Dasar Dasar kapasitor Dalam Sistem Tenaga

Dasar Dasar kapasitor Dalam Sistem Tenaga

Kapasitor adalah komponen yang hanya dapat menyimpan dan memberikan energi yang terbatas yaitu sesuai dengan kapasitasnya, pada dasarnya kepasitor terdiri atas dua keping sejajar yang dipisahkan oleh medium dielektrik. Model matematis kapasitor adalah:

I= C (dv/dt)

I = arus sesaat (ampera)

V = tegangan sesaat (volt)

C = kapasitansi (F)

Sebuah sumber listrik AC mengeluarkan energi listrik dalam bentuk energi “Aktif” (kW) dan energi “Reaktif” (kVAR). Kedua energi diatas membentuk daya total yang disebut dengan daya nyata (kVA). Daya nyata ini merupakan penjumlahan vector dari daya aktif dan reaktif.   Faktor Daya (Cos θ) adalah perbandingan antara daya aktif (kW) dengan daya nyata (kVA).

Sebuah instalasi listrik akan semakin optimum, baik dari segi teknis maupun ekonomis, Jika nilai faktor dayanya mendekati/mencapai nilai 1. Faktor daya kecil dikarenakan oleh beban induktif (motor, trafo dll) pada instalasi listrik, yang akan mengakibatkan terjadi rugi-rugi listrik. Untuk memperbaiki faktor daya sehingga rugi-rugi bisa dikurangi, salah satunya menggunakan aplikasi Kapasitor. Kapasitor yang dipasang merupakan sumber energi reaktif dan sistem ini sebagai Kompensasi energi Reaktif.

Selain itu pemasangan pemasangan kapasitor akan mengurangi rugi-rugi dan memberikan keuntungan sebagai berikut :

• Meningkatkan daya yang tersedia pada Trafo
• Optimasi Jaringan 
• Optimasi biaya :
  • Ukuran kabel diperkecil
  • Penurunan Drop Voltage
  • Peningkatan kemampuan Jaringan dalam menyalurkan daya
  • Mengurangi naiknya arus/suhu pada kabel sehingga mengurangi rugi-rugi dll.

Tags: Arif Hidayatullah , Power

http://www.teknik-elektro.org/2012/04/dasar-dasar-kapasitor-dalam-sistem.html

Pengukuran Instrumentasi dan kesalahan-kesalahan

Dalam pengukuran sangat dibutuhkan suatu instrumentasi sebagai cara fisis untuk menentukan suatu besaran/variable. Tanpa bantuan instrument tersebut seseorang tidak dapat mengetahui maupun menentukan nilai dari suatu besaran. Maka dengan demikian instrument didefinisikan sebagai sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau besaran dari suatu kuantitas. Sebuah Instrument elektronik dapat berupa sebuah alat yang konstruksinya sederhana dan relative tidak rumit seperti halnya sebuah alat ukur dasar untuk arus searah.

Dalam pengukuran,digunakan beberapa istilah yang didefinisikan sebagai berikut :

Instrument: Sebuah alat untuk menentukan nilai atau kebesaran suatu kuantitas

Ketelitian (Accuracy): harga terdekat dengan mana suatu pembacaan instrument mendekati harga sebenarnya dari variable yang diukur

Ketepatan (Precision) : Suatu ukuran kemampuan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang serupa

Sensitivitas (Sensitivity) : Perbandingan antara sinyal keluaran atau respons instrument terhadap perubahan atau variable yang diukur

Resolusi (Resolution) : Perubahan terkecil dalam nilai yang diukur kepada mana instrument akan memberikan respon (Tanggapan)

Kesalahan (error) : Penyimpangan variable yang diukur dari harga sebenarnya.

Jenis-jenis kesalahan yang terjadi.

