Upload
jumanto-sardion-panjaitan
View
215
Download
26
Embed Size (px)
Citation preview
Kata Pengantar
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan
Rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas ini. Penulis juga berterima kasih kepada
dosen dan teman yang telah membantu dalam mengerjakan makalah ini dalam bentuk
materi dan motivasi.
Tugas ini diberikan oleh dosen yang bertujuan untuk pemenuhan tugas Material
Elektroteknik. Informasi yang ada di makalah ini diharapkan mampu membuka pikiran kita
lebih luas lagi tentang apa saja yang termasuk ke dalam material elektroteknik, secara
khusus aplikasi dari superkonduktor dan perkembangannya.
Akhir kata, penulis menyadari bahwa dalam pembuatan makalah ini masih terdapat
kesalahan-kesalahan dan kekurangan-kekurangan sehingga penulis mengharapkan kritik
dan saran yang dapat membantu dalam penyempurnaan makalah ini.
Bandar Lampung, 23 Maret 2011
Penulis
DAFTAR ISI
Kata Pengantar
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang..............................................................................
B. Tujuan...........................................................................................
BAB II PENGANTAR
A. Teori Dasar...................................................................................
BAB III ISI
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar belakang
Superkonduktor bukanlah sesuatu hal, yang baru kita kenal. Dan sudah suatu kewajiban
buat kita sebagai mahasiswa teknik elektro untuk mengerti dan memahami apa itu
superkonduktor. Pada tahun 1911 oleh fisikawan Belanda H.K. Onnes, yaitu ketika ia
menemukan bahwa air raksa murni yang didinginkan dengan helium cair ( suhu 4,2
K ) kehilangan seluruh resistansi listriknya. Riset ini merupakan riset pertama kali
yang mana, dengan diketahuinya sifat ini memberikan suatu harapan bagi manusia untuk
menciptakan alat-alat listrik yang ekonomis. Bagaimana tidak, dengan resistansinya yang
nol itu suatu superkonduktor dapat menghantarkan arus listrik tanpa sedikitpun kehilangan
dayanya. Artinya bahwa suatu penghantar atau kawat superkonduktor tidak akan menjadi
panas dengan mengalirnya arus listrik.
Tetapi yang menjadi kendala yang masih menghadang terapan superkonduktor
dalam aplikasinya atau dalam peralatan praktis sehari-hari adalah bahwa dibutuhkan suhu
yang sangat rendah artinya di bawah 0 ℃ untuk bisa memunculkan sifat
superkonduktivitas ini. Untuk bisa mendapatkan sifat ini tentunya dibutuhkan proses
pendinginan yang harus mengeluarkan biaya, yang mana di samping itu juga kita harus
menghemat pemakaian daya listrik. Oleh karena itu, saat ini para ahli berlomba-lomba
untuk menemukan superkonduktor yang dapat bekerja pada suhu yang tinggi.
B. Maksud dan tujuan
Adapun maksud dari penulis dalam pembuatan makalah ini adalah:
1. Agar kita mengenal dan memahami apa itu superkonduktor.
2. Agar kita mengetahui sifat-sifat dari superkonduktor.
3. Agar kita dapat mengetahui aplikasi dari superkonduktor dalam kehidupan sehari-hari.
Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah memberikan suatu pandangan dan penjelasan
mengenai aplikasi dari superkonduktor dalam kehidupan manusia saat ini.
BAB II
PENGANTAR
A. Teori dasar
Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki suatu hambatan di
bawah suatu nilai suhu. Secara lebih rinci, teori superkonduktor melibatkan mekanika
kuantum yang dalam, dimana dikemukakan oleh Barden, Cooper dan Schrieffer yang
lebih dikenal dengan Teori BCS.
Teori ini menjelaskan bahwa elektron-elektron dalam superkonduktor selalu dalam
keadaan berpasang-pasangan, yang mana semuanya dalam keadaan kuantum yang sama.
Hal ini sering disebut pasangan cooper. Lain halnya dengan konduktor biasa, energi yang
berasal dari arus listrik akan terbuang karena elektron yang membawa arus akan
bertabrakan dengan ion arus ataukita dapat bandingkan dengan elektron konduksi dalam
konduktor biasa. Di sini elektron bergerak sendiri-sendiri dan akan kehilangan sebagian
energinya jika ia terhambur oleh kotoran (impurities) atau oleh phonon, dimana phonon
adalah kuantum energi getaran kerangka (lattice) kristal bahan. Elektron tersebut akan
menimbulkan distorsi terhadap kerangka kristal sehingga menimbulkan daerah tarikan.
