BAB I

MAKALAH

BAHAN SUPERKONDUKTOR

Disusun Oleh :Nama

: Septa SetiadiNIM

: 13224006Mata Kuliah

: Kimia Dan Bahan ListrikDosen

: Bpk, Suryatin Ir.

Institut Sains dan Teknologi Nasional

Jakarta

2014BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Superkonduktor masih menjadi topik yang hangat dikaji, mengingat besarnya sumbangan yang akan diberikan apabila suhu kritis yang akan dicapai sudah mendekati suhu ruang. Namun dewasa ini para peneliti masih dipermasalahkan dengan beberapa macam tantangan. Khusus superkonduktor sistem Bismuth yang terdiri atas tiga fase Tc-rendah 2201 (30K), fase Tc-rendah 2212 (80K), dan fase Tc-tinggi 2223 (110K) dalam menghasilkan sampel dengan kualitas semurni mungkin. Sintesis fase tunggal atau kristal tunggal superkonduktor sistem bismuth, khususnya fase suhu tinggi (fase 2223) yang mempunyai suhu kritis sekitar 110K, masih sangat susah. Hal ini disebabkan jangkauan suhu pembentukan superkonduktor fase 2223 sangat pendek, yaitu berkisar antara 8350 C sampai 8570 C seperti yang telah dilaporkan oleh Strobel dan kawan-kawan.

Beberapa upaya yang telah dilakukan untuk memperoleh fase tunggal atau kristal tunggal superkonduktor fase 2223, seperti penggunaan doping Pb dan doping Sb, penggunaan fluks (Bi2O3, KCl, dan NaCl). Disamping itu juga dilakukan dengan mengubah beberapa parameter pemrosesan seperti variasi komposisi awal seperti yang dilaporkan oleh Satoshi dan kawan-kawan dan variasi suhu sintering. Namun semua penelitian tersebut belum mampu menghasilkan sampel sesuai dengan yang diharapkan.

1.2. Rumusan Masalah

Permasalahan dalam makalah ini dititikberatkan pada masalah mengenai bahan-bahan superkonduktor dan aplikasi bahan-bahan superkonduktor dalam berbagai bidang.

Berdasarkan latar belakang makalah ini, maka penyusun membuat suatu rumusan masalah, yaitu :1. Prinsip Superkonduksi.

2. Contoh Superkonduktor.

3. Penggunaan Bahan Superkonduktor.

1.3. Batasan Masalah

Hukum Termodinamika I dan Hukum Termodinamika II.

1.4. Tujuan

Adapun tujuan dari penyusunan paper ini dapat saya bagi menjadi dua:

1.4.1 Tujuan Umum

1. Memberikan penjelasan mengenai bahan-bahan superkonduktor

2. Penerapan bahan superkonduktor dalam berbagai bidang

1.3.2 Tujuan Khusus

1. Untuk memenuhi tugas mata kuliah Kimia dan Bahan Listrik

1.5. Manfaat

Makalah ini kami susun dengan maksud agar kita semua dapat mendalami tentang bagaimana prinip kerja superkonduktor, mengetahui apa-apa saja contoh dari superkonduktor tersebut, serta memahami penggunaan superkonduktor tersebut.

BAB II

PEMBAHASAN

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 kecil), semikonduktor (bahan yang nilai resistivitasnya ada diantara sifat 2 bahan tersebut), dan superkonduktor (bahan yang nilai resistivitasnya nol).

2.1. Prinsip Superkonduktor

Superkonduktivias adalah sebuah fenomena yang terjadi dalam beberapa material pada suhu rendah, dicirikan dengan ketiadaan hambatan listrik dan "dampin" dari medan magnetik interior (efek Meissner). Superkonduktivitas adalah sebuah fenomena mekanika-kuantum yang berbeda dari konduktivitas sempurna.

Dalam superkonduktor konvensional, superkonduktivitas disebabkan oleh sebuah gaya tarik antara elektron konduksi tertentu yang meningkat dari pertukaran phonon, yang menyebabkan elektron konduksi memperlihatkan fase superfluid terdiri dari pasangan elektron yang berhubungan. Ada juga sebuah kelas material, dikenal sebagai superkonduktor tidak konvensional, yang memperlihatkan superkonduktivitas tetapi yang ciri fisiknya berlawanan dengan teori superkonduktor konvensional. Apa yang disebut superkonduktor suhu-tinggi superkonduk pada suhu yang jauh lebih tinggi dari yang dimungkinkan menurut teori konvensional (meskipun masih jauh di bawah suhu ruangan.) Sekarang ini tidak ada teori lengkap tentang superkonduktivitas suhu-tinggi.

