Skip to main content

Entri yang Diunggulkan

Perpindahan Kalor: Konduksi, Konveksi, dan Radiasi

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering merasakan panas dari matahari, radiator, atau api unggun. Tapi, pernahkah kamu bertanya-tanya bagaimana kalor sebenarnya berpindah? Dalam fisika, perpindahan kalor terjadi melalui tiga cara yaitu: konduksi, konveksi, dan radiasi. Setiap proses ini memiliki mekanisme uniknya sendiri dan penting untuk banyak aplikasi kehidupan sehari-hari, mulai dari teknologi rumah tangga hingga iklim global. 1. Konduksi: Perpindahan Kalor Melalui Kontak Langsung Konduksi adalah proses di mana kalor berpindah melalui kontak langsung antara partikel-partikel dalam suatu bahan, terutama dalam zat padat. Saat satu bagian dari benda dipanaskan, partikel-partikel di area tersebut mulai bergetar lebih cepat dan mentransfer energi kinetik mereka ke partikel-partikel tetangga. Dengan cara ini, kalor menyebar dari satu ujung benda padat ke ujung lainnya. Pada logam, proses ini terjadi dengan sangat cepat karena adanya elektron bebas yang membantu membawa kalor dari area y...

SUPERKONDUKTOR

Membayangkan hidup di dunia imajinasi seperti di film-film animasi sains fiksi tentunya suatu hal yang sangat menyenangkan. Pikiran kita akan termanjakan dengan teknologi masa depan yang mungkin sulit untuk kita jangkau saat ini. Misalnya kita akan terpesona dengan mobil-mobil masa depan yang dapat melayang diudara seperti pada film animasi Stand by Me Doraemon atau Astroboy. Kita juga dapat melihat kursi melayang diudara di film animasi Wall-E.
Gambar 1. Contoh kendaraan melayang pada film Stand by Me, Astroboy dan Wall E (sumber: google.com)
Kendaraan yang melayang pada film animasi tersebut dulu mungkin hanyalah khayalan semata. Akan menjadi tantangan yang berat untuk mempertahaan keadaan kendaraan melayang terus-menerus melawan gravitasi tanpa menggunakan energi yang sangat tinggi. Hal ini jelas sangatlah tidak efisien. Misalnya apabila kita menggunakan mesin pendorong, maka akan diperlukan kecepatan tinggi dan desain aerodinamis seperti pada pesawat terbang yang berujung pada pemborosan energi dan tentunys akan menjadi kendaraan yang tidak aman. 

Impian para ilmuan untuk mewujudkan kendaraan melayang, saat ini selangkah menuju kenyataan setelah ditemukannya material yang menunjukkan gejala menolak medan magnet, yaitu material superkonduktor. Hal ini tentunya memberikan kabar yang sangat menggembirakan bagi khalayak ilmiah untuk mengembangkan teknologi mutakhir termasuk kendaraan melayang seperti yang telah digambarkan pada film-film sains fiksi. Lalu apakah benar-benar bisa kita wujudkan? Jika iya bagaimana caranya?

Untuk menjawab pertanyaan tersebut, perlu kita pahami apakah itu material superkonduktor. Material superkonduktor adalah material memiliki gejala superkonduktivitas. Superkonduktivitas dapat kita uraikan dari kata "super" yang berarti sangat, dan "konduktivitas" yang berarti daya hantar listrik. Berdasarkan dua kata tersebut dapat kita pahami bahwa superkonduktitas adalah kemampuan suatu bahan dalam menghantarkan listrik yang sangat tinggi. Arus listrik didalam bahan ini nyaris konstan tanpa mengalami penurunan setiap waktu, yang berarti resistivitas (hambatannya) nyaris tidak ada. 

Secara fisis telah kita pahami bahwa resistivitas bahan bergantung pada temperatur. Kita tentu sudah kenal sekali dengan persamaan berikut:

ρ(T)=ρ0(1+αΔT)                    (1)
dimana ρ adalah resistivitas (Ω), ρ0 adalah resistivitas bahan murni (Ω), dan α adalah koefisien resistivitas temperatur (Ω/°C). Menurut fisika klasik, saat temperatur bahan mendekati nol absolut (0 K), resistivitas bahan akan tetap yaitu sama dengan resistivitas bahan dasarnya (murni dan impuritas). Logam konduktor biasa memiliki sifat demikian.  Pada material semikonduktor, sebaliknya gejala superkonduktivitas muncul dimana pada material ini resistansinya nyaris tidak ada dimana Fisika klasik tidak mampu menjawabnya. Penasaran bukan? Akan tetapi disini kita tidak akan membahasnya.

