Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...
 
Rabu, 25 Januari 2012

Superfluida dan Superkonduktor

0 komentar
Bagaimana jadinya apabila sebuah cairan tidak memiliki viskositas (kekentalan) sama sekali dan konduktivitas panas yang luar biasa besar?Atau sebuah kabel listrik yang tidak memiliki hambatan sama sekali dan memiliki momen magnet yang luar biasa besar?Tentu ini sebuah sifat tak lazim dari suatu zat, tapi telah ditemukan sifatnya. Mengapa ini bisa terjadi?

Tahun 1911, Heike Kamerlingh Onnes menemukan superkonduktor pada merkuri (Hg) pada suhu 4,2 K. Setelah itu, Landau menemukan superfluida pada Helium pada suhu di bawah 2,18 K. Helium juga dikenal dengan nama cairan kuantum.
Superfluida helium bergerak melawan gravitasi karena kehilangan viskositasnya

Sebuah Film Superfluida Helium
Kedua sifat ini dapat dijelaskan (tanpa harus melalui teori matematika yang sulit). Dalam fisika statistik kuantum, terdapat 3 teori statistik mengenai distribusi partikel. Kita tidak mungkin menghitung sifat makro dari suatu zat dengan mengukur satu per satu sifat dari setiap atomnya. Oleh karena itu digunakan statistik untuk menghitung rata - rata dari sifat tadi dan merangkumnya dalam suatu teori. 3 distribusi tadi dikenal dengan nama distribusi Maxwell-Boltzmann (MB), Bose-Einstein (BE) dan Fermi-Dirac (FD). Berdasarkan sifat dari distribusi tadi, FD ternyata lebih sering dipakai karena sifatnya yang mematuhi aturan mekanika kuantum, yakni asas larangan Pauli, yang bekerja pada elektron dalam atom, serta proton dan neutron dalam inti atom. Partikel yang taat pada distribusi FD disebut fermion. Sementara BE bekerja pada beberapa partikel yang tidak mematuhi asas Pauli, dan partikelnya disebut boson. Asas Pauli sendiri adalah aturan dimana sebuah fermion dilarang berada dalam suatu keadaan kuantum yang sama, sama seperti kita mengisi elektron dalam subkulit atom 1s yang mengharuskan bilangan spinnya berbeda (1/2 dan -1/2).

Kurva konduktivitas panas terhadap suhu pada Helium, titik lambdanya berada pada 2,18 K

Apabila kita tinjau suatu superfluida atau superkonduktivitas, terdapat suhu kritis, dimana dibawah suhu kritis tersebut sifat superfluida dan superkonduktivitas muncul. Pada suhu di bawah suhu kritis (untuk superfluida dinamakan titik lambda, sementara untuk superkonduktor dinamakan titik Curie), ternyata elektron dalam atom tersebut, yang lazimnya adalah fermion, berubah menjadi boson. Efek perubahan ini dinamakan "pengembunan" Bose. Ketika berubah menjadi boson, maka asas Pauli tidak lagi berlaku, dan elektron bebas menempati keadaan kuantum yang sama. Elektron pada helium yang seharusnya memiliki spin total 0 dapat menjadi 1! Hal inilah yang menyebabkan superfluida kehilangan viskositasnya dan konduktivitas panasnya naik luar biasa besar. Ini juga yang menyebabkan superkonduktor kehilangan hambatannya.

Superfluida sendiri diaplikasikan pada beberapa penelitian spektroskopi sebagai pelarut kuantum, yang efektif untuk mengukur sifat dari gas, karena gas dalam pelarut kuantum ini memiliki derajat kebebasan rotasi yang efektif. Selain itu, superfluida digunakan untuk memerangkap cahaya dan mengurangi kecepatannya secara drastis.

Sementara superkonduktor dipakai dalam kereta super cepat yang sudah ada di Paris dan Tokyo. Kemampuan menghantarkan listrik tanpa hambatan dan momen magnet yang besar membuat rel superkonduktor memiliki medan magnet yang sangat besar dan mampu mengangkat kereta sehingga seakan kereta mengambang. Dengan tidak adanya gesekan dengan rel, kereta mampu melaju dengan kecepatan sangat tinggi. Aplikasi lain superkonduktor adalah untuk MRI (Magnetic Resonance Imaging) yang lazim digunakan di dunia kedokteran dan berbagai spektroskopi, seperti spektroskopi massa.

Sebuah kabel superkonduktor

Kereta super cepat berbahan rel superkonduktor


Sumber : Buku Fisika Modern, Kenneth Krane, 1982.



Leave a Reply

 
Majalah Kimia © 2011 DheTemplate.com & Main Blogger. Supported by Makeityourring Diamond Engagement Rings

You can add link or short description here