQ/China-Underground-Cable-SteelWire-TypeArmoured-Copper-XLPE-Insulated-Armoured-Underground-Power-Cable.html

Struktur binaan kabel bawah tanah. Gambar di ambil daripada https://electricalbaba.com/underground-cable-introduction-and-construction/

Kaedah pemasangan kabel bawah tanah sering menjadi pilihan terutamanya di bandar-bandar, taman perumahan, pencawang, bangunan kerana lebih nampak kemas (tidak berserabut), dan tidak mudah terdedah kepada cuaca seperti angin ribut yang menyebabkan pokok jatuh menimpa talian atas. Gambar di ambil daripada laman https://www.electricalindia.in/underground-cables/

Selain berfungsi sebagai penyampai bekalan kuasa (Voltan dan Arus), pengalir juga ada yang fungsinya untuk menyampaikan maklumat/data antara dua atau lebih perkakas yang boleh berkomunikasi antara satu sama lain.

Data/maklumat pun sebenarnya dalam Voltan atau Arus yang berada dalam format-format/protokol tertentu mengikut jenis sistem komunikasi yang digunakan. Kabel data kebiasaannya gabungan beberapa wayar yang ada yang setiap akan dimatikan pada pin penyambung (connector). Wayar-wayar kecil akan di pintal untuk mengurangkan gangguan signal dari luar. Lihat gambarajah di bawah, pasti nampak familiar dengan kabel-kabel ini bukan?

Kabel LAN

Kabel USB

Kabel Coax

Kabel Rs232

Kabel-kabel dalam Personal Desktop

Bahan-bahan pengalir juga banyak digunakan dalam pembuatan aksesori-aksesori elektrik. Pemilihan bahan bergantung pada kefungsian lain selain pengalir. Sebagai contoh pemegang Fius dalam kepala plug dibawah menggunakan Gangsa Fosfor (Aloi Kuprum dan Tin)  dengan sedikit unsur Fosforus, mempunyai sifat kepegasan (springy) yang sesuai untuk memegang fius. Manakala pin dibuat daripada loyang (Aloi Kuprum dan Zinc) kerana lebih tahan lama daripada menggunakan unsur kuprum, kerana kepala plug sering masuk dan keluar daripada soket.