Tidak ada pengukuran yang menghasilakan ketelitian yang sempurna. Langkah pertama yang diperlukan untuk mengurangi kesalahan ialah mempelajari kesalahan–kesalahan tersebut. Kesalahan-kesalahan dapat terjadi karena berbagai sebab dan umumnya dibagi dalam tiga jenis utama,yaitu :

Kesalahan-kesalahan umum (gross-error): pada umumnya disebabkan oleh kesalahan manusia,diantaranya adalah kesalahan membaca alat ukur,penyetelan yang tidak tepat serta pemakaian instrument yang tidak sesuai dan kesalahan penafsiran

Kesalahan-kesalahan sistematis (Systematic error) : disebabkan oleh kekurangan pada instrument tersebut seperti kerusakan atau adanya bagian-bagian yang aus dan pengaruh lingkungan terhadap peralatan atau pemakaian.

Kesalahan-kesalahan tak sengaja (Random error): Disebabkan oleh penyebab-penyebab yang secara langsung tidak dapat diketahui sebab perubahan-perubahan parameter atau system pengukuran terjadi secara acak.

Tags: Arif Hidayatullah , Power
Sumber : http://www.teknik-elektro.org/2011/11/pengukuran-instrumentasi-dan-kesalahan.html

Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Cara Kerja Transistor

Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.

Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut. FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut.

Jenis-jenis Transistor

Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:

• Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
• Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface
• Mount, IC, dan lain-lain
• Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET,
• MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC
• (Integrated Circuit) dan lain-lain.
• Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel
• Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power
• Maximum frekuensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF
• transistor, Microwave, dan lain-lain
• Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan
• Tinggi, dan lain-lain

Transistor PNP

Transistor NPN

Transistor P-Channel

Transistor N-Channel

Karakteristik Input

Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.

Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat

Karakteristik Output

Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

Karakteristik Transfer Transistor

Parameter dari transistor merupakan perolehan arus maksimum yang dapat diperoleh kalau transistor bekerja dalam ragam umum emitter (CE). Beta dc (disimbolkan βdc) sebuah transistor didefinisikan sebagai rasio arus kolektor dc dengan arus basis dc. Beta dc juga dikenal sebagai gain arus karena arus basis yang kecil dapat menghasilkan arus kolektor yang jauh lebih besar

Transistior merupakan Divais semikonduktor yang diklasifikasikan dalam 2 pembagian besar, yaitu: Bipolar Juction Transistor (BJT) atau biasa disebut dengan Transistor bipolar dan Field Effect Transistor (FET) atau Transistor unipolar. Pada umumnya, Transistor digunakan untuk: (1) sebagai saklar, (2) pembentuk sinyal dan (3) penguat. Contoh sebuah Transistor tampak pada Gamba

Terdapat dua jenis kontruksi dasar Transistor bipolar, yaitu jenis NPN dan jenis PNP. Untuk jenis NPN, Transistor terbuat dari lapisan tipis semikonduktor tipe-p dengan tingkat doping yang relatif rendah, yang diapit oleh dua lapisan semikonduktor tipe-n. Dari pembuatan ini, maka terdapat 2 persambungan (junction) antara semikonduktor tipe n dan tipe p. Persambungan ini memiliki sifat dan karakteristik seperti Dioda biasa, yang telah dibahas sebelumnya. Karena alasan sejarah pembuatannya, bagian di tengah disebut “basis” (base), salah satu bagian tipe-n (biasanya mempunyai dimensi yang kecil) disebut “emitor” (emitter)dan yang lainya sebagai “kolektor” (collector).

Bagian Emiter yang merupakan bagian sedang dalam transistor didoping sangat banyak, Basis yang merupakan bagaian paling tipis didoping dengan konsentrasi sedikit sekali, dan Kolektor yang merupakan bagian terbesar dalam transistor didoping sedang. Perbandingan konsentrasi doping antara Basis, Kolektor, dan Emiter adalah 10¹⁵ , 10¹⁷ , dan 10¹⁹. Jadi, sifat elektrik masing-masing terminal tidak simetris dan masing-masing keluaran tidak dapat dipertukarkan. Tingkat Doping dan pembagian ini akan bermanfaat untuk mendukung fungsi dan cara kerja Transistor. Tanda panah pada simbol Transistor menunjukkan kaki emitor dan titik dari material tipe-p ke material tipe-n.

