Petunjuk Khusus:

Tulis nama lengkap dan kelas anda menggunakan format berikut:

NAMA LENGKAP_KELAS (contoh: OKY SANJAYA_12 IPA 1)

Latihan Persiapan Penilaian Akhir Semester (PAS) Ganjil Fisika Kelas 12

➧Latihan Persiapan Penilaian Akhir Semester (PAS) Ganjil Fisika Kelas 10

Apa itu superkonduktor?




Oleh Paul Sutter diterbitkan 24 Juli 2021

Dalam superkonduktor, arus listrik bisa ada selamanya.

Superkonduktor digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti Kereta Maglev Shanghai, juga dikenal sebagai Shanghai Transrapid, kereta levitasi magnetik berkecepatan tinggi. (Kredit gambar: Getty Images/ Christian Petersen-Clausen)

Superkonduktor adalah bahan yang mencapai superkonduktivitas, yang merupakan keadaan materi yang tidak memiliki hambatan listrik dan tidak memungkinkan medan magnet untuk menembus. Arus listrik dalam superkonduktor dapat bertahan tanpa batas.

Superkonduktivitas biasanya hanya dapat dicapai pada suhu yang sangat dingin. Superkonduktor memiliki beragam aplikasi sehari-hari, mulai dari mesin MRI hingga kereta maglev super cepat yang menggunakan magnet untuk mengangkat kereta keluar jalur guna mengurangi gesekan. Para peneliti sekarang mencoba untuk menemukan dan mengembangkan superkonduktor yang bekerja pada suhu yang lebih tinggi, yang akan merevolusi transportasi dan penyimpanan energi.

Superkonduktor adalah bahan yang mencapai superkonduktivitas, yang merupakan keadaan materi yang tidak memiliki hambatan listrik dan tidak memungkinkan medan magnet untuk menembus. Arus listrik dalam superkonduktor dapat bertahan tanpa batas.

Superkonduktivitas biasanya hanya dapat dicapai pada suhu yang sangat dingin. Superkonduktor memiliki beragam aplikasi sehari-hari, mulai dari mesin MRI hingga kereta maglev super cepat yang menggunakan magnet untuk mengangkat kereta keluar jalur guna mengurangi gesekan. Para peneliti sekarang mencoba untuk menemukan dan mengembangkan superkonduktor yang bekerja pada suhu yang lebih tinggi, yang akan merevolusi transportasi dan penyimpanan energi.

Untuk mengkonfirmasi hasil ini, Onnes menerapkan arus listrik ke sampel merkuri yang didinginkan, lalu melepaskan baterai. Dia menemukan bahwa arus listrik bertahan di merkuri tanpa berkurang, membenarkan kurangnya hambatan listrik dan membuka pintu untuk aplikasi superkonduktivitas di masa depan.

SEJARAH SUPERKONDUKTIVITAS

Fisikawan menghabiskan beberapa dekade mencoba memahami sifat superkonduktivitas dan apa yang menyebabkannya. Mereka menemukan bahwa banyak elemen dan material, tetapi tidak semuanya, menjadi superkonduktor ketika didinginkan di bawah suhu kritis tertentu.

Pada tahun 1933, fisikawan Walther Meissner dan Robert Ochsenfeld menemukan bahwa superkonduktor "mengusir" medan magnet terdekat, yang berarti medan magnet yang lemah tidak dapat menembus jauh di dalam superkonduktor, menurut Hyper Physics, situs pendidikan dari departemen fisika dan astronomi. Fenomena ini disebut efek Meissner.

Baru pada tahun 1950 fisikawan teoretis Lev Landau dan Vitaly Ginzburg menerbitkan teori tentang bagaimana superkonduktor bekerja, menurut biografi Ginzburg di situs web The Nobel Prize. Meskipun berhasil memprediksi sifat-sifat superkonduktor, teori mereka adalah "makroskopik", yang berarti teori itu berfokus pada perilaku superkonduktor skala besar sambil tetap mengabaikan apa yang terjadi pada tingkat mikroskopis.

