ZENOSPHERE

science, philosophy, and cultural menagerie

Physical Oddities: Efek Meissner

Di bawah ini adalah sebuah penampakan yang rada ajaib. Sepotong magnet tampak melayang di udara. Tidak ada tali yang menahan, apalagi tipuan kamera — benar-benar melayang di udara.

[img] Magnet melayang

(image credit: Wikimedia Commons)

Tentunya bisa begitu bukan karena dibantu jin atau makhluk gaib; kalau iya, maka takkan kita bahas di blog ini.๐Ÿ˜› Biarpun tampak ajaib, peristiwa itu terjadi melalui hukum fisika, dan bisa dijelaskan secara logis. Namanya adalah Efek Meissner.

Apa itu Efek Meissner? Nanti akan saya jelaskan. Sekarang saya mau menunjukkan dulu beberapa video yang bagus.

Biarpun tampak mencengangkan, yang terlihat dalam foto di atas barulah sebagian. Di bawah ini adalah eksperimen yang dilakukan para ahli di Universitas Oslo. Sebuah magnet diletakkan di atas meja. Namun anehnya magnetnya tidak jatuh — melainkan mengambang di udara. Bahkan digoyang-goyang pun tidak bergeser.

Meskipun demikian ahli eksperimen tidak menyerah. Dia memaksa menggeser magnet dengan tangan. Ajaib: magnetnya sekarang pindah ke posisi baru!!๐Ÿ˜ฏ Namun anehnya, seperti video pertama, magnet ini kembali “terkunci” di udara. Dicoba digoyang-goyang pun dia tetap stabil.

Terakhir, sebagai penutup adalah video berikut. Merasa pekerjaannya selesai ahli eksperimen memutuskan mengambil magnet untuk disimpan. Namun ternyata… material di bawahnya ikut terangkat!!

Nah, kira-kira seperti itulah “keajaiban” fisika Efek Meissner. Adapun bisa seperti di atas karena melibatkan kombinasi yang tidak biasa, yaitu magnet dan superkonduktor.

Tentunya kemudian timbul pertanyaan. Apa itu Efek Meissner, dan bagaimana terjadinya?

 
Apa itu Efek Meissner? Pengosongan Medan
 

Di dunia fisika, terdapat sifat material yang disebut superkonduktivitas. Seperti tersirat dari namanya, sifat ini berhubungan dengan konduktivitas, yakni kemampuan benda menghantarkan arus listrik. Meskipun demikian ada bedanya.

Sebuah material konduktor mempunyai hambatan (resistensi); resistensi ini membuat sebagian energi listrik terbuang menjadi panas. Sedikit demi sedikit arus listrik yang melewati konduktor akan tergerus. Alhasil, semakin panjang kabel konduktor, semakin kecil arus listrik yang sampai ke ujung. Peristiwa ini disebut sebagai transmission loss.

Sementara itu superkonduktor jauh lebih sempurna. Dia mempunyai nilai resistensi hampir nol. Oleh karena itu tidak terjadi transmission loss. Secara teori, sekali kita memberi arus di superkonduktor, maka arusnya akan terus mengalir, bahkan sampai ribuan tahun! Namun syaratnya sangat berat.

Berdasarkan teknologi kita saat ini, material superkonduktor hanya bisa bekerja pada suhu rendah, yakni mendekati Nol Kelvin (-273ยฐ Celsius). Oleh karena itu, jika ingin memakai superkonduktor, maka kita juga harus siap dengan perlengkapan pendinginannya.

[img] nitrogen cair

Salah satu cara mendinginkan superkonduktor, dengan nitrogen cair

(image adapted from Wikimedia Commons)

Nah, sekarang kita masuk ke bahasan tentang Efek Meissner.

Sewaktu sekolah dulu kita belajar bahwa listrik dan magnet saling berhubungan, oleh karena itu disebut sebagai elektromagnet. Sebuah arus listrik dalam kawat akan menghasilkan medan magnet. Demikian pula medan magnet yang tak-homogen akan menimbulkan beda potensial — jika beda potensial itu dijembatani kawat maka akan timbul arus di dalamnya.

Pada dasarnya Efek Meissner bekerja dengan prinsip elektromagnet. Namun yang membedakan, Efek Meissner melibatkan superkonduktor — bukan konduktor biasa. Melalui material superkonduktor inilah, medan magnet dapat dimanipulasi, mengakibatkan terjadinya pelayangan (magnetic levitation).

Mengapa bisa seperti itu? Karena terjadi semacam “pengosongan medan”. Penjelasannya di bawah ini.

