bahan listrik superkonduktor
TRANSCRIPT
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
1/28
BAHAN LISTRIK
BAHAN SUPERKONDUKTOR
Oleh:
I MADE ANAND GOPAL
( 1004405066 )
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS UDAYANA
2014
BAB I
PENDAHULUAN
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
2/28
1.1. L!" B#$%&'
Suatu bahan dapat dibedakan berdasarkan sifat konduktivitas elektrik
atau resistivitasnya. Ada 4 kelompok bahan berdasarkan sifat tersebut, yaitu;
Isolator (bahan yang nilai resistivitasnya besar, konduktor (bahan yang nilai
resistivitasnya ke!il, semikonduktor (bahan yang nilai resistivitasnya ada
diantara sifat " bahan tersebut, dan superkonduktor (bahan yang nilai
resistivitasnya nol.
Superkonduktor masih men#adi topik yang hangat dika#i, mengingat
besarnya sumbangan yang akan diberikan apabila suhu kritis yang akan
di!apai sudah mendekati suhu ruang. $amun de%asa ini para peneliti masih
dipermasalahkan dengan beberapa ma!am tantangan. &husus
superkonduktor sistem 'ismuth yang terdiri atas tiga fase !)rendah ""*+
(*&, fase !)rendah ""+" (-*&, dan fase !)tinggi """ (++*& dalam
menghasilkan sampel dengan kualitas semurni mungkin. Sintesis fase
tunggal atau kristal tunggal superkonduktor sistem bismuth, khususnya fase
suhu tinggi (fase """ yang mempunyai suhu kritis sekitar ++*&, masih
sangat susah. al ini disebabkan #angkauan suhu pembentukan
superkonduktor fase """ sangat pendek, yaitu berkisar antara -/* 0
sampai -/1* 0 seperti yang telah dilaporkan oleh Strobel dan ka%an)ka%an.
'eberapa upaya yang telah dilakukan untuk memperoleh fase tunggal
atau kristal tunggal superkonduktor fase """, seperti penggunaan doping
2b dan doping Sb, penggunaan fluks ('i"O, &0l, dan $a0l. 3isamping
itu #uga dilakukan dengan mengubah beberapa parameter pemrosesan seperti
variasi komposisi a%al seperti yang dilaporkan oleh Satoshi dan ka%an)
ka%an dan variasi suhu sintering. $amun semua penelitian tersebut belum
mampu menghasilkan sampel sesuai dengan yang diharapkan.
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
3/28
1.2. R*& M*$+
2ermasalahan dalam makalah ini dititikberatkan pada masalah
mengenai bahan)bahan superkonduktor dan aplikasi bahan)bahan
superkonduktor dalam berbagai bidang.
'erdasarkan latar belakang makalah ini, maka penyusun membuat
suatu rumusan masalah, yaitu :
+. 2rinsip Superkonduksi.
". 'ahan Superkonduktor
. ipe)tipe Superkonduktor
4. 0ontoh Superkonduktor.
/. 2enggunaan 'ahan Superkonduktor.
1.,. T-&
Adapun tu#uan dari penyusunan paper ini dapat saya bagi men#adi dua:
1.,.1 T-& U
+. emberikan pen#elasan mengenai bahan)bahan superkonduktor
". 2enerapan bahan superkonduktor dalam berbagai bidang
1.,.2 T-& K+**
+. 5ntuk memenuhi tugas mata kuliah 'ahan 6istrik yang sedang saya
7alani
1.4. M&!
akalah ini kami susun dengan maksud agar kita semua dapat
mendalami tentang bagaimana prinsip ker#a superkonduktor, mengetahui
apa)apa sa#a !ontoh dari superkonduktor tersebut, serta memahami
penggunaan superkonduktor tersebut.
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
4/28
BAB II
TINJAUAN
2.1. S#-"+ P#"%#/&'& S#"%&%!"
Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh seorang fisika%an 'elanda,
eike &amerlingh Onnes, dari 5niversitas 6eiden pada tahun +8++. 2ada
tanggal +* 7uli +8*-, Onnes berhasil men!airkan helium dengan !ara
mendinginkan hingga 4 & atau "98o0. &emudian pada tahun +8++, Onnes
mulai mempela#ari sifat)sifat listrik dari logam pada suhu yang sangatdingin. 2ada %aktu itu telah diketahui bah%a hambatan suatu logam akan
turun ketika didinginkan diba%ah suhu ruang, akan tetapi belum ada yang
dapat mengetahui berapa batas ba%ah hambatan yang di!apai ketika
temperatur logam mendekati * & atau nol mutlak. 'eberapa ilmu%an pada
%aktu itu seperti illiam &elvin memperkirakan bah%a elektron yang
mengalir dalam konduktor akan berhenti ketika suhu men!apai nol mutlak.
3ilain pihak, ilmu%an yang lain termasuk Onnes memperkirakan bah%a
hambatan akan menghilang pada keadaan tersebut. 5ntuk mengetahui yang
sebenarnya ter#adi, Onnes kemudian mengalirkan arus pada ka%at merkuri
yang sangat murni dan kemudian mengukur hambatannya sambil
menurunkan suhunya. 2ada suhu 4," &, Onnes mendapatkan hambatannya
tiba)tiba men#adi hilang. Arus mengalir melalui ka%at merkuri terus)
menerus.
3engan tidak adanya hambatan, maka arus dapat mengalir tanpa
kehilangan energi. 2er!obaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu
kumparan superkonduktor dalam suatu rangkaian tertutup dan kemudian
men!abut sumber arusnya lalu mengukur arusnya satu tahun kemudian
ternyata arus masih tetap mengalir. enomena ini kemudian oleh Onnes
diberi nama superkondutivitas. Atas penemuannya itu, Onnes dianugerahi
$obel isika pada tahun +8+.
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
5/28
BAB III
PEMBAHASAN
,.1. P#&'#"!3& B+& S#"%&%!"
Superkonduktor merupakan bahan material yang memiliki hambatan
listrik bernilai nol pada suhu yang sangat rendah. Artinya superkonduktor
dapat menghantarkan arus %alaupun tanpa adanya sumber tegangan.
&arakteristik dari bahan Superkonduktor adalah medan magnet dalam
superkonduktor bernilai nol dan mengalami efek meissner. rafik hubungan antara resistivitas terhadap Suhu
http://id.wikipedia.org/wiki/Materialhttp://id.wikipedia.org/wiki/Hambatan_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnetikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Efek_Meissner&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_klasik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_klasik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_klasik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_konvensional&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Gayahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Konduksi_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Phononhttp://id.wikipedia.org/wiki/Fase_bendahttp://id.wikipedia.org/wiki/Superfluidhttp://id.wikipedia.org/wiki/Superfluidhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_tidak_konvensional&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Hambatan_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnetikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Efek_Meissner&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_klasik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_klasik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_konvensional&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Gayahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Konduksi_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Phononhttp://id.wikipedia.org/wiki/Fase_bendahttp://id.wikipedia.org/wiki/Superfluidhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_tidak_konvensional&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Material -
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
6/28
dengan teori superkonduktor konvensional. Apa yang disebut superkonduktor
suhu)tinggi superkonduk pada suhu yang #auh lebih tinggi dari yang
dimungkinkan menurut teori konvensional (meskipun masih #auh di ba%ah
suhu ruangan. Sekarang ini tidak ada teori lengkap tentang superkonduktivitas
suhu)tinggi.
Superkonduktivitas ter#adi di berbagai ma!am material, termasuk unsur
sederhana seperti timah dan aluminum, beberapa logam alloy, beberapa
semikonduktordi)dop)berat, dan beberapa =!ompound= keramikberisi bidang
atom tembaga dan oksigen. &elas !ompound yang terkahir, dikenal sebagai
kuprat,adalah superkonduktor suhu)tinggi.
Superkonduktivitas tidak ter#adi dalam logam mulia seperti emas dan
perak,atau di banyak logam ferromagnetik, meskipun ada beberapa material
menampilkan baik superkonduktivitas dan ferromagnetisme telah ditemukan
tahun)tahun belakangan ini.
,.,. M#!# S3&!#*3* S#"%&%!"
Superkonduktor sistem 'ismuth terdiri atas tiga fase !)rendah ""*+
(*&, fase !)rendah ""+" (-*&, dan fase !)tinggi """ (++*&. Sintesis
fase tunggal atau kristal tunggal superkonduktor sistem bismuth, khususnya
fase suhu tinggi (fase """ yang mempunyai suhu kritis sekitar ++*& dalam
mendapatkan kualitas semurni mungkin masih sangat susah. al ini disebabkan
#angkauan suhu pembentukan superkonduktor fase """ sangat pendek, yaitu
berkisar antara -/* 0 sampai -/1* 0.
'eberapa upaya yang telah dilakukan untuk memperoleh fase tunggal atau
kristal tunggal superkonduktor fase """, seperti penggunaan doping 2b dan
doping Sb, penggunaan fluks ('i"O, &0l, dan $a0l. 3isamping itu #uga
dilakukan dengan mengubah beberapa parameter pemrosesan seperti variasi
komposisi a%al. $amun semua penelitian tersebut belum mampu
menghasilkan sampel sesuai dengan yang diharapkan.
http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_suhu-tinggi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_suhu-tinggi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_suhu-tinggi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Suhu_ruanganhttp://id.wikipedia.org/wiki/Suhu_ruanganhttp://id.wikipedia.org/wiki/Superkonduktivitas_suhu-tinggihttp://id.wikipedia.org/wiki/Superkonduktivitas_suhu-tinggihttp://id.wikipedia.org/wiki/Superkonduktivitas_suhu-tinggihttp://id.wikipedia.org/wiki/Timahhttp://id.wikipedia.org/wiki/Aluminumhttp://id.wikipedia.org/wiki/Aluminumhttp://id.wikipedia.org/wiki/Alloyhttp://id.wikipedia.org/wiki/Alloyhttp://id.wikipedia.org/wiki/Semikonduktorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Keramikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Keramikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Tembagahttp://id.wikipedia.org/wiki/Oksigenhttp://id.wikipedia.org/wiki/Oksigenhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kuprat&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kuprat&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Logam_muliahttp://id.wikipedia.org/wiki/Logam_muliahttp://id.wikipedia.org/wiki/Emashttp://id.wikipedia.org/wiki/Emashttp://id.wikipedia.org/wiki/Perakhttp://id.wikipedia.org/wiki/Perakhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismehttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_suhu-tinggi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Superkonduktor_suhu-tinggi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Suhu_ruanganhttp://id.wikipedia.org/wiki/Superkonduktivitas_suhu-tinggihttp://id.wikipedia.org/wiki/Superkonduktivitas_suhu-tinggihttp://id.wikipedia.org/wiki/Timahhttp://id.wikipedia.org/wiki/Aluminumhttp://id.wikipedia.org/wiki/Alloyhttp://id.wikipedia.org/wiki/Semikonduktorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Keramikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Tembagahttp://id.wikipedia.org/wiki/Oksigenhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kuprat&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Logam_muliahttp://id.wikipedia.org/wiki/Emashttp://id.wikipedia.org/wiki/Perakhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetisme -
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
7/28
,.4. S+ & M#& M'! K"3!3*
Suhu kritis adalah suhu yang membatasi antara sifat konduktor dan
superkonduktor. 7ika suhu suatu bahan dinaikan, maka getaran ele!tron akan
bertambah sehingga banyak 2honons yang dipan!arkan. &etika men!apai
suhu kritis tertentu, makaPhononsakan meme!ahkan Cooper Pairs dan bahan
kembali ke keadaan normal. edan magnet kritis adalah batas kuatnya medan
magnet sehingga bahan superkonduktor memiliki medan magnet.
0ontoh grafik ambatan terhadap suhu pada bahan ?'a"0uO1 sebagai
berikut,
,.5. S3! & K"%!#"3*!3% B+& S#"%&%!"
,.5.1 S3! K#$3*!"3%&
Sebelum men#elaskan prinsip superkonduktor, akan lebih baik #ika terlebih
dahulu men#elaskan bagaimana ker#a logam konduktor pada umumnya. 'ahan
logam tersusun dari kisi)kisi dan basis serta elektron bebas. &etika medan
listrik diberikan pada bahan, elektron akan mendapat per!epatan. edan listrik
akan menghamburkan elektron ke segala arah dan menumbuk atom)atom pada
kisi. al ini menyebabkan adanya hambatan listrik pada logam konduktor.
Resistanc e vs. Temperature
50 70 90 110 130
Temperatu re Kelv in
G/" ,.2. >rafik ambatan terhadap Suhu
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
8/28
2ada bahan superkonduktor ter#adi #uga interaksi antara elektron dengan
inti atom. $amun elektron dapat mele%ati inti tanpa mengalami hambatan dari
atom kisi. @fek ini dapat di#elaskan oleh eori '0S. &etika elektron mele%ati
kisi, inti yang bermuatan positif menarik elektron yang bermuatan negatif dan
mengakibatkan elektron bergetar.
7ika ada dua buah elektron yang mele%ati kisi, elektron kedua akan
mendekati elektron pertama karena gaya tarik dari inti atom)atom kisi lebih
besar. >aya ini melebihi gaya tolak)menolak antar elektron sehingga kedua
elektron bergerak berpasangan.
2asangan ini disebut Cooper Pairs. @fek ini dapat di#elaskan dengan
istilah Phonons. &etika elektron pertama pada Cooper Pairs mele%ati inti
atom kisi. @lektron yang mendekati inti atom kisi akan bergetar dan
G/" ,.,.&eadaan normal Atom &isi pada logam
G/" ,.4. &eadaan Superkonduktor Atom &isi pada logam
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
9/28
meman!arkan Phonon. Sedangkan elektron lainnya menyerap Phonon.
2ertukaran Phonon ini mengakibatkan gaya tarik menarik antar elektron.2asangan elektron ini akan melalu kisi tanpa gangguan dengan kata lain tanpa
hambatan.
,.5.2. S3! K#'!&
Sifat lain dari superkonduktor yaitu bersifat diamagnetisme sempurna. 7ika
sebuah superkonduktor ditempatkan pada medan magnet, maka tidak akan ada
medan magnet dalam superkonduktor. al ini ter#adi karena superkonduktor
menghasilkan medan magnet dalam bahan yang berla%anan arah dengan
medan magnet luar yang diberikan. @fek yang sama dapat diamati #ika medan
magnet diberikan pada bahan dalam suhu normal kemudian didinginkan
sampai men#adi superkonduktor. 2ada suhu kritis, medan magnet akan ditolak.
@fek ini dinamakan @fek eissner.
,.5.,. S3! &! S#"%&%!"
eori dasar uantum untuk superkonduktor dirumuskan melalui tulisan
'ardeen, 0ooper dan S!hriefer pada tahun +8/1. eori dinamakan teori BS.
eori '0S men#elaskan bah%a :
Interaksi tarik menarik antara elektron dapat menyebabkan keadaan dasar
terpisah dengan keadaan tereksitasi oleh energi gap.
Interaksi antara elektron, elektron dan kisi menyebabkan adanya energi
gap yang diamati. ekanisme interaksi yang tidak langsung ini ter#adi
ketika satu elektron berinteraksi dengan kisi dan merusaknya. @lektron
kedua memanfaatkan keuntungan dari deformasi kisi. &edua elektron ini
beronteraksi melalui deformasi kisi. &etika superkonduktor ditempatkan di medan magnet luar yang lemah,
medan magnet akan menembus superkonduktor pada #arak yang sangat
ke!il dan dinamakan London Penetration Depth, yang merupakan
konsekuensi dari eori '0S.
