Penerapan Fenomena Magnet Levitation Pada Alat Transportasi Kereta Super Cepat
Makalah yang Disusun untuk Melengkapi Tugas Mata Kuliah Fisika Listrik Magnet Semester 1
Disusun oleh: Calvin Leonardo / 525160007 Rafael S. P. / 525160017 Andrean Stevanus / 525160018
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara 2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat serta anugerah-Nyalah penulis dapat menyelesaikan penyusunan makalah Fisika Listrik Magnet ini. Makalah dengan judul “Penerapan Fenomena Magnet Levitation Pada Alat Transportasi Kereta Super Cepat”, dibuat untuk melengkapi tugas mata kuliah Fisika Listrik Magnet. Dalam penyelesaian makalah ini penulis banyak mendapatkan masukan dan bantuan-bantuan dari berbagai pihak yang sangat berarti. Oleh karena itu pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih yang setinggi-tingginya kepada pihak lain yang mendukung selesainya makalah ini, terutama dosen mata kuliah Fisika Listrik Magnet, Bpk.Sigit Wiyono. Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya. Sekiranya makalah yang telah disusun ini dapat berguna bagi kami sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan kami memohon kritik dan saran untuk perbaikan makalah ini nantinya. Akhir kata penulis berharap semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi semua orang.
Jakarta, 14 November 2016
Tim Penyusun
i
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR DAFTAR ISI BAB I PENDAHULUAN 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5.
Latar Belakang ............................................................................................... 1 Rumusan Masalah .......................................................................................... 2 Tujuan Penulisan ............................................................................................ 2 Manfaat Penulisan .......................................................................................... 2 Dasar Teori ..................................................................................................... 2 1.5.1. Magnet ............................................................................................... 2 1.5.2. Medan Magnet ................................................................................... 3 1.5.3. Hukum Lenz....................................................................................... 4 1.5.4. Bahan Magnetik ................................................................................. 4 1.5.5. Superkonduktivitas ............................................................................ 5 BAB II ISI 2.1. Magnet Leitation………………………………………………………….....7 2.1.1 Pengertian……………………………………………………………...7 2.1.2 Cara Kerja……………………………………………………………..7 2.2. Kereta Maglev .................................................................................................7 2.2.1.Pengertian……………………………………………………………...7 2.2.2.Sejarah…………………………………………………………………7 2.2.3.Cara Kerja……………………………………………………………..9 2.3. Kelebihan dan Kekurangan ............................................................................ 13 BAB III PENUTUP 3.1. Kesimpulan .................................................................................................. 14 3.2. Saran ............................................................................................................ 14 DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………...……….15
ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Teknologi saat ini terus berkembang untuk memenuhi kebutuhan manusia yang terus bertambah, baik itu hal yang mudah dilakukan hingga yang hampir tidak mungkin untuk dilakukan. Kesulitan dalam melakukan dalam berbagai hal mendorong manusia untuk membuat terobosan baru untuk memudahkan kegiatan sehari hari. Hingga saat ini perkembangan teknologi berkembang pesat seiring dengan banyaknya penemuan penemuan dalam berbagai bidang ilmu, salah satunya ilmu fisika. Ilmu fisika merupakan salah satu bidang keilmuan yang sangat banyak mempengaruhi perkembangan teknologi saat ini, sebagai contoh penemuan magnet. Magnet adalah suatu objek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Penemuan tersebut kemudian dikembangkan oleh manusia, dengan membuat medan magnet menggunakan arus listrik sehingga menghasil medan magnet yang disebut electromagnet. Dengan adanya elektromagnet ini memungkinkan manusia untuk memanfaatkanya dalam berbagai bidang. Bidang transportasi merupakan salah satu penerapan teknologi elektromanget. Magnet yang dipadukan dengan berbagai teknologi lain seperti supekonduktor maupun elektromagnet mampu membuat suatu benda melayang, fenomena ini disebut Magnetic Levitation atau maglev. Dengan penggunaan maglev, memungkinkan terciptanya alat transportasi yang memiliki gaya gesek yang rendah sehingga pengurangan kecepatan gerak benda dapat dikurangi serta penggunaan energi juga lebih sedikit, hal ini menjadikan alat trasportasi menjadi lebih efisien dalam penggunaan energi serta lebih cepat dalam bergerak. Sebagai contoh adalah penerapan teknologi maglev pada kereta api super cepat di jepang. Dari hal tersebut penerapan mekanisme serta cara kerja maglev dapat diaplikasikan dalam alat transportasi kereta api super cepat sehingga ramah lingkungan dan efisien dalam waktu perjalanan. 1.2.
