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 penggunaam superkonduktor belum
praktis, dikarenakan masalah perlunya pendinginan (suhu kritis
superkonduktor masih jauh di bawah suhu kamar). Tulisan singkat berikut
mengajak Anda mengenal lebih jauh superkonduktor.
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).
Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh seorang fisikawan Belanda,
Heike Kamerlingh Onnes, dari Universitas Leiden pada tahun 1911. Pada
tanggal 10 Juli 1908, Onnes berhasil mencairkan helium dengan cara
mendinginkan hingga 4 K atau ? 269oC. Kemudian pada tahun 1911, Onnes
mulai mempelajari sifat-sifat listrik dari logam pada suhu yang sangat
dingin. Pada waktu itu telah diketahui bahwa hambatan suatu logam akan
turun ketika didinginkan dibawah suhu ruang, akan tetapi belum ada yang
dapat mengetahui berapa batas bawah hambatan yang dicapai ketika
temperatur logam mendekati 0 K atau nol mutlak. Beberapa ahli ilmuwan
pada waktu itu seperti William Kelvin memperkirakan bahwa elektron yang
mengalir dalam konduktor akan berhenti ketika suhu mencapai nol mutlak.
Dilain pihak, ilmuwan yang lain termasuk Onnes memperkirakan bahwa
hambatan akan menghilang pada keadaan tersebut. Untuk mengetahui yang
sebenarnya terjadi, Onnes kemudian mengalirkan arus pada kawat merkuri
yang sangat murni dan kemudian mengukur hambatannya sambil menurunkan
suhunya. Pada suhu 4,2 K, Onnes terkejut ketika mendapatkan bahwa
hambatannya tiba-tiba menjadi hilang. Arus mengalir melalui kawat
merkuri terus menerus. Kurva hasil pengamatan Onnes digambarkan pada
gambar 1.
Dengan tidak adanya hambatan, maka
arus dapat mengalir tanpa kehilangan energi. Percobaan Onnes dengan
mengalirkan arus pada suatu kumparan superkonduktor dalam suatu
rangkaian tertutup dan kemudian mencabut sumber arusnya lalu mengukur
arusnya satu tahun kemudian ternyata arus masih tetap mengalir. Fenomena
ini kemudian oleh Onnes diberi nama superkondutivitas. Atas penemuannya
itu, Onnes dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913.
Penemuan lainnya yang berkaitan dengan superkonduktor terjadi pada
tahun 1933. Walter Meissner dan Robert Ochsenfeld menemukan bahwa suatu
superkonduktor akan menolak medan magnet. Sebagaimana diketahui, apabila
suatu konduktor digerakkan dalam medan magnet, suatu arus induksi akan
mengalir dalam konduktor tersebut. Prinsip inilah yang kemudian
diterapkan dalam generator. Akan tetapi, dalam superkonduktor arus yang
dihasilkan tepat berlawanan dengan medan tersebut sehingga medan
tersebut tidak dapat menembus material superkonduktor tersebut. Hal ini
akan menyebabkan magnet tersebut ditolak. Fenomena ini dikenal dengan
istilah diamagnetisme dan efek ini kemudian dikenal dengan efek
Meissner. Efek Meissner ini sedemikian kuatnya sehingga sebuah magnet
dapat melayang karena ditolak oleh superkonduktor, gambar 2. Medan
magnet ini juga tidak boleh terlalu besar. Apabila medan magnetnya
terlalu besar, maka efek Meissner ini akan hilang dan material akan
kehilangan sifat superkonduktivitasnya.
Dengan
berlalunya waktu, ditemukan juga superkonduktor-superkonduktor lainnya.
Selain merkuri, ternyata beberapa unsur-unsur lainnya juga menunjukkan
sifat superkonduktor dengan harga Tc yang berbeda. Sebagai contoh, karbon juga bersifat superkonduktor dengan Tc
15 K. Hal yang ironis adalah logam emas, tembaga dan perak yang
merupakan logam konduktor terbaik bukanlah suatu superkonduktor.
Pada tahun 1986 terjadi sebuah terobosan baru di bidang
superkonduktivitas. Alex Müller and Georg Bednorz, peneliti di
Laboratorium Riset IBM di Rüschlikon, Switzerland berhasil membuat suatu
keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum, Barium, Tembaga, dan Oksigen
yang bersifat superkonduktor pada suhu tertinggi pada waktu itu, 30 K.
Penemuan ini menjadi spektakuler karena keramik selama ini dikenal
sebagai isolator. Keramik tidak menghantarkan listrik sama sekali pada
suhu ruang. Hal ini menyebabkan para peneliti pada waktu itu tidak
memperhitungkan bahwa keramik dapat menjadi superkonduktor. Penemuan ini
membuat keduanya diberi penghargaan hadiah Nobel setahun kemudian.
Penemuan demi penemuan dibidang superkonduktor kini masih saja
dilakukan oleh para peneliti di dunia. Penemuan lainnya yang juga
fenomenal adalah berhasil disintesanya suatu bahan organik yang bersifat
superkonduktor, yaitu (TMTSF)2PF6. Titik kritis senyawa organik ini
masih sangat rendah yaitu 1,2 K.
Pada bulan
Februari 1987, ditemukan suatu keramik yang bersifat superkonduktor pada
suhu 90 K. Penemuan ini menjadi penting karena dengan demikian dapat
digunakan nitrogen cair sebagai pendinginnya. Karena suhunya cukup
tinggi dibandingkan dengan material superkonduktor yang lain, maka
material-material tersebut diberi nama superkonduktor suhu tinggi.Suhu
tertinggi suatu bahan menjadi superkonduktor hingga saat ini adalah 138
K, yaitu untuk suatu bahan yang memiliki rumus Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33.
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 dibidang 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, gambar 3. Kereta api ini melayang diatas
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/jam.
Penggunaan superkonduktor yang sangat luas tentu saja dibidang listrik.
Generator yang dibuat dari superkonduktor memiliki efisiensi sebesar 99
an ukurannya jauh lebih kecil dibandingkan dengan generator yang
menggunakan kawat tembaga. 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. 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 7000 ari segi tempat.
Dibidang komputer, superkonduktor digunakan untuk membuat suatu
superkomputer dengan kemampuan berhitung yang fantastis. Di bidang
militer, HTS-SQUID digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan ranjau
laut. Superkonduktor juga digunakan untuk membuat suatu motor listrik
dengan tenaga 5000 tenaga kuda.
Berdasarkan
perkiraan yang kasar, perdagangan superkonduktor di dunia diproyeksikan
untuk berkembang senilai $90 trilyun pada tahun 2010 dan $200 trilyun
pada tahun 2020. Perkiraan ini tentu saja didasarkan pada asumsi
pertumbuhan yang linear. Apabila superkonduktor baru dengan suhu kritis
yang lebih tinggi telah ditemukan, pertumbuhan dibidang superkonduktor
akan terjadi secara luar biasa.
Sumber : Fisikanet
Tidak ada komentar:
Posting Komentar