TUGAS
ILMU BAHAN
SUPER KONDUKTOR
NAMA
:
AHMAD
NURKHOLIS (05)
PRODI:
SISTEM KELISTRIKAN (D-4)
JURUSAN:
TEKNIK ELEKTRO
D-4
/ 1A
POLITEKNIK
NEGERI MALANG
2011
SUPERKONDUKTOR (pengertian)
Bahan konduktor seperti logam tembaga merupakan bahan yang dapat
menghantarkan arus listrik. Meski begitu, pada nyatanya konduktor ini masih
mempunyai hambatan listrik. Adanya hambatan ini menyebabkan hilangnya energi
listrik dalam bentuk panas. Pada bahan superkonduktor, hambatan listrik
benar-benar bernilai nol. Artinya listrik dapat mengalir tanpa hambatan pada
bahan superkonduktor ini. Apabila pada rangkaian tertutup dari superkonduktor
dialirkan arus listrik, maka arus tersebut akan terus mengalir mengintari
rangkaian tanpa batas waktu bahkan setelah sumber listrik dilepaskan dari
rangkaian. Hal ini terjadi karena tidak ada kehilangan energi selama arus
mengalir karena hambatannya benar-benar nol. Para ilmuwan mengatakan bahwa
superkonduktivitas merupakan sebuah fenomena kuantum makroskopik. Fenomena ini
menjadi jembatan penghubung antara dunia mikro dan makro. “Jembatan” ini
memungkinkan kita untuk mempelajari sifat fisika dunia mikro secara langsung.
Superkonduktor
dapat berupa suatu bahan yang terbentuk dari unsur tunggal,
paduan logam ataupunsenyawa. Gejala superkonduktivitas hanya teramati
dibawah suhu tertentu yang disebut sebagai suhu kristis (Tc).
Hambatan
listrik dari logam konduktor merupakan fungsi dari temperatur. Ketika suhu
diturunkan maka secara bertahap hambatan listrik akan berkurang. Pada bahan
superkonduktor, ketika mencapai suhu tertentu tiba-tiba hambahannya turun
hingga menjadi nol. Suhu dimana gejala superkonduktivitas teramati disebut
suhu kristis (Tc).
Pada beberapa
logam gejala superkonduktivitas terjadi karena keberadaan 0,01% elektron yang
tidak normal, sementara 99,99% elektron lainnya masih normal. Walaupun sangat
sedikit, namun keberadaan elektron tidak normal ini mempengaruhi sifat
keseluruhan bahan. Logam tidak lagi bersifat konduktor, namun bersifat
superkonduktor setelah kehilangan hambatan listriknya sama sekali. Bagaimana
bisa elektron normal berubah menjadi tidak normal pada bahan superkonduktor?
Saat terjadi dentuman besar (big bang), alam menciptakan dua tipe partikel
elementer, yaitu boson dan fermion. Boson mempunyai spin utuh sedangkan fermion
memiliki spin separuh. Sebagai konsekuensinya, keduanya mematuhi statistika
yang berbeda. Elektron merupakan fermion dengan spin ½ dan mematuhi statistik
Fermi-Dirac. Pada superkonduktor, dua elektron akan membentuk pasangan yang
merupakan boson karena memiliki spin 0 atau 1. Pasangan elektron ini akan
mematuhi statistik Bose-Einstein yang dapat bergerak di dalam kisi kristal
tanpa gesekan. Inilah yang menyebabkan terjadinya fenomena superkonduktivitas,
dimana elektron dapat bergerak tanpa gesekan dan hambatan.
SIFAT-SIFAT SUPERKONDUKTOR
Superkonduktor
adalah fenomena dimana resistansi sebuah material turun menjadi 0 dan semua atom
menjadi statis (efek kuantum dari Heisenberg Uncertainty Principle tidak kita
perhitungkan untuk kesederhanaan). Tentunya, untuk menjadikan atom-atom
material itu menjadi statis, temperatur yang sangat rendah dibutuhkan.
Temperatur dimana sebuah material menjadi konduktor dinamakan critical temperature . Temperatur ini berbeda-beda
untuk setiap material. Material pertama yang ditemukan efek
superkonduktivitasnya, Merkuri, mempunyai critical
temperatureserendah 4 derajat Kelvin (-269 derajat Celcius!). Secara
logis, pakar-pakar menginginkan critical
temperature ini
supaya setinggi mungkin karena biaya untuk mendinginkan material itu akan
berkurang.
