BAB I PENDAHULUAN
Ciri pokok superkonduktor yang dipandang dari sifat magnetik dan sifat transport listrik secara terpisah serta yang membedakannya dari konduktor (logam) adalah dua buah karakteristik, yaitu konduktivitas super dan diamagnetisme sempurna, saat didinginkan di bawah temperatur tertentu Tc, atau temperatur saat terjadi transisi keadaan normal menjadi keadaan superkonduktif. Untuk memahami fenomena baru tersebut, selanjutnya akan digunakan model London (Fritz dan Heinz London pada tahun 1935) yang mengusukan dua persamaan terkenal yang membuktikan bahwa sebenarnya efek perisai dalam bahan superkonduktor tidak berfungsi sempurna sepenuhnya, yang berarti diamagnetisme sempurna atau efek Meissner hanya berlaku “jauh” di dalam bahan. Hal ini disebabkan medan magnet luar dapat menerobos secara efektif ke dalam bahan superkonduktor dengan panjang penetrasi karakteristik λ. Kehadiran medan inhomogen tersebut akan mengimbas arus permukaan (super perisai atau arus screening) superkonduktor yang mengalir sebatas kedalam yang sama sesuai dengan
(
)
persamaan Maxwell J = ∇ × B / μ 0 . Oleh karena itu, efek Meissner dalam superkonduktor bergantung pula pada perbandingan ketebalan bahan terhadap λ. Selain itu, menurut model London, pada bahan superkonduktor berlaku hubungan
1-1
konstitutif London, J = −
1 A , yang merupakan akibat dari dua persamaan London Λ
tersebut. Pada tahun 1948, F. London memperkenalkan rumusan kuantum makroskopik. Dengan mengasumsikan ensembel super-elektron secara keseluruhan berkelakuan sebagai suatu sistem kuantum dan kelakuan/keadaannya dapat dilukiskan oleh suatu fungsi keadaan kuantum makroskopik yang memenuhi persamaan S dalam kehadiran medan elektromagnet. Rumusan Kuantum Makroskopik (MQM) ⎡ ⎛ h ⎞ ⎤ q berhasil memperdalam pengertian arus super J s = q s Re ⎢Ψ * ⎜⎜ ∇ − s A ⎟⎟Ψ ⎥ dan ms ⎠ ⎦ ⎣ ⎝ im s
menunjukkan adanya kehadiran efek kuantisasi fluksoid pada cincin tebal superkonduktor yang berongga dalam medan magnet H dengan diturunkannya suhu bahan sampai di bawah Tc, fluksi medan akan terperangkap dalam rongga cincin. Kehadiran medan magnet dalam rongga akan menimbulkan arus imbas yang bersirkulasi sepanjang lintasan tertutup dalam cincin. Penetrasi fluksi medan luar dalam
superkonduktor
memiliki
nilai
kuantisasi
yang
tetap
yaitu
Φ 0 = h / 2e = 2.0678 × 10 −15 Weber. Eksperimen untuk membuktikan kehadiran efek
kuantisasi fluksoid sebelumnya telah dilakukan oleh Deaver dan Fairbank (USA) dan Doll dan Näbauer (Jerman) yang identik secara esensial. Pada tugas akhir ini telah dirancang dan direalisasikan sistem pengendalian medan magnet untuk membuktikan kehadiran efek kuantisasi fluksoid dalam bahan superkonduktor.
1-2
Sistem pengendalian medan magnet memungkinkan seorang pengguna memperoleh nilai medan magnet yang diinginkan serta memantau nilai medan magnet yang dihasilkan melalui PC. Nilai medan magnet yang diinginkan dimasukkan sebagai input pada PC untuk kemudian diolah menjadi nilai tegangan dan arus yang sesuai. Nilai tegangan dan arus tersebut diteruskan ke catu daya SM 7020-D dari Delta Elektronika untuk menghasilkan medan magnet. Besarnya medan magnet dideteksi oleh sensor efek Hall dan ditampilan pada PC Sistem ini terdiri dari enam bagian utama yaitu : 1. Catu daya Blok catu daya dirancang untuk memberikan suplai daya ke rangkaian sensor dan
penguat
awal,
rangkaian
antarmuka
RS-232,
dan
rangkaian
mikrokontroler. 2. Modul mikrokontroler (ADC internal dan PWM) Pengendali dari sistem yang akan dirancang menggunakan mikrokontroler AVR ATMega8. Sub sistem mikrokontroler berfungsi melakukan pengaturan terhadap jalur komunikasi antara modul sensor, catu daya SM 7020-D, dan PC. 3. Modul sensor dan penguat awal Berfungsi membaca medan magnet yang dihasilkan dan menyesuaikan level tegangannya. 4. Modul serial RS-232
1-3
Sistem ini menghubungkan sistem mikrokontroler dengan PC, sistem ini terdiri dari rangkaian antarmuka RS-232. Sistem komunikasi yang digunakan adalah sistem komunikasi serial dengan baudrate 9600 bps dengan format data 8 bit, 1 start bit dan 1 stop bit. 5. Perangkat lunak pada mikrokontroler Aplikasi perangkat lunak pada mikrokontroler berfungsi melakukan pengontrolan terhadap semua perangkat keras yang terhubung pada mikrokontroler. 6. Program interface pada PC Aplikasi pada PC merupakan aplikasi antarmuka pengguna dimana pengguna dapat melakukan pengontrolan terhadap alat yang dirancang dan melakukan pengolahan data hasil pengukuran melalui perangkat lunak pada PC tersebut. Dalam bab dua akan dijelaskan landasan teoritik mengenai ciri pokok superkonduktor yang dipandang dari sifat magnetik dan sifat transport listrik secara terpisah serta perbedaannya dibandingkan konduktor (logam). Untuk memahami fenomena baru tersebut, selanjutnya akan digunakan model London yang disusul dengan pengembangan versi kuantum makroskopiknya yang berhasil memperdalam pengertian arus super dan menunjukkan adanya kuantisasi fluksoid. Pembahasan selanjutnya mengenai alat-alat dan piranti (device) yang digunakan untuk pengukuran dan pengendalian medan magnet yang diperlukan pada eksperimen kuantisasi fluksoid. Bab tiga berisi perancangan dan realisasi perangkat keras dan perangkat lunak sistem pengendalian medan magnet. Dalam bab empat akan dibahas mengenai
1-4
pengujian dan analisa perangkat keras, perangkat lunak, kesatuan sistem secara keseluruhan dan hasil yang diperoleh dari eksperimen efek kuantisasi fluksoid akan ditampilkan sebagai penutup pada bab ini. Bab lima, akan diisi dengan kesimpulan dan saran untuk pengembangan lebih lanjut.
1-5