Superkonduktivitas terjadi di berbagai macam material, termasuk unsur sederhana seperti timah dan aluminum, beberapa logam alloy, beberapa semikonduktor di-dop-berat, dan beberapa "compound" keramik berisi bidang atom tembaga dan oksigen. Kelas compound yang terkahir, dikenal sebagai kuprat, adalah superkonduktor suhu-tinggi.

Superkonduktivitas tidak terjadi 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.

2.2. Sifat Superkonduktor

Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh H. Kamerlingh Onnes di Universitas Leiden Belanda pada tahun 1911. Suatu bahan dikatakan Superkonduktor apabila mempunyai sifat-sifat berikut:

- Tanpa resistivitas (hambatan nol) untuk semua suhu dibawah suhu kritis.- Medan magnetik di dalam bahan superkonduktor sama dengan nol.

Superkonduktivitas suatu bahan akan lenyap bila temperatur bahan lebih tinggi dari suhu kritis, bila bahan berada pada medan magnet yang cukup kuat atau mengalirkan arus dengan kerapatan tinggi. Kekuatan medan magnet kritis (Hc), Rapat arus kritis (Jc), dan Suhu kritis (Tc), merupakan variabel yang paling bergantung satu sama lainnya. Apabila bahan superkonduktor diberi medan magnet luar yang diperbesar, maka pada suatu nilai medan magnet tertentu, sifat superkonduktor tersebut akan hilang. Nilai atau besar medan magnet pada suatu bahan kehilangan sifat superkonduktornya disebut medan magnet kritis (Hc).2.3. Metode Sintesis Superkonduktor

Superkonduktor sistem Bismuth terdiri atas tiga fase Tc-rendah 2201 (30K), fase Tc-rendah 2212 (80K), dan fase Tc-tinggi 2223 (110K). Sintesis fase tunggal atau kristal tunggal superkonduktor sistem bismuth, khususnya fase suhu tinggi (fase 2223) yang mempunyai suhu kritis sekitar 110K dalam mendapatkan kualitas semurni mungkin masih sangat susah. Hal ini disebabkan jangkauan suhu pembentukan superkonduktor fase 2223 sangat pendek, yaitu berkisar antara 8350 C sampai 8570 C.

Beberapa upaya yang telah dilakukan untuk memperoleh fase tunggal atau kristal tunggal superkonduktor fase 2223, seperti penggunaan doping Pb dan doping Sb, penggunaan fluks (Bi2O3, KCl, dan NaCl). Disamping itu juga dilakukan dengan mengubah beberapa parameter pemrosesan seperti variasi komposisi awal. Namun semua penelitian tersebut belum mampu menghasilkan sampel sesuai dengan yang diharapkan.2.4. Bahan SuperkonduktorBahan konduktor yang dijumpai sehari-hari, selalu mempunyai resistansi. Hal ini disebabkan bahan-bahan tersebut mempunyai resistivitas. Seperti telah dibahas bahwa resistivitas akan mencapai harga nol pada suhu kritis (TC). Terdapat dua perangkat yang umum menggunakan super konduktor, yaitu :

a. Elektromagnet Karena konduktor tidak mempunyai kerugian yang disebabkan resistansi, maka dimungkinkan membuat selenoide dengan super konduktor tanpa kerugian yang menimbulkan panas. Selenoide dengan arus yang sangat kecil pada medan magnet nol untuk kawat yang digunakan memungkinkan membangkitkan sebuah medan magnet tipis dari lilitan. Karena dengan bahan super konduktor memungkinkan membuat elektromagnet yang kuat dengan ukuran yang kecil. Aplikasi dari elektromagnet dengan super konduktor antara lain : komponen Magneto Hidro Dinamik.

Beberapa bahan superkonduktor :

A Unsur :

Li ,Be, Al, Ti ,V, Cr ,Zn ,Ga ,Zr ,Nb, Mo, Tc ,Ru, Rh, Pd, Cd, In, Sn ,La, Hf, Ta, W, Re ,Os, Ir, Pt, Hg, Tl, Pb, Th, Pa, U, Am.

b. Elemen Penghubung Karena super konduktor mempunyai Hc dan Tc, maka dalam pemakaian super konduktor sebagai elemen penghubung dapat menggunakan pengaruh salah satu besaran di atas. Artinya suatu gawai penghubung yang menggunakan super konduktor akan dapat berubah sifatnya dari super konduktor menjadi konduktor biasa karena pengubahan suhu atau medan magnet di atas nilai kritisnya. Pemutus arus yang bekerja dipengaruhi oleh magnetik dielektrik Cryotron, misalnya digunakan pada pemutus komputer.

