i
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang melimpahkan rahmat dan karunia Nya kepada penulis, sehingga makalah Seminar Semi nar Fisika Fisi ka dapat diselesaikan dengan judul “Kereta Api M agneti agneti c L evitati on ”. ”. Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk memenuhi tugas individu mata kuliah Seminar Fisika. Dalam penulisan makalah ini penulis banyak menemui kesulitan. Namun berkat dukungan dan bantuan dari berbagai pihak, maka makalah ini dapat diselesaikan. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada Dosen Pembimbing dan pihak-pihak lainnya. Penulis menyadari bahwa penyusunan makalah ini masih jauh dari kesempurnaan. Hal ini dikarenakan keterbatasan kemampuan dan pengalaman penulis. Untuk itu, penulis mengharapkan saran dan kritikan yang bersifat membangun dari pembaca untuk dapat penulis perbaiki dimasa yang akan datang. Semoga makalah ini dapat bermanfaat untuk kita semua.
Padang, 22 April 2014
Penulis
ii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... i KATA PENGANTAR ......................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................... ii DAFTAR ISI ................................................................................................. .................................................................................................. 1 BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................
A.
........................................................................................................ 1 Latar Belakang ........................................................................................................
B.
................................................................................................... 2 Rumusan Masalah ...................................................................................................
C.
.................................................................................................... 3 Tujuan Penulisan .....................................................................................................
D.
.................................................................................................. 3 Manfaat Penulisan ...................................................................................................
BAB II KAJIAN TEORITIS
............................................................................................. ............................................................ ................................. 4
A.
.................................................................................................................... ........................................................ 4 Magnet ............................................................
B.
..................................................................................................... 4 Medan Magnetik .....................................................................................................
C.
.................................................................................................... 6 Induksi Magnetik ....................................................................................................
D.
........................................................................................................... 7 Hukum Lenz ............................................................................................................
E.
...................................................................................................... 7 Bahan Magnetik ......................................................................................................
F.
............................................................................................... ................................ 10 Superkonduktivitas ...............................................................
G.
Efek Meissner Pada Magnetic Pada Magnetic Levitation Levitation ............................................................. 12
.......... 14 BAB III KONSEP MAGNET PADA KERETA API MAGNETIC API MAGNETIC LEVITATIO LEVITATION N ..........
A.
Sejarah Perkembangan Kereta Api ....................................................................... 14
.................................................................................... .................... 15 B. Magnetic Levitation Levitation Train ................................................................
C.
.............................................................. 15 System Kerja Magnetic Levitation Train ..............................................................
D.
........................................ 22 Kelebihan dan Kekurangan Magnetic Kekurangan Magnetic Levitation Levitation Train ........................................
BAB IV PENUTUP ......................................................................................................... 23 A.
Kesimpulan ........................................................................................................... 23
B.
..................................................................................................................... ...................................................... 24 Saran ...............................................................
...................................................................................................... ........................................... 25 DAFTAR PUATAKA ...........................................................
1
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang
Transportasi dapat diartikan sebagai pemindahan barang atau manusia dari suatu tempat ke tempat lain yang menjadi tujuan. Pemindahan barang atau manusia ini dapat dilakukan dengan berbagai cara. Cara-cara ini dapat kita sebut sebagai sebuah system, dimana system transportasi merupakan cara-cara yang dapat dilakukan untuk melakukan transportasi untuk tujuan tertentu. Dalam suatu system transportasi dibutuhkan berbagai sarana dan prasarana yang mendukung jalannya suatu transportasi. Sarana ini berupa kendaraan yang memindahkan barang atau manusia. Prasarana berupa media yang dapat mendukung terjadinya suatu transportasi yaitu jalan raya, rel, terminal, sungai dan udara. Sarana dan prasarana
transportasi
ini
terus
mengalami
perkembangan seiring
berkembangnya Ilmu Pengetahuan dan Teknologi (IPTEK). Ilmu Pengetahuan dan Teknologi (IPTEK) memberikan kontribusi yang besar dalam perkembangan system transportasi, karena system transportasi selalu berkembang mengikuti perkembangan IPTEK. Dimulai dengan berjalan kaki, menggunakan hewan, penemuan roda untuk pertama kalinya pada tahun 3500 SM yang merupakan cikal bakal transportasi modern. Perkembangan system transportasi selanjutnya ditandai dengan diciptakannya alat transportasi berupa kereta yang ditarik oleh hewan seperti kuda, onta, sapi dan sebagainya, penemuan kapal, lokomotif uap, mesin mobil dengan bahan bakar dan lain sebgainya. Perkembangan system transportasi didukung oleh penemuan pada bergabagai bidang ilmu sains. Fisika sebagai salah satu bagian dari ilmu sains slalu menyumbangkan karya-karya inovatifnya dalam system transportasi. Mobil, motor, kereta api, sepeda, kapal laut, kapal selam,
2
perahu, pesawat, helikopter dan roket merupakan beberapa alat transortasi yang merupakan hasil penemuan inovatif dalam bidang fisika. System transportasi diharapkan mampu menyediakan transportasi yang aman dan nyaman bagi penggunanya, namun saat ini perkembangan system transportasi di Indonesia sangat jauh dari harapan. Berbagai masalah di bidang transportasi sangat banyak kita temui, seperti kemacetan yang terjadi di kota-kota besar yang padat penduduk. Kemacetan terjadi karena pertambahan jumlah kendaraan yang tidak sebanding dengan pertambahan jalur lalu lintas. Di Indonesia pertambahan jumlah
kendaraan
berkisar
antara
8%-12%
per-tahun,
sedangkan
pertambahan jalur lalu lintas hanya berkisar 2%-5% per-tahun dengan ratarata jalur lalu lintas di Indonesia kurang dari 4% dari total wilayah kota. Masyarakat masa kini yang memiliki tingkat kesibukan yang tinggi menuntut suatu system transportasi yang lancar tanpa macet, cepat dan aman, sehingga mereka tidak menghabiskan waktu berjam-jam dalam kemacetan dan perjalanan serta tidak selalu cemas akan keamanan mereka dalam melakukan perjalanan. Untuk menjawab kebutuhan masyarakat masa kini, dikembangkan suatu alat transportasi yang dapat melaju dengan sangat cepat, dengan lintasan tanpa hambatan dan memiliki tingkat keamanan perjalanan yang cukup tinggi. Alat transportasi ini berupa kereta api super cepat yang dikenal dengan Magnetic Levitation Train Train (Maglev Train) yang menerapkan prinsip fisika dalam pergerakannya. Prinsip fisika yang diterapkan dalam Maglev Train ini adalah konsep magnet. Berdasarkan latar belakang tersebut maka penulis tertarik untuk membahas prinsip kerja dari kereta Maglev Train ini yang ya ng berjudul “Kereta “Kereta Api Magnetic Levitation” Levitation”. B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah tersebut, rumusan masalah adalah sebagai berikut :
3
1. Teori fisika apa saja yang yang mendasari cara kerja Magnetic Levitation Train? Train? 2. Bagaimana sejarah perkembangan kereta api? 3.
Apa pengertian Magnetic pengertian Magnetic Levitation Train? Train?
4. Bagaimana system kerja Magnetic kerja Magnetic Levitation Train? Train? 5. Apa kelebihan dan kekurangan Magnetic kekurangan Magnetic Levitation Train? Train? C. Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui 1. Teori fisika yang terkait dengan Magnetic dengan Magnetic Levitation Train 2. Sejarah perkembangan kereta api 3. Pengertian Magnetic Pengertian Magnetic Levitation Train 4. System kerja Magnetic kerja Magnetic Levitation Train 5. Kelebihan dan kekurangan Magnetic kekurangan Magnetic Levitation Train D. Manfaat Penulisan
Adapun manfaat penulisan makalah ini adalah : 1. Bagi penulis, menambah ilmu pengetahuan tentang konsep magnet pada Magnetic pada Magnetic Levitation Train. 2. Bagi pembaca, menambah pengetahuan tentang konsep magnet pada Magnetic Levitation Train.
4
BAB II KAJIAN TEORITIS Magnetic Levitation Train sebagai salah satu alat transportasi modern memanfaatkan magnet dalam pergerakannya. Disini akan dijelaskan teori-teori yang terkait dengan prinsip kerja dari Magnetic dari Magnetic Levitation Train. A. Magnet
Magnet merupakan sutau objek yang memiliki medan magnet yang dapat menarik material berjenis logam. Magnet barasal dari kata “magnesia” magnesia” yang merupakan nama suatu daerah di Asia kecil yang menjadi tempat ditemukannya magnet untuk pertama kali. Sebuah magnet terdiri dari magnet-magnet kecil yang tersusun teratur (disusun dengan arah yang sama), magnet-magnet kecil ini disebut magnet elementer. Pada logam biasa (bukan magnet) megnet elementernya tersusun sembarang atau tidak sejajar, magnet-magnet elementer tersebut bersifat saling meniadakan, sehingga logam tidak memiliki kutub-kutub magnet. Magnet memiliki kutub pada kedua ujung-ujungnya,yaitu kutub positif dan kutub negative. Ujung-ujung magnet ini memiliki sifat kemagnetan yang paling tinggi. B. Medan Magnetik
Medan magnet merupakan daerah disekitar magnet yang dipengaruhi oleh gaya-gaya magnet. Young & Freedman (2001) menyatakan : Medan magnetic adalah sebuah medan vector, yakni, sebuah kuantitas vector yang di asosiasikan dengan setiap titik dalam ruang. Kita akan menggunakan symbol → untuk medan magnetic.
