TUGAS 1BAHAN LISTRIKSUPER KONDUKTOR

I MADE EKO ADI SETIAWAN1404405022

TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS UDAYANA2014

S u p e r k o n d u k t o r

Pendahuluan Pengertian SUPERKONDUKTOR Manfaat SUPERKONDUKTOR Era Baru SUPERKONDUKTOR

Pendahuluan

Materi yang terkandung dalam topik matakuliah ini merupakan bekal dalam meningkatkan penguasaan konsep tentang superkonduktor. Selain konsep-konsep materi, superkonduktor dipelajari juga penerapan penggunaan superkonduktor dalam kehidupan. Setelah mempelajari matakuliah ini kompetensi yang diharapkan adalah agar Anda dapat:1. menjelaskan pengertian superkonduktor2. menjelaskan manfaat superkonduktor3. menjelaskan era baru superkonduktor

Pembahasan akan lebih difokuskan pada modul 7 yang membahas tentang superkonduktor. Tulisan singkat berikut mengajak Anda mengenal lebih jauh tentang superkonduktor.

Pengertian Superkonduktor

Superkonduktor belakangan ini menjadi topik pembicaraan dan penelitian yang paling populer. Superkonduktor menjanjikan banyak hal bagi kita, misalnya transmisi listrik yang efisien (tak ada lagi kehilangan energi selama transmisi). Memang saat ini penggunaan superkonduktor belum praktis, dikarenakan masalah perlunya pendinginan (suhu kritis superkonduktor masih jauh di bawah suhu kamar). Apa itu superkonduktor? Berdasarkan bahasa, konduktor artinya suatu bahan yang dapat menghantarkan listrik (conduct = hantar), dan super artinya luar biasa. Sehingga superkonduktor itu adalah suatu bahan yang bisa menghantarkan listrik dengan sangat hebat dan memiliki tahanan listrik nol. Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan dibawah suatu nilai suhu tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor, semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan ruang. Suhu dimana terjadi perubahan sifat konduktivitas menjadi superkonduktor disebut dengan temperatur kritis (Tc). Jika tahanan listrik ini nol maka arus yang dialirkan tidak akan kehilangan energi, dengan kata lain efisiensi arus menjadi sangat tinggi. Hal tersebut dapat terjadi jika temperatur bahan tersebut berada di bawah temperatur kritis (Tc).

Pemanfaatan Superkonduktor

Gambar 1. Kereta Api Maglev Tipe Yamanashi MLX01.Superkonduktor kini telah banyak digunakan dalam berbagai bidang. Hambatan tidak disukai karena dengan adanya hambatan maka arus akan terbuang menjadi panas. Apabila hambatan menjadi nol, maka tidak ada energi yang hilang pada saat arus mengalir. Penggunaan superkonduktor di bidang transportasi memanfaatkan efek Meissner, yaitu pengangkatan magnet oleh superkonduktor. Hal ini diterapkan pada kereta api supercepat di Jepang yang diberi nama The Yamanashi MLX01 MagLev train (Lihat Gambar 1). Kereta api ini melayang di atas magnet superkonduktor. Dengan melayang, maka gesekan antara roda dengan rel dapat dihilangkan dan akibatnya kereta dapat berjalan dengan sangat cepat, 343 mph atau sekitar 550 km per jam.

Gambar 2. MRI dari Tengkorak Manusia.Magnetic Resonance Imaging, dipergunakan dalam bidang kedokteran. Menggunakan medan magnet dan gelombang radio sehingga lebih aman dibandingkan X-ray.

Gambar 3. Pengeboran Minyak dan Mineral Menggunakan SQUID Superconducting Quantum Interference Device (SQUID), dapat mendeteksi medan magnet sangat kecil. Dipakai mencari minyak dan mineral.

Gambar 4. GeneratorPenggunaan superkonduktor yang sangat luas tentu saja dibidang listrik. Generator konvensional yang menggunakan kawat tembaga memiliki efisiensi 98,5-99,0 persen, sedangkan generator superkonduktor efisiensinya dapat mencapai 99,6 persen. Hal ini disebabkan superkonduktor dapat menghasilkan medan magnet sangat kuat sehingga generator dapat dibuat dengan ukuran lebih kecil dari yang konvensional. Jepang telah menciptakan generator superkonduktor berdaya 70 MW.Penggunaan lain superkonduktor adalah sebagai transformator. Komponen transformator merupakan 25 persen dari keseluruhan jaringan tegangan tinggi.Demikian pula dengan tenaga baterai. Alat penyimpan energi listrik (Superconducting Magnetic Energy Storage/SMES) dengan elektrokimia mempunyai efisiensi 50-90 persen. Sementara, dengan magnet superkonduktor mempunyai efisiensi 95 persen.

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.

Gambar 5. The General Atomics/Intermagnetics General superconductingFault Current Controller, employing HTS superconductors.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 dan jaringan transmisi. Kabel transmisi yang membawa listrik tanpa kehilangan energi, artinya akan membawa listrik lebih banyak daripada kabel tembaga. Hal ini akan menghemat biaya dan ruang yang diperlukan pun menjadi lebih kecil.