Rumusan Masalah 1. Bagaimana sejarah dan perkembangan Kereta Maglev? 2. Bagaimana cara kerja dari Kereta Maglev?
1
1.3.
Tujuan Penulisan 1. Mengetahui penerapan mekanisme serta cara kerja dari Magnet Levitaion 2. Mengetahui bentuk aplikasi Magnet Levitation dalam alat transportasi kereta super cepat
1.4.
Manfaat Penulisan 1. Mengetahui pengertian magnetic levitation dan cara kerja magnetic levitation. 2. Mengetahui penerapan maglev pada kereta super cepat dan cara kerjanya. 3. Mengetahui kelebihan dan kekurangan dari penggunaan Kereta Maglev.
1.5.Dasar Teori 1.5.1.Magnet Pada awalnya magnet dikenal sebagai logam yang mampu menarik kebanyakan logam-logam lainnya. Kemudian diketahui bahwa pada setiap magnet ada dua kutub, kutub utara dan kutub selatan. Diketahui pula bahwa terdapat gaya tarik-menarik antara kutub yang berbeda dan gaya tolak menolak antara kutub yang sama. Besar gaya tarik menarik atau tolak menolak berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kutub magnet, mirip seperti pada gaya listrik. Tetapi berbeda halnya dengan listrik, tidak pernah ditemukan adanya kutub magnet yang tunggal, kutub magnet selalu ditemukan berpasangan. Tidak pernah (belum pernah) ditemukan adanya monopol magnet. Magnet atau magnet adalah suatu benda atau objek yang memiliki gaya dalam medan dalam jarak tertentu untuk menarik benda yang terbuat dari logam, medan ini disebut dengan medan magnet. Magnet berasal dari bahasa yunani magnitis lithos yang memiliki arti batu magnesian. Magnesia merupakan sebuah wilayah di yunani kuno dimana banyak ditemukan batu magnet sejak zaman dahulu. Pada saat ini magnet merupakan suatau materi yang memiliki medan magnet, materi tersebut dapat berwujud magnet tetap maupun tidak tetap. Magnet memiliki dua kutub yaitu kutub utara (north/N) dan kutub selatan (south/S) .
Sumber: www.duniapendidikan.net
Ditinjau dari proses pembuatan atau, magnet dapat dibedakan menjadi 2 macam yaitu magnet alam dan magnet buatan. 2
Magnet alam terdapat di dalam tanah yang berupa bijih besi magnet dalam bentuk besi oksida. Pertama kali ditemukan di Magnesia dan dipergunakan pertama kali oleh bangsa China. Anggapan atau perkiraan bahwa bumi adalah sebuah magnet besar, dengan kutub-kutub magnet dan sebuah khatulistiwa magnet (magnet equator ), mula-mula dibuat oleh Sir William Gilbert (1544-1603), seorang tabib Ratu Elizabeth I. Gilbert membuat terella (bumi kecil) berbentuk bola yang kecil dari batu magnet yang terdapat di alam (secara harfiah “batu utama” atau kompas) dan menelusuri garis-garis kemagnetannya. Pada jaman navigasi (pelayaran) dan eksplorasi tersebut ada keinginan untuk menyelidiki kompas dan kemagnetan bumi. Penelitian selanjutnya dilakukan oleh Hans Christian Oersted (1771-1851), Karl Fredrick Gause (1777-1855), dan James Clerk Maxwell (1831-1879). Magnet buatan (artificial magnet) dapat dibuat dari bahan-bahan feromagnetik seperti Kobalt, paduan baja dengan nikel, dll. Sedangkan cara pembuatannya adalah: 1. Dengan cara menggosok; Caranya adalah menggosok-gosokan magnet pada bahan yang akan dijadikan magnet dengan arah yang sama (tidak boleh bolak-balik) sampai menjadi magnet. 2. Menggunakan arus listrik; Caranya adalah melilitkan kawat yang dialiri arus listrik searah pada bahan yang akan dijadikan magnet. Dalam hal ini kuat medan magnet yang terjadi akan ditentukan oleh banyaknya lilitan dan kuat arus yang mengalir. 1.5.2Medan Magnet Sama seperti pada gaya listrik, didefinisikan adanya medan magnet B, yang arahnya di suatu tempat diberikan oleh arah yang ditunjuk oleh jarum kompas di tempat tersebut. Satuan SI dari medan magnet adalah tesla (T). Selain satuan tesla, juga terdapat satuan gauss, dengan 1 tesla = 104 gauss. Partikel bermuatan listrik yang bergerak di dalam medan magnet akan mengalami gaya magnet yang besarnya diberikan oleh: F = qvB Pola garis-garis lengkung yang terbentuk diatas merupakan pola medan magnetik yang disebut garis gaya magnetik. Ruang di sekitar magnet yang mengalami gaya magnetik dinamakan medan magnetik. Medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang menyebabkan sebuah muatan yang bergerak di sekitarnya mengalami suatu gaya. Pada sebuah percobaan magnet buatan menggunakan kawat, medan magnetik di sekitar kawat yang dialiri arus listrik dapat memengaruhi kedudukan jarum kompas. Ketika arah arus listrik diubah dengan mengubah kedudukan kutub baterai, maka arah penyimpangan jarum kompas pun turut berubah karena arah garis gaya magnetik tergantung pada arah arus listrik yang mengalir pada kawat penghantar. Arah medan magnetik sebuah kawat yang dialiri arus listrik dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan Oersted.