Di sembarang posisi, arah
→
didefenisikan sebagai arah yang
cenderung ditunjuk oleh kutub utara sebuah magnet kompas. Sebuah partikel yang tidak bergerak tidak memiliki gaya magnetic. Dalam suatu medan magnet, gaya magnetic F selalu tegak lurus terhadap →
maupun →.
5
→
→
Gambar 1. Saat berada pada sudut terhadap Sumber: Young & Freedman (2001)
→→
→→
F = | | = || sin
(1)
Dimana || = besarnya muatan (C) , = sudut yang di ukur dari arah → ke
arah →.
Dan gaya magnetic pada sebuah partikel bermuatan yang bergerak :
→
F=
→
(2)
Satuan SI dari → adalah equivalen dengan 1N . s/C . m, atau karena 1 A
adalah satu coulomb per detik (1A=1C/s), 1 N/A.m. satuan ini dinamakan tesla (disingkat T), untuk menghormati Nikola Tesla(1857-1943), seorang ilmuwan keturunan Amerika-Serbia dan seorang penemu : 1 tesla = 1 T =1 N/A.m Satuan cgs dari cgs dari →, yakni gauss (1 G = 10 -4 T).
Young & Freedman (2001)
6
C. Induksi Magnetik
Dhina (2013) menyatakan bahwa: Jika sebuah penghantar dialiri arus listrik maka disekitar kawat penghantar akan timbul medan magnet. Hal ini dikemukakan oleh Hans Christian Oersted (1777-1851) melalui percobaannya yang dikenal dengan percobaan Oersted. Oersted menyimpulkan bahwa disekitar arus listrik terdapat medan magnet atau perpindahan muatan listrik menimbulkan medan magnet. Arah garis-garis medan magnet atau arah induksi magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik tersebut dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Jika arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik maka arah lipatan jari lainnya menunjukkan arah medan magnet atau arah induksi magnetic.
Gambar 2. Kaidah tangan kanan Sumber: http://pepustakaancyber.blogspot.com
, makan akan Jika suatu bahan magnetic diletakkan dalam medan luar ̅ yang meningkatkan nilai total dihasilkan medan tersendiri sebesar medan magnetic bahan tersebut. Induksi magnetic yang didefenisikan sebagai medan total bahan ditulis sebagai
= +̅
(3)
̅ = 4ᴨM, satuan ̅ dalam cgs adalah gauss Hubungan medan sekunder dan dalam SI adalah tesla (T).
7
D. Hukum Lenz
Hukum Lenz menyatakan : Arah : Arah sembarang efek induksi magnetik adalah sedemikian rupa sehingga menentang menentang penyebab efek itu. Penyebab efek induksi dapat berupa fluks yang berubah-ubah melalui sebuah rangkaian stasioner yang ditimbulkan oleh sebuah medan magnetik yang berubah-ubah, atau dapat berupa fluks yang berubah-ubah yang ditimbulkan oleh gerak konduktor yang membentuk rangkaian, atau dapat berupa gabungan dari keduanya. Jika fluks dalam sebuah rangkaian stasioner
berubah,
maka
arus
induksi
itu
menimbulkan
medan
magnetiknya sendiri. Di dalam luas yang di batasi oleh rangkaian itu, medan ini berlawanan dengan medan yang semula jika medan yang semula itu semakin bertambah, tetapi mempunyai arah yang sama seperti medan medan yang semula jika medan yang semula semakin berkurang. Yakni, arus induksi menentang perubahan fluks yang melalui rangkaian tersebut (bukan fluks itu sendiri). Jika perubahan fluks ditimbulkan oleh gerak konduktor, maka arus induksi dalam konduktor yang bergerak adalah sedemikian rupa sehingga arah gaya medan magnetik pada konduktor berlawanan dengan gerak konduktor tersebut. Jadi, gerak konduktor yang menyebabkan arus induksi akan di tentang. Hukum lenz juga secara langsung dikaitkan dengan kekekalan energi seandainya arus induksi berada dalam arah yang berlawanan dengan arah yang diberikan oleh hukum lenz, maka gaya ga ya magnetik pada batang itu akan mempercepat batang ke laju yang terus bertambah tanpa ada sumber energi luar, walaupun energi listrik disisipkan dalam rangkaian itu. Ini jelas merupakan pelanggaran kekekalan energi dan tidak terjadi di alam. E. Bahan Magnetik
Magnetic materials atau bahan magnetic merupakan suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam bahan penyusunnya. Berdasarkan perilaku molekulnya di dalam medan magnetic luar, bahan magnetic
8
dibedakan menjadi tiga yaitu paramagnetisme, diamagnetisme dan feromagnetisme. 1. Paramagnetisme Menurut Halliday & Resnick (1989) : bahan paramagnetic adalah bahan yang resultan
medan magnet atomis total seluruh
atom/molekulnya tidak nol, hal ini disebabkan karena gerakan atom/molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis masingmasing
atom
saling
meniadakan.