Tarikan ini dalam superkonduktor pada suhu rendah bisa mengalahkan tolakan Coulomb
antar elektron, sehingga dengan tukar menukar phonon dua elektron justru akan
membentuk ikatan menjadi pasangan Cooper. Oleh karena keadaan kuantum mereka
semuanya sama, suatu elektron tidak dapat terhambur tanpa mengganggu
pasangannya, padahal pada suhu T < Tc getaran kerangka tidak memiliki cukup energi
untuk mematahkan ikatan pasangan tersebut. Akibatnya mereka tahan terhadap
hamburan atau dalam arti nilai hambatannya sama dengan nol, jadilah bahan tersebut
superkonduktor.
Tabel di bawah ini merupakan material superkonduktor yang sudah ditemukan hingga saat
ini.
Bahan Tc (K)
Raksa (Hg) 4,2
Timbal (Pb) 7,2
Niobium nitrida 16,0
Niobium-3-timah 18,1
Al0,8Ge0,2Nb3 20,7
Niobium germanium 23,2
Lanthanum barium 28
Ytrium barium tembaga oksida (1-2-3 atau
YBCO)
93
Thalium barium kalsium tembaga oksida 125
*Tc = suhu kritis, yaitu suhu di mana suatu bahan memiliki sifat superkonduktivitas.
Superkonduktor dapat dibagi dalam dua jenis, yaitu superkonduktor tipe I dan
superkonduktor tipe II. Untuk superkonduktor tipe I ini, sering disebut dengan
superkonduktor konvensional. Hal ini disebakan karena sebagian besar dari
superkonduktor ini adalah unsur-unsur tunggal. Sedangkan superkonduktor tipe II, sering
disebut dengan superkonduktor yang alot, dikarenakan suhu kritiknya relatif lebih tinggi.
Jadi kebanyakan superkonduktor yang digunakan dewasa ini adalah superkonduktor tipe II.
Tentunya kita sudah tahu alasannya, yaitu karena kemampuannya bekerja pada suhu yang
tinggi.Superkonduktivitas tidak terjadi dalam logam mulia seperti emas dan perak, atau di
banyak logam ferromagnetik.
Material superkonduktor memiliki karakteristik yang dapat membedakannya
dengan material lainnya yaitu:
1. Menolak medan magnet
Seperti yang kita ketahui, jika suatu konduktor digerakkan dalam medan magnet, maka
suatu arus induksi akan mengalir dalam konduktor tersebut. Dari prinsip inilah diterapkan
dalam generator. Tetapi dalam material 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.
Peristiwa ini lebih sering dikenal dengan istilah diamagnetisme dan efek ini kemudian
dikenal dengan efek Meissner.Efek Meissner ini sangatlah kuat dimana dapat
mengakibatkan sebuah magnet bisa melayang karena ditolak oleh superkonduktor. 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.
2. Efisiensi sangat tinggi
Superkonduktor kini telah banyak digunakan dalam berbagai bidang.Sudah barang tentu
bahwa penggunaan superkonduktor penggunaanya sangat banyak digunakan dalam
peralatan elektronik. Dalam generator yang terbuat dari superkonduktor, memiliki efisiensi
daya sebesar 99 persen dan ukurannya jauh lebih kecil dibandingkan dengan generator
yang menggunakan kawat tembaga.Hambatan saat arus listrik mengalir melalui suatu
penghantar, tidak disukai karena dengan adanya hambatan maka arus akan terbuang
menjadi panas. Jika hambatan bernilai nol, maka tidak ada energi dalam bentuk panas 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. 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.
Secara umum dapat kita lihat aplikasi dari superkonduktor sebagai berikut:
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. Bahan pembuatan superkomputer
Di bidang komputer, superkonduktor digunakan untuk membuat suatu superkomputer
dengan kemampuan berhitung yang fantastis.
4. HTS-SQUID
Di bidang militer, HTS-SQUID digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan ranjau laut.
5. Motor listrik superkonduktor
Superkonduktor juga digunakan untuk membuat suatu motor listrik dengan tenaga 5.000
tenaga kuda.
6. Pembuatan BAHAN FERRIT dari limbah pabrik baja.
7. Aplikasi Motor Kecil
Melalui program RUK, uji kinerja komponen bonded magnet P3IB pda motor kecil telah
berfungsi dengan baik. Sebagai contoh dengan tegangan 4 Volt diperoleh putaran jangkar
sekitar 24000 rpm. Gambar 3.3 disamping.