3
Arah arus listrik ditunjukkan dengan ibu jari dan garis gaya magnetik ditunjukkan dengan keempat jari tangan. Untuk menghasilkan medan magnetik yang cukup kuat dapat digunakan kumparan berarus listrik. Kumparan bersifat sebagai magnet yang kuat disebut elektromagnet. Elektromagnet memiliki sifat kemagnetan sementara. Jika arus listrik diputuskan, sifat kemagnetannya segera hilang.Kumparan berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik yang kuat karena setiap lilitan pada kumparan menghasilkan medan magnetik yang akan diperkuat oleh lilitan lainnya. Semakin banyak lilitan suatu kumparan, medan magnetik yang dihasilkannya semakin besar. 1.5.3Hukum Lenz Berdasarkan hukum Faraday, perubahan fluks magnetik akan menyebabkan timbulnya beda potensial antara ujung kumparan. Apabila kedua ujung kumparan itu dihubungkan dengan suatu penghantar yang memiliki hambatan tertentu akan mengalir arus yang disebut arus induksi dan beda potensial yang terjadi disebut GGL induksi.Arah arus induksi yang terjadi baru dapat dijelaskan oleh Friederich Lenz pada tahun 1834 yang lebih dikenal dengan hukum Lenz.
Gambar 3. Arah arus induksi berdasarkan hukum Lenz (a) magnet mendekati kumparan, (b) magnet menjauhi kumparan.
Pernyataan hukum Lenz menyebutkan, jika GGL induksi timbul pada suatu rangkaian, maka arah arus induksi yang dihasilkan sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang menentang perubahan medan magnetik (arus induksi berusaha mempertahankan fluks magnetik totalnya konstan). 1.5.4.Bahan Magnetik
4
Magnetic materials atau bahan magnetik merupakan bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam bahan penyusunnya. Bahan magnetik dibedakan menjadi berdasarkan perilaku molekulnya di dalam medan magnetik luar yaitu diamagnetik , paramagnetik dan feromagnetik. 1. Diamagnetik Diamagnetik adalah bahan yang sedikit menolak garis gaya magnetik seperti natrium, perak, bismut, raksa, dan intan. Ketika tidak ada pengaruh medan magnet luar, momen magnetik akibat gerak orbital dan spin elektron saling meniadakan. Saat ada pengaruh medan magnet luar, maka akan timbul medan magnet dalam tetapi masih lebih kecil. 2. Paramagnetik Paramagnetik adalah bahan yang sedikit menarik garis gaya magnetik seperti aluminium, magnesium, titanium, platina, dan fungston. Jika tidak ada pengaruh medan magnetik luar, bahan ini tidak memperlihatkan efek magnetlk karena momen magnetik total akibat gerak orbital dan elektron relatif kecil. Tetapi jika diberikan pengaruh dari medan magnet luar, maka akan timbul momen yang cenderung menyejajarkan medan magnetik dalam dengan medan magnetik luar. 3. Feromagnetik Feromagnetik adalah bahan yang sangat kuat menarik garis gaya magnetik seperti besi, nikel, kobalt, dan gadolinium jika dikenai medan maqnetik tersebut. Walaupun medan luar dihilangkan, sifat kemagnetan bahan masih tetap ada. Sifat kemagnetan bahan feromagnetik akan hilang jika dipukul-pukul ataupun dipanaskan. 1.5.5.Superkonduktivitas Dalam fisika dikenal suatu fenomena yang dinamakan superkonduktivitas. Superkonduktivitas dapat diartikan sebagai fenomena dimana pada bahan tertentu hambatan di dalamnya hilang sama sekali sehingga elektron-elektron dapat mengalir dengan lancar tanpa bertumbukan dengan ionion positif. Fenomena superkonduktivitas pertama kali diamati oleh seorang fisikawan asal Belanda bernama Heike Kamerlingh Onnes pada tahun 1911. Sebelumnya, pada tahun 1890 dan 1906 Onnes menemukan suatu teknik untuk mengubah gas Hidrogen dan Helium menjadi zat cair pada temperatur yang sangat rendah. Teknik ini memungkinkan Onnes untuk melakukan percobaan pada temperatur yang sangat rendah. Onnes melakukan percobaan untuk mengamati hambatan dalam logam Raksa (Hg) padat pada temperatur yang sangat rendah. Pada waktu itu banyak orang percaya bahwa pada temperatur yang sangat rendah elektron-elektron yang mengalir dalam sebuah konduktor akan sepenuhnya berhenti, yang artinya hambatan pada konduktor akan sangat besar. Ternyata hasil pengamatan Onnes mengungkap hal yang berkebalikan dari apa yang dipercaya kebanyakan orang pada saat itu, pada temperatur 4,2 K (−268,95oC) hambatan dalam Raksa secara mendadak hilang. Ini artinya pada temperatur 4,2 K dan temperatur yang lebih rendah elektron-elektron dalam Raksa mengalir dengan lancar tanpa mengalami tumbukan dengan ion-ion positif. Onnes menamai fenomena ini sebagai "supraconductivity", yang kemudian diadopsi menjadi "superconductivity". Temperatur ketika suatu bahan kehilangan hambatannya disebut sebagai temperatur kritis atau TCTC. Setelah penemuan fenomena superkonduktivitas pada Raksa, diketahui bahwa fenomena ini juga muncul 5
pada logam lain serta paduan logam dengan TCTC yang bervariasi.Superkonduktivitas terjadi di berbagai macam material, termasuk unsur sederhana seperti timah dan aluminum, beberapa logam alloy, beberapa semikonduktor di-dop-berat, dan beberapa "compound" keramik berisi bidang atom tembaga dan oksigen. Kelas compound yang terakhir, dikenal sebagai kuprat, adalah superkonduktor suhu-tinggi. Superkonduktivitas tidak terjadi dalam logam mulia seperti emas dan perak, atau di banyak logam ferromagnetik, meskipun ada beberapa material menampilkan baik superkonduktivitas dan ferromagnetisme telah ditemukan tahun-tahun belakangan ini. 1.5.6.Meissner Effect Efek Meissner adalah fenomena medan magnet tertolak pada suhu kritis karena keadaannya yang diamagnetis sempurna. Superkonduktor menghasilkan medan magnet dalam bahan yang arahnya berlawanan dengan medan magnet eksternal, dengan berlakunya Efek Meissner, medan magnet tertolak dan menyebabkan magnet dapat melayang.
Gambar: Efek Meissner
6
BAB II ISI 2.1.Magnet Levitation 2.1.1 Pengertian Levitasi magnet atau magnet levitation adalah suatu fenomena dimana suatu benda melayang akibat dari gaya angkat medan magnet. Levitasi berasal dari bahasa Latin yaitu Levitas yang berarti ringan. Pengertian levitasi adalah proses objek melayang melawan gravitasi bumi. Jadi dapat disimpulkan bahwa levitasi adalah proses melayangnya objek karena melawan gaya gravitasi bumi, sehingga benda tersebut terlihat ringan. Levitasi saat ini bisa dilakukan dengan menggunakan magnet, magnet mempunyai sifat levitasi terhadap gravitasi bumi. Sedangkan levitasi magnetik adalah proses melayang objek dengan memanfaatkan medan magnet. Dengan kata lain, hal ini menolak gaya gravitasi pada suatu benda dengan menggunakan medan magnet sebagai penangkal. Baik gaya magnet tolakan atau tarik dapat digunakan untuk membuat levitasi. Dalam hal ini, kita akan memanfaaatkan gaya magnet yang saling tolak menolak. 2.1.2. Cara Kerja Dengan memanfaatkan tolak menolak dari magnet, maka gaya ini akan melawan gaya gravitasi yang arahnya ke bawah. Sehingga, akan ada suatu titik yang gaya magnet (arahnya ke atas) dan gaya beratnya(arahnya ke bawah) memiliki besar yang sama. Akan tetapi arah medan magnet selalu menyebar ke segala arah dan tidak terfokus di satu titik. Oleh karena itu, kita butuh alat sebagai penyangga dari beban yang ditempeli oleh magnet, maka sistem berada dalam keadaan setimbang dan benda pun akan melayang di udara. Peristiwa inilah yang dinamakan dengan “magnetic levitation.” Peristiwa ini memungkinkan untuk melakukan gerak rotasi yang hampir kekal dalam medan magnet. 