Teori Atom
Perkembangan Teori Atom
1. Teori Atom John Dalton
Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts menyatakan bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”. Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:
1. Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
2. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda
3. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen
4. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:
model atom dalton
Kelemahan:
Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.
2. Teori Atom J. J. Thomson
Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan bahwa:
“Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron”
Model atomini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:
atom thomson
Kelemahan:
Kelemahan model atom Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.
3. Teori Atom Rutherford
Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih.
Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:
1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
2. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
3. Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.
Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.
Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai beriukut:
atom rutherford
Kelemahan:
Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.
4. Teori Atom Bohr
ada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:
1. Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti.
2. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
3. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv.
4. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.
Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.
atom Bohr
Kelemahan:
Model atom ini tidak bisa menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak.
5. Teori Atom Modern
Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.
Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.
atom modern
Persamaan Schrodinger
x,y dan z = Posisi dalam tiga dimensi
Y = Fungsi gelombang
m = massa
ђ = h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14
E = Energi total
V = Energi potensial
Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.
Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.
Ciri khas model atom mekanika gelombang
1. Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom)
2. Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
3. Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.
Sabtu, 20 November 2010
KALOR
Kalor
Kalor jenis adalah jumlah energi yang dipindahkan dari suatu benda atau tubuh ke benda lain akibat dari suatu perbedaan suhu diantara benda atau tubuh tersebut. Kalor dinyatakan dalam satuan energi joule (J) menurut satuan SI. Kalor umunya dinyatakan dalam satuan kalori (kkal), yaitu satu kalori adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk meningkatkan suhu 1 gram air sebanyak 1 derajat celcius pada suhu kamar (293 K). (Bresnick, 2002)
Kapasitas kalor spesifik dari suatu zat adalah kapasitas kalor per satuan massa (yakni, jumlah kalor yang harus ditambahkan pada 1 gram zat itu untuk menaikkan temperatur sebesar 1 K atau 10C). Kalor spesifik adalah jumlah kalor dalam kalori yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 10C. Penting untuk mengetahui nilai kalor spesifik dari air dan es (berturut – turut 1,0 dan 0,5 kal/gr 0C).
r 1 K atau 10C. Jumlah kalor (Q) yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat yang diketahui dari sembarang suhu awal (Ti) sampai sembarang suhu akhir (Tf) dapat ditentukan melalui pemahaman persamaan kalor :
Q (kalor) = m . C . ΔT
m adalah massa benda, c adalah kapasitas kalor spesifik dari zat tertentu, dan ΔT adalah perubahan suhu.
Kalorimeter adalah alt untuk menentukan besarnya kalor jenis suatu zat. Prinsip kerja alat ini berdasarkan dengan Azas Black,di mana:
Apabila suhu suatu benda yang berbeda didekatkan, maka suhu kedua benda tersebut akan sama. Dan jumlah kalor yang diterima sama dengan kalor yang diberikan.
Q lepas = Q terima
Idealnya, perpindahan kalor terjadi dari lingkungan sekitar ke dalam sistem atau sebaliknya. Kondisi seperti inilah yang diacukan untuk kalorimeter. Kalorimeter sendiri terbuat atau tersusun dari wadah dari logam, kaca atu bahan yang kuat yang berfunsi sebagai isolator yang menghambat kalor. Wadah yang diisi suatu materi, suhu dan tingkah laku termalnya. Benda yang akan diuji, dimasukkan ke dalam wadah tersebut.
Kapasitas kalor spesifik dari suatu zat adalah kapasitas kalor per satuan massa (yakni, jumlah kalor yang harus ditambahkan pada 1 gram zat itu untuk menaikkan temperatur sebesar 1 K atau 10C). Kalor spesifik adalah jumlah kalor dalam kalori yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 10C. Penting untuk mengetahui nilai kalor spesifik dari air dan es (berturut – turut 1,0 dan 0,5 kal/gr 0C).Panas juga merupakan salah satu bentuk energi, dan perubahan bentuk akibat panas akan sama dengan yang diakibatkan oleh kerja. Sebagaimana, tarikan gravitasi, potensial listrik, panas juga mengalir dari temperatur yang lebih tinggi ke yang lebih rendah, kecuali jika kerja dilakukan terhadap sistem.
Tanda yang digunakan disini yaitu Q (panas) adalah positif jika panas diabsorbsi oleh sistem dari sekelilingnya, dan negatif jika panas dilepaskan dari sistem ke sekelilingnya. Kesamaan lainnya dengan kerja panas yang diserap atau dilepaskan juga tergantung pada jalannya sistem.
Kalor mempunyai manfaat diantarnya,
1. Teknik refigrasi adalah teknik pendinginan untuk produk hasil perikanan.
2. Untuk pengasapan ikan
3. Pemilihan logam untuk pembuatan kapal.
Kalor jenis adalah jumlah energi yang dipindahkan dari suatu benda atau tubuh ke benda lain akibat dari suatu perbedaan suhu diantara benda atau tubuh tersebut. Kalor dinyatakan dalam satuan energi joule (J) menurut satuan SI. Kalor umunya dinyatakan dalam satuan kalori (kkal), yaitu satu kalori adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk meningkatkan suhu 1 gram air sebanyak 1 derajat celcius pada suhu kamar (293 K). (Bresnick, 2002)
Kapasitas kalor spesifik dari suatu zat adalah kapasitas kalor per satuan massa (yakni, jumlah kalor yang harus ditambahkan pada 1 gram zat itu untuk menaikkan temperatur sebesar 1 K atau 10C). Kalor spesifik adalah jumlah kalor dalam kalori yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 10C. Penting untuk mengetahui nilai kalor spesifik dari air dan es (berturut – turut 1,0 dan 0,5 kal/gr 0C).
r 1 K atau 10C. Jumlah kalor (Q) yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat yang diketahui dari sembarang suhu awal (Ti) sampai sembarang suhu akhir (Tf) dapat ditentukan melalui pemahaman persamaan kalor :
Q (kalor) = m . C . ΔT
m adalah massa benda, c adalah kapasitas kalor spesifik dari zat tertentu, dan ΔT adalah perubahan suhu.
Kalorimeter adalah alt untuk menentukan besarnya kalor jenis suatu zat. Prinsip kerja alat ini berdasarkan dengan Azas Black,di mana:
Apabila suhu suatu benda yang berbeda didekatkan, maka suhu kedua benda tersebut akan sama. Dan jumlah kalor yang diterima sama dengan kalor yang diberikan.