2.5. Aplikasi / Penggunaan Superkonduktor

Sistem mendeteksi kecacatan ini membuat para pakar sains fisika bahan meneliti lebih jauh di dalam bidang fisika terutama untuk bahan-bahan padat. Teknik ini membenarkan kerusakan-kerusakan yang tidak dapat dilihat di dalam bahan dapat diketahui. Teknik ini juga telah dicoba dalam disiplin sains yang lain termasuk biologi. Teknik pengujian ultrasonik telah membuka peluang baru kepada para penderita tumor otak dimana dengan pengujian ultrasonik, tumor di dalam otak dapat dikesan.

Teknik ini juga mengurangkan penggunaan sinar-X di dalam beberapa metode kedokteran yang ternyata penggunaan sinar-X amat berbahaya terhadap jaringan (tissue) tubuh di badan manusia dan juga kepada wanita hamil. Berdasarkan kepada prinsip gema pulsa ini juga sistem sonar dicipta. Sistem sonar adalah teknik dimana penggunaan gelombang elektromagnet di dalam sistem radar digantikan dengan ultrasonik. Sistem sonar digunakan dalam menentukan posisi sebuah kapal selam ketika waktu perang. Tetapi kini digunakan pula untuk menentukan bentuk muka bumi di dasar lautan dan juga kelompok-kelompok ikan untuk tujuan nelayan.

Gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke dasar lautan akan terpantul apabila ia tiba di dasar. Ketidakseragaman permukaan dasar lautan akan melahirkan variasi pantulan pulsa dan melalui gema yang terhasil, parit, jurang, dan juga gunung-gunung di dasar lautan dapat dipetakan. Waktu yang diambil oleh pulsa untuk kembali ke pada transduser pengobservasi dari transduser pemancar akan membolehkan kedalaman lautan di sesuatu kawasan itu dapat dianggarkan hingga ke angka yang paling tepat. Variasi gema pulsa juga digunakan oleh bot-bot nelayan untuk mendeteksi kumpulan ikan di bawah permukaan air. Aplikasi lainnya adalah :

Kereta Magnet (Maglev, Magnetic Levitation Train) Di Jepang, kereta api supercepat ini diberi nama The Yamanashi MLX01 MagLev train, dimana kereta ini dapat melayang diatas magnet superkonduktor. Dengan melayang, maka gesekan antara roda dengan rel dapat dihilangkan dan akibatnya kereta dapat berjalan dengan sangat cepat, 343 mph (550 km/jam).

Generator listrik super-efisien. Bayangkan pembangkit-pembangkit listrik bisa berefisiensi tinggi. Berapa milyar uang negara yang bisa di hemat? Sebagai perbandingan, untuk transmisi listrik, pemerintah AS dan Jepang berencana untuk menggunakan kabel superkonduktor dengan pendingin nitrogen untuk menggantikan kabel tembaga. Menurut perhitungan, arus yang dapat ditransmisikan akan jauh meningkat, 250 pon kabel superkonduktor dapat menggantikan 18.000 pon kabel tembaga.

Supercomputer Jangankan Pentium Core 2 Duo, ratusan kali lebih cepat dari processor PC tercepat saat ini pun bisa dibuat dengan superkonduktor. Bahkan di bidang militer, HTS-SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices) telah digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan ranjau laut. Kedokteran Diciptakannya alat MRI, sebuah alat pencitra Gema Magnetik.BAB IIIJENIS SUPERKONDUKTORTipe 1 Superkonduktor

Gambar 16. Karakteristik Hambatan Superkonduktor Tipe 1 Terhadap TemperaturSuperkonduktor tipe I memiliki kekhasan dimana tahanan yang diamati adalah nol. Ketika dinaikkan temperaturnya melebihi 4,153 K ternyata, tahanannya mendadak naik. temperatur dimana suatu bahan memiliki sifat superkonduktif maka disebut temperatur kritik (Tc).

Pada tipe ini, terjadi peristiwa unik dimana medan magnet luar yang cukup kecil 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 nol (diamagnet sempurna). Gejala ini dikenal dengan efek Meissner dan terjadi di bawah temperatur kritik.

Gejala inilah yang membuat bahan superkonduktor dapat melayang di udara (gambar 8) atau yang membuat kereta api maglev melayang di atas rel. Namun, jika medan magnet luar terlalu besar (melebihi medan magnet kritik, Hc) maka bahan tersebut kehilangan sifat superkonduktivitas.Berikut diberikan unsur-unsur superkonduktor (tipe 1 unsur yang berwarna biru).

Gambar 17. Unsur-Unsur Superkonduktor

Tipe 2 Superkonduktor

Gambar 18. Bentuk Kristal Tipe 2 Cuprate

Berbeda dengan superkonduktor I, superkonduktor tipe II memiliki dua buah nilai medan kritik, yaitu medan kritik bawah, Hc1 dan medan kritik atas, Hc2. Jika medan luar (H) yang diberikan lebih kecil dari Hc1 (H