8. Multilayer GMR
Bahan GMR Multilayer Fe/Si pada skala nano meter dengan nilai rasio GMR 0.22 % pada
suhu ruang adalah hasil kolaborasi riset antara P3IB khususnya Bidang Karakterisasi dan
Analisis Nuklir dengan National Institute of Industrial Science and technology, Tsukuba
Jepang.
Dari sekian banyaknya aplikasi dari superkonduktor itu, kita akan membahas salah satu
aplikasinya lebih lanjut di bab berikut.
BAB III
ISI
Dari pembahasan sebelumnya, kita telah banyak mengetahui aplikasi dari superkonduktor
itu. Salah satu dari aplikasi superkonduktor itu yang akan kita bahas lebih dalam di sini
adalah aplikasi di bidang kedokteran yaitu sebuah alat pencitra atau pendiagnosa yang
disebut Pencitraan Resonansi Magnetik atau dalam bahasa inggrisnyaMagnetic Resonance
Imaging (MRI). Pencitraan Resonansi Magnetik ialah gambaran potongan cara singkat
badan yang diambil dengan menggunakan daya magnet yang kuat mengelilingi anggota
badan tersebut. Berbeda dengan "CT scan", MRI tidak memberikan rasa sakit akibat
radiasi karena tidak digunakannya sinar-X dalam proses tersebut.
Magnetic Resonance Imaging (MRI) merupakan suatu teknik yang digunakan untuk
menghasilkan gambar organ dalam pada organisme hidup dan juga untuk menemukan
jumlah kandungan air dalam struktur geologi . Biasa digunakan untuk menggambarkan
secara patologi atau perubahan fisiologi otot hidup dan juga memperkirakan ketelusan batu
kepada hidrokarbon.
Gambar 1. Pencitraan Resonansi Magnetik yang digunakan untuk memvisualisasikan bentuk tubuh dengan memanfaatkan bahan superkonduktor.
Cara kerja MRI ini dapat kita ketahui sebagai berikut
1. Pertama, putaran nukleus atom molekul otot diselarikan dengan menggunakan
medan magnet yang berkekuatan tinggi.
2. Kemudian, denyutan/pulsa frekuensiradio dikenakan pada tingkat menegak kepada
garis medan magnet agar sebagian nuklei hidrogen bertukar arah.
3. Selepas itu, frekuensi radio akan dimatikan menyebabkan nuklei berganti pada
konfigurasi awal. Ketika ini terjadi, tenaga frekuensi radio dibebaskan yang dapat
ditemukan oleh gegelung yang mengelilingi pasien.
4. Sinyal ini dicatat dan data yang dihasilkan diproses oleh komputer untuk
menghasilkan gambar otot.
Dengan menggunakan alat ini, ciri-ciri anatomi yang ingin kita ketahui dapat dengan jelas
dihasilkan melalui visualisasi yang ditampilkan. Pada pengobatan, MRI digunakan untuk
membedakan otak patologi seperti tumor otak dibandingkan otak normal.Teknik ini
bergantung kepada ciri benang nuklei hidrogen yang dirangsang menggunakan magnet
dalam air. Bahan contoh ditunjukkan seketika pada tenaga radio frekuensi, yang dengan
kehadiran medan megnet, membuatkan nuklei dalam keadaan bertenaga tinggi. Ketika
molekul kembali menurun kepada normal, tenaga akan dibebaskan ke sekitarnya, melalui
proses yang dikenal sebagai relaksasi. Molekul bebas menurun pada ambang normal,
tenang lebih pantas. Perbedaan antara kadar tenang merupakan asas gambar MRI--sebagai
contoh, molekul air dalam darah bebas untuk tenang lebih pantas, dengan itu, tenang pada
kadar berbeda berbanding molekul air dalam otak lain.