2.2.Kereta Maglev 2.2.1.Pengertian Kereta maglev (magnetic levitation) adalah jenis kereta api yang mengambang secara magnetik. Sering juga disebut kereta api magnet. 2.2.2.Sejarah Teknologi pendorongan kereta oleh motor induksi linear pertama kali dipatenkan oleh James R. Powell dan Gordon Danby pada tahun 1969 yang meneruskan teknologi motor induksi dasar yang dikembangkan oleh Eric Laithwaite. Mereka-merekalah yang dianggap paling berperan dalam penemuan teknologi maglev. Kereta ini secara konsisten mulai dikembangkan pada tahun 2004 di Jepang yang mengadopsi teknologi dari Jerman. Di tahun yang sama, China justru mendahului Jepang untuk me-release kereta ini. Sekarang, hanya beberapa negara maju yang menggunakan kereta ini, antara lain Jepang, China, Jerman, Perancis dan Amerika. Dikarenakan mahalnya biaya pembuatan relnya, hingga tahun 2007 hanya ada 2 negara yang berani mengkomersilkan kereta ini, yaitu China dan Kota 7
Toyota (Jepang) Dikarenakan mahalnya pembuatan rel magnetik, di dunia pada tahun 2015 hanya ada dua jalur Maglev yang dibuka untuk transportasi umum, yaitu Shanghai Transrapid di Tiongkok dan Linimo di Jepang. Jepang dan Jerman merupakan dua negara yang aktif dalam pengembangan teknologi maglev menghasilkan banyak pendekatan dan desain. Dalam suatu desain, kereta dapat diangkat oleh gaya tolak magnet dan dapat melaju dengan motor linear. Medan elektromagnet juga mempengaruhi rancang bangun kereta. Medan magnet yang sangat kuat dibutuhkan untuk mengangkat kereta yang berat. Efek dari medan magnetik yang kuat tidak diketahui banyak. Oleh karena itu untuk keamanan penumpang, pelindungan dibutuhkan, yang dapat menambah berat kereta. Konsepnya mudah namun teknik dan desainnya kompleks. Sistem yang lebih baru dan tidak terlalu mahal disebut Inductrack. Teknik ini memiliki kemampuan membawa beban yang berhubungan dengan kecepatan kendaraan, karena ia tergantung kepada arus yang diinduksi pada sekumpulan elektromagnetik pasif oleh magnet permanen. Dalam contoh, magnet permanen berada di gerbong; secara horizontal untuk menciptakan daya angkat, dan secara vertikal untuk memberikan kestabilan. Sekumpulan kabel putar berada di rel. Magnet dan gerbong tidak membutuhkan tenaga, kecuali untuk pergerakan gerbong. Inductrack pada awalnya dikembangkan sebagai motor magnetik dan penopang untuk "flywheel" untuk menyimpan tenaga. Dengan sedikit perubahan, penopang ini diluruskan menjadi jalur lurus. Inductrack dikembangkan oleh fisikawan Wiliiam Post di Lawrence Livermore National Laboratory. Inductrack menggunakan array Halbach untuk penstabilan. Array Halbach adalah pengaturan dari magnet permanen yang menstabilisasikan putaran kabel yang bergerak tanpa penstabilan elektronik. Array Halback mulanya dikembangkan untuk pembimbing sinar dari percepatan partikel. Mereka juga memiliki medan magnet di pinggir rel, dan mengurangi efek potensial bagi penumpang. Sekarang ini, NASA melakukan riset penggunaan sistem Maglev untuk meluncurkan pesawat ulang alik. Untuk dapat melakukan ini, NASA harus mendapatkan peluncuran pesawat ulang alik maglev mencapai kecepatan pembebasan, suatu tugas yang membutuhkan pewaktuan pulse magnet yang rumit (lihat coilgun) atau arus listrik yang sangat cepat, sangat bertenaga (lihat railgun).