Q lepas = Q terima
Idealnya, perpindahan kalor terjadi dari lingkungan sekitar ke dalam sistem atau sebaliknya. Kondisi seperti inilah yang diacukan untuk kalorimeter. Kalorimeter sendiri terbuat atau tersusun dari wadah dari logam, kaca atu bahan yang kuat yang berfunsi sebagai isolator yang menghambat kalor. Wadah yang diisi suatu materi, suhu dan tingkah laku termalnya. Benda yang akan diuji, dimasukkan ke dalam wadah tersebut.
Kapasitas kalor spesifik dari suatu zat adalah kapasitas kalor per satuan massa (yakni, jumlah kalor yang harus ditambahkan pada 1 gram zat itu untuk menaikkan temperatur sebesar 1 K atau 10C). Kalor spesifik adalah jumlah kalor dalam kalori yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 10C. Penting untuk mengetahui nilai kalor spesifik dari air dan es (berturut – turut 1,0 dan 0,5 kal/gr 0C).Panas juga merupakan salah satu bentuk energi, dan perubahan bentuk akibat panas akan sama dengan yang diakibatkan oleh kerja. Sebagaimana, tarikan gravitasi, potensial listrik, panas juga mengalir dari temperatur yang lebih tinggi ke yang lebih rendah, kecuali jika kerja dilakukan terhadap sistem.
Tanda yang digunakan disini yaitu Q (panas) adalah positif jika panas diabsorbsi oleh sistem dari sekelilingnya, dan negatif jika panas dilepaskan dari sistem ke sekelilingnya. Kesamaan lainnya dengan kerja panas yang diserap atau dilepaskan juga tergantung pada jalannya sistem.
Kalor mempunyai manfaat diantarnya,
1. Teknik refigrasi adalah teknik pendinginan untuk produk hasil perikanan.
2. Untuk pengasapan ikan
3. Pemilihan logam untuk pembuatan kapal.
OPTIKA GEOMETRI
OPTIKA GEOMETRI
Peta Konsep Optika Geometri
peta-konsep
Kalau kita membahas Optic berarti membahas tentang konsep cahaya. Teori Cahaya ada dua konsep fisika yang dipakai, yaitu Cahaya dianggap sebagai partikel dan Cahaya sebagai Gelombang. Optika adalah ilmu yang membahas tentang konsep cahaya sebagai gelombang. Optika dibagi menjadi Optika Geometri (pemantulan dan Pembiasan) dan Optika Fisis (Difraksi, interferensi atau polarisasi).
Terdapat tiga prinsip dalam Optika Geometri yaitu bentuk lintasan cahaya, Hukum Pemantulan dan Hukum Pmbiasan.
PEMANTULAN CAHAYA
Pada medium Homogen Cahaya merambat lurus. Pemantulan adalah pengembalian dari suatu berkas cahaya ketika bertemu dengan bidang batas antara dua medium. Perhatikanlah video pemantulan cahaya berikut:
Hukum Pemantulan.
Hukum Pemantulan menyatakan sebagai berikut :
1. Sinar datang, sinar pantul, dan garsi Normal terletak dalam satu bidang datar.
2. Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r)
1. PEMANTULAN PADA CERMIN
* Pemantulan PadaCermin datar
* Cermin Lengkung
Pembentukan bayangan pada Cermin datar
* Mata
cara Kerja Mata
Peta Konsep Optika Geometri
peta-konsep
Kalau kita membahas Optic berarti membahas tentang konsep cahaya. Teori Cahaya ada dua konsep fisika yang dipakai, yaitu Cahaya dianggap sebagai partikel dan Cahaya sebagai Gelombang. Optika adalah ilmu yang membahas tentang konsep cahaya sebagai gelombang. Optika dibagi menjadi Optika Geometri (pemantulan dan Pembiasan) dan Optika Fisis (Difraksi, interferensi atau polarisasi).
Terdapat tiga prinsip dalam Optika Geometri yaitu bentuk lintasan cahaya, Hukum Pemantulan dan Hukum Pmbiasan.
PEMANTULAN CAHAYA
Pada medium Homogen Cahaya merambat lurus. Pemantulan adalah pengembalian dari suatu berkas cahaya ketika bertemu dengan bidang batas antara dua medium. Perhatikanlah video pemantulan cahaya berikut:
Hukum Pemantulan.
Hukum Pemantulan menyatakan sebagai berikut :
1. Sinar datang, sinar pantul, dan garsi Normal terletak dalam satu bidang datar.
2. Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r)
1. PEMANTULAN PADA CERMIN
* Pemantulan PadaCermin datar
* Cermin Lengkung
Pembentukan bayangan pada Cermin datar
* Mata
cara Kerja Mata
RADIO AKTIFITAS
R A D I O A K T I F I T A S
1. RADIO AKTIFITAS
*Radio aktifitas adalah suatu gejala yang menunjukan adanya aktivitas inti atom,yang disebabkan karena inti atom tak stabil.
Gejala yang dapat diamati ini dinamakan:sinar radio aktif.
Dalam tahun 1896 seorang fisikawan Perancis Henry Becquerel(1852-1908) untuk pertama kalinya menemukan radiasi dari senyawa-senyawa uranium.Radiasi ini tak tampak oleh mata,radiasi ini dikenal karena sifatnya yaitu:
a.Menghitamkan film
b.Dapat mengadakan ionisasi
c.Dapat memendarkan bahan-bahan tertentu
d.Merusak jaringan tubuh
e.Daya tembusnya besar
Radiasi ini tidak dapat dipengaruhi oleh perubahan keadaan lingkungan seperti:suhu,tekanan suatu reaksi kimia.
contoh:uranium disebut bahan radio aktif,dan radiasi yang dipancarkan disebut sinar radio aktif.
Gejala ini diperoleh Becquerel ketika mengadakan penelitian terhadap sifat-sifat Fluoresensi yakni perpendaran suatu bahan selagi disinari cahaya.
Fosforecensi yaitu berpendarnya suatu bahan setelah disinari cahaya, jadi berpendar setelah tak disinari cahaya.
Fluorecensi dan Fosforecensi tidak bertentangan dengan hukum kekelan energi,bahan-bahan berpendar selagi menerima energi atau setelah menerima energi
Persenyawaan uranium tidak demikian halnya,radiasi persenyawaan uranium tanpa didahului oleh penyerapan energi,suatu hal yang sangat bertentangan dengan hukum kekelan energi
Namun setelah teori relativitas Einstein lahir,gejala itu bukan sesuatu yang mustahil,sebab energi dapat terjadi dari perubahan massa.
Penyelidikan terhadap bahan radioakivitas dilanjutkan oleh suami istri Pierre Curie(1859-1906),dan Marrie Currie(1867-1934),yang menemukan bahan baru.