,.5.4 E#% M#3**"
&etika superkonduktor ditempatkan di medan magnet luar yang lemah,
medan magnet akan menembus superkonduktor pada #arak yang sangat ke!il
dan dinamakan London Penetration Depth. 2ada bahan superkonduktor
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
10/28
umumnya London Penetration Depth sekitar +** nm. Setelah itu medan
magnet bernilai nol. 2eristi%a ini dinamakan @fek eissner dan merupakan
karakteristik dari superkonduktor. @fek eissner adalah efek dimana
superkonduktor menghasilkan medan magnet.
@fek eissner ini sangat kuat sehingga sebuah magnet dapat melayang
karena ditolak oleh superkonduktor. edan magnet ini #uga tidak boleh terlalu
besar. Apabila medan magnetnya terlalu besar, maka efek eissner ini akan
hilang dan material akan kehilangan sifat superkonduktivitasnya.
G/" ,.66ondon 2enetration 3epth
,.6. J#&3* B+& & T3# S#"%&%!"
,.6.1. B+& S#"%&%!"
'ahan semikonduktor yang pertama ditemukan adalah raksa oleh
eike &ammerlingh Onnes pada tahun +8++. Selain merkuri, ternyata
beberapa unsur)unsur lainnya #uga menun#ukkan sifat superkonduktor
G/" ,.5. @fekeissner
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
11/28
dengan harga ! (Suhu ketika suatu bahan superkonduktor mulai
mempunyai sifat superkonduktif disebutsuhu kritis (! yang berbeda.
'eberapa !ontoh bahan superkonduktor yang berhasil ditemukan dan
suhu kritisnya dapat dilihat pada tabel di ba%ah ini :
T/#$ ,.1. superkonduktor suhu tinggi (! B 11&
N B+& S+ K"3!3*
(T)K
T+&
D3!#%&
+
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
12/28
G/" ,.7. &edudukanSuperkonduktor pada abel 2eriodik
,.6.2. T3#8!3# S#"%&%!"
'erdasarkan interaksi dengan medan magnetnya, maka
superkonduktor dapat dibagi men#adi dua tipe yaitu Superkonduktor ipe
I dan Superkonduktor ipe II.
,.6.2.1. S#"%&%!" T3# I
Superkonduktor tipe I menurut teori '0S ('ardeen, 0ooper, dan
S!hrieffer di#elaskan dengan menggunakan pasangan elektron (yang
sering disebut pasangan 0ooper. 2asangan elektron bergerak
sepan#ang tero%ongan penarik yang dibentuk ion)ion logam yang
bermuatan positif. Akibat dari adanya pembentukan pasangan dan
tarikan ini arus listrik akan bergerak dengan merata dan
superkonduktivitas akan ter#adi. Superkonduktor yang berkelakuan
seperti ini disebut superkonduktor #enis pertama yang se!ara fisik
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
13/28
ditandai dengan efek eissner, yakni ge#ala penolakan medan magnet
luar (asalkan kuat medannya tidak terlalu tinggi oleh superkonduktor.
Superkonduktor tipe I hanya mempunyai satu harga medan magnet
kritis (!. 7ika medan magnet luar yang dikenakan pada
superkonduktor berharga lebih ke!il dari !, maka ter#adi efek
eissner sempurna dan #ika lebih besar dari !, maka fluks magnet
luar akan menerobos masuk kedalam bahan superkonduktor sehingga
fenomena superkonduktivitas menghilang. Superkonduktor tipe + terdiri
dari logam dan metaloid yang menun#ukkan beberapa sifat
konduktivitas di suhu ruangan. Superkonduktor tipe + ini
membutuhkan suhu yang sangat dingin agar men#adi superkonduktif.
Saat men#adi superkonduktif, tipe+ ini akan menghasilkan sifat
diamagnetik yang kuat. 3i ba%ah ini adalah beberapa nama
superkonduktor tipe +.
imbal (2b (men#adi superkonduktif di suhu 1,+89 &
6antanum (6a (men#adi superkonduktif di suhu 4,-- &
antalum (a (men#adi superkonduktif di suhu 4,41 &
Air raksa (g (men#adi superkonduktif di suhu 4,+/ & imah (Sn (men#adi superkonduktif di suhu ,1" &
Indium (In (men#adi superkonduktif di suhu ,4+ &
2aladium (2d (men#adi superkonduktif di suhu , &
&rom (0r (men#adi superkonduktif di suhu &
Aluminium (Al (men#adi superkonduktif di suhu +,+1/ &
Seng (Cn (men#adi superkonduktif di suhu *,-/ &
2latina (2t (men#adi superkonduktif di suhu *,**+8 &
Akibat dari adanya pembentukan pasangan dan tarikan ini arus
listrik akan bergerak dengan merata dan superkonduktivitas akan
ter#adi. Superkonduktor yang berkelakuan seperti ini disebut
superkonduktor #enis pertama yang se!ara fisik ditandai dengan efek
eissner, yakni ge#ala penolakan medan magnet luar (asalkan kuat
medannya tidak terlalu tinggi oleh superkonduktor. 'ila kuat
medannya melebihi batas kritis, ge#ala superkonduktivitasnya akan
menghilang. aka pada superkonduktor tipe I akan terus D menerus
menolak medan magnet yang diberikan hingga men!apai medan
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
14/28
magnet kritis. &emudian dengan tiba)tiba bahan akan berubah kembali
ke keadaan normal.'ahan superkonduktor tipe + kebanyakan adalah
unsur)unsur tunggal.
