Teori Dasar Hukum Ohm dan Kaitannya dengan Sifat Kelistrikan Batuan

BAB I

PENDAHULUAN

           

            Hukum Ohm menyatakan  bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial yang dikenakan kepadanya.Walaupun pernyataan ini tidak selalu berlaku untuk semua jenis penghantar, namun istilah hukum tetap digunakan dengan alasan sejarah.

Secara matematis hukum Ohm diekspresikan dengan persamaan:

Dimana :

•  adalah arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar dalam satuan Ampere.

·          adalah tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar dalam satuan   volt.

•  adalah nilai hambatan listrik (resistansi) yang terdapat pada suatu penghantar dalam satuan ohm

            Geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang dimanfaatkan dalam eksplorasi sumber daya alam bawah permukaan. Prinsip kerja metode geolistrik adalah mempelajari aliran listrik di dalam bumi dan cara mendeteksinya di permukaan bumi. Penelitian dengan geolistrik bertujuan untuk menentukan hubungan panjang bentang elektroda dan kedalaan tanah terhadap resistivitas bawah perukaan tanah serta potensi air tanah berdasakan nilai resistivitas tanah tersebut.

                        Tahanan jenis merupakan salah satu sifat fisis dari suatu material dengan   diketahuinya harga tahanan jenis maka dapat diketahui jenis materialnya. Hubungan antara panjang bentang elektroda dengan nilai resisrivitas adalah berbanding terbalik sesuai dengan rumus resistivitas. Metode tahanan jenis didasari oleh hukum Ohm, bertujuan mengetahui jenis pelapisan batuan didasarkan pada distribusi nilai resistivitas pada tiap lapisan. Dengan menginjeksikan arus melalui dua elektroda arus maka beda potensial yang muncul dapat terukur dari elektroda potensial. Variasi harga tahanan jenis akan didapatkan jika jarak antara masing-masing elektroda diubah, sesuai dengan konfigurasi alat yang dipakai (metode dopole-dipole). Pada metode tahanan jenis diasumsikan bahwa bumi bersifat homogen isotropik, dimana nilai tahanan jenis yang terukur bukan merupakan harga sebenarnya akan tetapi merupakan nilai tahanan jenis semu (apparent Resistivity).

BAB II

SIFAT KELISTRIKAN SUATU BATUAN

.

Dalam ilmu geofisika pengetahuan dasar tentang sifat kelistrikan suatu batuan menjadi penting. Hal ini menjadi penting karena berkaitan dengan metode pengukuran bawah permukaan untuk mengetahui sifat kelistrikan suatu formasi atau anomali bawah permukaan. Metode ini dikenal dengan nama geolistrik atau kelistrikan bumi. Pada bagian batuan, atom-atom terikat secara ionik atau kovalen. karena adanya ikatan ini batuan mempunyai sifat menghantarkan listrik. Aliran listrik dalam batuan dapat di golongkan menjadi tiga macam, yaitu konduksi secara elektronik, konduksi secara elektrolitik, dan konduksi secara dielektrik.

Konduksi secara elektronik. Konduksi ini terjadi jika batuan atau mineral mempunyai banyak elektron bebas sehingga arus listrik di alirkan dalam batuan atau mineral oleh elektron-elektron bebas tersebut. Aliran listrik ini juga di pengaruhi oleh sifat atau karakteristik masing-masing batuan yang di lewatinya. Salah satu sifat atau karakteristik batuan tersebut adalah resistivitas (tahanan jenis) yang menunjukkan kemampuan bahan tersebut untuk menghantarkan arus listrik. Semakin besar nilai resistivitas suatu bahan maka semakin sulit bahan tersebut menghantarkan arus listrik, begitu pula sebaliknya. Resistivitas memiliki pengertian yang berbeda dengan resistansi (hambatan), dimana resistansi tidak hanya bergantung pada bahan tetapi juga bergantung pada faktor geometri atau bentuk bahan tersebut, sedangkan resistivitas tidak bergantung pada faktor geometri. Jika di tinjau suatu silinder dengan panjang L, luas penampang A, dan resistansi R, maka dapat di rumuskan:

    Di mana secara fisis rumus tersebut dapat di artikan jika panjang silinder konduktor (L) dinaikkan, maka resistansi akan meningkat, dan apabila diameter silinder konduktor diturunkan yang berarti luas penampang (A) berkurang maka resistansi juga meningkat. Di mana ρ adalah resistivitas (tahanan jenis) dalam Ωm. Sedangkan menurut hukum Ohm, resistivitas R dirumuskan :

Sehingga didapatkan nilai resistivitas (ρ)

namun banyak orang lebih sering menggunakan sifat konduktivitas (σ) batuan yang merupakan kebalikan dari resistivitas (ρ) dengan satuan mhos/m.