Bila berkas sinar radioaktif dilewatkan melalui medan listrik dan medan magnet,ternyata hanya 3 jenis sinar pancaran yang lazim disebut sinar ,sinar dan sinar
Gambar:
a.Sinar adalah berkas yang menyimpang ke keping negatif.Dari arah simpangannya,jelas bahwa sinar adalah partikel yang bermuatan positif. Ternyata sinar adalah ion He martabat (valensi)dua. 24 = 2He4
Daya ionisasi sinar sangat besar sedangkan daya tembusnya sangat kecil.
b.Sinar adalah berkas yang menyimpang kearah keping positif,sinar adalah partikel yang bermuatan negatif.Ternyata massa dan muatan sinar sama dengan massa dan muatan elektron. -1 0 = -1 e0
Daya ionisasinya agak kecil sedangkan daya tembusnya agak besar.
c.Sinar adalah berkas yang tidak mengalami simpangan di dalam medan listrik maupun medan magnet.Ternyata sinar adalah gelombang elektromagnetik seperti sinar X.Daya ionisasi sinar paling kecil dan daya tembusnya paling besar.
INTERAKSI SINAR RADIO AKTIF DENGAN MATERI
SINAR (ALFA)
*sinar tidak lain adalah inti atom helium (2He4), bermuatan 2 e dan bermassa 4 sma
*sinar dapat menghitamkam film. Jejak partikel dalam bahan radioaktif berupa sinar lurus.
*radiasi sinar mempunyai daya tembus terlemah dibandingkan dengan sinar dan sinar
*radiasi sinar ini mempunyai jangkauan beberapa cm di udara dan di sekitar
10-2mm dan logam tipis.
*radiasi sinar ini mempunyai daya ionisasi paling kuat
*sinar dibelokkan oleh medan magnetik
*berdasarkan percobaan dalam medan magnet dan medan lintrik dapat ditentukan kecepatan dan muatan sinar, yakni kecepatannya berharga antara 0,054 c dengan c = kecepatan cahaya dalam vakum.
SINAR (BETA)
*sinar tidak lain ialah partikel elektron.
*radiasi sinar mempunyai daya tembus lebih besar dari pada tetapi lebih kecil dari pada
*sinar. dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet.
*kecepatan partikel berharga antara 0,32 c dan 0,7 c.
*jejak partikel dalam bahan berbelok-belok.
*jejak yang berbelok-belok disebabkan hamburan yang dialami oleh elektron didalam atom.
SINAR (GAMMA)
*mempunyai daya tembus paling besar.
*tidak dibelokkan didalam medan magnetik
*sinar memerlukan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih pendek
*foton tidak banyak berinteraksi dengan atom suatu bahan dalam interaksinya dengan bahan mengalami peristiwa fotolistrik dan produksi pasangan
Dalam interaksi dengan bahan,seluruh energi foton diserap dalam bahan.
Energi yang diserap oleh atom ini dibawa oleh sebuah elektron,untuk membentuk pasangan elektron.Peristiwa ini yang disebut sebagai produksi pasangan.Foton sinar juga dapat berinteraksi dengan elektron orbital melalui hamburan compton.
Urutan daya tembus dari yang lemah ke kuat adalah:sinar , sinar , sinar . Sinar dapat dihentikan oleh selembar kertas,sinar dapat dihentikan oleh papan kayu setebal 2,5 cm,dan sinar dapat dihentikan oleh beton.Sinar merupakan sinar yang sangat ampuh,dan dapat digunakan untuk membunuh kuman,dan bakteri untuk sterilisasi alat kedokteran. Karena sinar ini sangat kuat dan dapat menembus kertas,dan plastik, sterilisasi dapat dilakukan setelah alat kedokteran itu dibungkus.
Intensitas sinar-sinar setelah menembus suatu bahan akan berkurang.
Pelemahan intensitas itu dinyatakan dengan rumus:
I=I0e-x
keterangan:
-I = Intensitas (J/s m2)
Io = Intensitas mula-mula (j/sm2)
e = bilangan natural =2,71828
= Koefisien pelemahan bahan keping (m-1)
x = tebal keping (m)
Apabila intensitas sinar setelah melewati bahan =1/2 dari intensitas selum melewati bahan (I = 1/2 I0)
1/2 I0 = I0e-x
I = I0e-x
1/2 = e-x
ln1/2 = -x
ln1 - ln2 = -x
0-ln2 = -x
x = ln2
x = 0,693
x disebut HALF VALUE LAYER (HVL) atau lapisan harga paruh, yaitu: lapisan atau tebal bahan yang membuat intensitas menjadi separuh dari intensitas semula.
9.2. S T R U K T U R I N T I
Inti atom terdiri dari: proton dan neutron.
Jumlah proton dan neutron dalam inti (disebut nukleon) dinyatakan sebagai nomor atom (A). Jumlah proton dalam inti dinyatakan sebagai nomor atom (Z) dan jumlah neutron dalam inti adalah A-Z.
Nuklida adalah suatu campuran nukleon tertentu yang membentuk jenis inti atom tertentu.
Nuklida dibedakan sesuai nama unsur kimianya, sehingga suatu nuklida dapat dituliskan sebagai
A = nomor massa nuklida, sama dengan jumlah proton dan neutron.
Z = nomor atom, sama dengan jumlah proton.
x = lambang unsur.
* ISOTOP adalah unsur yang memiliki nomor atom (Z) sama, tetapi memiliki nomor massa (A) berbeda. Berarti nuklida itu memiliki sifat kimai yang sama, sedangkan sifat fisika berbeda.
* ISOBAR : nuklida -nuklida yang memiliki nomor massa (A) sama, akan tetapi nomor atom (Z) berbeda.
*ISOTON : nuklida yang memiliki jumlah neutron sama.
STABILITAS INTI
Nuklida bersifat stabil jika : jumlah proton (Z) kurang dari 20 dan harga N (jumlah neutron) / Z (jumlah proton) sama dengan satu atau jumlah sama dengan jumlah neutron atau jumlah proton (Z) lebih dari 20 dan harga N / Z berkisar 1 - 1,6.
Nuklida-nuklida dengan N/Z diluar pita kestabilan merupakan nuklida tidak stabil disebut sebagai nuklida radio aktif.
Gambar grafik N-Z
TENAGA IKAT INTI (ENERGI BINDING)
Telah diketahui bahwa inti terdiri dari proton dan neutron. Proton didalam inti tolak menolak, adanya kesatuan didalam inti disebabkan oleh adanya gaya yang mempertahankan proton itu dalam inti, gaya ini disebut gaya inti (nucleus force).