Material superkonduktor pertamakali ditemukan oleh Heike Kamerlingh Onnes pada tahun 1911 saat mempelajari resistansi logam merkuri pada temperatur yang sangat rendah. Untuk mencapai suhu yang sangat rendah cryogenic, Beliau menggunakan helium cair sebagai pendinginnya. Saat temperatur 4,2 K gejala superkonduktivitas muncul dimana resistansi logam nyaris nol.

Hal yang menarik dari material superkonduktor adalah munculnya fenomena tertolaknya magnet dari material semikonduktor. Besarnya gaya tolakan tersebut menurun secara eksponensial terhadap jarak antara logam dan material superkonduktor, yang membuat magnet dapat melayang diatas permukaan material superkonduktor. 
Gambar 2. Fenomena efek Meissener material superkonduktor

Hal yang menarik lainnya adalah adanya temperatur kritis pembentukan material superkonduktor. Temperatur kritis secara sederhana dapat diartikan sebagai temperatur pembentukan material semikonduktor. Pada temperatur ini secara drastis resistansi bahan (hambatannya) akan mendekati nol. Temperatur ini beragam nilai bergantung pada jenis bahan semikonduktor. Misalnya material superkonduktor BaPb1-xBixO3 memiliki temperatur kritis maksimal sebesar 13 K (-262 °C), sementara Stronsium titranat SrTiO3 temperatur kritisnya mencapai 80 K (-195 °C), Para ilmuan berusaha meningkatkan nilai temperatur kritis mendekati suhu ruang. Beragam metode yang terus diupayakan para ilmuan untuk meningkatkan temperatur kritis Tc seperti mencari bahan baru, mengembangkan metode sintesis atau memberikan impuritas pada material superkonduktor. 

Suatu tantangan yang terbuka bagi calon peneliti untuk mengembangkan material superkonduktor yang memiliki temperatur pada temperatur ruang. Tantangan ini terbuka baik secara teoretik maupun eksperimen, yang mana peluang meraih nobel sangat tinggi bagi yang mampu menjawabnya. Tentunya apabila tantangan tersebut telah terjawab langkah kita untuk menikmati kendaran melayang akan segera terwujud. Superkomputer dengan ukuran minipun mungkin bisa segera terwujud. Jalan dan kendaraan membutuhkan teknologi yang efisien, sementara superkomputer membutuhkan chip yang memiliki efiensi yang tinggi dan semua mungkin terwujud apabila Tantangan tersebut terjawab.

SEMOGA BERMANFAAT
Labels:

Artikel Populer

Refleksi Gelombang, Pemantulan Cahaya dan Bunyi

Gelombang dapat mengalami pemantulan saat menjalar di medium yang berbeda. Cahaya semisal, ketika melewati medium yang padat seperti cermin, ia akan dipantulkan.  Begitupun dengan bunyi, akan dipantulkan saat bertemu dengan benda padat, seperti dinding dan batu. Fenomena pemantulan gelombang disebut dengan refleksi. Pemantulan gelombang dapat dibagi menjadi dua yaitu, pemantuan teratur (specular reflection) dang pemantulan baur (diffuse reflection ). Pemantulan teratur terjadi saat gelombang bertemu bidang yang rata (Gambar 1.a), sedangkan pemantulan baur terjadi saat gelombang bertemu bidang yang tidak rata (Gambar 1.b). Gambar 1. Ilustrasi pemantulan (a) pemantulan teratur, (b) pemantulan baur Hukum Snellius Pada Pemantulan Gelombang Pada peristiwa pemantulan gelombang, sudut pantul akan sama dengan sudut datang. Keadaan ini disebut juga Hukum Snellius pemantulan. Sudut pantul yang sama dengan sudut datang pada peristiwa pemantulan gelombang terjadi karena lintasan optik akan min...
Read more

