Mengenal 4 sifat fisik bahan dalam bidang keteknikan

Cara material berinteraksi dan merespon terhadap berbagai bentuk energi merupakan perhatian utama ilmuwan ditinjau dari segi rekayasa yang merupakan dasar untuk desain dan inovasi. Energi yang bekerja pada material dapat berasal dari medan gaya ( gravitasi, listrik, magnetik ), radiasi elektromagnetik ( panas, cahaya, sinar X ), partikel energi tinggi dan sebagainya. Respon material umumnya disebut sebagai sifat fisika, dikendalikan oleh susunan atom / ion / molekul dalam material. Sifat fisik yang penting dari material antara lain:

1. Kerapatan

Didefinisikan sebagai massa per satuan volume material, bertambah secara teratur dengan meningkatnya nomor atomik pada setiap sub kelompok. Kebalikan kerapatan adalah volume spesifik massa atomik W disebut volume atomik . 

2. Sifat Thermal

Perubahan volume logam dengan berubahnya temperatur berperanan penting dalam proses proses metalurgi seperti pengecoran, penuangan dan perlakuan panas. Fenomena perubahan volume ini banya menyebabkan terjadinya cacat baik ukuran makro maupun mikro pada kristal logam. Kapasitas kalor ( Heat capacity ) disini perlu dibedakan antara suhu dan kandungan kalor. Suhu ( temperatur ) adalah tingkat aktivitas thermal sedangkan kandungan kalor adalah adalah energi thermal dan keduanya berkaitan erat dengan kapasitas kalor yang sama dengan perubahan kandungan kalor per oC. Panas spesifik atau panas jenis adalah perbandingan kapasitas kalor dengan kapasitas kalor air ( 1 kal/goC ). Muai panas ( Thermal expansion ) permuaian yang umumnya dialami oleh bahan yang dipanaskan ditimbulkan oleh peningkatan getaran thermal atom-atom ( L / L yang sebanding dengan kenaikan suhu T ) sedangkan daya hantar panas adalah perpidahan panas melalui bahan padat biasanya terjadi oleh konduksi, koefisien daya hantar panas k adalah konstanta yang menghubungkan aliran panas Q dengan gradien suhu T/xi yang merupakan sifat termal penting lain untuk operasi pemrosesan seperti pengecoran maupun perlakuan panas karena panas spesifik menentukan jumlah panas yang diperlukan proses tersebut.

3. Sifat Listrik

- Koduktivitas Listrik.

Merupakan salah satu sifat logam yang paling penting dimana konduktivitas listrik ( k ) dan kebalikanya disebut resistivitas (  ) didefinisikan dengan persamaan R = l / A. Logam memiliki konduktivitas yang tinggi karena elktron-elektron dapat dengan mudah bermigrasi melalui kisi. Menurut hukum Wiedmann-Franz menunjuka bahwa perbandingan konduktifitas listrik dan panas hampir sama untuk semua logam pada temperatur yang sama. Konduktivitas terjadi akbat gerkan elektron-elektron melalui kisi sedangkan Resistensi disebabkan oleh penyebaran gelombang elektron oleh ketidakteraturan kisi yang perubahanya banyak dipengaruhi oleh temperatur, unsur paduan, deformasi dan radiasi atom yang dapat menyebabkan periodisitas kisi. 

- Semikonduktor.

Bahan-bahan yang memiliki jurang energi tidak terlalu besarsehingga dapat melewati eksitasi panas seperti Si dan Bi murni dimana pembawa arus bahan ini adalah elektron-elektron lapisan konduksi yang jumlahnya sama dengan lubang-lubang lapisan valensi.

- Super konduktivitas.

Bahan-bahan yang resisitensinya tiba-tiba turn sama dengan nol pada temperatur kritis tertentu dibawah nol K misal: Pb, Sn, Hg 

4. Sifat Magnetik

Jika logam ditempatkan didaerah magnetik berkekuatan H daerah logam yang terinduksi adalah B = H + 4I. Dimana I adalah intensitas magnetisasi, besarnya I adalah sifat dari logam tersebut dan berhubungan dengan susptibilitas persatuan volume yang didefinisikan dengan persamaan k = I / H. Jika harga k negatif ( tolak menolak ) dengan daerah magnetik dinamakan material diamagnetik, namun sebagian besar logam mempunyai harga k positif ( tarik menarik ), disebut paramagnetik jika harga k kecil dan ferromagnetik jika harga k besar