1. Muka : 1 drp : 7
No. & TAJUK
PENGALAMAN
PEMBELAJARAN
SK-2021 : C) SAINS BAHAN
No. & TAJUK TASK 01.01 – Pengenalan Sains Bahan
TUGASAN TASK 01.02 – Struktur atom
TASK 01.03 – Sifat-sifat bahan
TEMPAT : Bilik Kuliah TEMPOH :12 jam Code No. : SK-2021-KP 3 Muka : 1 drp. : 24
TAJUK : SAINS BAHAN
TUJUAN:
Kenalpasti Jenis-jenis Bahan Logam dan Bukan Logam serta Komposit yang digunakan
dalam Bidang Kejuruteraan.
PENERANGAN:
01.01 – Pengenalan Sains Bahan
Kenapa bahan penting ?
Sejarah tamadun manusia dan pembangunan masyarakat mempunyai kaitan yang rapat dengan peranan bahan
– terutama bahan yang mudah didapati dan boleh diproses menjadi produk.
Ahli sejarah mengenal pasti dan membahagikan zaman silam kepada peringkat-peringkat dimana teknologi bahan
berkembang;
i) Bermula dari zaman batu (stone age).
Manusia menggunakan bahan seperti batu, kulit, kayu dan lain-lain.
ii) Zaman gangsa (bronze age) dan
Manusia mengetahui memproses gangsa
iii) Zaman besi (iron age).
Manusia telah tahu membuat keluli dengan mencampurkan kok.
iv) Zaman sekarang.
Bagaimanapun tidak terikat kepada hanya satu bahan. Teknologi maju sekarang
banyak bergantung kepada banyak bahan yang canggih. Hanya kurun ke 20
manusia mengetahui lebih mendalam hubungan antara sifat-sifat bahan
dan ciri mikrostrukturnya.
1
2. Code No. SK-2021-KP 3
Muka : 2 drp : 7
Apa peranan Jurutera?
Jawapan yang mudah ialah jurutera memanipulasi bahan dan tenaga untuk keperluan masyarakat.
Yang lebih spesifik ialah mereka merekabentuk produk dan sistem, membuat produk tersebut dan
mengawal penggunaannya. Setiap produk dibuat daripada bahan, dan tenaga digunakan untuk proses
pembuatan, dan kegunaan lain.
Penglibatan rekabentuk, pembuatan dan penggunaan memerlukan pelajar mengambil kursus dalam bidang
Sains Kejuruteraan Amnya dan Sains Bahan khususnya sebagai kurikulum Persijilan Juruteknik Institut
Latihan Jabatan Tenaga Manusia
Walaubagaimanapun, disiplin kejuruteraan yang berlainan memberi fokus kepada produk dan sistem mereka
sendiri.
Contohnya :
i) Jurutera mekanikal - lebih menumpukan kepada produk-produk seperti komponen kenderaan,
peralatan penjana kuasa, jentera dan lain-lain.
ii) Jurutera elektrikal – membina litar elektrik, komponen elektronik dan sebagainya.
iii) Jurutera kimia – rekebentuk pusat penapis minyak dan lain-lain.
iv) Jurutera awam – rekabentuk bangunan, jambatan dan lain-lain.
Kesemua produk-produk tersebut menggunakan bahan. Pemilihan bahan mestilah sesuai bagi proses
pembuatan dan prestasi semasa digunakan.
Kemajuan teknologi adalah berkait rapat dengan kemajuan bahan dan cara pemprosesan. Penggantian bahan
bagi sesuatu aplikasi juga adalah aktiviti kejuruteraan.
Contohnya :
Bahan aluminium dan komposit telah menggantikan besi dan keluli dalam komponen kapal terbang
kerana ia lebih ringan mempunyai sifat mekanik yang lebih baik.
Jurutera zaman ini tidak dapat mengelak daripada penggunaan bahan dan tenaga.
Sains Bahan – menyelidiki hubungan yang wujud antara struktur, sifat dan pemprosesan dan prestasi bahan.
Kejuruteraan bahan – menggunakan pengetahuan tentang bahan untuk menukar bahan menjadi produk yang
diperlukan oleh manusia.
Apa yang akan dipelajari dalam sains bahan ialah konsep dimana sifat bahan bergantung kepada struktur
dalamannya dan sifat tersebut mempengaruhi prestasi bahan sama ada semasa pemprosesan mahu
pun semasa bahan digunakan..
2
3. Code No. SK-2021-KP 3
Muka : 3 drp : 7
i) Seramik
Sebatian antara elemen logam dan dan bukan logam; selalunya adalah oksida, nitrida dan karbida. Contoh :
simen dan kaca. Bahan ini adalah penebat kepada elektrik dan haba, dan ia juga tahan kepada suhu
tinggi dan kesan sekitaran. Ia juga adalah keras tetapi sangat rapuh.
ii) Polimer.
Sebatian organik yang terdiri dari karbon, hidrogen dan bahan-bahan bukan logam yang lain. Mempunyai
ketumpatan yang rendah dan adalah fleksibel.
iii) Komposit / Bahan Rencam
Terdiri daripada dua atau lebih bahan. Bahan- bahan tersebut boleh terdiri daripada gabungan logam-logam,
logam-polimer dan polimer-seramik dan lain-lain. Dibuat supaya mempamerkan sifat-sifat pertengahan
antara kedua-dua bahan tersebut. Contoh : fiberglass – memperoleh kekuatan daripada kaca dan kemuluran
daripada polimer.
Kumpulan Bahan Baru
i) Semikonduktor.
Mempunyai sifat elektrik pertengahan diantara pengalir (conductor) elektrik dan penebat (insulator). Sifat
elektriknya boleh diubah dengan kehadiran atom bendasing dalam kepekatan yang sangat kecil.