>ambar .-. >rafik magnetisasi terhadap medan
G/" ,.9. &arakteristik ambatan Superkonduktor ipe + erhadap emperatur
Superkonduktor tipe I memiliki kekhasan dimana tahanan yang
diamati adalah nol. &etika dinaikkan temperaturnya melebihi 4,+/ &
ternyata, tahanannya mendadak naik. temperatur dimana suatu bahan
memiliki sifat superkonduktif maka disebut temperatur kritik (!.
Superkonduktor tipe I memiliki kekhasan dimana tahanan yang
diamati adalah nol. &etika dinaikkan temperaturnya melebihi 4,+/ &
ternyata, tahanannya mendadak naik. temperatur dimana suatu bahan
memiliki sifat superkonduktif maka disebut temperatur kritik (!.
2ada tipe ini, ter#adi peristi%a unik dimana medan magnet luar
yang !ukup ke!il pada bahan superkonduktor akan menginduksikan
arus super. Arus ini akan menimbulkan medan magnet induksi dalam
bahan itu sendiri sehingga induksi magnetik total dalam bahan bernilai
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
15/28
nol (diamagnet sempurna. >e#ala ini dikenal dengan efek eissner dan
ter#adi di ba%ah temperatur kritik.
>e#ala inilah yang membuat bahan superkonduktor dapat melayang
di udara (gambar ".4 atau yang membuat kereta api maglev melayang
di atas rel. $amun, #ika medan magnet luar terlalu besar (melebihi
medan magnet kritik, ! maka bahan tersebut kehilangan sifat
superkonduktivitas. 'erikut diberikan unsur)unsur superkonduktor (tipe
+ unsur yang ber%arna biru.
G/" ,.10.5nsur)5nsur Superkonduktor
,.6.2.2 S#"%&%!" T3# II
'erbeda dengan superkonduktor I, superkonduktor tipe II memiliki
dua buah nilai medan kritik, yaitu medan kritik ba%ah, !+ dan medan
kritik atas, !". 7ika medan luar ( yang diberikan lebih ke!il dari
!+ (E!+ maka bahan tersebut akan bersifat seperti superkonduktor
tipe +, tapi #ika diantara !+ dan !" (!+ E E !" maka fluksi
magnet akan menembus bahan dan berada pada keadaan !ampurandimana efek eissner ter#adi se!ara parsial.
Superkonduktor tipe II ini tidak dapat di#elaskan dengan teori '0S
karena apabila superkonduktor #enis II ini di#elaskan dengan teori '0S,
efek eissner nya tidak ter#adi. Abrisokov berhasil memformulasikan
teori baru untuk men#elaskan superkonduktor #enis II ini. Ia
mendasarkan teorinya pada kerapatan pasangan elektron yang
dinyatakan dalam parameter keteraturan fungsi gelombang. Abrisokov
dapat menun#ukkan bah%a parameter tersebut dapat mendeskripsikan
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
16/28
pusaran (vorti!es dan bagaimana medan magnet dapat memenetrasi
bahan sepan#ang tero%ongan dalam pusaran)pusaran ini. 6ebih lan#ut ia
pun dengan se!ara mendetail dapat memprediksikan #umlah pusaran
yang tumbuh seiring meningkatnya medan magnet. eori ini merupakan
terobosan dan masih digunakan dalam pengembangan dan analisis
superkonduktor dan magnet.
Superkonduktor tipe II akan menolak medan magnet yang
diberikan. $amun perubahan sifat kemagnetan tidak tiba)tiba tetapi
se!ara bertahap. 2ada suhu kritis, maka bahan akan kembali ke keadaan
semula. Superkonduktor ipe II memiliki suhu kritis yang lebih tinggi
dari superkonduktor tipe I.
&elompok superkonduktor tipe II, biasanya berupa kombinasi
unsur molybdenum (o, niobium ($b, timah (Sn, vanadium (F,
germanium(>e, indium (In atau galium (>a. Sebagian merupakan
senya%a, sebagian lagi merupakan larutan padatan.
G/" ,.11. >rafik magnetisasi terhadap medan
,.7. K#$% S#"%&%!"
'erdasarkan nilai suhu kritisnya, superkonduktor dibagi men#adi dua
kelompok yaitu :
,.7.1. S#"%&%!" /#"*+ %"3!3* "#&+
Superkonduktor #enis ini memiliki suhu kritis lebih ke!il dari" &.
Superkonduktor #enis ini sudah ditinggalkan karena biaya yang mahal
untuk mendinginkan bahan.
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
17/28
,.7.2. S#"%&%!" /#"*+ %"3!3* !3&''3
Superkonduktor #enis ini memiliki suhu kritis lebih besar dari1- &.
Superkonduktor #enis ini merupakan bahan yang sedang dikembangkan
sehingga diharapkan memperoleh superkonduktor pada suhu kamar
sehingga lebih ekonomis.