Perhatikan bahwa untuk jenis NPN, transistor terdiri dari dua sambungan p-n yang berperilaku seperti dioda. Setiap dioda dapat diberi panjar maju atau berpanjar mundur, sehingga transistor dapat memiliki empat modus pengoperasian. Salah satu modus yang banyak digunakan disebut “modus normal”, yaitu sambungan emitor-basis berpanjar maju dan sambungan kolektor-basis berpanjar mundur. Modus ini juga sering disebut sebagai pengoperasian transistor pada “daerah aktif

Gambar Transitor NPN dan PNP

Simbol:

BJT

BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda? yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B). Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT

Gambar Transistor Bipolar

.

FET

FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah dioda antara antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di "depletion mode", keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input. FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement mode dan depletion mode. Mode menandakan polaritas dari tegangan gate dibandingkan dengan source saat FET menghantarkan listrik. Jika kita ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion mode, gate adalah negatif dibandingkan dengan source, sedangkan dalam enhancement mode, gate adalah positif. Untuk kedua mode, jika tegangan gate dibuat lebih positif, aliran arus di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas semua dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement mode, dan hampir semua JFET adalah tipe depletion mode.

Transistor dapat dipergunakan antara lain untuk:

1. Sebagai penguat arus, tegangan dan daya (AC dan DC) seperti amplifier

2. Sebagai penyearah

3. Sebagai mixer

4. Sebagai osilator

5. Sebagai switch

6. Sebagai stabilisator pada adaptor

Tags: Komponen Elektronika , Non-Power

http://www.teknik-elektro.org/2012/04/tansistor.html

Sejarah Superkonduktor

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 penggunaan superkonduktor belum praktis, dikarenakan masalah perlunya pendinginan. Suhu kritis superkonduktor masih jauh di bawah suhu kamar.

Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan di bawah suatu nilai suhu tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor, semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan ruang. Suhu di mana 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 di bawah suhu ruang, 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. Di lain 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. 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 superkonduktivitas. Atas penemuannya itu, Onnes dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913.

Tags: Komponen Elektronika , Umum

http://www.teknik-elektro.org/2012/04/sejarah-superkonduktor.html

Keuntungan, Efisiensi, dan Jenis Superkonduktor

A. Penjelasan Singkat Superkonduktor

Superkonduktor adalah fenomena dimana resistansi sebuah material turun menjadi 0 dan semua atom menjadi statis (efek kuantum dari Heisenberg Uncertainty Principle tidak kita perhitungkan untuk kesederhanaan). Tentunya, untuk menjadikan atom-atom material itu menjadi statis, temperatur yang sangat rendah dibutuhkan. Temperatur dimana sebuah material menjadi konduktor dinamakancritical temperature. 

Temperatur ini berbeda-beda untuk setiap material. Material pertama yang ditemukan efek superkonduktivitasnya, Merkuri, mempunyai critical temperatureserendah 4 derajat Kelvin (-269 derajat Celcius!). Secara logis, pakar-pakar menginginkan critical temperature ini supaya setinggi mungkin karena biaya untuk mendinginkan material itu akan berkurang. Tetapi, meskipun semakin banyak material yang mempunyai efek superkonduktifitas dengan critical temperature yang lebih tinggi ditemukan di milenium ketiga, tidak banyak penggunaan praktikal karena pertama, mereka tidak bisa mendapat arus listrik setinggi material-material yang lebih dulu ditemukan. Kedua, mereka tidak bisa membuat medan magnet yang kuat dan yang ketiga, sangatlah susah untuk membengkokkan material-material yang baru ditemukan menjadi kawat, dsb. Jadi, hanya superkonduktor generasi pertama yang lebih banyak digunakan dalam hidup kita.