Kelebihan MRI
Yang menjadi kelebihan Pencitraan Resonansi Magnetik ini adalah, dari pengetahuan
medis masa kini, tidak menimbulkan bahaya kepada orang yang sakit. Berbanding dengan
CT scans "computed axial tomography" yang menggunakan aksial tomografi berkomputer
yang melibatkan dos radiasi mengion, Pencitraan Resonansi Magnetik ini hanya
menggunakan medan magnet kuat dan radiasi tidak mengion "non-ionizing" dalam jalur
frekuensi radio. Bagaimanapun, perlu diketahui bahwa orang sakit yang membawa benda
asing logam (seperti serpihan peluru) atau implant terbenam (seperti tulang Titanium
buatan, atau pacemaker) tidak boleh dipindai di dalam mesin Pencitraan Resonansi
Magnetik ini, disebabkan penggunaan medan megnet yang kuat.Satu lagi kelebihan scan
Pencitraan Resonansi Magnetik ini adalah kualitas gambar yang diperoleh biasanya
revolusi lebih baik berbanding CT scan. Lebih-lebih lagi untuk scan otak dan tulang
belakang walaupun mesti dicatat bahwa CT scan kadangkala lebih berguna untuk cacat
tulang.
Komponen Peralatan MRI
Mesin MRI memiliki tiga buah komponen utama yaitu magne tutama, sistem gradien dan
sistemRF. Magnet utama berupa magnetresistif (<0.15T), permanen (0.3T) atau
superkonduktif (>>). Fungsinya adalah sebagai pembangkit medan magnet seragam B0 agar
spin terpolarisasi. SistemGradien terdiri atas tiga lilitan saling tegak lurus yang berfungsi
untuk membangkitkan medan berubah waktu (pulsa) yang keragaman spasialnya bisa
diatur. Penting untuk melokalisir sinyal. Sedangkan sistem RF terdiri dar \i lilitan pengirim
dan penerima. Lilitan pengirim membangkitkan medan magnet berputar B1 untuk meng-
eksitasi sistem spin. Penerima mengubah megnetisasi yang ber-presesi menjadi sinyal
listrik. Bisa jadihanya ada satu lilitan: transceiver.
Gambar komponen utama dari MRI
B0 B0
Magnet utama
Sistem gradien
Kesimpulan
Pemanfatan MRI untuk memeriksa bagian dalam tubuh sangat efektif karena
memiliki kemampuan membuat citra potongan koronal, sagital, aksia ltanpa banyak
memanipulasi tubuh pasien dan diagnosa dapat ditegakkan dengan lebih detail dan akurat.
Pesawat MRI menggunakan efekmedan magnet dalam membuat citra potongan
tubuh, sehingga tidak menimbulkan efekradiasipengion seperti penggunaan pesawat sinar
X.
Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki suatu hambatan di
bawah suatu nilai suhu.
DAFTAR PUSTAKA
Kasap.S.O. 2002. Principles of Electronic Material And Device. PT Gramedia Pustaka Baru.
Jakarta.
http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1100396563/selasa, 22 maret
2011/14.35
http://tan.awardspace.com/pubi/Konduktor.PDF/selasa, 22 maret 2011/14.45
http://file.upi.edu/Direktori/D%20
%20FPMIPA/JUR.%20PEND.%20FISIKA/195708071982112%20-%20WIENDARTUN/9.Super
konduktor%20%28Kuliah%29.pdf/20 maret 2011/14.48
http://id.wikipedia.org/wiki/Superkonduktivitas/selasa, 20 maret 2011/14.50
http://mutiara.blog.uns.ac.id/2009/05/05/aplikasi-superkonduktor-pada-magnetic-
resonance-imagingmri/selasa, 22 maret 2011/15. 02
http://id.wikipedia.org/wiki/Pencitraan_resonansi_magnetik/selasa, 22 maret 2011/15.
12
http://www.media.litbang.depkes.go.id/data/mri.pdf/selasa, 22 maret 2011/15. 14
http://ilmu-teknologi.blogspot.com/2010/01/mengapa-superconductor-menjadi-
super.html/selasa, 22 maret 2011/15. 19
http://mikococoa007.blogspot.com/2009/06/material-superkonduktorsejarah.html/
selasa, 22 maret 2011/15. 30
http://pustaka.unpad.ac.id/wpcontent/uploads/2009/06/
karya2_targeted_molecular_mri_-_rustaman.pdf/18 Maret 2011/23. 00
http://radar.ee.itb.ac.id/~suksmono/Lectures/el4027/ppt/PCB6.%20Pencitraan
%20Resonansi%20Magnetik.pdf/18 Maret/23. 00
APLIKASI SUPERKONDUKTOR
PADA PENCITRAAN RESONANSI MAGNETIK
Disusun oleh : Jumanto Sardion Panjaitan
NPM : 0915031048
P.S. : Teknik Elektro
Mata Kuliah : Material Elektroteknik
Dosen : Henry BH Sitorus, S.T. ,M.T.
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
Bandar Lampung
23 Maret 2011