Penilaian yang cermat menunjukkan bahwa massa inti yang lebih kecil lebih stabil dari jumlah massa proton dan netron yang menyusunnya.
Massa detron (1H2) lebih kecil dari massa proton dan netron yang menjadi komponen-komponen detron.
Detron terdiri atas satu proton dan satu netron
massa 1 proton = 1,007825 sma
massa 1 netron = 1,008665 sma +
jumlah = 2,016490 sma
massa detron = 2,014103 sma
Perbedaan massa m= 0,002387 sma = 2,222 MeV
Hal ini menunjukkan ketika proton bergabung dengan netron dibebaskan energi sebesar 2,222 MeV
1p1 + 0n1 1H2 + 2,222 MeV
Untuk membelah detron kembali menjadi proton dan netron diperlukan energi 2,222 MeV, karenanya tenaga sebesar 2,222 MeV disebut tenaga ikat (energi binding) detron.
Karena detron terdiri atas 2 nukleon, maka tenaga ikat tiap nukleon adalah 2,222/2=1,111 MeV.
Tenaga ikat nukleon paling besar pada unsur yang nomor atomnya 50.
Makin besar tenaga ikat ,makin besar pula energi yang diperlukan untuk memecah unsur iti,ini berarti makin stabil keadaan unsur itu.
Karena tenaga ikat tiap nukleon paling besar pada atom yang nomor atomnya50 dapat ditarik kesimpulan :
a. Ketika inti-inti ringan bergabung menjadi inti-inti yang lebih berat akan disertai dengan pembebasan energi.
b. Bila inti-inti berat terbelah menjadi inti-inti yang sedang akan dibebaskan energi.
Dengan demikian energi ikat inti di dapat dari adanya perbedaan massa penyusun inti dengan massa intinya sendiri dan perbedaan ini disebut dengan Deffect massa.
Maka energi ikat inti adalah : { (massa proton + massa netron) – massa inti }. c2 (1 sma c2 = 931 MeV)
PELURUHAN (DISINTEGRASI).
Inti atum unsur radio aktif dalam keadaan tidak stabil. Sinar , keluar dari inti atom secara spontan, akibatnya inti atom mengalami perubahan yang timbul karena radiasi partikel secara spontan.
HUKUM PERGESERAN
a.Keluarnya sinar dari inti atom berakibat berkurangnya nomor atom sebanyak
dua dan berkurangnya nomor massa sebanyak empat.
b.Radiasi sinar berakibat naiknya nomor atom dengan satu.
c.Radiasi sinar hanya merupakan proses penyertaan tanpa merubah nomor atom dan nomor massa.
contoh:
Uranium yang nomor massannya 238 dan nomor atomnya 92,karena memancarkan sinar berubah menjadi torium 234 yang nomor atomnya 90. Unsur ini masih bersifat radioaktif denggan memancarkan sinar berubah menjadi prolaktinium,akhirnya setelah melampaui serentetan disentgrasi menjadi Pb yang stabil
92U238 90Th234 91Pa234 92U234
Kegiatan unsur radioaktif bergantung pada banyaknya partikel-partikel yang dipancarkan dalam tiap detik. Makin banyak partikel-partikel yang dipancarkan tiap detik makin besar keaktifannya dan makin cepat berkurangnya unsur radioaktif yang bersangkutan.
Kekuatan radioaktif diukur dengan satuan Curie.
1 curie = 3,7.1010 pancaran partikel tiap detik.
SATUAN SETENGAH UMUR: (waktu paruh / half life time)
Karena adanya peluruhan jumlah unsur radioaktif, demikian pula keaktifannya akan berkurang dan pada akhirnya habis, yakni setelah seluruhnya menjadi atom stabil (tidak aktif lagi)
Selang waktu agar unsur radioaktif itu stabil (tidak aktif lagi) disebut umur unsur radioaktif.
Selang waktu agar unsur radioaktif itu tinggal separuhnya disebut setengah umur (T).
Waktu setengah umur dapat dirumuskan sebagai:
T=0,693 = ln 2
Hubungan jumlah unsur radioaktif dengan selang waktu dapat dirumuskan sebagai:
N = N0e-t atau N = N0
R=N
Keterangan :
T = waktu setengah umur
= tetapan peluruhan (tetapan radiasi/ tergantung dari jenis zat radioaktif)
ln = logaritma napier yang bilangan pokoknya e = 2’7183
N = jumlah unsur radioaktif setelah selang waktu t
N0 = jumlah unsur radioaktif mula-mula
R = keaktifan R A
Grafik hubungan N-T
Ada 2 (dua) macam radio aktifitas, yaitu :
alam : suatu unsur sudah bersifat radio aktif sejak ditemukannya.
Buatan: terjadinya radio aktifitas akibat suatu proses (isotop).
TRANSMUTASI
Telah diketahui bahwa adanya perbedaan antara atom yang satu dengan atom yang lain semata-mata karena hanya perbedaan jumlah proton dan neutron yang terdapat dalam inti atom.
Oleh sebab itu jika jumlah proton dan neutron yang menyusun inti dapat kita rubah akan berubalah pula atom itu menjadi atom yang lain.
merubah atom secara buatan lazim disebut TRANSMUTASI
Gagasan merubah inti atom secara buatan dirintis oleh Rutherford.
Pada tahun 1959 Rutherford menempatkan preparat radio akyif yang memancarkan sinardidalam tabung yang berisi gas niterogen.
Setelah selang waktu tertentu, dalam tabung itu terjadi oksigen dan proton.
Rutherford berpendapat ada partikel-partikel yang membentur inti atom niterogen sebagai akibat benturan yang amat dasyat, inti niterogen terbelah menjadi proton dan oksigen.
1P1
24 7N14
8O17
Peristiwa itu dapat dipandang sebagai reaksi inti antara partikel dengan inti niterogen. Reaksi ini lazim dituliskan sebagai berikut :
24 + 7N148017 + 1P1
Dalam reaksi berlaku kekalan massa dan kekekalan muatan.
Jumlah nomor massa dan nomor atom sebelum dan sesudah reaksi adalah sama.
Pada tahun 1937 Chadwick menembaki logam berilium dengan partikel-partikel dari unsur radioaktif. Hasilnya diperoleh karbon dan partikel netral yang kira-kira sama dengan proton. Partikel ini disebut neutron.
24 + 4Be96012 + on1
Tranmutasi oleh partikel-partikel yang dipercepat.