0ontoh Superkonduktor bersuhu kritis tinggi adalah sampel bahan
?'0O (?'a"0uO1 G ?ttrium 'arium embaga Oksida
G/" ,.12. ?'a"0uO1 G ?ttrium 'arium embaga Oksida
,.:. &!+ M!#"3$ S#"%&%!"
,.:.1. M#"%"3
'eberapa ahli ilmu%an pada %aktu itu seperti illiam &elvin
memperkirakan bah%a elektron yang mengalir dalam konduktor akan
berhenti ketika suhu men!apai nol mutlak. 3i lain pihak, ilmu%an yang
lain termasuk Onnes memperkirakan bah%a hambatan akan menghilang
pada keadaan tersebut. 5ntuk mengetahui yang sebenarnya ter#adi,
Onnes kemudian mengalirkan arus pada ka%at merkuri yang sangat
murni dan kemudian mengukur hambatannya sambil menurunkan
suhunya. 2ada suhu 4," &, Onnes terke#ut ketika mendapatkan bah%a
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
18/28
hambatannya tiba)tiba men#adi hilang. Arus mengalir melalui ka%at
merkuri terus)menerus.
3engan tidak adanya hambatan, maka arus dapat mengalir tanpa
kehilangan energi. 2er!obaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu
kumparan superkonduktor dalam suatu rangkaian tertutup dan kemudian
men!abut sumber arusnya lalu mengukur arusnya satu tahun kemudian
ternyata arus masih tetap mengalir. enomena ini kemudian oleh Onnes
diberi nama superkonduktivitas. Atas penemuannya itu, Onnes
dianugerahi $obel isika pada tahun +8+.
,.:.2. K"/&
3engan berlalunya %aktu, ditemukan #uga superkonduktor)
superkonduktor lainnya. Selain merkuri, ternyata beberapa unsur)unsur
lainnya #uga menun#ukkan sifat superkonduktor dengan harga ! yang
berbeda. Sebagai !ontoh, karbon #uga bersifat superkonduktor dengan !
+/ &. al yang ironis adalah logam emas, tembaga, dan perak, yang
merupakan logam konduktor terbaik bukanlah suatu superkonduktor.
,.:.,. K#"3%
2ada tahun +8-9 ter#adi sebuah terobosan baru di bidang
superkonduktivitas. AleH iller and >eorg 'ednor, peneliti di
6aboratorium
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
19/28
,.:.4. (TMTSF)2PF6
2enemuan demi penemuan di bidang superkonduktor kini masih sa#a
dilakukan oleh para peneliti di dunia. 2enemuan lainnya yang #uga
fenomenal adalah berhasil disintesisnya suatu bahan organik yang
bersifat superkonduktor, yaitu (S"29. itik kritis senya%a
organik ini masih sangat rendah yaitu +," &.
,.:.5. H'0.:T$0.2B22,O:.,,.
Suhu tertinggi suatu bahan men#adi superkonduktor hingga saat ini
adalah +- &, yaitu untuk suatu bahan yang memiliki rumus
g*.-l*."'a"0a"0uO-..
,.9. K#&!&'& "3 #&''&%& *#"%&%!"
+ idak ada energi yang terbuang ketika superkonduktor ini menghantar
arus listrik. ilyaran rupiah bisa kita selamatkan dengan menggunakan
superkonduktor daripada konduktor biasa.
" &arena tidak ada resistansi dalam superkonduktor, sirkuit yang
menggunakan superkonduktor tidak akan men#adi panas dan #adi,
semakin banyak sirkuit yang bisa kita kompres per !entimeter
kubiknya. &alau kita menggunakan konduktor biasa, sirkuit itu bisa
terbakar #ika kita mau mengkompres semakin banyak material karena
panas yang terakumulasi dari resistansi material tersebut.
superkonduktor ini bisa berfungsi sebagai transistor (se#enis komponen
sirkuit yang bisa mengamplifikasi signal listrik dan digunakan di semua
peralatan modern yang menggunakan listrik tetapi bisa berfungsi +**
kali lebih !epat. Ini #uga dikenal sebagai 7osephson 7un!tions dan kalau
dua 7osephson 7un!tions ini kita gabung dengan tepat, mereka bisa
mendeteksi medan magnet yang sangat ke!il.
4 Superkonduktor men#an#ikan banyak hal bagi kita, misalnya, transmisi
listrik yang efisien (tak ada lagi kehilangan energi selama transmisi.
emang saat ini penggunaan superkonduktor belum praktis,
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
20/28
dikarenakan masalah perlunya pendinginan. Suhu kritis superkonduktor
masih #auh di ba%ah suhu kamar.
,.10. P#&!& S#"%&%!"
Superkonduktor kini telah banyak digunakan dalam berbagai bidang.
ambatan tidak disukai karena dengan adanya hambatan maka arus akan
terbuang men#adi panas. Apabila hambatan men#adi nol, maka tidak ada
energi yang hilang pada saat arus mengalir. 'erikut ini merupakan beberapa
!ontoh dari aplikasi penggunaan material superkonduktor :
) K#"#! M'L#; (M'!3 L#;3!!3& T"3&)
ag6ev adalah singkatan dari A>neti!ally 6@Fitated trains
yang ter#emahan bebasnya adalah kereta api yang mengambang se!ara
magnetis. Sering #uga disebut kereta api magnet.
Seperti namanya, prinsip dari kereta api ini adalah memanfaatkan gaya
angkat magnetik pada relnya sehingga terangkat sedikit ke atas,
kemudian gaya dorong dihasilkan oleh motor induksi. &ereta ini
mampu mela#u dengan ke!epatan sampai 9/* kmJ#am (4*4 mp# #auh
lebih !epat dari kereta biasa. 'eberapa negara yang telah menggunakan
kereta api #enis ini adalah 7epang, 2eran!is, Amerika, dan 7erman.
3ikarenakan mahalnya pembuatan relnya, di dunia pada "**/ hanya
ada dua #alur aglev yang dibuka umum, di Shanghai dan &ota oyota.
G/" ,.6.&ereta ag6ev (agneti! 6evitation rain
http://4.bp.blogspot.com/-1kjZfLalDQg/UGqDFG4erMI/AAAAAAAAABc/xeG_W-dL0sQ/s1600/20620zn.jpghttp://4.bp.blogspot.com/-qxIwL3iC_Q4/UGqDVEGZ-dI/AAAAAAAAABk/7JJ8yJ9vcXg/s1600/maglev_shanghai.jpg -
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
21/28
T#%&$'3
Ada tiga #enis teknologi maglev:
?ang tergantung pada magnet superkonduktivitas (suspensi
elektrodinamik
?ang tergantung pada elektromagnetik terkontrol (suspensi
elektromagnetik
?ang terbaru, mungkin lebih ekonomis, menggunakan magnet
permanen (Indu!tra!k7epang and 7erman merupakan dua negara yang aktif dalam
pengembangan teknologi maglev menghasilkan banyak pendekatan dan
desain. 3alam suatu desain, kereta dapat diangkat oleh gaya tolak
magnet dan dapat mela#u dengan motor linear.
2engangkatan magnetik murni menggunakan elektromagnet atau
magnet permanen tidak stabil karena teori @arnsha%; 3iamagnetik dan
magnet superkonduktivitas dapat menopang maglev dengan stabil.
'erat dari elektromagnet besar #uga merupakan isu utama dalam desain.
edan magnet yang sangat kuat dibutuhkan untuk mengangkat kereta
yang berat.
@fek dari medan magnetik yang kuat tidak diketahui banyak. Oleh
karena itu untuk keamanan penumpang, pelindungan dibutuhkan, yang
dapat menambah berat kereta. &onsepnya mudah namun teknik dan
desainnya kompleks.
M'$#; T"&*"3 3 S+&'+3
Sistem yang lebih baru dan tidak terlalu mahal disebut Indu!tra!k.
eknik ini memiliki kemampuan memba%a beban yang berhubungan
dengan ke!epatan kendaraan, karena ia tergantung kepada arus yang
diinduksi pada sekumpulan elektromagnetik pasif oleh magnet
permanen. 3alam !ontoh, magnet permanen berada di gerbong; se!ara
horiontal untuk men!iptakan daya angkat, dan se!ara vertikal untuk
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
22/28
memberikan kestabilan. Sekumpulan kabel putar berada di rel. agnet
dan gerbong tidak membutuhkan tenaga, ke!uali untuk pergerakan
gerbong. Indu!tra!k pada a%alnya dikembangkan sebagai motor
magnetik dan penopang untuk =fly%heel= untuk menyimpan tenaga.
3engan sedikit perubahan, penopang ini diluruskan men#adi #alur lurus.
Indu!tra!k dikembangkan oleh fisika%an iliiam 2ost di 6a%ren!e
6ivermore $ational 6aboratory.
Indu!tra!k menggunakan array alba!h untuk penstabilan. Array
alba!h adalah pengaturan dari magnet permanen yang
menstabilisasikan putaran kabel yang bergerak tanpa penstabilan
elektronik. Array alba!k mulanya dikembangkan untuk pembimbing
sinar dari per!epatan partikel. ereka #uga memiliki medan magnet di
pinggir rel, dan mengurangi efek potensial bagi penumpang.
Sekarang ini, $ASA melakukan riset penggunaan sistem aglev
untuk melun!urkan pesa%at ulang alik. 5ntuk dapat melakukan ini,
$ASA harus mendapatkan pelun!uran pesa%at ulang alik maglev
men!apai ke!epatan pembebasan, suatu tugas yang membutuhkan
pe%aktuan pulse magnet yang rumit (lihat !oilgun atau arus listrik
yang sangat !epat, sangat bertenaga (lihat railgun.
" %#"-
2rinsip gaya dorongnya
&ereta aglev mengambang kurang lebih +*mm di atas rel
magnetiknya. 3orongan ke depan dilakukan melalui interaksi antara rel
magnetik dengan mesin induksi yang #uga menghasilkan medan
magnetik di dalam kereta .
K#$#/3+& & %#%"&'&
&elebihan utama dari kereta ini adalah kemampuannya yang bisa
melayang di atas rel, sehingga tidak menimbulkan gesekan.
&onsekuensinya, se!ara teoritis tidak akan ada penggantian rel atau
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
23/28
roda kereta karena tidak akan ada yang aus (biaya pera%atan dapat
dihemat. &euntungan sampingan lainnya adalah tidak ada gaya
resistansi akibat gesekan. >aya resistansi udara tentunya masih ada.
5ntuk itu dikembangkan lagi &ereta aglev yang lebih aerodinamis.