Di mana J adalah rapat arus (ampere/m 2 ) dan E adalah medan listrik (volt/m).

Konduksi secara elektrolitik. Sebagian besar batuan merupakan konduktor yang buruk dan memiliki resistivitas yang sangat tinggi. Namun pada kenyataannya batuan biasanya bersifat porus dan memiliki pori-pori yang terisi oleh fluida, terutama air. Akibatnya batuan-batuan tersebut menjadi konduktor elektrolitik, di mana konduksi arus listrik dibawa oleh ion-ion elektrolitik dalam air. Konduktivitas dan resistivitas batuan porus bergantung pada volume dan susunan pori-porinya. Konduktivitas akan semakin besar jika kandungan air dalam batuan bertambah banyak, dan sebaliknya resistivitas akan semakin besar jika kandungan air dalam batuan berkurang. Menurut rumus Archie:

di mana ρ e adalah resistivitas batuan, φ adalah porositas, S adalah fraksi pori-pori yang berisi air, dan ρ w adalah resistivitas air. Sedangkan a, m, dan n adalah konstanta. m disebut juga faktor sementasi.

 Untuk nilai n yang sama, schlumberger menyarankan n = 2.

Konduksi secara dielektrik. Konduksi ini terjadi jika batuan atau mineral bersifat dielektrik terhadap aliran arus listrik, artinya batuan atau mineral tersebut mempunyai elektron bebas sedikit, bahkan tidak sama sekali. Elektron dalam batuan berpindah dan berkumpul terpisah dalam inti karena adanya pengaruh medan listrik di luar, sehingga terjadi poliarisasi. Peristiwa ini tergantung pada konduksi dielektrik batuan yang bersangkutan, contoh : mika.

           

BAB III

KESIMPULAN

Geolistrik adalah suatu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik dalam bumi dan bagaimana mendeteksinya dipermukaan bumi.

Metode geolistrik sendiri secara garis besar dibagi menjadi dua macam, yaitu :

1.      Geolistrik yang bersifat pasif.

            Geolistrik dimana energi yang dibutuhkan telah ada terlebih dahulu sehingga tidak diperlukan adanya injeksi/pemasukan arus terlebih dahulu. Geolistrik macam ini disebut Self Potensial (SP).

2.      Geolistrik yang bersifat aktif.

            Geolistrik dimana energi yang dibutuhkan ada karena penginjeksian arus ke dalam bumi terlebih dahulu. Geolistrik macam ini ada dua metode, yaitu metode Resistivitas (Resistivity) dan Polarisasi Terimbas (Induce Polarization).

Sifat dari resistivitas batuan itu sendiri ada 3 macam, yaitu :

1. Medium konduktif.

            Medium yang mudah menghantarkan arus listrik. Besar resistivitasnya adalah 10-8 ohm m sampai dengan 1 ohm m.

1.   Medium semikonduktif.

            Medium yang cukup mudah untuk menghantarkan arus listrik. Besar resistivitasnya adalah 1 ohm m sampai dengan 107 ohm m.

3. Medium resesif.

            Medium yang sukar untuk menghantarkan arus listrik. Besar resistivitasnya adalah lebih besar 107 ohm m.

            Arus listrik di dalam batuan dan mineral dapat di golongkan menjadi tiga macam, yaitu: konduksi secara elektronik, konduksi secara elektrolitik, dan konduksi secara dielektrik.

            Konduktivitas batuan berpori sangat bervariasi, tergantung pada volume, susunan pori dan kandungan air didalamnya. Sedangkan konduktivitas air bergantung pada banyaknya ion yang terdapat di dalam batuan itu sendiri.