Tranmutasi dengan sinar yang berasal dari unsur radioaktif tidak membawa hasil yang memuaskan. Dari sekian banyak partikel-partikel hanya beberapa yang dapat mengadakan transmutasi.
Hal ini disebabkab karena partikel yang mendekati inti atom yang mengalami gaya tolak, sehingga hanya partikelyang kecepatannya besar yang dapat sampai pada inti. Transmutasi akan lebih berhasil bila digunakan partikel-partikel yang kecepatan cukup tinggi. Untuk itu diciptakan alat yang dapat mempercepat partikel bermuatan yang disebut Cyclotron.
Pada tahun 1932 Coekroft dan Walton melaporkan hasil reaksi inti dengan proton.
1H1 + 3Li7 2He4 + 2He4
Pada reaksi inti tersebut jumlah energi sebelum reaksi adalah:
energi massa proton = 1,007825 sma
energi massa litium = 7,016005 sma
energi kinetik proton
150 keV = 0,000160 sma
jumlah = 8,023990 sma
Jumlah energi sesudah energi :
energi massa helium 2x4,0026=8,0052 sma
ada selisih sebesar 8,023990-8,0052=0,01879 sma
=17,4939 MeV
Ketika diukur energi kinetik kedua atom He diperoleh sebesar 17,0 MeV
Suatu persesuaian yang cukup baik.
Transmutasi dengan detron yang dipercepat.
13A27 + 1H2 12Mg25 + 2He4
Transmutasi dengan netron.
Netron merupakan partikel netral, sangat baik untuk mengadakan transmutasi, sebab hanya mengalami gaya tolak yang kecil ketika menghampiri inti.
7N14 + 0n15B11 + 2He4
Netron yang dipakai untuk transmutasi diprodusir dalam reaktor atom.
Dengan netron tersebut dapat diperoleh berbagai macam radio isotop.
11Na23 + 0n111Na24
Natrium yang diperoleh adalah isotop radioaktif.
Dengan memancarkan sinar , isotop natrium berubah menjadi magnesium yang stabil.
11Na24 12Mg24
DOSIS PENYERAPAN
Jika sinar radioaktif mengenai suatu materi, maka sinar radioaktif itu akan diserap oleh materi tersebut. Besar energi pengion yang diserap oleh materi yang dilalui sinar radioaktif tergantung pada sifat materi dan berkas sinar radioaktif.
DOSIS PENYERAPAN adalah banyaknya energi radiasi pengion yang diserap oleh satu satuan massa materi yang dilalui sinar radioaktif.
Satuan dosis penyerapan adalah Gray (Gy) atau rad.
1 Gy = 1 joule/ kg
1Gy = 0,01 joule/ kg
1Gy = 100 rad
Persamaan dosis penyerapan D =
E = energi yang diberikan oleh radiasi pengion, satuannya joule.
M =massa materi yang menyerap energi, satuannya kg
D = dosis penyerapan, satuannya Gy atau rad.
PARTIKEL ELEMENTER
Meson adalah partikel yang massanya diantara massa proton dan elektron dapat bermuatan positif, negatif dan netral. Meson ada dua macam yaitu meson dan meson ¶
Neutrino adalah partikel yang tidak bermuatan dan massanya kurang dari massa elektron, pasangannya adalah antineutrino.
Hyperon, massanya diantara proton dan deutron.
REAKSI INTI
Zat radioaktif alam mempunyai inti yang berubah dengan sendirinya setelah memancarkan sinar radioaktif., tetapi inti atom yang tidak bersifat radioaktif dapat diubah sehingga menjadi zat radioaktif (radioaktif buatan).yaitu dengan jalan menembaki inti itu dengan partikel-partikel (ingat peristiwa transmutasi)yang mempunyai kecepatan tinggi.
Penembakan inti dengan kecepatan tinggi ini disebut reaksi inti.
contoh : 2He4 + 7N14 8O17 + 1H1
REAKSI BERANTAI
Reaksi yang berulang hanya berakhir akibat zat yang bereaksi itu habis atau berubah menjadi zat yang lain.
contoh : Reaksi berantai ENRICO PERMI (1937)
92U235 + 0n1 92U236 54Xe140 + 38Sr94 + 0n1 + 0n1
tak stabil
Hasil reaksi ini masih mengandung 2 buah NETRON (0n1) sehingga netron ini akan menembak uranium lian sehingga terjadi reaksi seperti semula.
Sr Xe Sr (n)
(n) U
(n) U (n)
(n) U (n)
(n)
(n) U (n) U
(n) U
Xe Xe Sr
Tiada reaksi seperti ini akan dibebaskan tenaga dalam bentuk panas.
REAKSI FISI DAN FUSI
a. FISI :adalah reaksi pembelahan dari sebuah atom menjadi dua bagian atom lain yang disertai dengan pelepasan tenaga.
contoh :
0n1 + 92U235 56Ba144 + 36Kr89 + 30n1 + tenaga
(bahan baku : unsur berat (misal : uranium ))
b.FUSI adalah reaksi penggabungan 2 buah unsur ringan disertai pengeluaran tenaga.
contoh :
1H2 + 1H2 2He4 + tenaga
-tenaga fusi> tenaga fisi
-fisi lebih muda terjadi daripada fusi, (fusi temperatur harus tinggi).
ALAT-ALAT DETEKSI
a. Pencacah Geiger (penghitung Geiger Muller)
b. Kamar kabut Wilson (Geiger Chamber)
c. Imulsi Film
d. Detektor Sintilasi
Orang mengenal radiasi radioaktif pertama kali melalui pelat foto, kemudian berkembang menjadi alat deteksi emulsi fotografi. Perkembangan alat deteksi tersebut kemudian disusul dengan detektor Geiger Muller yang memanfaatkan ionisasai menjadi pulsa listrik.Kemudian alat ini berkembang menjadi tabung ionisasi dan tabung detektor proporsional. Dengan ditemukannya bahan-bahan sintilasi, yaitu bahan yang jika ditembus radiasi akan memancarkan cahaya, timbul adanya detektor sintilasi.
Pada dasarnya sistem peralatan deteksi radiasi dapat digolongkan menjadi dua bagian utama, bagian pertama adalah transduser yang disebut detektor, yaitu berupa alat yang mengubah radiasi radioaktif menjadi sinyal elektris. bagian kedua berupa alat elektronik yang mampu memperkuat dan memproses sinyal listrik menjadi besaran yang diamati.