3ikarenakan bentuk dan ke!epatan kereta yang fantastis ini,
kebisingan (suara yang ditimbulkan disaat kereta ini bergerak hampir
sama dengan sebuah pesa%at #et, dan di perhitungkan lebih
mengganggu daripada kereta konvensional. Sebuah studi membuktikan
suara yang ditimbulkan oleh kereta meglev dengan kereta konvensional
biasa lebih bising sekitar /d' yaitu 1-K nya. &ekurangan lain kereta
ini adalah di mahalnya investasi terutama pengadaan relnya.
R3*#! & #&'#/&'&
2aten pertama untuk kereta maglev didorong oleh motor =linear=
adalah paten AS .41*.-"- dikeluarkan pada Oktober +898 oleh 7ames
ordon . 3anby. eknologi dasarnya ditemukan oleh
@ri! 6aith%aite, dan di#elaskan olehnya dalam =2ro!eedings of the
Institution of @le!tri!al @ngineers=, vol. ++", +89/, pp. "9+)"1/,
dengan #udul =@le!tromagneti! 6evitation=. 6aith%aite mematenkan
motor =linear= pada +84-.
2ada + 3esember "***, superkonduktor temperatur tinggi
bera%ak pertama se!ara sukses diu#i di barat daya 5niversitas 7iaotong,
0hengdu, 0ina. Sistem ini berdasarkan prinsip =bulk= konduktor
temperatur tinggi dapat diangkat atau dilayangkan se!ara stabil di atas
atau di ba%ah magnet permanen. uatannya di atas /* kg dan #arak
pelayangannya lebih dari "* mm. Sistem ini menggunakan nitrogen
!air, yang sangat murah, untuk mendinginkan superkonduktor.
/) G#"!" $3*!"3% *#"8#3*3#&
2enggunaan superkonduktor yang sangat luas tentu sa#a dibidang
listrik. >enerator yang dibuat dari superkonduktor memiliki efisiensi
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
24/28
sebesar 88 an ukurannya #auh lebih ke!il dibandingkan dengan
generator yang menggunakan ka%at tembaga. Suatu perusahaan
amerika, Ameri!an Super!ondu!tor 0orp. diminta untuk memasang
suatu sistem penstabil listrik yang diberi nama 3istributed
Super!ondu!ting agneti! @nergy Storage System (3)S@S. Satu
unit 3)S@S dapat menyimpan energi listrik sebesar #uta att yang
dapat digunakan untuk menstabilkan listrik apabila ter#adi gangguan
listrik. 5ntuk transmisi listrik, pemerintah Amerika Serikat dan 7epang
beren!ana untuk menggunakan kabel superkonduktor dengan pendingin
nitrogen untuk menggantikan kabel listrik ba%ah tanah yang terbuat
dari tembaga. 3engan menggunakan kabel superkonduktor, arus yang
dapat ditransmisikan akan #auh meningkat. "/* pon kabel
superkonduktor dapat menggantikan +-.*** pon kabel tembaga
mengakibat efisiensi sebesar 1*** ari segi tempat.
) K/#$ L3*!"3% S#" #3*3#&
5ntuk transmisi listrik dapat digunakan kabel dari bahan
superkonduktor dengan pendingin nitrogen untuk menggantikan kabel
tembaga. enurut perhitungan, arus yang dapat ditransmisikan akan
#auh meningkat, karena "/* pon kabel superkonduktor dapat
menggantikan +-.*** pon kabel tembaga.
) S#"!#"
3ibidang komputer, superkonduktor digunakan untuk membuat
suatu superkomputer dengan kemampuan berhitung yang fantastis.
7angankan 2entium 0ore " 3uo, ratusan kali lebih !epat dari pro!essor
20 ter!epat saat ini pun bisa dibuat dengan superkonduktor. 'ahkan di
bidang militer, S)S5I3 (Super!ondu!ting uantum Interferen!e
3evi!es telah digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan ran#au laut.
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
25/28
#) M'!3 "#*& 3'3&' (MRI).
agneti!
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
26/28
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
27/28
REFERENSI
o http:JJ%%%.fisikanet.lipi.go.idJutama.!giL!etakartikelM++**89/9diakses pada
tanggal - maret "*++
o http:JJmiko!o!oa**1.blogspot.!omJ"**8J*9Jmaterial)superkonduktor)se#arah.html
diakses pada tanggal - maret "*++
o
http:JJ%%%.s!ribd.!omJdo!J+4"49918JS52@1+!Fb'I$doA+guQak"vA$*up2Puu4$8u
?@HFuk$v/I)
y
-
8/10/2019 BAHAN LISTRIK superkonduktor
28/28
'eiser, Arthur. +8-1.Konsep Fisika Modern @disi &eempat (er#emehan he
ou% 6iong. 7akarta:@rlangga.
Isunandar dan Cun Sen. "*++.Mengena! Superkonduktor ROnline. ersedia:http:JJ%%%.fisikanet.lipi.go.idJutama.!giL!etakartikelM++**89/9. R+4 ei
"*+".
Sinaga, 2arlindungan. "*++. 3iktat 2erkuliahan isika odern. 'andung:
2I2A 52I.
iendartun. "*++.Diktat Perku!iahan Fisika "at Padat. 'andung: 2I2A 52I
http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1100396563http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1100396563