8
2.2.3.Cara kerja
Sumber: http://carapintarku.blogspot.co.id/
Prinsip dari kereta api ini adalah memanfaatkan gaya angkat magnetik pada relnya sehingga terangkat sedikit ke atas, tidak menyentuh rel sehingga gaya gesek dapat dikurangi. Kemudian gaya dorong dihasilkan oleh motor induksi yang juga menghasilkan medan magnetik di dalam kereta. Kereta Maglev mengambang kurang lebih 10mm di atas rel magnetiknya. Dengan kecilnya gaya gesek dan besarnya gaya dorong, kereta ini mampu melaju dengan kecepatan sampai 650 km/jam, jauh lebih cepat dari kereta biasa. Konsep dasar kereta maglev: 1. EMS (Electromagnetic Suspension) Menggunakan tenaga magnet listrik biasa dari rel, agar kereta dapat terangkat 10 milimeter. Namun, cara ini tidak stabil. Akibatnya, jarak mengambang harus selalu dikontrol. Ketika daya megnet berkurang, kereta bisa turun dan menabrak rel. Cara ini pertama kali dikembangkan di Jerman. Prinsip dari Electromagnetic Suspension (EMS) yakni dengan cara menginduksikan arus listrik dengan elektromagnet sehingga membuat medan magnet yang besar. Untuk membuat medan magnet yang besar dari elektromagnetik, maka dibutuhkan pula sumber daya listrik yang besar pada jalur kereta ini. Medan magnet dihasilkan oleh fungsi magnet itu sendiri. Magnet memiliki dua kutub, yakni kutub utara dan kutub selatan, di mana keduanya memiliki efek gaya tarik ataupun gaya tolak tergantung dengan kutub yang ditemui. Jika kutub utara bertemu dengan kutub yang sama begitu juga dengan kutub selatan bertemu dengan kutub yang sama, maka terjadi gaya tolak menolak. Namun, jika kutub utara bertemu dengan kutub selatan, begitu sebaliknya kutub selatan bertemu dengan kutub utara, maka terjadi gaya tarik - menarik. System kerja dari Electromagnetic Suspension (EMS) memanfaatkan gaya tarik magnet. Dimana bagian-bagian pada rel kereta yaitu beam (balok rel) dan levitations rails yang merupakan bagian rel penuntun. Bagian-bagian pada gerbong kereta yaitu support magnet (magnet pendukung), guidance magnets (magnet penuntun),dan vehicle ( gerbonh kereta). Antara rel dengan gerbong terdapat air gap vertical dan air gap horizontal.
9
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 kontrol kerena ketika daya magnet berkurang gerbong dapat turun dan menabrak rel.
sumber: maglevworld.wordpress.com
2. EDS (Electrondynamic Suspension) Metode ini menggunakan tenaga magnet superkonduktor. Tenaga ini mampu mengangkat kereta sejauh 100 hingga 150 milimeter. Cara ini jauh lebih stabil ketimbang cara yang pertama. Daya angkat yang dihasilkan tidak hanya melalui guideway saja, tetapi juga dari kereta itu sendiri. Magnet superkonduktor ini harus selalu didinginkan dengan alat pendingin pada kereta maglev agar tidak mudah rusak. Di Jepang, kereta maglev menggunakan teknologi yang disebut sistem electrodynamic suspension (EDS), yang menyebabkan kereta untuk pindah karena gaya tolak-menolak magnet. Magnet tersebut cenderung untuk menkonduksi arus bahkan jika tidak ada pasokan listrik. Dengan demikian sistem EDS membantu untuk menghemat daya lebih daripada sistem EMS. Tapi dengan menggunakan mekanisme pendinginan tersebut, maka dengan demikian membutuhkan biaya awal akan mahal. Dalam EDS, baik rel dan kereta mengerahkan medan magnet, dan kereta yang diangkat oleh gaya tolak di antara medan magnet. Medan magnet di kereta diproduksi oleh salah satu elektromagnet atau dengan susunan magnet permanen (seperti dalam Inductrack). Gaya tolak di jalur yang dibuat oleh medan magnet induksi di kabel atau bidang konduksi di jalur. EDS memanfaatkan gaya tolak magnet. Sistem 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
10
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
sumber: maglevworld.wordpress.com
3. Inductrack System Merupakan penemuan metode paling terbaru yang memanfaatkan rel sebagai magnet yang permanen sehingga lebih ekonomis secara operasional namun mahal di perancangan.
sumber: maglevworld.wordpress.com
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. Cara penghentian 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 room)
11
yang terhubung dengan control pusat melalui 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. Lintasan Magnetic Levitation Kereta api ini memiliki rel (lintasan) kereta yang berbeda dengan rel kereta yang sudah kita kenal selama ini. Pada kedua sisi lintasan Rel kereta terbang ini terdapat dinding-dinding yang dilengkapi dengan kumparan-kumparan kawat. Oleh prinsip induksi elektromagnet, kumparankumparan kawat ini dapat menjadi magnet. Kereta bisa bergerak maju karena adanya interaksi antara magnet-magnet pada dinding-dinding itu dengan magnet-magnet pada kereta.
