superkonduktivitas

TINJAUAN EKSPERIMENTAL

PRESENTED BYREVAL DZRIXHON L.

SUPERKONDUKTIVITAS

DEFINISI

SUPERKONDUKTIVITAS adalah suatu fenomena hilangnya hambatan listrik pada suatu material dibawah temperatur kritis.

fenomena superkonduktivitas ditandai dengan hilangnya hambatan listrik ( R = 0), dan pengeluaran medan magnetik dalam material

( B = 0)

HistoriHistori

Superkonduktivitas ditemukan oleh Heike Kamerlings Onnes pada tahun 1911.

Onnes menemukan bahwa pada temperatur 4,2 K hambatan listrik kawat merkuri hilang

Akurensi Superkonduktivitas

Temperatur Kritis ( Tc)Temperatur Kritis ( Tc)

Suhu transisi antara keadaan NORMAL dengan keadaan SUPERKONDUKSI.

T > Tc, material dalam keadaan normal ( konduktor atau isolator)

T < Tc, material dalam keadaan superkonduksi.

Dalam kedaan superkonduksi, hambatan listrik (resistansi) material hilang/lenyap , R = 0


Akurensi Superkonduktor

Superkonduktivitas dapat terjadi pada beberapa logam, paduan antar senyawa logam dan semikonduktor

Superkonduktivitas beberapa logam ada yang terjadi hanya pada temperatur Tinggi.Contoh : Cesium ------ 110 kbar, Tc = 1,5 K

Silikon ------- 165 kbar, Tc = 8,3 KUnsur-unsur yang pada suhu kamar merupakan

konduktor justru tidak memiliki superkonduktivitas pada suhu rendah. Contoh : tembaga, perak, emas, dan logam alkali (Li, Na dan K).

Superkonduktor yang terdiri dari unsur-unsur tunggal yang dipelopori oleh temuan Onnes disebut dengan superkonduktor tipe-1 (superkonduktor konvensional)


Superkonduktor yang sudah ditemukan

Tabel Superkonduktivitas beberapa unsur dan senyawa

Unsur Tc (K) Senyawa Tc (K)Al Merkuri (Hg)ZincTinSnTaVPbNbThU

1,194,150,883,723,734,395,1

7,228,001,3

0,68

Nb2Sn

Nb3Ge

Nb3Al

NbN

(SN)x polymer

V3Ga

V3Si

Pb1Mo5.1S6

Ti2Co

La3In

Senyawa keramik

YBa2Cu2O3

TIBaCuCaO

18,0523,217,516,00,2616,517,114,43,4410,4

90125

Medan KritisMedan Kritis

Medan magnetik yang cukup kuat dapat melenyapkan superkonduktivitas pada suatu material superkonduktor

Harga kritis dari medan magnetik untuk menghilang-kan superkonduktivitas disebut MEDAN KRITIS (Hc).

Kehadiran medan magnetik mempengaruhi tingginya temperatur kritis

Grafik Ketergantungan Tc terhadap Hc

Hc

Normal

Superkonduksi

Tc

Destruksi Superkonduktivitas


Contoh : Tanpa medan magnetik, harga Tc dari

timbal (Pb) adalah 7,2 K. Apabila ia dikenai medan sebesar

48000 A/m, maka suhu kritisnya turun menjadi 4 K.

Artinya, kehadiran medan magnetik 48000 A/m, pada suhu 5 K pun, Pb masih dalam keadaan normal.

Medan kritis Hc dinyatakan dalam persamaan :

Hc(T) = Hc (0) [ 1 - (T/Tc)2]


Arus KritisMedan kritik ini tidak harus berasal dari luar, tapi juga bisa ditimbulkan oleh medan internal, yaitu jika ia diberi aliran arus listrik. Untuk superkonduktor berbentuk kawat beradius r, arus kritiknya dinyatakan oleh aturan Silsbee :

Ic = 2 phi . r . Hc

Jadi pada suhu tertentu ( T < Tc ) , bahan superkonduktor memiliki ketahanan yang terbatas terhadap medan magnet dari luar dan arus listrik yang bisa diangkutnya. Kalau harga-harga kritik ini dilampaui, sifat superkonduktor bahan akan lenyap dengan sendirinya. Ambil contoh untuk kawat Pb beradius 1 mm pada suhu 4 K, agar ia tetap bersifat superkonduktor ia tidak boleh menerima medan magnet lebih besar dari 48000 A/m atau mengangkut arus listrik lebih dari 300 A

Walter MeissnerWalter Meissner

Pada tahun 1933, Walter Meissner dan robert Ochsenfeld menemukan bahwa suatu superkonduktor akan menolak medan magnetik.

Efek meissner terjadi jika suatu superkonduktor didinginkan dalam medan magnetik sampai temperatur transisi.

Medan magnetik luar didistorsi sehingga tidak dapat menembus material superkonduktor

Meissner Effect

Meissner Effect

Keadaan normal (T>Tc)Medan magnetik dalam material ada yaitu hampir sama dengan medan magnetik luarnya

suseptibilitas magnetiknya 0 dan permebilitas magnetiknya 1

Superkonduksi (T<Tc)medan magnetik luar didistorsi ke sisi material sehingga medan dalam material tidak ada.

susptibilitanya -1 (perfect diamegnetic)

permebilitas magnetiknya 0

Perfect Diamagnetic

Ketiadak hadiran medan magnetik dalam material dikarenakan arus pusaran yang diinduksi dalam material itu selalu berlawanan dengan perubahan fluks magnetik dari medan magnetik luar ( hukum Lenz)

Bila sebuah material ditempatkan dalam medan magnet luar Ba, maka medan magnetik B dalam material itu berbeda dari Ba karena magnetisasi M (momen magnetik per satuan volum) dalam material itu.

(CGS) B = Ba + 4πM

(SI) B = Ba + µ0M

Hubungan antara magnetisasi M dengan medan dalam material B dapat dinyatakan dalam suseptibilitas magnetik χm.

µ0M = (χm /1+ χm ) B

Pada keadaan superkonduksi χm = -1 dan κ = 1+ χm = 0 maka, medan magnetik dalam material B = 0

LevitasiLevitasi

Sebuah material super-konduktor (lempeng hitam) mengerahkan se-buah gaya tolak pada sebuah magnet, sehingga menopang magnet itu di udara/ magnet me-ngambang (levitasi)

Meissner Effect

Type-1 superkonductorType-1 superkonductor Type-2 superconductorType-2 superconductor

Hubungan Magetisasi M dengan Medan Magnetik Ba

EntopiEntopi

Entropi adalah ukuran ketidak-aturan suatu sistem.

Entropi pada keadaan superkonduksi lebih rendah dari pada keadaan normal, karena elektron lebih teratur daripada keaadaan normal.

Plot Hub. Antara S normal, S superkonduksi terhadap fungsi suhu

Kapasitas Panas

Kapasitas Panas

Kapasitas panas elektronik berbanding lurus terhadap temperatur pada keadaan non-superkonduksi.

Pada keadaan transisi superkonduksi, grafik mengalami kenaikan secara diskontinu.

Pada keadaan superkonduksi, kapasitas panas elektroniknya turun secara eksponensial terhadap penurunan suhunya

Energi Gap

Normal (insulator)

εf

Superkonduktor

εf

Eg

Energi Gap

Energi Gap menurun secara kontinu sampai nol ketika temperaturnya dinaikkan sampai pada temperatur transisi.

Eg(T)/Eg(0)

1

T/Tc

0 1

superkonduktivitas

Documents