(dikutip
dalam
http://magnet.repository.usu.ac.id).. http://magnet.repository.usu.ac.id)
Gambar 3. Arah domain-domain dalam bahan paramagnetic sebelum diberi medan magnet luar Sumber : http://magnet.repository.usu.ac.id : http://magnet.repository.usu.ac.id Bahan ini jika diberi medan magnet luar, maka elektronelektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet
atomisnya
searah
dengan
medan
magnet
luar.
Sifat
paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Pada bahan ini, efek diamagnetik (efek timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya) dapat timbul, tetapi pengaruhnya pengaruhnya sangat kecil.
9
Gambar 4. Arah domain dalam bahan paramagnetic setelah diberi medan magnet luar Sumber : http://magnet.repository.usu.ac.id : http://magnet.repository.usu.ac.id Pada umumnya tarikan dari zat paramagnetic sangat lemah karena pengacakan termal dari momen magnetic atom tersebut. Medan magnetic di sembarang titik dalam material paramagnetic lebih besar oleh sebuah factor tak berdimensi K m, m, yang dinamakan permebilitas relatif dari material itu, dibandingkan dengan medan magnetic di titik itu jika material tersebut digantikan dengan ruang hampa. K m umumnya bernilai 1,00001 sampai 1,003. Contoh dari bahan paramagnetic adalah aluminium, magnesium dan wolfram. 2. Diamagnetisme Young & Freedman (2001) menyatakan : momen magnetic total dari semua simpal arus-arus atom adalah nol bila tidak ada medan magnetic yang hadir. Tetapi medan magnet akibat orbit dan spin electron tidak nol. Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektronelektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan
resultan
medan
magnet
atomis
yang
arahnya
berlawanan. Material diamagnetic selalu memiliki suseptibilitas negative, permeabilitas relative K m umumnya berorde 0,99990 sampai 0,99999 untuk benda padat an cairan. Suseptibilitas diamagnetic hamper tidak
10
bergantung pada suhu. Contoh dari bahan diamagnetic yaitu: bismuth, perak, emas, tembaga dan seng. 3. Feromagnetisme Menurut Halliday & Resnick,1989 : Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar. Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan ferromagnetik banyak spin elektron yang tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron ele ktron yang tidak berpasangan berpas angan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga total medan magnetik yang dihasilkan oleh suatu atom lebih besar. (dikutip dalam http://magnet.repository.usu.ac.id).. http://magnet.repository.usu.ac.id) Material ferromagnetic memiliki permeabilitas relative K m yang jauh lebih besar daripada satu satuan, yaitu berorde sebesar 1.000 sampai 100.000. contoh dari bahan ferromagnetic yaitu: besi, baja, besi silicon, dll. F. Superkonduktivitas
Sifat superkonduktor yang paling dikenal yaitu hilangnya semua resistansi pada material jika material didingingkan hingga mencapai suhu dibawah suhu kritis (Tc). Pada tahun 1933 Walter Meissner dan Robert Ochsenfeld menemukan bahwa suatu superkonduktor akan menolak medan
magnet.
Sebagaimana
diketahui,
apabila
suatu
konduktor
digerakkan dalam medan magnet, suatu arus induksi akan mengalir dalam konduktor tersebut. Prinsip inilah yang kemudian diterapkan dalam generator. Akan tetapi, dalam superkonduktor arus yang dihasilkan tepat berlawanan dengan medan tersebut sehingga medan tersebut tidak dapat menembus material superkonduktor tersebut. Hal ini akan menyebabkan magnet
tersebut
ditolak.
Fenomena
ini
dikenal
dengan
istilah
diamagnetisme dan efek ini kemudian dikenal dengan efek Meissner. Efek
11
Meissner ini sedemikian kuatnya sehingga sebuah magnet dapat melayang karena ditolak oleh superkonduktor. Efek Meissner menunjukkan bahwa medan magnet di dalam sebuah logam superkonduktor seolah-olah sama dengan nol. Oleh karena itu, kita dapat menuliskan persamaan untuk medan magnet dalam logam superkonduktor sebagai berikut : B = Bac + 4ᴨM = 4ᴨM = 0 (dalam system satuan CGS) atau (4) B = Bac + µ0M = 0 (dalam system msatuan SI) Dengan Bac = medan magnet kritis dan M= magnetisasi. magnetisas i. Dari persamaan di atas dapat medan magnet dari luar (Bac) yaitu : Bac = - 4 ᴨM (dalam (dalam system satuan CGS) atau (5) Bac = - µ0M (dalam system satuan SI) Dimana µ0 = permeabilitas ruang hampa = 4 ᴨ x 10-7 Wb/A.m dan = permitivitas ruang hampa = 8,854 x 10-12 F/m. Berdasarkan sifat magnetisasi bahan superkonduktor dapat dibedakan menjadi dua yaitu 1. Superkonduktor Tipe I Tipe superkonduktor ini sering disebut sebagai superkonduktor lunak. Memiliki kharakteristik efek meissner secara utuh, yaitu pada saat suhu superkonduktor lebih kecil dari suhu kritisnya, maka superkonduktor memiliki resistansi nol dan menolak semua medan magnet luar. Tetapi jika medan magnet itu diperbesar sampai tepat sama
dengan
medan
superkonduktivitasnya
magnet langsung
kritisnya rusak
atau
(Bac),
maka
hilang.