Pada Gambar A, jajaran magnet di sepanjang dinding dan di sepanjang kereta (huruf-huruf U menunjukkan kutub Utara, dan S menunjukkan kutub Selatan). Jajaran magnet di sepanjang dinding ini dihasilkan oleh arus listrik bolak-balik dari stasiun-stasiun terdekat. Kutub Utara (U) di gerbong kereta paling depan ditarik oleh kutub Selatan dan ditolak oleh kutub Utara dinding lintasan. Hal yang sama terjadi pada sisi kereta yang lain. Pada gambar, panah berwarna hijau menunjukkan gaya tarik antara kutub Utara dan Selatan yang menarik maju kereta. Panah kecil berwarna biru menunjukkan gaya tolak antar kutub sejenis (Utara dengan Utara, Selatan dengan Selatan). Gaya tarik dan gaya tolak yang bekerja bersamaan ini membuat kereta bergerak maju. Pada Gambar B, terlihat adanya magnet pada dinding lintasan. Magnet ini dihasilkan oleh induksi elektromagnet akibat gerakan kereta. Ketika posisi kereta beberapa sentimeter dibawah pusat magnet dinding ini, maka kutub Selatan dinding akan menarik kereta ke atas dan kutub Utaranya akan mendorong kereta juga ke atas. Gaya tarik dan gaya dorong ini membuat kereta melayang , tidak menyentuh rel sama sekali. Dinding yang memagari lintasan kereta ini tidak hanya berfungsi untuk menarik dan mendorong kereta supaya bergerak maju dan mengangkat kereta sehingga bisa melayang. Fungsi lainnya yaitu sebagai pengendali arah laju kereta (guidance). Maksudnya adalah supaya kereta tidak pernah keluar jalur dan tetap berada di tengah-tengah lintasan setiap saat. Prinsip magnet kembali digunakan sebagai pengendali. Ketika kereta oleng ke kiri, gerakan kereta ini mengakibatkan kumparan kawat dinding kiri dan kanan menjadi magnet. Magnet pada dinding kiri dan dinding 12
kanan diusahakan memiliki kutub yang sama, misalnya kutub Utara. Misalnya gerbong kereta yang berhadapan dengan dinding di sisi kiri memiliki kutub Utara juga, dan gerbong kereta yang berhadapan dengan dinding di sisi kanan memiliki kutub Selatan. Pada sisi kiri akan terjadi tolakmenolak antara kutub Utara dari dinding dan kutub Utara gerbong kereta. Pada sisi kanan terjadi tarik-menarik antara kutub Utara dinding dan kutub Selatan kereta. Gaya-gaya ini akan mengembalikan kereta pada posisi sebelum oleng. Demikian juga jika kereta oleng ke kanan, kereta akan dikembalikan ke posisi semula oleh gaya magnet ini. Jadi gaya magnet ini akan mempertahankan kereta supaya tetap berada di lintasannya (stabil di tengah-tengah lintasan), tidak akan keluar jalur. 2.3.Kelebihan dan kekurangan Kelebihan: - Kelebihan utama adalah kemampuannya yang bisa melayang di atas rel, sehingga tidak menimbulkan gesekan. - Penggantian rel atau roda kereta tidak diperlukan karena tidak akan ada yang aus (biaya perawatan dapat dihemat). - Tidak ada gaya resistansi akibat gesekan. Gaya resistansi udara tentunya masih ada. Untuk itu dikembangkan lagi Kereta Maglev yang lebih aerodinamis. -Tingkat kebisingan suara yang ditimbulkan tidak sebesar kereta api biasanya. -Tidak menimbulkan pencemaran lingkungan sehingga kereta maglev termasuk teknologi ramah lingkungan. Kekurangan: - Karena bentuk dan kecepatan kereta yang fantastis, kebisingan (suara) yang ditimbulkan Maglev hampir sama dengan sebuah pesawat jet dan di perhitungkan lebih mengganggu daripada kereta konvensional. Sebuah studi membuktikan suara yang ditimbulkan oleh kereta maglev dengan kereta konvensional biasa lebih bising sekitar 5 dB yaitu 78 persennya. -Biaya pengadaan dan perawatan relnya pun sangat besar. Biaya untuk membangun per 50 m rel maglev mencapai $600,000 atau bila dirupiahkan mencapai Rp 6,5 milyar.
