Makalah Material Elektroteknik

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,

dapat

suatu

elektron

tidak

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

93

YBCO) 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 strukturgeologi. Biasa digunakan untuk menggambarkan secara patologi atau perubahan fisiologiotot 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.Superkonduktor%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-magneticresonance-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-menjadisuper.html/selasa, 22 maret 2011/15. 19 http://mikococoa007.blogspot.com/2009/06/materialsuperkonduktorsejarah.html/selasa, 22 maret 2011/15. 30 http://pustaka.unpad.ac.id/wpcontent/uploads/2009/06/karya2_targeted_molecular_mr i_-_rustaman.pdf/18 Maret 2011/23. 00 http://radar.ee.itb.ac.id/~suksmono/Lectures/el4027/ppt/PCB6.%20Pencitraan%20Reson ansi%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