Detektor tabung ionisasi, tabung proporsional dan tabung Geiger Muller merupakan alat yang sejenis. Semuanya memiliki bentuk dasar yang sama serta mempergunakan ruang tertutup yang berisi gas atau campuran gas, dilengkapi dengan anoda dan katoda dengan bentuk sedemikian rupa, sehingga medan listrik memungkinkan terjadi ionisasi secara effisien.Jadi, semua memanfaatkan ionisasi menjadi pulsa listrik. Detektor sintilasi mempergunakan dasar penyeleksianyang sangat berbeda dengan jenis tabung Geiger Muller. Detektor sintilasi memanfaatkan cahaya yang timbul pada interaksi radiasi, sehingga memerlukan bahan yang mengeluarkan cahaya jika kena radiasi, seperti pada layar CRO atau layar televisi.bahan yang demikian itu disebut sintilator. Sintilator mempunyai sifat bahwa intensitas cahaya yang tinmbul sebanding dengan energi radiasi yang mengenainya, sehingga sangat menguntungkan jika digunakan untuk mengukur energi radiasi.
TABUNG DETEKTOR GEIGER MULLER (GM)
Detektor GM bekerja pada tegangan yang sangat tinggi, yaitu 1000volt - 1400volt. Detektor ini menghasilkan sebuah pulsa listrik dari setiap partikel tunggal yang datang padanya., dan tidak tergantung pada energi radiasi.Biasanya detektor ini digunakan untuk mendeteksi sinar gamma (yang madah menembus dinding tabung) namun sinar betapapun dapat dideteksi, yaitu melalui jendela ujung yang biasanya terbuat dari mika yang sangattipis agar dinar beta dapat menembusnya.
Sinar gamma yang menembus dinding (katoda) menyebabkan atom gas terionisasi, sehingga ada elektron yang keluar dari ikatan atomnya, kemudian menumbuk anoda sehingga terjadi pulsa listrik yang kemudian diperkuet dan dicatat pada alat pencatat (scaler). Dengan demikian untuk sinar beta, akan menjadi ionisasi. Ion negatif menuju anoda sebagai pulsa listrik dan seterusnya.
TABUNG SINTILASI
Setiap partikel radiasi didalam sintilator menghasilkan satu puksa cahaya. Radiasi yang datang pada sintilator akan menimbulkan foton, akibat dari eksitasi atom gas. Foton ini kemudian diteruskan ke bagian-bagian photomultiplier yang dalamnya terdapat dynode-dynode yang berurutan yang diberi tegangan satu lebih tinggi. Foton tersebut menumbuk dynoda sehingga menghasilkan foto elektron. Foto elektron tersebut kemudian menumbuk dynoda berikutnya dan akhirnya terjadi elektron sekunder, sehingga didapatkan elektron berlipat ganda. Elektron ini dipergunakan untuk pengukuran energi radiasi (sopektrometeri energi) ukuran pulsa-pulsa listrik yang terjadi sebanding dengan energi radiasi dan jumlah pulsa sebanding dengan jumlah partikel radiasi.
KAMAR KABUT WILSON
Uap (alkohol) jenuh diembunkan pada ion-ion udara yang ditimbulkan oleh radiasi. Akibatnya, terlihat garis putih dari tetesan-tetesan zat cair yang sangat kecil, yang merupakan jejal lintasan dalam kamar tersebut, asal diterangi dengan tepat. Perlu dicatat, bahwa yang kita lihat hanyalah jejak lintasan, bukan radiasi yang menimbulkan ionisasi.
terdapat tiga jenis kamar kabut yaitu :
-Expansion cloud chamber (kamar kabut pemuaian)
-Diffusion cloud chamber (kamar kabut diffusi)
-Bubble chamber (kamar gelembung)
pada bubble chamber radiasi yang mengionkan akan mennggalkan jejak berupa gelembung-gelembung didalam hidrogen cair. Pada sistem ini perkiraan massa dan kelanjutannya dapat diperoleh, berdasarkan hukum kekekalan energi dan momentum.
EMULSI FILM
Garis-garis sinar dari ketiga jenis radiasi, dapat juga dipelajari pada film fotografi. Emulsi film foto, dapat mengurangi jangkauan partikel alpha sekitar 0,002mm dan bahkan garis lintasan partikel beta, hanya sekitar 1 mm. Karena itu, harus menggunakan mikroskop untuk mengamatinya. Emulsi nuklir yang khusus, digunakan untuk maksud ini. Emulsi tersebut lebih tebal dari biasanya dan mempunyai kepekaan butir-butir perak bromida yang lebih tinggi. Metoda ini mempunyai keuntungan karena secara otomatis diperoleh rekaman yang permanen dari gejala yang dipelajari.
1. RADIO AKTIFITAS
*Radio aktifitas adalah suatu gejala yang menunjukan adanya aktivitas inti atom,yang disebabkan karena inti atom tak stabil.
Gejala yang dapat diamati ini dinamakan:sinar radio aktif.
Dalam tahun 1896 seorang fisikawan Perancis Henry Becquerel(1852-1908) untuk pertama kalinya menemukan radiasi dari senyawa-senyawa uranium.Radiasi ini tak tampak oleh mata,radiasi ini dikenal karena sifatnya yaitu:
a.Menghitamkan film
b.Dapat mengadakan ionisasi
c.Dapat memendarkan bahan-bahan tertentu
d.Merusak jaringan tubuh
e.Daya tembusnya besar
Radiasi ini tidak dapat dipengaruhi oleh perubahan keadaan lingkungan seperti:suhu,tekanan suatu reaksi kimia.
contoh:uranium disebut bahan radio aktif,dan radiasi yang dipancarkan disebut sinar radio aktif.
Gejala ini diperoleh Becquerel ketika mengadakan penelitian terhadap sifat-sifat Fluoresensi yakni perpendaran suatu bahan selagi disinari cahaya.
Fosforecensi yaitu berpendarnya suatu bahan setelah disinari cahaya, jadi berpendar setelah tak disinari cahaya.
Fluorecensi dan Fosforecensi tidak bertentangan dengan hukum kekelan energi,bahan-bahan berpendar selagi menerima energi atau setelah menerima energi
Persenyawaan uranium tidak demikian halnya,radiasi persenyawaan uranium tanpa didahului oleh penyerapan energi,suatu hal yang sangat bertentangan dengan hukum kekelan energi
Namun setelah teori relativitas Einstein lahir,gejala itu bukan sesuatu yang mustahil,sebab energi dapat terjadi dari perubahan massa.
Penyelidikan terhadap bahan radioakivitas dilanjutkan oleh suami istri Pierre Curie(1859-1906),dan Marrie Currie(1867-1934),yang menemukan bahan baru.