sifat
Sehingga
magnetisasi (M) dari superkonduktor langsung jatuh ke nol. Nilai Bac
12
superkonduktor ini sangat kecil yaitu sekitar 0,1 Tesla. Bahan superkonduktor tipe I ini kebanyakan adalah unsur tunggal. 2. Superkonduktor Tipe II Superkonduktor tipe ini memiliki suhu kritis (Tc) yang lebih tinggi dan memiliki nilai Bac yang jauh lebih besar daripada nilai Bac superkonduktor tipe I, yang mengirimkan medan magnetic jauh lebih besar tanpa merusak keadaan superkonduksi itu. Superkonduktor tipe t ipe II memiliki dua medan magnet kritis yaitu Bac1 dan Bac2. G. Efek Meissner Pada M agne agnetic tic L evitation
Magnetic Levitation Levitation berkaitan erat dengan efek meissner, Efek meissner yang ditemukan pada tahun 1933 oleh Meissner merupakan efek yang terjadi dalam superkonduktor yakni material yang memiliki resistansi nol pada suhu di bawah suhu kritisnya. Medan magnet eksternal yang seharusnya melakukan penetrasi dalam bahan menjadi terblokade dan mengalir diluar bahan dan dekat ke permukaan bahan sampai kedalaman London ( London depth). depth). London London depth merupakan depth merupakan jarak yang ditimbulkan pada saat medan magnet akan menembus superkonduktor, jarak ini i ni sangat kecil pada umumnya beriksar 100 nm.
Gambar 5. Efek Meissner Sumber:// maglevworld.wordpress.com
13
Efek Meissner ini sangat kuat sehingga magnet dapat melayang karena ditolak oleh superkonduktor. Medan magnet ini tidak boleh terlalu besar, jika medan magnetnya terlalu besar maka efek meissner ini akan hilang dan material akan hilang sifat superkonduktifitasnya. (Bardiyah Sri Aprilia.2013)
14
BAB III KONSEP MAGNET PADA KERETA API MAGNETIC LEVITATION Berikut ini merupakan pembahasan dari kereta api Magnetic Levitation, Levitation , yaitu dimulai dengan sejarah perkembengan kereta api, pengertian dari Magnetic Levitation Train, Train, sitem kerja Magnetic Levitation Train Train dan kelebihan dan kekurang dari Magnetic Levitation Train. Train. Pembahasan Magnetic Levitation Train ini didasari oleh penelitian dari Hamid Yaghoubi (2012) tentang Magnetic Levitation Train. Train. A. Sejarah Perkembangan Perkembangan Kereta Api
Kereta api merupakan suatu alat transportasi massal yang secara umum terdiri dari lokomotif dan serangkaian gerbong-gerbong yang luas yang dapat mengangkut banyak penumpang dan barang. Perkembangan kereta api tak lepas dari perkembangan mesin lokomotif yang merupakan tempat
mesin
penggerak
kereta
api.
Lokomotif
uap
mengalami
penyempurnaan seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, penyempurnaan dari lokomotif inilah yang membuat lokomotif berubah menjadi kereta api. Saat ini ada beberapa kereta api yang dikenal oleh masyarakat yaitu: kereta api rel konvensional (kereta yang umum dijumpai dengan dua batang besi sebagai rel yang diletakkan di bantalan), kereta api monorel(terdiri dari satu batang besi sebagai rel), kereta api permukaan atau sufcace (yang berjalan di atas permukaan tanah), kereta api layang atau elevated (berjalan di atas dengan bantuan tiang-tiang) kereta api bawah tanah (subway), dan akhir-akhir ini dikembangkan teknologi kereta apai terbaru yaitu kereta api Magnetically levitation yang dapat menempuh kecepatan hingga 500 km/jam (311 mph).
15
B . M agne agnetic tic L evitation Train
Magnetic leviatation merupakan sebuah metode yang yang digunakan untuk membuat sebuah objek melayang di udara tanpa bantuan selain medan magnet. Medan ini digunakan untuk menolak atau meniadakan gaya tarik gravitasi. Magnetic levitation train train atau yang sering disebut dengan Maglev train adalah kereta api super cepat tanpa roda yang memanfaatkan gaya magnet untuk melayang, menggerakkannya dan mengontrol jalannya kereta.