Akhirnya, pada tahun 1957, fisikawan John Bardeen, Leon N. Cooper dan Robert Schrieffer mengembangkan teori superkonduktivitas mikroskopis yang lengkap. Untuk menciptakan hambatan listrik, elektron dalam logam harus bebas untuk memantul. Tetapi ketika elektron di dalam logam menjadi sangat dingin, mereka dapat berpasangan, mencegahnya memantul. Pasangan elektron ini, yang disebut pasangan Cooper, sangat stabil pada suhu rendah, dan tanpa elektron "bebas" untuk memantul, hambatan listrik menghilang. Bardeen, Cooper dan Schrieffer menyatukan potongan-potongan ini untuk membentuk teori mereka, yang dikenal sebagai teori BCS, yang mereka terbitkan dalam jurnal Physical Review Letters.

BAGAIMANA SUPERCONDUCTOR BEKERJA?

Ketika logam turun di bawah suhu kritis, elektron dalam logam membentuk ikatan yang disebut pasangan Cooper. Terkunci seperti ini, elektron tidak dapat memberikan hambatan listrik, dan listrik dapat mengalir melalui logam dengan sempurna, menurut University of Cambridge.

Namun, ini hanya bekerja pada suhu rendah. Ketika logam menjadi terlalu hangat, elektron memiliki energi yang cukup untuk memutuskan ikatan pasangan Cooper dan kembali menawarkan resistansi. Itulah sebabnya Onnes, dalam eksperimen aslinya, menemukan bahwa merkuri berperilaku sebagai superkonduktor pada 4,19 K, tetapi tidak pada 4,2 K.

UNTUK APA SUPERCONDUCTOR DIGUNAKAN?

Sangat mungkin Anda menemukan superkonduktor tanpa menyadarinya. Untuk menghasilkan medan magnet yang kuat yang digunakan dalam pencitraan resonansi magnetik (MRI) dan pencitraan resonansi magnetik nuklir (NMRI), mesin menggunakan elektromagnet yang kuat, seperti yang dijelaskan oleh Mayo Clinic. Elektromagnet yang kuat ini akan melelehkan logam biasa karena panasnya bahkan sedikit hambatan. Namun, karena superkonduktor tidak memiliki hambatan listrik, tidak ada panas yang dihasilkan, dan elektromagnet dapat menghasilkan medan magnet yang diperlukan.

Elektromagnet superkonduktor serupa juga digunakan di kereta maglev, reaktor fusi nuklir eksperimental, dan laboratorium akselerator partikel berenergi tinggi. Superkonduktor juga digunakan untuk menggerakkan railgun dan coilgun, stasiun pangkalan ponsel, sirkuit digital cepat, dan detektor partikel.

"Salah satu aplikasi superkonduktor yang paling menarik adalah untuk komputer kuantum," kata Alexey Bezryadin, fisikawan materi terkondensasi di University of Illinois di Urbana-Champaign. Karena sifat unik arus listrik dalam superkonduktor, mereka dapat digunakan untuk membangun komputer kuantum.

"Komputer semacam itu terdiri dari bit kuantum atau qubit. Qubit, tidak seperti bit informasi klasik, dapat eksis dalam status superposisi kuantum menjadi '0' dan '1' pada saat yang sama. Perangkat superkonduktor dapat meniru ini," kata Bezryadin kepada Live Science . "Misalnya, arus dalam loop superkonduktor dapat mengalir searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam pada saat yang sama. Keadaan seperti itu merupakan contoh qubit superkonduktor."

Superkonduktor memungkinkan elektromagnet yang kuat di mesin MRI bekerja tanpa melelehkan mesin. (Kredit gambar: Getty Images/ Thomas Barwick)

APA YANG TERBARU DALAM PENELITIAN SUPERCONDUCTOR?

Tantangan pertama bagi para peneliti saat ini adalah "untuk mengembangkan bahan yang superkonduktor pada kondisi sekitar, karena saat ini superkonduktivitas hanya ada baik pada suhu yang sangat rendah atau pada tekanan yang sangat tinggi," kata Mehmet Dogan, peneliti postdoctoral di University of California, Berkeley. Tantangan berikutnya adalah mengembangkan teori yang menjelaskan bagaimana superkonduktor baru bekerja dan memprediksi sifat-sifat bahan tersebut, Dogan mengatakan kepada Live Science melalui email.

Superkonduktor dipisahkan menjadi dua kategori utama: superkonduktor suhu rendah (LTS), juga dikenal sebagai superkonduktor konvensional, dan superkonduktor suhu tinggi (HTS), atau superkonduktor tidak konvensional. LTS dapat dijelaskan dengan teori BCS untuk menjelaskan bagaimana elektron membentuk pasangan Cooper, sedangkan HTS menggunakan metode mikroskopis lain untuk mencapai resistansi nol. Asal usul HTS adalah salah satu masalah utama fisika modern yang belum terpecahkan.