Bila berkas sinar radioaktif dilewatkan melalui medan listrik dan medan magnet,ternyata hanya 3 jenis sinar pancaran yang lazim disebut sinar ,sinar dan sinar
Gambar:
a.Sinar adalah berkas yang menyimpang ke keping negatif.Dari arah simpangannya,jelas bahwa sinar adalah partikel yang bermuatan positif. Ternyata sinar adalah ion He martabat (valensi)dua. 24 = 2He4
Daya ionisasi sinar sangat besar sedangkan daya tembusnya sangat kecil.
b.Sinar adalah berkas yang menyimpang kearah keping positif,sinar adalah partikel yang bermuatan negatif.Ternyata massa dan muatan sinar sama dengan massa dan muatan elektron. -1 0 = -1 e0
Daya ionisasinya agak kecil sedangkan daya tembusnya agak besar.
c.Sinar adalah berkas yang tidak mengalami simpangan di dalam medan listrik maupun medan magnet.Ternyata sinar adalah gelombang elektromagnetik seperti sinar X.Daya ionisasi sinar paling kecil dan daya tembusnya paling besar.
INTERAKSI SINAR RADIO AKTIF DENGAN MATERI
SINAR (ALFA)
*sinar tidak lain adalah inti atom helium (2He4), bermuatan 2 e dan bermassa 4 sma
*sinar dapat menghitamkam film. Jejak partikel dalam bahan radioaktif berupa sinar lurus.
*radiasi sinar mempunyai daya tembus terlemah dibandingkan dengan sinar dan sinar
*radiasi sinar ini mempunyai jangkauan beberapa cm di udara dan di sekitar
10-2mm dan logam tipis.
*radiasi sinar ini mempunyai daya ionisasi paling kuat
*sinar dibelokkan oleh medan magnetik
*berdasarkan percobaan dalam medan magnet dan medan lintrik dapat ditentukan kecepatan dan muatan sinar, yakni kecepatannya berharga antara 0,054 c dengan c = kecepatan cahaya dalam vakum.
SINAR (BETA)
*sinar tidak lain ialah partikel elektron.
*radiasi sinar mempunyai daya tembus lebih besar dari pada tetapi lebih kecil dari pada
*sinar. dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet.
*kecepatan partikel berharga antara 0,32 c dan 0,7 c.
*jejak partikel dalam bahan berbelok-belok.
*jejak yang berbelok-belok disebabkan hamburan yang dialami oleh elektron didalam atom.
SINAR (GAMMA)
*mempunyai daya tembus paling besar.
*tidak dibelokkan didalam medan magnetik
*sinar memerlukan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih pendek
*foton tidak banyak berinteraksi dengan atom suatu bahan dalam interaksinya dengan bahan mengalami peristiwa fotolistrik dan produksi pasangan
Dalam interaksi dengan bahan,seluruh energi foton diserap dalam bahan.
Energi yang diserap oleh atom ini dibawa oleh sebuah elektron,untuk membentuk pasangan elektron.Peristiwa ini yang disebut sebagai produksi pasangan.Foton sinar juga dapat berinteraksi dengan elektron orbital melalui hamburan compton.
Urutan daya tembus dari yang lemah ke kuat adalah:sinar , sinar , sinar . Sinar dapat dihentikan oleh selembar kertas,sinar dapat dihentikan oleh papan kayu setebal 2,5 cm,dan sinar dapat dihentikan oleh beton.Sinar merupakan sinar yang sangat ampuh,dan dapat digunakan untuk membunuh kuman,dan bakteri untuk sterilisasi alat kedokteran. Karena sinar ini sangat kuat dan dapat menembus kertas,dan plastik, sterilisasi dapat dilakukan setelah alat kedokteran itu dibungkus.
Intensitas sinar-sinar setelah menembus suatu bahan akan berkurang.
Pelemahan intensitas itu dinyatakan dengan rumus:
I=I0e-x
keterangan:
-I = Intensitas (J/s m2)
Io = Intensitas mula-mula (j/sm2)
e = bilangan natural =2,71828
= Koefisien pelemahan bahan keping (m-1)
x = tebal keping (m)
Apabila intensitas sinar setelah melewati bahan =1/2 dari intensitas selum melewati bahan (I = 1/2 I0)
1/2 I0 = I0e-x
I = I0e-x
1/2 = e-x
ln1/2 = -x
ln1 - ln2 = -x
0-ln2 = -x
x = ln2
x = 0,693
x disebut HALF VALUE LAYER (HVL) atau lapisan harga paruh, yaitu: lapisan atau tebal bahan yang membuat intensitas menjadi separuh dari intensitas semula.
9.2. S T R U K T U R I N T I
Inti atom terdiri dari: proton dan neutron.
Jumlah proton dan neutron dalam inti (disebut nukleon) dinyatakan sebagai nomor atom (A). Jumlah proton dalam inti dinyatakan sebagai nomor atom (Z) dan jumlah neutron dalam inti adalah A-Z.
Nuklida adalah suatu campuran nukleon tertentu yang membentuk jenis inti atom tertentu.
Nuklida dibedakan sesuai nama unsur kimianya, sehingga suatu nuklida dapat dituliskan sebagai
A = nomor massa nuklida, sama dengan jumlah proton dan neutron.
Z = nomor atom, sama dengan jumlah proton.
x = lambang unsur.
* ISOTOP adalah unsur yang memiliki nomor atom (Z) sama, tetapi memiliki nomor massa (A) berbeda. Berarti nuklida itu memiliki sifat kimai yang sama, sedangkan sifat fisika berbeda.
* ISOBAR : nuklida -nuklida yang memiliki nomor massa (A) sama, akan tetapi nomor atom (Z) berbeda.
*ISOTON : nuklida yang memiliki jumlah neutron sama.
STABILITAS INTI
Nuklida bersifat stabil jika : jumlah proton (Z) kurang dari 20 dan harga N (jumlah neutron) / Z (jumlah proton) sama dengan satu atau jumlah sama dengan jumlah neutron atau jumlah proton (Z) lebih dari 20 dan harga N / Z berkisar 1 - 1,6.
Nuklida-nuklida dengan N/Z diluar pita kestabilan merupakan nuklida tidak stabil disebut sebagai nuklida radio aktif.
Gambar grafik N-Z
TENAGA IKAT INTI (ENERGI BINDING)
Telah diketahui bahwa inti terdiri dari proton dan neutron. Proton didalam inti tolak menolak, adanya kesatuan didalam inti disebabkan oleh adanya gaya yang mempertahankan proton itu dalam inti, gaya ini disebut gaya inti (nucleus force).
