PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM PENGENDALIAN MEDAN MAGNET UNTUK MEMBUKTIKAN KEHADIRAN EFEK KUANTISASI FLUKSOID SUPERKONDUKTOR TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM PENGENDALIAN MEDAN MAGNET UNTUK MEMBUKTIKAN KEHADIRAN EFEK KUANTISASI FLUKSOID SUPERKONDUKTOR TUGAS AKHIR Oleh : Nina Siti Aminah NIM : PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 ABSTRAK Ciri pokok superkonduktor yang dipandang dari sifat magnetik dan sifat transport listrik secara terpisah serta yang membedakannya dari konduktor (logam) adalah hilangnya resistansi listrik dan diamagnetisme sempurna, saat didinginkan di bawah temperatur kritisnya T c. Fenomena tersebut, dapat dipahami dengan model elektrodinamika London dan secara kuantum dengan teori kuantum makroskopik. Keberhasilan teori kuantum makroskopik dalam fenomena superkonduktivitas diantaranya kemampuan teori tersebut menerangkan fenomena kuantisasi fluksoid. Pada tugas akhir ini telah dirancang dan direalisasikan sistem pengendalian medan magnet untuk membuktikan kehadiran efek kuantisasi fluksoid dalam bahan superkonduktor. Sistem pengendalian medan magnet memungkinkan seorang pengguna memperoleh nilai medan magnet yang diinginkan serta memantau nilai medan magnet yang dihasilkan melalui komputer (PC). Nilai medan magnet yang diinginkan dimasukkan sebagai input pada komputer 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 besar medan magnet yang diinginkan. Besarnya medan magnet dideteksi oleh sensor efek Hall dan ditampilkan pada komputer. Dengan mengukur penetrasi fluks magnetik yang masuk ke dalam bahan superkonduktor dapat ditunjukkan kuantisasi fluksoid dan selanjutnya dianalisa dengan menggunakan teori kuantum makroskopik untuk mendapatkan gambaran tentang distribusi arus super yang terjadi. ii

3 DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL... i ABSTRAK... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR TABEL... vii BAB I PENDAHULUAN BAB II LANDASAN TEORI Ciri Pokok Superkonduktor Diamagnetisme Sempurna Resistivitas Nol Model Kuantum Makroskopik Arus probabilitas dalam teori kuantum schrodinger Perumusan Kuantum makroskopik Kuantisasi fluksoid BAB 3 PERANCANGAN DAN REALISASI PERANGKAT KERAS DAN PERANGKAT LUNAK SISTEM Perancangan Perangkat Keras Blok Diagram Blok Diagram Boks Antarmuka dan Akuisisi Data Catu Daya iii

4 3.1.4 Modul Mikrokontroler (ADC Internal dan PWM) Modul Serial Modul sensor dan penguat awal Perancangan Perangkat Lunak Spesifikasi perangkat Lunak Perancangan perangkat lunak pada PC Perancangan perangkat lunak pada mikrokontroler BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Metode Pengujian Pengujian dan Analisis Pengujian dan Analisis Perangkat Lunak Pengujian dan Analisis Perangkat Keras Pengujian dan Analisis Integrasi Seluruh Sistem BAB V KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C LAMPIRAN D LAMPIRAN E iv

5 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kurva H-T untuk superkonduktor Gambar 2.2 Kurva M(H) dan B(H) untuk superkonduktor Gambar 2.3 Papan superkonduktor dalam medan magnet luar H Gambar 2.4 Kedalaman penetrasi λ dalam bahan papan berketebalan 2α Gambar 2.5 Kurva resistivitas terhadap suhu untuk konduktor Gambar 2.6 Cincin tebal superkonduktor Gambar 2.7 Fluksi medan magnet dalam rongga cincin Gambar 2.8 Fluksi yang terperangkap dalam rongga cincin. (a) hasil eksperimen Deaver dan Fairbank (USA). (b) data ideal Gambar 3.1 Blok diagram sistem 3-1 Gambar 3.2 Blok diagram boks antarmuka dan akuisisi data Gambar 3.3 Catu daya Gambar 3.4 Rangkaian pendukung mikrokontroler Gambar 3.5 Rangkaian clock Gambar 3.6 Aliran arus dan perubahan tegangan pada reset otomatis Gambar 3.7 Rangkaian PWM Gambar 3.8 Rangkaian serial Gambar 3.9 Rangkaian sensor v