Gambar 6. Kabel transmisi superkonduktorComputer tercepat saat ini hanya bekerja sampai pada kecepatan teraflop sekitar jutaan/detik. NASA beserta berbagai Universitas mulai mengembangkan komputer petaflop. Petaflop dapat bekerja dengan kecepatan jutaan ribu/detik. Komputer, akan lebih cepat dan tidak memerlukan ruang untuk pendinginan. Bagaimanapun, tanpa kesimpulan apapun komputer dimasa depan akan dibangun berdasarkan device superkonduktor

Gambar 7. Hypres Superconducting Microchip,Incorporating 6000 Josephson Junctions. Penggerak (motor) sering digunakan dalam bidang militer, biasa dipakai di kapal selam dan kapal laut. Dengan berbahan superkonduktor maka wujudnya akan lebih kecil dan lebih efisien. Sedangkan teknologi pencitraan terhadap suatu benda dapat menggunakan superkonduktor dengan mengurangi kesalahan mendekati nol. Detektor sinar superkonduktor dikembangkan dengan berbagai jenis kemampuan untuk mendeteksi sejumlah energi yang sangat lemah. Saat ini peneliti Eropa telah mengembangkan S-Cam, yaitu kamera optik dengan kemampuan sensitifitas yang mengagumkan (lihat gambar 7). Dan mungkin sebentar lagi superkonduktor akan memainkan peranan pentingnya dalam komunikasi internet.

Era Baru Superkonduktor

Mulanya superkonduktor tidak dapat diaplikasikan dengan alasan Tc nya sulit untuk dicapai. Namun sejak tahun 1986, terjadi sebuah terobosan baru di bidang superkonduktivitas. ketika Alex Miller dan George Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Zurich, Switzerland, berhasil membuat keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum, Barium, Tembaga, dan Oksigen, yang bersifat superkonduktor pada suhu tertinggi pada waktu itu, 35 K. Padahal selama ini keramik dikenal sebagai isolator. Keramik tidak mengantarkan listrik sama sekali pada suhu ruang. Hal ini menyebabkan para peneliti pada waktu itu tidak memperhitungkan bahwa keramik dapat menjadi superkonduktor. Penemuan ini dipublikasikan di Jerman dalam jurnal Zeitschrift for Physik, September 1986. Pada tahun 1987, Paul C. W. Chu dari Universitas Houston berhasil membuat bahan superkonduktor dengan Tc 93K. Bahan tersebut disusun oleh yttrium, barium, tembaga dan oksigen dengan rumus molekul YBa2Cu3O7-x. Setahun kemudian Paul Chu membuat superkonduktor dengan Tc yang lebih besar, 120K. Tersusun dari unsur bismuth, stronsium, kalsium, tembaga dan oksigen. Para ahli terus berusaha meneliti berbagai material agar diperoleh superkonduktor temperatur kamar. Bangsa kita pun bisa membuat superkonduktor, salah satunya di Laboratorium Fisika Material, Superkonduktor dan Organik Terkonjugasi (FISMOTS) di jurusan fisika ITB. Bahan yang digunakan berbentuk keramik. Pembuatannya dengan metoda padatan, dipanaskan dalam tungku lalu digerus. Proses tersebut dapat dilanjutkan dengan proses pelelehan dan pendinginan bertahap. Setelah tahap ini selesai maka masuk ke dalam tahap terakhir yaitu proses annealing dalam atmosfer tertentu untuk mencapai tingkat kadar oksigen tertentu sesuai yang diinginkan. Biasanya kadar oksigen dalam kristal mempengaruhi Tc yang tinggi. Umumnya karakterisasi dasar bahan superkonduktor yang dilakukan meliputi karakteriasasi efek Meissner, pengukuran tahanan terhadap suhu, pengukuran difraksi sinar X (XRD) dan pengukuran Scanning Electron Microprobe (SEM). Prof. Dr. Barmawi menyebut superkonduktor sangat bermanfaat untuk pembuatan kabel listrik yang stabil serta menghindari masalah mekanik yang muncul karena adanya gaya yang bekerja pada arus yang berasal dari medan magnet yang ditimbulkan arus tersebut. Dalam pembuatan kumparan bermedan magnet tinggi, misalnya, bila medan magnet diperbesar maka medan magnet tersebut dapat menembus bahan superkonduktor tanpa merusak daya superkonduktifitasnya.Superkonduktor organik merupakan bagian dari keluarga konduktor organik termasuk didalamnya adalah molekul Garam, Polimer dan Sistem Karbon murni (termasuk didalamnya adalah C60). Molekul Garam dengan keluarganya merupakan molekul organic terbesar yang memiliki superkonduktivitas dengan suhu sangat rendah. Dengan alasan ini mereka sering dikatakan sebagai superkonduktor molekul.

Gambar 8. (TMTSF)2PF6 superkonduktor organik pertama yang ditemukan Courtesy Laboratoire de Physique des Solides Secara teori hal ini telah diperkirakan oleh Bill Little dari Universitas Stanford pada tahun 1964. Tetapi superkonduktor organik pertama (TMTSF)2PF6 baru tersintesis pada tahun 1980 oleh Peneliti Danish yaitu Klaus Bechgaard dari Universitas Copenhagen beserta anggota tim Perancis D. Jerome, A. Mazaud, and M. Ribault. Lima puluh superkonduktor organik telah ditemukan dengan Tc dari 0,4K sampai 12K (pada tekanan ambient).