Konduktansi dan Superkonduktor

Konduktansi

Konduktansi, G, didefinisikan sebagai ukuran kemampuan suatu bahan untuk mengalirkan muatan dan dalam standar SI mempunyai satuan siemens (S). Nilai konduktansi yang besar menunjukkan bahwa bahan tersebut mampu mengkonduksikan arus dengan baik, tetapi nilai konduktansi yang rendah menunjukkan bahan itu susah mengalirkan muatan. Secara matematis, konduktansi merupakan kebalikan dari resistansi. Jadi

G = 1/R [siemens, S]

dimana R adalah resistansi, dalam ohm (Ω).

Walaupun satuan SI untuk konduktansi adalah siemens dan hampir diterima di seluruh dunia, buku-buku dan catatan yang lama masih menyatakan satuan konduktansi dalam mho (ejaan ohm dibalik) dan mempunyai lambang omega terbalik, ʊ, sebagai simbolnya. Dalam kasus ini, hubungannya:

1  ʊ = 1 S

Superkonduktor

Seperti penjelasan sebelumnya, semua saluran daya dan jaringan distribusi mempunyai resistansi internal yang menghasilkan rugi energi karena panas akibat aliran muatan melalui konduktor. bila ada cara untuk menghilangkan nilai resistansi dari suatu konduktor, listrik dapat ditransmisikan lebih jauh dan lebih ekonomis. Ide untuk mengirimkan energi tanpa rugi-rugi adalah dengan cara menggunakan saluran transmisi melalui superkonduktor. Namun, dalam riset terakhir ini, mendapatkan bahan superkonduktor pada suhu yang “tinggi” dan tanpa rugu-rugi energi adalah hal yang sulit.

Pada tahun 1911, seorang ahli fisika dari Jerman bernama Heike Kamerlingh Onnes menemukan fenomena superkonduktivitas. Mempelajari merkuri (air raksa), kaleng, dan timah diketahui bahwa resistansi dari material ini berkurang tidak lebih dari satu per miliar nilai resistansi pada suhu ruangan ketika berada pada suhu masing-masing bahan : 4.6 K, 3.7 K, dan 6 K. Ingat hubungan antara kelvin dengan derjat Celcius:

T_K = T _(oC) + 273.15^o

Suhu dimana suatu material menjadi superkonduktor disebut suhu kritis, T_C. Gambar 3-30 menunjukkan bagaimana resistansi dari merkuri berubah dalam berbagai suhu. Perhatikan bagaimana resistansi tiba-tiba turun dengan tiba-tiba menjadi nol pada suhu 4.6 K.

Percobaan dengan mengalirkan arus pada kawat superkonduktor berbentuk melingkar yang superdingin didapatkan fakta bahwa  arus tersebut diinduksikan terus menerus dan tidak “musnah” hingga beberapa tahun bila ditempatkan pada suhu dibawah titik suhu kritis dari konduktor tersebut.

Suatu keanehan, seperti suatu kekuatan ajaib dari sifat superkonduktor ketika sebuah magnet permanen diletakkan di atas superkonduktor. Magnet itu akan melayang di atas permukaan superkonduktor dan sifat ini bertentangan dengan hukum gravitasi, seperti tampak pada gambar 3-31.

Prinsip ini, yang disebut efek Meissner (diambil dari nama Walther Meissner), menyatakan:

Ketika superkonduktor didinginkan dibawah suhu kritisnya, medan magnet hanya akan timbul di sekitarnya namun tidak memasuki superkonduktor tersebut.

Prinsip superkonduktivitas ini menjelaskan kelakuan elektron pada superkonduktor. Tidak seperti konduktor yang mempunyai elektron yang bergerak secara acak melalui konduktor dan bertumbukan dengan elektron lainnya {gambar 3-32 (a)}, elektron pada superkonduktor membentuk pasangan dan bergerak melalui bahan dalam arah yang sama seperti kelompok marching band yang ikut parade. Gerakan elektron yang “tertib” pada superkonduktor ini, pada gambar 3-32 (b), merupakan konduktor yang ideal, karena elektron tidak bertumbukan sama sekali.

Karena sifat yang ekonomis, riset dilakukan untuk mendapatkan bahan yang mempunyai titik suhu kritis yang lebih tinggi. Pada beberapa tahun terakhir, penelitian di IBM Zurich Research Laboratory di Swiss dan University of Houston  di Texas berhasil menemukan bahan superkonduktor yang dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi yaitu 98 K (-175 ^oC). Walau suhunya masih terlalu rendah, tetapi superkonduktivitas sekarang dapat dibuat menggunakan nitrogen cair yang sudah ada dari pada menggunakan helium cair yang lebih mahal dan sangat langka.

Superkonduktivitas rupa-rupanya telah ditemukan pada bahan-bahan yang tidak mungkin seperti keramik yang terbuat dari barium, lanthanum, tembaga, dan oksigen. Riset sekarang difokuskan untuk mengembangkan material baru yang bisa dibuat menjadi superkonduktor pada suhu yang lebih tinggi yang lebih baik dari pada penemuan sebelumnya yaitu keramik superkonduktor.

Sangat mahal, superkonduktivitas suhu rendah saat ini digunakan pada pemercepat (accelerator) partikel raksasa dan, dalam jumlah yang terbatas, pada komponen elektronik (seperti pada superfast Josephson junction and SQUIDs,  alat yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet yang sangat kecil).  Riset komersial menemukan superkonduktor pada suhu yang lebih tinggi digiatkan, namun kemungkinan untuk penerapannya sebenarnya tidak terbatas. Superkonduktivitas pada suhu tinggi bisa memperbaiki sistem transportasi, pengiriman dan penyimpanan energi, komputer, pengobatan medis, dan penelitian. Superkonduktivitas pada suhu tinggi akan merubah dunia elektronika seperti pada saat penemuan transistor, mungkin saja bisa terjadi.

Sumber: http://airlangga25.wordpress.com