[img] Ilustrasi Efek Meissner

Superkonduktor pada suhu tinggi (kiri) dan pada suhu rendah (kanan)

(image credit: Wikimedia Commons)

Dalam gambar sebelah kiri, terdapat material superkonduktor pada suhu kamar. Karena berada di suhu kamar maka sifat superkonduktivitasnya belum muncul. Material ini dilingkupi oleh medan magnet B.

Meskipun demikian material itu didinginkan hingga mencapai suhu kritis (Tc). Apa yang terjadi? Medan magnet di sekitarnya berbelok. Material superkonduktor jadi aktif dan mengosongkan medan di sekitarnya!๐Ÿ˜ฎ

Mengenai “pengosongan medan” ini bisa dilihat dalam foto di bawah. Sebuah silinder superkonduktor didinginkan hingga mencapai suhu kritis. Perhatikan bahwa di sekelilingnya jarum-jarum kompas menunjukkan alur menghindar.

[img] Efek Meissner

(image credit: Wikimedia Commons)

Inilah yang disebut dengan Efek Meissner, yaitu penolakan/pengosongan medan magnet dari sekitar superkonduktor. Efek ini pertama kali diamati oleh duet fisikawan Jerman, Walther Meissner dan Robert Ochsenfeld.

Oleh karena itu, menjadi wajar jika sepotong magnet tidak bisa mendekat pada superkonduktor aktif. Penyebabnya sederhana: karena medan magnetnya ditolak sejak awal!๐Ÿ™‚

 
Lebih Lanjut: “Kuncian” Medan Magnet
 

Meskipun demikian, kalau kita pikirkan, apa mungkin magnet melayang cuma karena ditolak superkonduktor? Sebab kalau ditolak harusnya magnet terlempar jauh-jauh. Sementara dalam foto dan video yang kita lihat magnetnya diam dan stabil.๐Ÿ˜•

Nah, mengenai hal ini ada penjelasannya lagi.

Sebagaimana sudah dijelaskan, superkonduktor menolak medan magnet di sekitarnya. Pun demikian, itu kondisi ideal, belum tentu sesuai dengan dunia nyata. Seringnya sih material superkonduktor ada cacatnya.

Cacat materi itu lalu menimbulkan gejala yang khas. Alih-alih kosong sempurna, superkonduktor kita jadi ditembusi oleh medan magnet.

[img] Flux pinning

Situasinya kira-kira mirip di atas.

(image credit: American Society of Mechanical Engineering)

Di sinilah terjadi peristiwa yang disebut flux pinning, yaitu “kuncian” antara magnet dan superkonduktor. Ibarat daging dan tusuk sate, medan dari magnet “menusuk” superkonduktor sampai tembus — membuat keduanya terikat, bagai satu kesatuan.

Di satu sisi, superkonduktor menolak magnet, membuat dia melayang. Akan tetapi di sisi lain, flux pinning membuat magnet terkunci!๐Ÿ˜ฎ

Alhasil, jadinya timbul skenario seperti berikut:

  • Jika magnet disenggol, dia cenderung keukeuh (cf. video pertama).
     
  • Jika magnet dipaksa dan ditahan dengan tangan, lama-lama dia beradaptasi, keukeuh di “kuncian magnetik” baru (cf. video kedua)
     
  • Adapun jika magnet diangkat dan dibawa pergi, “kuncian magnetiknya” masih ada. Maka superkonduktor di bawahnya akan ikut terangkat. (cf. video ketiga)
     

Kira-kira seperti itulah penjelasannya. Luar biasa bukan?๐Ÿ˜€

Pada awalnya kita tidak tahu prosesnya; jika dipandang sekilas sepertinya kok ajaib. Namun sebagaimana sudah disebut: sebenarnya semua itu terjadi berdasarkan hukum fisika, dan bisa dijelaskan secara logis.

Tentunya harus diakui bahwa peristiwa di atas cuma bisa terjadi di laboratorium; di dunia sehari-hari agak sulit mewujudkannya. Akan tetapi harusnya cukup memberi gambaran: bahwa alam semesta itu bisa aneh, lucu, dan mengejutkan juga. Tinggal bagaimana kitanya mencari tahu.๐Ÿ˜›

 

 

——

Referensi:

Beiser, A. (1995). Concepts of Modern Physics (6th ed.). New York: McGraw-Hill

Tipler, P.A. & Mosca, G. (2008). Physics for Scientists and Engineers (6th ed.). New York: W.H. Freeman & Co.

 
——
Video Eksperimen:

Posting komentar. Apabila tidak muncul, ada kemungkinan tersaring filter spam. Harap tunggu pemilik blog untuk mengecek dan melepaskan.

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: