Informasi

Superkonduktivitas: Apa Artinya dan Mengapa Penting untuk Masa Depan Kita

Superkonduktivitas: Apa Artinya dan Mengapa Penting untuk Masa Depan Kita

Pada Januari 2019, CERN mengumumkan bahwa mereka sedang menyelesaikan rencana Future Circular Collider (FCC) untuk menggantikan Large Hadron Collider yang panjangnya hampir 100 kilometer, didukung oleh magnet yang memanfaatkan kekuatan superkonduktivitas. Mampu mempercepat partikel hingga mendekati kecepatan cahaya untuk dihancurkan bersama-sama, FCC berpotensi menjadi "pabrik Higgs-boson". Tapi ada apa dengan superkonduktor yang membuatnya sekuat ini?

Jawabannya terletak pada sifat superkonduktivitas yang luar biasa, karakteristik material unik yang berpotensi merevolusi transmisi listrik, transportasi, dan fisika seperti yang kita kenal.

Apa itu Superkonduktivitas?

Superkonduktivitas jelas penting, jadi apa itu?

Untuk memulai, kita perlu memahami bagaimana arus listrik melewati suatu material dan apa peran hambatan dalam proses ini.

Untuk memiliki arus listrik, Anda memerlukan bahan yang bermuatan negatif, bahan yang memiliki muatan relatif positif, dan konduktor yang melewatkan elektron dari bahan yang bermuatan negatif ke yang bermuatan positif.

LIHAT JUGA: FISIKA DARI SELURUH DUNIA MENEMUKAN SUPERCONDUCTOR BARU

Proses ini, bagaimanapun, tidaklah sempurna. Tidak setiap bahan melewati elektron ini semudah yang berikutnya, dan bahkan pada logam yang paling konduktif seperti tembaga, bahan tersebut menawarkan ketahanan terhadap arus. Hambatan ini berarti bahwa seluruh arus tidak dapat melewati materi dan arus kehilangan sebagian energinya dalam bentuk panas.

Kehilangan energi ini tidak selalu buruk, karena energi panas inilah yang memberi kita lampu listrik dan teknologi modern lainnya, tetapi jika Anda mentransmisikan daya dari satu bagian negara ke bagian lain, kehilangan energi ini sangat tidak efisien.

Masalah lainnya adalah arus melemah dari waktu ke waktu saat melewati bahan tahan karena perlahan-lahan diserap sebagai energi panas. Artinya, ada batasan seberapa jauh arus listrik dapat bergerak sebelum menghilang seluruhnya.

Itulah yang membuat superkonduktivitas begitu istimewa. Superkonduktivitas adalah ketika material berhenti menahan arus listrik dan memungkinkannya melewatinya dengan bebas, tanpa adanya kehilangan energi yang nyata sebagai akibatnya.

Untuk memasukkan material ke dalam keadaan superkonduktif, material harus dibekukan pada suhu yang sangat rendah, terkadang hanya beberapa derajat di atas nol mutlak (-459,67 derajat Fahrenheit, -273,15 derajat Celcius). Kemudian, untuk alasan yang masih tidak dapat kami jelaskan, hambatan listrik tiba-tiba berhenti, dan arus listrik dapat terus berlanjut di sekitar rangkaian untuk selamanya.

Ini bukan satu-satunya sifat superkonduktivitas eksotis. Banyak bahan dalam keadaan superkonduktif dapat membatalkan medan magnet, yang menyebabkan magnet "melayang" di atas superkonduktor.

Bagaimana Kami Bahkan Menemukan Sesuatu Seperti Superkonduktor?

Seperti banyak penemuan ilmiah besar lainnya, superkonduktivitas ditemukan secara tidak sengaja.

Pada 8 April 1911, fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes dari Universitas Leiden sedang mempelajari sifat-sifat merkuri padat ketika dia menemukan fenomena aneh tersebut.

Mengambil helium cair dan menggunakannya untuk menurunkan suhu kumparan merkuri padat menjadi hanya 4,2 derajat Kelvin (-452,11 derajat Fahrenheit, -268,95 derajat Celcius), Onnes melihat bahwa hambatan listrik tiba-tiba menghilang dan kekuatan arus listrik di koil tidak menghilang.

Onnes kemudian menguji proses ini pada timbal dan menemukan bahwa itu juga berhenti menahan arus listrik, kali ini pada 7 derajat Kelvin. Dia menamai superkonduktivitas properti yang baru ditemukan dan memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 1913 untuk karyanya.

Lompatan besar berikutnya terjadi pada tahun 1933 ketika ilmuwan Jerman Walther Meissner dan Robert Ochsenfeld menemukan bahwa materi dalam keadaan superkonduktif menolak medan magnet. Sebuah magnet yang melewati konduktor akan menghasilkan arus listrik, yang memungkinkan generator listrik.

Dalam superkonduktor, arus yang dihasilkan magnet secara tepat mencerminkan medan yang dihasilkan oleh magnet, yang menolak magnet. Ini memiliki efek memaksa magnet melayang di udara, yang sekarang dikenal sebagai efek Meissner.

Ilmuwan terus membuat penemuan selama beberapa dekade berikutnya, tetapi langkah besar berikutnya dalam superkonduktivitas datang ketika Alex Müller dan Georg Bednorz dari Laboratorium Penelitian IBM di Rüschlikon, Swiss menciptakan bahan keramik yang superkonduktif pada 30 derajat Kelvin.

Hal ini memicu kesibukan karena para ilmuwan tidak menganggap keramik sebagai bahan superkonduktor — keramik biasanya merupakan isolator — yang akhirnya mengarahkan tim peneliti di University of Alabama-Huntsville mengembangkan keramik superkonduktif pada 92 derajat Kelvin ( -294 derajat Fahrenheit, -181,15 derajat Celcius), lebih hangat daripada nitrogen cair, yang banyak tersedia.

Bagaimana Superkonduktor Digunakan?

Kami masih mengeksplorasi aplikasi praktis superkonduktor, tetapi mereka sudah digunakan di dunia.

Selain penggunaan industri tertentu, aplikasi superkonduktor yang paling banyak digunakan adalah mesin MRI yang biasa ditemukan di rumah sakit. Hanya sistem superkonduktif yang memungkinkan energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan medan magnet yang menggerakkan MRI, yang bisa berkisar antara 2.500 kali hingga 10.000 kali kekuatan medan magnet bumi, menjadi ekonomis.

Selain mesin MRI, penggunaan bahan superkonduktif yang paling terkenal adalah pada akselerator partikel, seperti yang digunakan pada Large Hadron Collider (LHC) CERN atau Future Circular Collider yang diusulkan.

Jika mesin MRI terdengar bertenaga, LHC adalah binatang buas mutlak.

Mengirim triliunan partikel di sekitar 27 km terowongan dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, menjaga agar berkas partikel tetap stabil dan bergerak di sepanjang jalur yang tepat membutuhkan medan magnet dengan daya yang sangat besar, lebih dari 100.000 kali medan magnet bumi. Ini membutuhkan energi yang sangat besar, jenis yang dapat disediakan oleh kumparan superkonduktor.

Masa Depan Superkonduktivitas

Ada banyak hal yang tidak kami ketahui tentang bahan superkonduktif, dan kami mengembangkan aplikasi baru untuk superkonduktor setiap hari.

Harapannya adalah suatu hari nanti dapat menggunakan superkonduktivitas dalam transmisi daya, yang akan secara dramatis mengurangi biaya energi di seluruh dunia. Kereta mag-lev, yang menggunakan superkonduktivitas untuk mengarahkan gerbong kereta di atas rel, sehingga menghilangkan gesekan yang mungkin memperlambat kereta, mungkin merupakan masa depan transportasi.

Siapa tahu? Mungkin suatu hari nanti kita akan memiliki elektronik yang menggunakan superkonduktor untuk memberi kita ponsel cerdas yang hanya perlu diisi sekali sebulan atau lebih.

Semua orang bisa menebak, tetapi dengan kemajuan pesat dalam teknologi kita, kita semua kemungkinan besar akan melihat superkonduktivitas dalam hidup kita sebagai fitur biasa lebih cepat daripada nanti.


Tonton videonya: memperkirakan informasi pada teks non fiksi. hanya berdasarkan judulnya saja (September 2021).