Sebagian besar penelitian historis tentang superkonduktivitas mengarah ke LTS, karena superkonduktor tersebut lebih mudah ditemukan dan dipelajari, dan hampir semua aplikasi superkonduktivitas melibatkan LTS.

Sebaliknya, HTS adalah bidang penelitian modern yang aktif dan menarik. Apa pun yang berfungsi sebagai superkonduktor di atas 70 K umumnya dianggap sebagai HTS. Meskipun itu masih cukup dingin, suhu itu diinginkan karena dapat dicapai dengan pendinginan dengan nitrogen cair, yang jauh lebih umum dan tersedia daripada helium cair yang dibutuhkan untuk mendinginkan ke suhu yang lebih rendah yang dibutuhkan untuk LTS.

MASA DEPAN SUPERKONDUKTOR

"Cawan suci" penelitian superkonduktor adalah menemukan bahan yang dapat bertindak sebagai superkonduktor pada suhu kamar. Sampai saat ini, suhu superkonduktor tertinggi dicapai dengan hidrida sulfur karbonat yang sangat bertekanan, yang mencapai superkonduktivitas pada 59 F (15 C, atau sekitar 288 K), tetapi membutuhkan 267 gigapascal tekanan untuk melakukannya. Tekanan itu setara dengan interior planet raksasa seperti Jupiter, yang membuatnya tidak praktis untuk aplikasi sehari-hari.

Superkonduktor suhu kamar akan memungkinkan transmisi energi listrik tanpa kehilangan atau pemborosan, kereta maglev yang lebih efisien, dan penggunaan teknologi MRI yang lebih murah dan ada di mana-mana. Aplikasi praktis superkonduktor suhu kamar tidak terbatas — fisikawan hanya perlu mengetahui bagaimana superkonduktor bekerja pada suhu kamar dan bahan "Goldilocks" apa yang memungkinkan terjadinya superkonduktivitas.

Paul Sutter
Paul Sutter 

Paul M. Sutter adalah profesor riset astrofisika di SUNY Stony Brook University dan Flatiron Institute di New York City. Dia secara teratur muncul di TV dan podcast, termasuk "Ask a Spaceman." Dia adalah penulis dua buku, "Tempat Anda di Alam Semesta" dan "Cara Mati di Luar Angkasa," dan merupakan kontributor tetap untuk Space.com, Live Science, dan banyak lagi. Paul menerima gelar PhD di bidang Fisika dari University of Illinois di Urbana-Champaign pada tahun 2011, dan menghabiskan tiga tahun di Institut Astrofisika Paris, diikuti dengan beasiswa penelitian di Trieste, Italia.

Hukum Archimedes

Anda tentunya sering melihat kapal yang berlayar di laut, benda-benda yang terapung di permukaan air, atau batuan-batuan yang tenggelam di dasar sungai. Konsep terapung, melayang, atau tenggelamnya suatu benda di dalam fluida, kali pertama diteliti oleh Archimedes.

Menurut  Archimedes, benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Secara matematis, Hukum Archimedes dituliskan sebagai berikut. Baca selengkapnya ...

Menjumlahkan Vektor dengan Metode Jajar Genjang dan Penguraian Sumbu Koordinat

Dalam beberapa kasus, seringkali Anda menjumlahkan beberapa vektor yang lebih dari dua buah. Secara grafis, metode yang digunakan adalah metode poligon, seperti yang telah disinggung sebelumnya. Akan tetapi, bagaimanakah cara menentukan besar dan arah vektor resultannya? Salah satu metode yang digunakan adalah metode uraian, seperti yang akan di bahas pada sub-subbab berikut ini. Baca selengkapnya ...

Penjumlahan Vektor Menggunakan Metode Grafis dan Analitis

Pernahkah Anda membayangkan jika Anda berenang di sungai searah dengan aliran sungai, kemudian Anda tiba-tiba berbalik arah 90° dari arah pergerakan semula? Apakah posisi terakhir Anda tepat sesuai keinginan Anda? Tentu tidak, arah akhir posisi Anda tidak akan membentuk sudut 90° dari posisi semula karena terdapat hambatan arus sungai yang membuat arah gerak Anda tidak tepat atau menyimpang. Anda dapat menentukan posisi akhir Anda dengan cara menjumlahkan vektor gerak Anda, baik perpindahannya maupun kecepatannya. Apakah Anda mengetahui cara menjumlahkan dua buah vektor?
Baca selengkapnya ...