Gambar 7. Magnetic 7. Magnetic Levitation Train Sumber : http://yohanessurya.com : http://yohanessurya.com Kereta magnetic levitatation ini melayang sekitar 10 cm -15 cm di atas relnya. Hal ini menyebabkan tidak adanya gaya gesek antara rel dengan kereta yang dapat menghambat pergerakan kereta sehingga kereta dapat melaju dengan cepat mencapai 500 km/jam (310 mph). C. System Kerja Magnetic Levitation Train
Sistem kereta api Maglev memiliki tiga kompenen utama yaitu: 1. Sumber daya listrik 2. Kumparan logam 3. Guideway
16
System kerja Magnetic Levitation Train memanfaatkan 2 prinsip magnet yaitu gaya tarik magnet dan gaya tolak magnet. Ada dua buah system kerja dari maglev train ini sehingga ia dapat mengambang atau melayang di atas rel nya yaitu: Electromagnetic Suspension (EMS) yang dikembangkan di Negara Jerman dan Electrodinamic Suspension (EDS) yang dikembangkankan di Negara Jepang. Pada saat sekarang ini ada sebuah system baru yang sedang dikembangkan yaitu system Inductrack, yaitu menggunakan magnet tetap, namun cara ini belum diterapkan. Yang banyak dikembangkan dan digunakan saat ini yaitu system EDS karena lebih stabil, sehingga disini system EDS akan dibahas lebih rinci.
1. Electromagnetic Suspension (EMS) System
kerja
dari Electromagnetic
Suspension
(EMS)
memanfaatkan gaya gaya tarik magnet. Dimana bagian-bagian bagian-bagian pada
rel
kereta yaitu beam beam (balok rel) dan levitations rails rails yang merupakan bagian rel penuntun. Bagian-bagian pada gerbong kereta yaitu support yaitu support magnet
(magnet
pendukung),
guidance
magnets magnets
(magnet
penuntun),dan vehicle vehicle ( gerbonh kereta). Antara rel dengan gerbong terdapat air gap vertical dan dan air gap gap horizontal . (Hamid.2012)
17
Gambar 8. Schematic diagram of EMS Maglev system Sumber: Yaghoubi, Hamid.2012. Practical Aplications Of Magnetic Levitation Tecnologi. Iran: IMT. Pada Electromagnetic suspension (EMS) magnet berada pada badan kereta. Electromagnet pada badan kereta berintekasi dan menarik levitation rails pada guideway (jalur pemandu), hal ini mempertahankan posisi kereta secara horizontal. Electromagnet pada bagian bawah kereta dipasang mengarah langsung ke jalur pemandu, yang mengambangkan kereta sekitar 1 cm di atas jalur pemandu dan menjaga kereta agar tetap mengambang bahkan di saat kereta tidak bergerak. Saat bergerak dorongan kedepan didapatkan melalui interaksi antara rel magnetic dengan mesin induksi. Namun cara ini kurang stabil sehingga jarak antara rel dengan gerbong harus selalu di control kerena ketika daya magnet berkurang gerbong dapat turun dan menabrak rel. (Hamid.2012)
Gambar 9. Maglev Train dengan EMS sistem Sumber: http://ilmumum.blogspot.com Magnetic Levitation Train dengan system EMS ini dikembangkan di Negara Jerman.
18
2. Electrodinamic Suspension (EDS) EDS (electrodinamik (electrodinamik suspension) suspension) memanfaatkan gaya tolak magnet.
System
ini
menggunakan
magnet
superkonduktor.
Superkonduktor memiliki sifat yang menarik yaitu sifat Efek Meissner, yaitu efek pada bahan superkonduktor yang berada dibawah suhu kritisnya(Tc). Bahan superkonduktor menjadi bagian pada badan kereta sedangkan magnet terdapat pada relnya. Sistem EDS ini menggunakan nitrogen cair yang digunakan untuk mendinginkan bahan superkonduktor sehingga bahan superkonduktor mencapai suhu di bawah suhu kritis (Tc). Pada saat suhu bahan superkonduktor berada dibawah suhu kritisnya, maka bahan superkonduktor akan memiliki resistansi nol (0) dan akan menolak medan magnet disekitarnya
Gambar 10. Electrodinamik 10. Electrodinamik Suspension System http://maglevworld.wordpress.com Pada gerbong kereta bagian bawah terdapa Levitation Magnets Magnets yang berhadapan dengan magnet yang terdapat pada rel, magnet ini saling tolak-menolak sehingga membuat kereta melayang di atas reln ya. Hamid (2012) menyatakan: pada bagian rel kereta terdapat beam sebagai dinding pemandu, levitation and guidance coil (kumparan penuntun kereta), propulsion coil (kumparan penggerak kereta) dan wheel support path (bagian path (bagian rel pendukung).