Tetapi,
meskipun semakin banyak material yang mempunyai efek superkonduktifitas dengan critical temperature yang lebih tinggi ditemukan di
milenium ketiga, tidak banyak penggunaan praktikal karena pertama, mereka tidak
bisa mendapat arus listrik setinggi material-material yang lebih dulu
ditemukan. Kedua, mereka tidak bisa membuat medan magnet yang kuat dan yang ketiga,
sangatlah susah untuk membengkokkan material-material yang baru ditemukan
menjadi kawat, dsb. Jadi, hanya superkonduktor generasi pertama yang lebih
banyak digunakan dalam hidup kita.
Apakah
keuntungan dari menggunakan superkonduktor? Pertama, tidak ada energi yang
terbuang ketika superkonduktor ini menghantar arus listrik. Milyaran rupiah
bisa kita selamatkan dengan menggunakan superkonduktor daripada konduktor
biasa. Yang kedua, karena tidak ada resistansi dalam superkonduktor, sirkuit
yang menggunakan superkonduktor tidak akan menjadi panas dan jadi, semakin
banyak sirkuit yang bisa kita kompres per centimeter kubiknya. Kalau kita
menggunakan konduktor biasa, sirkuit itu bisa terbakar jika kita mau
mengkompres semakin banyak material karena panas yang terakumulasi dari
resistansi material tersebut. Yang ketiga, superkonduktor ini bisa berfungsi
sebagai transistor (sejenis komponen sirkuit yang bisa mengamplifikasi signal
listrik dan digunakan di semua peralatan modern yang menggunakan listrik) tetapi
bisa berfungsi 100 kali lebih cepat. Ini juga dikenal sebagai Josephson Junctions dan kalau dua Josephson Junctions ini kita gabung dengan tepat,
mereka bisa mendeteksi medan magnet yang sangaaaaaaaat kecil.
CONTOH
BAHAN:
Bahan Tc (K) Ditemukan tahun
Raksa Hg (a )
4,2
1911
Timbal Pb 7,2
1913
Niobium
nitrida 16,0
1960-an
Niobium-3-timah 18,1
1960-an
Al0,8Ge0,2Nb3 20,7
1960-an
Niobium germanium 23,2 1973
Lanthanum barium
tembaga
oksida 28
1985
Yttrium barium
tembaga
oksida (1-2-3
atau YBCO) 93 1987
Thalium barium
kalsium
tembaga
oksida 125
1987
APLIKASI-APLIKASI
SUPERKONDUKTOR
1. Sistem penstabil listrik
Suatu perusahaan Amerika, American Superconductor Corp diminta untuk memasang suatu sistem penstabil listrik yang diberi nama Distributed Superconducting Magnetic Energy Storage System (D-SMES). Satu unit D-SMES dapat menyimpan energi listrik sebesar 3 juta Watt yang dapat digunakan untuk menstabilkan listrik apabila terjadi gangguan listrik.
2. Kabel (Transmisi) superkonduktor
Untuk transmisi listrik, Pemerintah Amerika Serikat dan Jepang berencana untuk menggunakan kabel superkonduktor dengan pendingin nitrogen untuk menggantikan kabel listrik bawah tanah yang terbuat dari tembaga. Dengan menggunakan kabel superkonduktor, arus yang dapat ditransmisikan akan jauh meningkat. 250 pon kabel superkonduktor dapat menggantikan 18.000 pon kabel tembaga mengakibat efisiensi sebesar 7.000 persen dari segi tempat.
3. motor listrik superkonduktor
Superkonduktor juga digunakan untuk membuat suatu motor listrik dengan tenaga 5.000 tenaga kuda
1. Sistem penstabil listrik
Suatu perusahaan Amerika, American Superconductor Corp diminta untuk memasang suatu sistem penstabil listrik yang diberi nama Distributed Superconducting Magnetic Energy Storage System (D-SMES). Satu unit D-SMES dapat menyimpan energi listrik sebesar 3 juta Watt yang dapat digunakan untuk menstabilkan listrik apabila terjadi gangguan listrik.
2. Kabel (Transmisi) superkonduktor
Untuk transmisi listrik, Pemerintah Amerika Serikat dan Jepang berencana untuk menggunakan kabel superkonduktor dengan pendingin nitrogen untuk menggantikan kabel listrik bawah tanah yang terbuat dari tembaga. Dengan menggunakan kabel superkonduktor, arus yang dapat ditransmisikan akan jauh meningkat. 250 pon kabel superkonduktor dapat menggantikan 18.000 pon kabel tembaga mengakibat efisiensi sebesar 7.000 persen dari segi tempat.
3. motor listrik superkonduktor
Superkonduktor juga digunakan untuk membuat suatu motor listrik dengan tenaga 5.000 tenaga kuda
DAFTAR
PUSTAKA