13
BAB III PENUTUP 3.1.Kesimpulan Magnet levitation atau maglev ini bekerja dengan prinsip Hukum Lenz, Efek Meissner, medan magnetik serta induksi magnetik. Pada kereta maglev, terdapat dua teknologi yang banyak digunakan dalam pengaplikasiannya dalam industri yaitu elektromagnetic suspension (EMS), serta Electrodynamic Suspension (EDS). Cara kerja dari kereta maglev yang menggunakan EMS adalah dengan memanfaatkan gaya tarik magnet, sedangkan pada kereta maglev EDS memanfaatkan gaya tolak magnet. Kereta Maglev merupakan kereta jelajah sampai dengan 600km/jam dan dapat melayang atau mengambang sekitar 10cm dari rel sehingga tidak ada gaya gesek. Keuntungan menarik mereka termasuk kecepatan tinggi, sedikit gesekan, tingkat kebisingan yang rendah, dan konsumsi energi yang rendah. Selain itu, dengan kereta maglev, kita dapat menghemat biaya perawatan rel karena tidak menyentuh jajur rel. Namun, kereta maglev juga menimbulkan kelemahan yang signifikan dalam biaya pemeliharaan, kompleksitas mekanik dan elektronik, dan stabilitas operasional. Akan tetapi, hambatan hambatan tersebut akan terhapus seiring waktu karena para ilmuwan akan terus mengembangkan teknologi dan alat-alat pendukung transportasi tersebut termasuk kereta maglev. 3.2.Saran Baik pengembangan maupun pengadaan kereta maglev, semuanya itu tidak akan berhasil tanpa bantuan dari pemerintah setiap negara ataupun dukungan dari pihak luar karena untuk melakukan penelitian penelitian dalam bidang ini membutuhkan dana yang besar, dan juga banyak para mahasiswa dan ilmuan yang ingin meneliti tentang ini tetapi terhalang masalah biaya. Menurut kami, pemerintah Indonesia terlalu mengambil langkah gampang saja yaitu dengan mengimpor dari luar negeri dengan harga yang mencapai dua kali lipat dari biaya produksi. Jika seandainya kita bisa memproduksi dalam negeri karya anak-anak bangsa, apalagi kita yang bisa mengekspor ke negara negara lain dengan teknologi yang kita miliki alangkah bangganya negara kita jika memiliki keberanian dalam melakukan hal tersebut. Uang-uang yang tidak dipertanggung jawabkan oleh petinggi-petinggi negara ini jika dikumpulkan untuk penelitian kami yakin dapat memberikan perubahan yang sinifikan bagi negara ini. Banyak sekali mahasiswa-mahasiswi di Indonesia yang berpotensi untuk melakukan perubahan tersebut, daripada mereka bekerja untuk asing dan memberikan perubahan pada Negara asing tersebut sedangkan negaranya sendiri masih terpuruk seperti saat ini. Maka itu diperlukan kesadaran dari setiap elemen masyakat untuk saling bahu membahu dalam membangun Indonesia, terutama dalam bidang teknologi.
14
DAFTAR PUSTAKA Halliday, Resnick. 2013. Fisika Dasar 2 Edisi 7. Jakarta: Erlangga. Hillebrand, Jens. 2008. The Magnetic Levitation Train. Baden-Württemberg : GRIN Verlag. Sears, Zemansky. 1994. Fisika untuk Universitas 2 Listrik Magnet. Bandung :Binacipta. Elektronika Teknik. “Magnet”. http://elektro63.blogspot.com/2012/01/magnet.html
11
November
2016.
Koran SINDO. “Fakta Seputar Kereta Supercepat Maglev”. 11 November 2016. http://economy.okezone.com/read/2015/05/12/213/1148416/fakta-seputar-kereta-supercepatmaglev Maglevworld. “Dasar Magnetic Levitation Train”. 12 November https://maglevworld.wordpress.com/2012/04/18/dasar-magnetic-levitation-train/
2016.
Lasryza. “Magnetic Levitation (MagLev) Train”. 12 http://lasryza.blogspot.co.id/2014/08/magnetic-levitation-maglev.html
2016.
Wikipedia. “Superkonduktivitas”. https://id.wikipedia.org/wiki/Superkonduktivitas
13
November
November
2016.
Sainshack. “Mengenal Fenomena Konduktivitas”. 13 November http://www.sainshack.com/2015/09/18/mengenal-fenomena-superkonduktivitas/
2016.
Karinda-one. “Levitasi Magnet untuk Masa Depan”. 13 November http://karindawan.blogspot.co.id/2015/02/levitasi-magnet-untuk-masa-depan.html
2016.
Irsan, Muhammad. “Aplikasi Gaya Levitasi Magnet”. 13 November http://irsanagustian.blogspot.co.id/2013/06/aplikasi-gaya-levitasi-magnet.html
2016.
Mekanisme Dan Cara Kerja Magnetic Levitation Pada Kereta Api Super Cepat - Junrevol Wicaksana Putra Kereta Terbang - Yohanes Surya
15