Definisi, Gambar, dan Notasi Vektor

Dalam ilmu Fisika, banyak besaran yang termasuk vektor, di antaranya perpindahan, gaya, kecepatan, percepatan, dan momentum. Selain besaran vektor, ada juga besaran yang hanya memiliki nilai. Besaran seperti ini disebut besaran skalar. Besaran yang termasuk besaran skalar, di antaranya massa, waktu, kuat arus, usaha, energi, dan suhu. Sebuah vektor digambarkan oleh sebuah anak panah. Panjang anak panah mewakili besar atau nilai vektor, sedangkan arah anak panah mewakili arah vektor.
 Baca selengkapnya ...

Sistem Satuan dan Konversi Satuan

Adakalanya ketika Anda ingin melakukan operasi suatu besaran, baik penjumlahan, pengurangan, perkalian, ataupun pembagian, Anda akan mengalami kesulitan dalam melakukannya dikarenakan satuan dari besaran yang sejenis tidak sama. Misalnya, Anda akan menjumlahkan dua buah besaran kelajuan 72 km/jam + 30 m/s, penjumlahan tersebut tidak dapat Anda lakukan sebelum Anda konversi salah satu satuan dari besaran satu ke satuan besaran lainnya. Baca selengkapnya ...

Aturan dan Operasi Angka Penting

Hasil pengukuran yang telah Anda lakukan dengan menggunakan alat ukur adalah nilai data hasil pengukuran. Nilai ini berupa angka-angka dan termasuk angka penting. Jadi, definisi dari angka penting adalah semua angka yang diperoleh dari hasil pengukuran, termasuk angka terakhir yang ditaksir atau diragukan. Angka-angka penting ini terdiri atas angka-angka pasti dan satu angka taksiran yang sesuai dengan tingkat ketelitian alat ukur yang digunakan. Baca selengkapnya ...

Dimensi dan Analisis Dimensi


Dalam Fisika, ada tujuh besaran pokok yang berdimensi dan dua besaran pokok tambahan yang tidak berdimensi. Semua besaran dapat ditemukan dimensinya. Jika dimensi sebuah besaran diketahui, dengan mudah dapat diketahui pula jenis besaran tersebut. Tujuh besaran pokok yang berdimensi dapat Anda lihat pada tabel berikut ini. Baca selengkapnya ...

Besaran dan Satuan

Cobalah Anda ukur panjang, lebar, dan tinggi buku Anda menggunakan mistar. Berapa hasilnya? Tentu hasilnya akan berbeda antara satu buku dan buku lainnya. Misalnya, buku pertama panjangnya 20 cm, lebarnya 15 cm, dan tebalnya 4 cm. Panjang, lebar, dan tinggi buku yang Anda ukur tersebut, dalam fisika, merupakan contoh-contoh besaran. Sementara itu, angka 20, 15, dan 4 menyatakan besar dari besaran tersebut dan dinyatakan dalam satuan centimeter (cm). Baca selengkapnya ...

Sistem Pengukuran

Amatilah tinggi badan teman Anda, apakah terlihat lebih tinggi atau lebih pendek daripada badan Anda? Anda dapat mengetahui jawabannya dengan membandingkan tinggi badan Anda dengan teman Anda. Akan tetapi, Anda akan mengalami kesulitan dalam menentukan secara tepat seberapa besar perbedaan tinggi yang ada pada Anda dan teman Anda. Dalam menentukan besarnya perbedaan ini, Anda tentunya membutuhkan alat bantu yang dapat memberikan solusinya dengan tepat.  Baca selengkapnya ...

Hakikat ilmu Fisika dan Perannya dalam Kehidupan, Metode ilmiah, dan Keselamatan Kerja di Laboratori

Hakikatnya, Fisika merupakan kumpulan pengetahuan, cara berpikir dan cara penyelidikan. Menurut para ilmuwan, hakikat ilmu Fisika dibagi menjadi tiga yaitu:Fisika sebagai produk: Sebagai produk, fisika merupakan kumpulan pengetahuan (body of knowledge)  yang dapat membentuk fakta, konsep, prinsip, hukum, rumus, teori, dan model. Kumpulan pengetahuan ini diperoleh dari keingintahuan manusia terhadap beberapa hal di sekitarnya, baik interaksi dengan sesama maupun dengan alam. Baca selengkapnya ...