BAHAN LISTRIK superkonduktor

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


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.


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.


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+.


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


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


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


8/28

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


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


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


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!#%&

+


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


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


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


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


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.


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


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


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,


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


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


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


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


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.


25/28

#) M'!3 "#*& 3'3&' (MRI).

agneti!


26/28


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


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

Documents

BAHAN LISTRIK superkonduktor