Pembahasan Soal OSN SD Bagian Fisika Tahun 2024

Soal 1. Andi, Budi, dan Cahyo melakukan lomba lari 200 m saat pengambilan nilai pada mata pelajaran Olah Raga. Andi berlari dengan kecepatan tetap sebesar 10 m/s hingga garis finish. Budi berlari dengan kecepatan tetap 8 m/s selama 5 detik pertama, kemudian mempercepat larinya dengan percepatan \(1 m/s^2\) selama 4 detik, dan akhirnya berlari dengan kecepatan tetap hingga garis finish. Cahyo berlari dengan kecepatan 8 m/s untuk 100 meter pertama dan kemudian berlari dengan kecepatan 12 m/s. Pernyataan manakah berikut ini yang benar? A. Andi memenangkan perlombaan B. Budi memenangkan perlombaan C. Cahyo memenangkan perlombaan D. Andi dan Budi akan mencapai garis finish bersamaan Jawaban: Jarak tempuh s=200 m Pada pertandingan balap lari maka waktu yang tercepat adalah pemenangnya . Andi: Andi bergerak konstan, maka waktu tempuh Andi adalah \(t=s/v= 200/10= 20s\), atau 20 detik. Budi: Budi berlari dengan kecepatan konstan 8 m/s selama 5 detik, jarak yang ditempuh andi pada waktu ini ada...
Read more

GELOMBANG BUNYI ALAT MUSIK

Suara musik seringkali membuat sensasi tersendiri bagi perasaan kita. Kita dapat merasakan bahagia, semangat, sedih, galau, ceria saat mendengarkan musik. Seringkali kita juga akan memilih jenis musik yang sesuai dengan perasaan yang sedang kita alami ataupun untuk menciptakan suasana perasaan tertentu.  Musik yang kita dengarkan merupakan harmonisasi dari berbagai alat musik. Musik pop misalnya terdiri dari harmonisasi drum, gitar, serta piano. Pada musik jaz kita akan mendengarkan harmonisasi alat-alat musik dengan ciri khas saxophone di dalamnya, sementara pada musik dangdut kita akan mendengar seruling dengan ciri khasnya. Suara yang beragam akan kita dengarkan dari alat-alat musik tersebut. Suara alat musik akan berbeda-beda saat kita dengarkan dari alat musik yang berbeda meskipun pada tingkatan nada yang sama. Kita akan dengan mudah membedakan suara seruling, piano, biola, saxophone, maupun gitar. Secara fisika bagaimana kita dapat menjelaskan fenomena tersebut? ...
Read more

Perpindahan Kalor: Konduksi, Konveksi, dan Radiasi

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering merasakan panas dari matahari, radiator, atau api unggun. Tapi, pernahkah kamu bertanya-tanya bagaimana kalor sebenarnya berpindah? Dalam fisika, perpindahan kalor terjadi melalui tiga cara yaitu: konduksi, konveksi, dan radiasi. Setiap proses ini memiliki mekanisme uniknya sendiri dan penting untuk banyak aplikasi kehidupan sehari-hari, mulai dari teknologi rumah tangga hingga iklim global. 1. Konduksi: Perpindahan Kalor Melalui Kontak Langsung Konduksi adalah proses di mana kalor berpindah melalui kontak langsung antara partikel-partikel dalam suatu bahan, terutama dalam zat padat. Saat satu bagian dari benda dipanaskan, partikel-partikel di area tersebut mulai bergetar lebih cepat dan mentransfer energi kinetik mereka ke partikel-partikel tetangga. Dengan cara ini, kalor menyebar dari satu ujung benda padat ke ujung lainnya. Pada logam, proses ini terjadi dengan sangat cepat karena adanya elektron bebas yang membantu membawa kalor dari area y...
Read more

Difraksi Gelombang, Krepuskular Hingga Ombak di Pelabuhan

Pernahkah kamu melihat fenomena saat sinar matahari melewati awan ketika temaram? Indahnya fenomena alam ciptaan Tuhan ini, mengisyaratkan fenomena fisika yang akan kita bahas di artikel ini. Secara ilmiah fenomena ini disebut sinar krepuskular, yaitu sebuah kejadian dimana cahaya melewati  objek penghalang saat matahari terbit dan tenggelam. Amatilah secara seksama pada gambar berikut. Gambar 1. Ilustrasi sinar krepuskular Pada gambar tersebut kita melihat sinar matahari terhalang oleh awan sebagai object penghalang, sehingga sinar matahari tampak memancar melewati celah atara awan-awan di langit senja. Secara fisika kita mengenal fenomena ini sebagai difraksi. Difraksi merupakan peristiwa saat gelombang berubah arah atau berbelok ketika terdapat celah suatu benda yang menghalangi gelombang menjalar. Ketika gelombang menuju suatu celah, pada celah tersebut dapat kita anggap sebagai sumber gelombang baru yang memancar melalui titik tersebut.  Gambar 2. Ilustrasi Peristiwa Difr...
Read more