19
Gambar 11. Schematic diagram of EDS Maglev system Yaghoubi, Hamid.2012. Practical Aplications Of Magnetic Levitation Tecnologi. Iran: IMT. Pada saat diam kereta magnet ini tidak melayang di atas rel melainkan diam berdiri di atas rel nya. Saat akan bergerak magnet superkonduktor dinyalakan, kemudian kereta mulai mengambang sekitar 100 mm di atas rel. Magnet superkonduktor mengatur posisi kereta agar tepat berada di tengah jalur giudeaway nya kemudian computer
pada
sisitem
control
mengunci
posisi
kereta
dan
mengstabilkan magnet superkonduktor agar posisi kereta tidak berubah. Kemudian daya listrik diberikan ke kumparan d alam dindingdinding jalur pemandu yang menciptakan medan magnet yang dapat menarik dan mendorong kereta sepanjang jalur pemandu. Arus listrik yang diberikan ke kumparan pada dinding jalur pemandu secara se cara berganti-ganti mengubah polaritas polarita s kumparan magnet. ma gnet. Perubahan polaritas ini menyebabkan medan magnetik di depan kereta menarik kereta ke depan, sementara medan magnet di belakang kereta menambahkan gaya dorong ke depan.
20
Gambar 12.sistem control EDS control EDS system http://prinsipkereta.webatu.com/keretamagnet.ht
Polaritas kumparan yang berubah menghasilkan gaya megnet yang saling tarik menarik dan saling tolak menolak, seperti pada gambar A di atas interaksi antara magnet pada rel dengan kereta menghasilkan gaya tarik oleh magnet tidak sejenis di bagian depan terhadap gerbong yang menarik kereta ka arah depan (ditunjukkan oleh garis hijau) dan magnet di bagian belakang menghasilkan gaya tolak terhadap megnet sejenis pada gerbong yang menjadi gaya dorong dalam pergerakan kereta (ditunjukkan oleh garis biru). Pada gambar B ditunjukkan system yang membuat kereta tetap melayang di atas rel nya dengan gaya tolak yang dihasikan oleh magnet superkonduktor dari bagian badan kereta terhadap guideway terhadap guideway nya, nya, magnet pada sisi jalur pemandu menjaga agar kereta tetap melayang, apabila posisi kereta turun maka magnet berlawan pada sisi dinding pemadu bagian atas dengan magnet pada sisi gerbong akan menarik gerbong ke atas (ditunjukkan oleh garis hijau) dan magnet bagian bawah dinding pemandu yang sejenis dengan magnet pada sisi gerbong akan menolaknya (ditunjukkan oleh garis biru) sehingga posisi gerbong akan tetap terangkat atau melayang di atas rel nya. Selain itu dinding jalur pemandu ini juga berfungsi mempertahankan mempertahankan posisi kereta di jalur
21
guideway nya, guideway nya, saat kereta oleng ke kiri maka dinding pemandu sebelah kiri akan memiliki sifat magnet yang akan menolak kereta dan sifat magnet pada dinding sebelah kanan akan menarik kereta, sehingga posisi kereta selalu s elalu dipertahankan. diper tahankan. System S ystem ini lebih stabil karena daya da ya angkat pada system tidak hanya dihasilkan dari rel atau guideway nya saja tetapi juga dihasilkan dari gerbong kereta itu sendiri. Kecepatan kereta Maglev ini dari awal bergerak hingga akhir memiliki kecepatan yang bervariasi. Variasi kecepatan ini diatur dengan mengatur frekuensi dari arus bolak-balikyang melalui kumparan.
Gambar 13. Maglev Train dengan EDS system saat bergerak Sumber: http://prisnsipkereta.webatu.com Cara penghentian dari kedua system kereta maglev ini sama seperti dengan cara ia bergerak yaitu menggunakan induksi magnetic pada kumparan dengan memberikan tolakan antara kutub yang sama. Pada saat akan berhenti medan magnet dari kumparan ini dirubah atau dibalik, sehingga akan menimbulkan efek pengereman dan kereta akan berhenti. Maglev train memiliki system control (control ( control room) room) yang terhubung
22
dengan control pusat melalui melalui system system transmisi radio yang
berfungsi
menjaga keselamatan kereta, mengatur perpindahan jalur rel. Kereta maglev ini memiliki system rem dinamis, dengan bantalan rem untuk berhenti, untuk kebutuhan darurat setiap gerbong dilengkapi dengan empat cakram per sebagai rodanya, dan bantalan rem cadangan. Struktur atau bentuk dari bagian depan kereta ini dirancang seperti mulut lumba-lumba yang ramping untuk mengurangi hambatan udara (drag udara), sehingga maglev train dapat meluncur seperti peluru.(Irham. 2013) D. Kelebihan dan Kekurangan Kekurangan M agne agnetic tic L evitation Tr ain