6 Gambar 3.10 Rangkaian penguat awal Gambar 3.11 Cara kerja sistem Gambar 3.12 Flowchart aplikasi user interface pada PC Gambar 3.13 Tampilan program aplikasi user interface pada PC Gambar 3.14 Flowchart perangkat lunak dumb slave Gambar 4.1. Tampilan program aplikasi user interface pada PC Gambar 4.2. Tampilan program simulasi pada mikrokontroler Gambar 4.3. Blok pengujian catu daya Gambar 4.4. Blok pengujian integrasi sistem Gambar 4.5. input pemrograman Gambar 4.6. kurva perbandingan set arus pada PC dengan arus di catu daya Gambar 4.7. kurva pembebanan Gambar 4.8. kurva perbandingan set arus pada PC dengan tegangan Hall terukur 4-9 Gambar 4.9. hasil eksperimen kuantisasi fluxoid Gambar pengukuran tegangan hall pada bahan tanpa didinginkan vi

7 DAFTAR TABEL Tabel 3.1. fungsi pin-pin DB Tabel 4.1. hasil pengujian rangkaian catu daya vii

8 PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM PENGENDALIAN MEDAN MAGNET UNTUK MEMBUKTIKAN KEHADIRAN EFEK KUANTISASI FLUKSOID SUPERKONDUKTOR DESIGN AND REALIZATION MAGNETIC FIELD CONTROL SYSTEM TO TEST THE EXISTENCE OF FLUXOID QUANTIZATION IN SUPERCONDUCTOR Nama Nina Siti Aminah Tempat Tanggal Lahir Bogor, 15 April 1983 NIM Alamat Jln. Panyawangan V No 2. Komp. Panghegar Permai II. Bandung HP Kelompok Keahlian Fisika Magnetisme dan Fotonik Hari/Tanggal Jumat, 15 Februari 2008 Tempat Pembimbing A.A. Nugroho, PhD dan Daniel Kurnia, PhD Penguji Hendro, MSc dan Rahmat Hidayat, PhD ABSTRAK Ciri pokok superkonduktor yang dipandang dari sifat magnetik dan sifat transport listrik secara terpisah serta yang membedakannya dari konduktor (logam) adalah hilangnya resistansi listrik dan diamagnetisme sempurna, saat didinginkan di bawah temperatur kritisnya T c. Fenomena tersebut, dapat dipahami dengan model elektrodinamika London dan secara kuantum dengan teori kuantum makroskopik. Keberhasilan teori kuantum makroskopik dalam fenomena superkonduktivitas diantaranya kemampuan teori tersebut menerangkan fenomena kuantisasi fluksoid. Pada tugas akhir ini telah dirancang dan direalisasikan sistem pengendalian medan magnet untuk membuktikan kehadiran efek kuantisasi fluksoid dalam bahan superkonduktor. Sistem pengendalian medan magnet memungkinkan seorang pengguna memperoleh nilai medan magnet yang diinginkan serta memantau nilai medan magnet yang dihasilkan melalui komputer (PC). Nilai medan magnet yang diinginkan dimasukkan sebagai input pada komputer 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 besar medan magnet yang diinginkan. Besarnya medan magnet dideteksi oleh sensor efek Hall dan ditampilkan pada komputer. Dengan mengukur penetrasi fluks magnetik yang masuk ke dalam bahan superkonduktor dapat ditunjukkan kuantisasi fluksoid dan selanjutnya dianalisa dengan menggunakan teori kuantum makroskopik untuk mendapatkan gambaran tentang distribusi arus super yang terjadi.