B. Keuntungan dari menggunakan superkonduktor:

1. Tidak ada energi yang terbuang ketika superkonduktor ini menghantar arus listrik. Milyaran rupiah bisa kita selamatkan dengan menggunakan superkonduktor daripada konduktor biasa.
2. Karena tidak ada resistansi dalam superkonduktor, sirkuit yang menggunakan superkonduktor tidak akan menjadi panas dan jadi, semakin banyak sirkuit yang bisa kita kompres per centimeter kubiknya. Kalau kita menggunakan konduktor biasa, sirkuit itu bisa terbakar jika kita mau mengkompres semakin banyak material karena panas yang terakumulasi dari resistansi material tersebut.
3. superkonduktor ini bisa berfungsi sebagai transistor (sejenis komponen sirkuit yang bisa mengamplifikasi signal listrik dan digunakan di semua peralatan modern yang menggunakan listrik) tetapi bisa berfungsi 100 kali lebih cepat. Ini juga dikenal sebagai Josephson Junctions dan kalau dua Josephson Junctions ini kita gabung dengan tepat, mereka bisa mendeteksi medan magnet yang sangat kecil.

        Superkonduktor menjanjikan banyak hal bagi kita, misalnya, transmisi listrik yang efisien (tak ada lagi kehilangan energi selama transmisi). Memang saat ini penggunaan superkonduktor belum praktis, dikarenakan masalah perlunya pendinginan. Suhu kritis superkonduktor masih jauh di bawah suhu kamar. Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan di bawah suatu nilai suhu tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor, semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan ruang. Suhu di mana terjadi perubahan sifat konduktivitas menjadi superkonduktor disebut dengan temperaturkritis(Tc).

Fisikawan asal Belanda Heike Kamerlingh Onnes melakukan eksperimen pengukuran resistansi air raksa murni yang didinginkan dengan helium cair pada suhu 4 K (Kelvin) atau -269 C (Celcius). Dari experiment tersebut, Onnes mengambil kesimpulan bahwa hambatan suatu logam akan turun (bahkan hilang sama sekali) ketika mendinginkan logam tersebut dibawah suhu ruang (suhu yang sangat dingin) atau setidaknya lebih rendah dari suhu kritis (critical temperature, Tc) logam tersebut.

Suhu kritis yang dimiliki tiap material untuk mencapai sifat superkonduktifitas-nya berbeda. Lalu apa yang terjadi bila bahan dapat didinginkan hingga mencapai suhu nol mutlak? Salah satu ilmuwan, William Kelvin sendiri memperkirakan bahwa ketika dicapai suhu nol mutlak (0 K) maka elektron akan berhenti mengalir (arus statis).

Yang menarik adalah ketika ditemukan material keramik yang ternyata dapat diubah menjadi bahan superkonduktor. Bahan keramik yang biasanya dikenal sebagai isolator karena tidak bisa menghantarkan listrik sama sekali pada suhu ruang, ternyata pada tahun 1986-1987 berhasil didobrak oleh Alex Miller dan George Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Rischlikon, Switzerland. Mereka membuat suatu keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum, Barium Tembaga dan oksigen yang berhasil menciptakan material bersifat superkonduktor pada suhu tinggi, dengan menggunakan nitrogen cair sebagai pendinginnya.

graphic comparison of the use of superconducting materials and metal non-seuperkonduktor

Suhu kritis tertinggi dari bahan superkonduktor sampai saat ini adalah 138 K yang ditemukan pada tahun 1993 dengan rumus kimiaHg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33.

Namun ada satu masalah disini, ketika efisiensi bisa dicapai setinggi-tingginya oleh bahan superkonduktor ini hingga bisa mencapai 100%. Namun perlu diingat bahwa untuk mencapai sifat superkonduktifitas ini diperlukan energi untuk pendinginan yang tidak kalah besarnya. Oleh sebab itulah, sejak penemuan Onnes ini dipublikasikan, hingga kini para ilmuwan masih berupaya mencari material superkonduktor yang bisa beroperasi pada suhu ruang (sehingga tidak diperlukan lagi pendingin).

Penemuan lain 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. 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.

Penemuan demi penemuan di bidang superkonduktor kini masih saja dilakukan oleh para peneliti di dunia. Penemuan lainnya yang juga fenomenal adalah berhasil disintesisnya suatu bahan organik yang bersifat superkonduktor, yaitu (TMTSF)2PF6. Titik kritis senyawa organik ini masih sangat rendah yaitu 1,2 K. 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 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.

C. Efisiensi superkonduktor

Penggunaan superkonduktor yang sangat luas tentu saja dibidang listrik. Generator yang dibuat dari superkonduktor memiliki efisiensi sebesar 99 persen dan 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 7.000 persen dari segi tempat.

Di bidang 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 5.000 tenaga kuda.

Berdasarkan perkiraan yang kasar, perdagangan superkonduktor di dunia diproyeksikan akan berkembang senilai 90 trilyun dollar AS pada tahun 2010 dan 200 trilyun dollar AS 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 di bidang superkonduktor akan terjadi secara luar biasa.

D. Plastik Superkonduktor
Kita pasti tidak asing lagi dengan plastik, material sintetik yang dapat dilelehkan dan dibentuk menjadi bermacam-macam bentuk. Plastik telah digunakan dalam semua bidang. Sebagai contoh, plastik digunakan sebagai pembungkus kabel tembaga (karena sifat insulatornya) yang melindungi manusia dari sengatan listrik. Kata plastik sendiri berasal dari bahasa Latin plasticus, yang artinya mudah dibentuk. Plastik dibuat dari polimer organik, yakni molekul raksasa yang dibangun dari pengulangan atom-atom karbon (monomer karbon).

Di tahun 1970-an, Alan J Heeger, Alan G McDiarmid, dan Hideki Shirakawa (pemenang Nobel Kimia 2000) berhasil mentransformasikan plastik dari berupa insulator menjadi konduktor (pengantar listrik). Mereka menggunakan plastik yang terbuat dari polimer organik terkonjugasi (polimer organik yang ikatan ganda-duanya berselang-seling dengan ikatan tunggalnya) dan menambahkan pengotor kimia untuk mengubah sifat listrik plastik tersebut. Sejak itu, penelitian terhadap sifat kelistrikan plastik (dari material organik terkonjugasi) berkembang pesat. Plastik-plastik konduktor dan atau semikonduktor telah berhasil dibuat dan digunakan sebagai material alternatif untuk logam dan semikonduktor anorganik konvensional. Jendela "pintar" yang secara otomatis dapat menjaga kesejukan gedung dari panasnya sinar Matahari, dioda emisi cahaya (LED), dan sel surya merupakan contoh barang-barang elektronik yang memanfaatkan plastik-plastik tersebut. Meskipun konduktivitas dan semikonduktivitas material plastik telah diinvestigasi secara ekstensif, namun superkonduktivitas material ini belum pernah dilaporkan.

Pembuatan plastik superkonduktor yaitu plastik yang tidak memiliki hambatan di bawah suatu nilai tertentu, ternyata jauh lebih sulit. Tantangan utama dalam pembuatan plastik superkonduktor adalah mengatasi keacakan struktur inheren plastik-mirip dengan keacakan untaian mi yang telah dimasak-yang mencegah interaksi-interaksi elektronik yang penting untuk superkonduktivitas. Setelah dua puluh tahun, barulah tantangan tersebut dapat diatasi oleh Dr Bertram Batlogg dan koleganya dari Bell Laboratories di Murray Hill, New Jersey, Amerika Serikat. Mereka mampu mengatasi tantangan itu melalui pembuatan larutan yang mengandung plastik, politiofena. Politiofena adalah salah satu jenis polimer organik terkonjugasi yang berupa semikonduktor pada suhu ruang sehingga telah digunakan dalam pembuatan komponen optoelektronik terintegrasi dan sirkuit terintegrasi (IC). Dengan metode penataan sendiri (self-organization), mereka mampu membuat tumpukan film (lapisan tipis) politiofena yang luar biasa rapi (remarkably well-ordered), mirip dengan tumpukan untaian mi yang belum dimasak.

Sebagai pengganti pengotor kimia (yang diketahui dapat merusak kerapian film politiofena), mereka menempatkan film politiofena pada lapisan aluminium oksida dan elektroda-elektroda emas pada peralatan elektronik yang dikenal sebagai field-effect transistor. Transistor tersebut menghasilkan medan listrik yang dapat mengeluarkan elektron dari film politiofena, sehingga elektron tersisa lebih mudah bergerak dan mengantarkan listrik. Pada suhu minus 455 derajat Fahrenheit (2,35 K), plastik politiofena tersebut bersifat superkonduktor. Mereka mempublikasikan temuannya dalam jurnal Nature pada tanggal 8 Maret 2001. Plastik superkonduktor tersebut termasuk dalam Chemistry Highlight 2001 menurut Chemical & Engineering News volume 79, 10 Desember 2001.

Dibandingkan dengan material superkonduktor lain, plastik superkonduktor tersebut termasuk superkonduktor lemah dan suhu kritisnya (suhu di mana material menjadi superkonduktor) jauh di bawah suhu tinggi. Superkonduktor suhu tinggi bekerja pada suhu sampai minus 200 derajat Fahrenheit (sekitar 145 K). Walaupun demikian, plastik superkonduktor diyakini lebih murah dan lebih mudah dibuat serta dibentuk daripada material superkonduktor lain. Untuk itu, Batlogg dan kawan-kawan optimistis dapat meningkatkan suhu kritis plastik superkonduktor tersebut dengan cara mengubah struktur molekuler plastik itu. Bahkan, Zhenan Bao, kimiawan yang terlibat dalam penelitian tersebut, mengklaim bahwa metode yang mereka kembangkan dapat membuat material organik lain menjadi superkonduktor. Di akhir artikelnya, para peneliti Bell Labs tersebut mencatat bahwa plastik superkonduktor pertama yang telah mereka temukan memungkinkan diaplikasikan dalam bidang elektronika superkonduksi dan komputer masa depan yang menggunakan kalkulasi mekanika kuantum. Walaupun usia plastik superkonduktor baru sekitar satu tahunan dan belum diaplikasikan, namun yang pasti pencapaian ini merupakan terobosan yang membuka cakrawala baru ilmu dan teknologi superkonduktor.

E. Superkonduktor Berparitas Ganjil

Superkonduktor juga memiliki berbagai aplikasi praktis. Aplikasi-aplikasi superkonduktor termasuk magnet superkonduktor yang telah memungkinkan pengembangan MRI resolusi tinggi yang penting untuk dunia medis dan kawat superkonduktor yang nantinya memungkinkan distribusi daya listrik ke rumah-rumah bebas kehilangan daya di perjalanan. Berdasarkan teori yang sampai saat ini diterima, bahan menjadi superkonduktor saat elektron-elektron dalam bahan membentuk pasangan yang disebut pasangan Cooper. Pasangan-pasangan elektron yang terbentuk ini seperti pasangan-pasangan di lantai dansa yang akan bergerak seirama musik yang mengiringi. Gerakan seirama ini yang menghasilkan penghantaran arus listrik bebas hambatan yang disebut keadaan superkonduktor.

Setiap pasangan Cooper dapat dianggap seolah memiliki jam internal yang menandai waktu atau fasa pasangan tersebut. Bila sesuatu yang dapat dianalogikan dengan jarum jam pasangan Cooper menunjukkan angka 12, fasa pasangan Cooper bernilai 0^o, bila menunjuk jam 6 fasanya 180^o. Berdasarkan karakteristik fasa ini fisikawan mengategorikan superkonduktor: bila beda fasa antara dua pasangan Cooper yang bergerak berlawanan 0^o superkonduktor berparitas genap, dan bila beda fasanya 180^o dihasilkan superkonduktor berparitas ganjil. Superkonduktor yang ditemukan selama ini, baik superkonduktor di unsur, paduan logam, maupun superkonduktor senyawa-senyawa oksida tembaga merupakan superkonduktor berparitas genap.

Superkonduktor dalam SrRu₂O₄ yang sejak awal ditemukan oleh Yoshiteru Maeno di Jepang pada tahun 1994, telah memberi kejutan karena merupakan superkonduktor oksida pertama yang tidak mengandung tembaga, kini kembali memberi kejutan. Superkonduktor SrRu₂O₄ ternyata juga berparitas ganjil. Sebenarnya paritas ganjil dalam SrRu₂O₄ telah diramalkan oleh Maurice Rice dan Manfred Sigrist di Switzerland, dan secara terpisah oleh G Baskaran di India.

Superkonduktor berparitas ganjil akan berperi laku berbeda dengan superkonduktor berparitas genap. Superkonduktor berparitas ganjil selain akan memperluas spektrum kegunaan superkonduktor, dibayangkan ke depan mungkin akan digunakan untuk aplikasi khusus, misalnya dalam riset untuk mengembangkan komputer kuantum.

F. Jenis superkonduktor suhu-tinggi

Superkonduktor suhu-tinggi umumnya adalah hal yang mempertunjukkansuperkonduktivitas pada suhu di atas suhu nitrogen cair, atau −196 °C (77 K), karena ini merupakan suhu cryogenik yang mudah dicapai. Superkonduktor konvensional membutuhkan suhu tidak lebih dari beberapa derajat di atas nol mutlak (−273.15 °C atau −459.67 °F). Material paling terkenal adalah T_c-tinggi yang disebut cuprate, seperti La_1.85Ba_0.15CuO₄, YBCO (Yttrium-Barium-Copper-Oxide) dan bahan sejenis. Seluruh superkonduktor T_c-tinggi disebut superkonduktor tipe-II. Superkonduktor tipe-II mengijinkan medan magnet untuk menembus bagian dalamnya dalam satuan flux quanta, menghasilkan 'lubang' (atau tabung) wilayah metalik normal dalam kumpulan superkonduksi. Sifat ini membuat superkonduktorT_c-tinggi mampu bertahan di medan magnet yang jauh lebih tinggi.

Contoh kecil superkonduktor suhu tinggi BSCCO-2223. 2 jalur di belakang terpisah 1 mm. Salah satu masalah tak terselesaikan dalam fisika modern adalah pertanyaan bagaimana superkonduktivitas dapat terjadi dalam material tersebut, yaitu, mekanika apa yang menyebabkan elektron dalam kristal tersebut dapat membentuk pasangan.

Meskipun riset yang giat telah dilakukan dan banyak menghasilkan petunjuk, namun jawabannya masih membingungkan ilmuwan. Salah satu alasannya adalah material yang dipertanyakan sangat rumit, kristal banyak-lapisan (contohnya, BSCCO), membuat pemodelan teoritis sulit. Namun dengan penemuan baru dan penting dalam bidang ini, banyak peneliti optimis bahwa pemahaman lengkap terhadap proses ini dapat terjadi dalam satu dekade mendatang.

English Version: http://en.teknik-elektro.org/2012/09/advantage-efficiency-and-type-of-superconductors.html

Tags: Komponen Elektronika , Umum

http://www.teknik-elektro.org/2012/04/keuntungan-efisiensi-dan-jenis.html