1. Kelebihan maglev train a. Mampu melayang di atas rel b. Kecepatannya yang sangat tinggi mencapai 500 km/jam (310mph) c. Penghematan biaya perawatan karena tidak akan ada pergantian rel d. Tidak adanya gaya resistansi akibat gesekan e. Tidak membutuhkan bahan bakar fosil 2. Kekurangan maglev train a. Kebisingan yang ditimbulkan saat bergerak hampir sama dengan sebuah jet (lebih bising sekitar 5 dB dari kereta konvensioanl biasa) b. Mahalnya investasi terutama pada pengadaan rel
23
BAB IV PENUTUP A. Kesimpulan
Teori fisika yang terkait dengan prinsip kerja dari maglev train ini secara garis besar yaitu: medan magnetic, induksi magnetic, hukum Lenz, superkonduktivitas bahna dan efek meissner. Sejarah perkembangan kereta api dimulai dengan ditemukannya lokomotif uap oleh Richard Trevithick, yang kemudian lokomotif ini mengalami perkembangan dan modernisasi sehingga menjadi kereta api. Kereta api juga mengalami perkembangan mulai dari kereta api yang pertama yaitu kereta api dengan bahan bakar batu bara yang kemudian berkembang menjadi kereta api listrik yang menggunakan tenaga listrik dalam perkembangannya dan sekarang berkembang sebuah kereta api yang dapat melayang di atas relnya yang dikenal dengan nama Magnetic Levitation Train. Train. Magnetic Levitation Train Train ini merupakan kerete api super cepat tanpa roda yang dapat melayang atau mengambang kira-kira 10 cm di atas relnya
dengan
memanfaatkan
gaya
magnet
untuk
melayang,
menggerakkanya dan mengontrol jalannya kereta. System kerja Maglev Train memanfaatkan sifat gaya magnet yaitu gaya terik magnet dan gaya tolak magnet. Ada dua buah pengembangan system kerja dari Maglev Train ini, yang pertama yaitu : Elektromagnetic Suspension (EMS) yang memanfaatkan gaya tarik magnet dan yang kedua yaitu : Elektrodinamik : Elektrodinamik Suspension (EDS) yang memanfaatkan gaya tolak magnet. Maglev Train ini memiliki beberapa kelebihan disbanding dengan kereta api konvensional yaitu: dalam pergerakannya Maglev Train ini tidak bersentuhan dengan relnya (melayang), sehingga tidak ada gaya gesek yang terjadi antara kereta dengan rel nya yang mengakibatkan kereta dapat melaju dengan sangat cepat yaitu mencapai 500 km/jam, tidak
24
menggunakan bahan bakar fosil. Penghematan biaya perawatan karena tidak akan ada penggantian rel. Namun ada beberapa kelemahan dari Maglev Train ini yaitu kebisingan yang dihasilkannya saat bergerak hamper sama dengan kebisingan yang di timbulkan oleh sebuah pesawat jet dan mahalnya investasi terutama dalam hal pengadaan rel. B. Saran
1. Bagi pemerintah agar dapat mengambangkan dan memberdayakan Magnetic Levitation Train di Train di Indonesia sehingga system transportasi di Indonesia menjadi lebih baik, tanpa macet, aman dan tempat tujuan dapat dicapai dengan lebih cepat. 2. Bagi pembaca umum dan pelajar agar dapat dijadikan sebagai ilmu pengetahuan, sumber referensi dan dikembangkan dalam bentuk perwujudan teknologi transportasi secara nyata.
25
DAFTAR PUATAKA Bardiyah,Sri A. 2013. Sifat Quantum Superkonduktor. Diakses pada 04/22/1014 dari http://bardiyahsriaprilia-Fst09.web.unair.ac.id. Cyber . 2013. Medan Magnet Disekitar Arus Listrik Induksi. Diakses pada 22/04/2014 dari http://perpustakaancyber.blogspot.com. dari http://perpustakaancyber.blogspot.com. Eva, Farah D. 2013. Induksi Magnetik. Diakses pada 22/04/2014 dari http://ivaradhin.blogspot.com Ilmu . 2013. 2013. Sensasi Melayang di Kereta Maglev. Diakses pada 28/03/2014 dari http://ilmuumum.blogspot.com. Irham. 2013. Fisika Terapan Kereta Maglev. Diakses pada 28/03/2014 dari http:// irhamdoank.blogspot.com/2013/02/fisika-terapan-kereta-maglev_7. Muhammad, Ardi R.A. 2012. Dasar Magnetic Levitation Train. Diakses pada 28/03/2014 dari http://maglevworld.wordpress.com. dari http://maglevworld.wordpress.com. Ovan Theman. (21/07/2011). Tentang Sistem Transportasi. Diakses pada 09/04/2014 dari http://ovantheman.blog.co.uk. Usu
.tanpa
tahun.
Magnet.
Diakses
pada
08/04/2014
dari
http://
magnet.repository.Usu.ac.id. Yaghoubi, Hamid. 2012. Practical Aplications of Magnetic Levitation Technologi. Iran: IMT. Young, Hugh D., dkk. 2001. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