Semikonduktor telah membolehkan kemajuan litar bersepadu yang telah mengubah industri elektronik dan
komputer. Contoh : bahan semikonduktor – silikon dan galium arsenide.
ii) Bahan bio
Kelas bahan yang digunakan untuk membuat komponen yang dimasukkan ke dalam tubuh badan manusia
untuk menggantikan bahagian-bahagian yang rosak akibat penyakit atau kemalangan. Contohnya dalam
sambungan lutut atau siku. Kesemua bahan yang tersebut di atas boleh digunakan sebagai bahan bio
dengan syarat ia serasi dengan tubuh badan. Pastinya komponen bahan bio ini tidak dipasang dan dibuka
terlalu kerap.
iii) Bahan Termaju (Advanced Materials)
Bahan yang digunakan dalam teknologi tinggi kadang-kadang dinamakan bahan termaju. Teknologi tinggi
bermaksud peranti atau produk yang beroperasi atau berfungsi menggunakan prinsip-prinsip yang
canggih seperti peralatan elektronik, fiber-optik dan peralatan aero angkasa.
Bahan termaju adalah pada asasnya daripada kelas-kelas bahan yang tersebut di atas tetapi telah di "majukan"
sesuai untuk kegunaan sehingga ke had sifat-sifatnya.
Keperluan bahan moden
Kemajuan dalam sains dan kejuruteraan bahan telah mencapai tahap dimana keberkesanan dan kecekapan
berbagai-bagai produk telah dipertingkatkan.
Namun cabaran untuk membangunkan bahan yang lebih khusus dan canggih tetap ada. Lebih-lebih lagi
dengan adanya keperluan untuk sentiasa memastikan keserasian bahan dengan alam sekitar.
Keperluan tenaga semakin meningkat dan satu cabaran ialah menghasilkan tenaga tanpa mencemar alam
sekitar dan ini memerlukan input bahan.
3
5. Code No. SK-2021-KP 3
Muka : 5 drp : 7
01.02 – Struktur atom
1. APA ADA DALAM ATOM?
Ramai saintis telah mengkaji dengan mendalam tentang atom. Antara saintis yang terawal mengkajinya ialah
John Dalton. Beliau telah mengemukakan satu teori bahawa atom ialah satu sfera keras. Setelah menjalankan
penyiasatan, saintis-saintis lain telah mengubah teori ini sehinggalah pada masa sekarang, model atom moden
telah diperkenalkan.
Model atom moden menyatakan bahawa terdapat 3 jenis zarah subatom :
a. proton - terdapat dalam nukleus atom dan bercas +
b. neutron - terdapat dalam nukleus atom dan TIADA cas.
c. elektron - berputar-putar di sekeliling nukleus dan bercas -
Konsep nombor proton dan nombor nukleus juga telah diperkenalkan.
Nombor Proton = bilangan proton dalam unsur.
Nombor Nukleus = proton + neutron.
Jika suatu unsur mengandungi 3 proton, 3 elektron dan 4 neutron, nombor proton unsur itu ialah 3 dan nombor
nukleonnya ialah 7. Unsur sama yang mempunyai nombor nukleon yang berbeza disebut sebagai isotop.
5
6. Code No. SK-2021-KP 3
Muka : 6 drp : 7
2. BAHAN Atom,Molekul dan Ion
Unsur-unsur didunia pula tidak semestinya wujud secara tulen. Unsur-unsur ini mungkin bergabung antara satu
sama lain membentuk "bahan".
Terdapat 3 jenis bahan :
BAHAN KANDUNGAN CONTOH BAHAN
logam besi, logam
ATOM Terdiri dari satu jenis unsur sahaja.
kuprum
Terdiri dari sejenis unsur yang bergabung atau
MOLEKUL air, sulfur
gabungan unsur berlainan jenis.
Terdiri dari gabungan unsur-unsur yang mempunyai
ION garam-garam
cas + dan cas -.
01.03 – Sifat-sifat bahan
Keadaan Jirim
i. Jirim
1) Jirim merupakan semua isi kandungan yang terdapat dalam alam sekitar.
2) Jirim boleh wujud dalam tiga keadaan iaitu samada dalam bentuk pepejal, cecair atau gas.
3) Bentuk yang diambil oleh sesuatu jirim bergantung kepada susunan zarah-zarah dan daya
antara zarah-zarah itu.
4) Air, ais dan stim adalah terdiri daripada zarah-zarah yang sama tetapi dalam rupabentuk
yang berbeza.
5) Ais adalah dalam keadaan pepejal, air adalah dalam keadaan cecair manakala stim adalah
dalam keadaan gas.
ii. Pepejal
1) Semua pepejal terdiri daripada atom-atom atau molekul-molekul.
2) Atom-atom atau molekul-molekul dalam pepejal tersusun rapat dalam bentuk atau pola
teratur yang dikenali sebagai kekisi.
3) Atom atau molekul dalam pepejal bergetar pada kedudukan keseimbangan dengan
daya paduannya sifar dan tidak bergerak bebas.
4) Pepejal mempunyai bentuk yang tegar dan isipadu yang tertentu.
5) Daya-daya yang bertindak ke atas atom-atom atau molekul-molekul pepejal adalah daya
tarikan dan daya tolakan. Kedua-dua daya ini adalah kuat.
6) Daya lekitan atom-atom atau molekul-molekul pepejal adalah kuat.
7) Susunan zarah-zarah dalam pepejal adalah seperti yang ditunjukkan dalam rajah 1 di
6
Rajah 34 Rajah 1 810
Rajah Rajah 11 Rajah 4
σ Rajah 712Rajah 2
Rajah 6Rajah
Rajah 915
Rajah 14
Rajah 13
5Rajah ε