Penilaian yang cermat menunjukkan bahwa massa inti yang lebih kecil lebih stabil dari jumlah massa proton dan netron yang menyusunnya.
Massa detron (1H2) lebih kecil dari massa proton dan netron yang menjadi komponen-komponen detron.
Detron terdiri atas satu proton dan satu netron
massa 1 proton = 1,007825 sma
massa 1 netron = 1,008665 sma +
jumlah = 2,016490 sma
massa detron = 2,014103 sma
Perbedaan massa m= 0,002387 sma = 2,222 MeV
Hal ini menunjukkan ketika proton bergabung dengan netron dibebaskan energi sebesar 2,222 MeV
1p1 + 0n1 1H2 + 2,222 MeV
Untuk membelah detron kembali menjadi proton dan netron diperlukan energi 2,222 MeV, karenanya tenaga sebesar 2,222 MeV disebut tenaga ikat (energi binding) detron.
Karena detron terdiri atas 2 nukleon, maka tenaga ikat tiap nukleon adalah 2,222/2=1,111 MeV.
Tenaga ikat nukleon paling besar pada unsur yang nomor atomnya 50.
Makin besar tenaga ikat ,makin besar pula energi yang diperlukan untuk memecah unsur iti,ini berarti makin stabil keadaan unsur itu.
Karena tenaga ikat tiap nukleon paling besar pada atom yang nomor atomnya50 dapat ditarik kesimpulan :
a. Ketika inti-inti ringan bergabung menjadi inti-inti yang lebih berat akan disertai dengan pembebasan energi.
b. Bila inti-inti berat terbelah menjadi inti-inti yang sedang akan dibebaskan energi.
Dengan demikian energi ikat inti di dapat dari adanya perbedaan massa penyusun inti dengan massa intinya sendiri dan perbedaan ini disebut dengan Deffect massa.
Maka energi ikat inti adalah : { (massa proton + massa netron) – massa inti }. c2 (1 sma c2 = 931 MeV)
PELURUHAN (DISINTEGRASI).
Inti atum unsur radio aktif dalam keadaan tidak stabil. Sinar , keluar dari inti atom secara spontan, akibatnya inti atom mengalami perubahan yang timbul karena radiasi partikel secara spontan.
HUKUM PERGESERAN
a.Keluarnya sinar dari inti atom berakibat berkurangnya nomor atom sebanyak
dua dan berkurangnya nomor massa sebanyak empat.
b.Radiasi sinar berakibat naiknya nomor atom dengan satu.
c.Radiasi sinar hanya merupakan proses penyertaan tanpa merubah nomor atom dan nomor massa.
contoh:
Uranium yang nomor massannya 238 dan nomor atomnya 92,karena memancarkan sinar berubah menjadi torium 234 yang nomor atomnya 90. Unsur ini masih bersifat radioaktif denggan memancarkan sinar berubah menjadi prolaktinium,akhirnya setelah melampaui serentetan disentgrasi menjadi Pb yang stabil
92U238 90Th234 91Pa234 92U234
Kegiatan unsur radioaktif bergantung pada banyaknya partikel-partikel yang dipancarkan dalam tiap detik. Makin banyak partikel-partikel yang dipancarkan tiap detik makin besar keaktifannya dan makin cepat berkurangnya unsur radioaktif yang bersangkutan.
Kekuatan radioaktif diukur dengan satuan Curie.
1 curie = 3,7.1010 pancaran partikel tiap detik.
SATUAN SETENGAH UMUR: (waktu paruh / half life time)
Karena adanya peluruhan jumlah unsur radioaktif, demikian pula keaktifannya akan berkurang dan pada akhirnya habis, yakni setelah seluruhnya menjadi atom stabil (tidak aktif lagi)
Selang waktu agar unsur radioaktif itu stabil (tidak aktif lagi) disebut umur unsur radioaktif.
Selang waktu agar unsur radioaktif itu tinggal separuhnya disebut setengah umur (T).
Waktu setengah umur dapat dirumuskan sebagai:
T=0,693 = ln 2
Hubungan jumlah unsur radioaktif dengan selang waktu dapat dirumuskan sebagai:
N = N0e-t atau N = N0
R=N
Keterangan :
T = waktu setengah umur
= tetapan peluruhan (tetapan radiasi/ tergantung dari jenis zat radioaktif)
ln = logaritma napier yang bilangan pokoknya e = 2’7183
N = jumlah unsur radioaktif setelah selang waktu t
N0 = jumlah unsur radioaktif mula-mula
R = keaktifan R A
Grafik hubungan N-T
Ada 2 (dua) macam radio aktifitas, yaitu :
alam : suatu unsur sudah bersifat radio aktif sejak ditemukannya.
Buatan: terjadinya radio aktifitas akibat suatu proses (isotop).
TRANSMUTASI
Telah diketahui bahwa adanya perbedaan antara atom yang satu dengan atom yang lain semata-mata karena hanya perbedaan jumlah proton dan neutron yang terdapat dalam inti atom.
Oleh sebab itu jika jumlah proton dan neutron yang menyusun inti dapat kita rubah akan berubalah pula atom itu menjadi atom yang lain.
merubah atom secara buatan lazim disebut TRANSMUTASI
Gagasan merubah inti atom secara buatan dirintis oleh Rutherford.
Pada tahun 1959 Rutherford menempatkan preparat radio akyif yang memancarkan sinardidalam tabung yang berisi gas niterogen.
Setelah selang waktu tertentu, dalam tabung itu terjadi oksigen dan proton.
Rutherford berpendapat ada partikel-partikel yang membentur inti atom niterogen sebagai akibat benturan yang amat dasyat, inti niterogen terbelah menjadi proton dan oksigen.
1P1
24 7N14
8O17
Peristiwa itu dapat dipandang sebagai reaksi inti antara partikel dengan inti niterogen. Reaksi ini lazim dituliskan sebagai berikut :
24 + 7N148017 + 1P1
Dalam reaksi berlaku kekalan massa dan kekekalan muatan.
Jumlah nomor massa dan nomor atom sebelum dan sesudah reaksi adalah sama.
Pada tahun 1937 Chadwick menembaki logam berilium dengan partikel-partikel dari unsur radioaktif. Hasilnya diperoleh karbon dan partikel netral yang kira-kira sama dengan proton. Partikel ini disebut neutron.
24 + 4Be96012 + on1
Tranmutasi oleh partikel-partikel yang dipercepat.
Tranmutasi dengan sinar yang berasal dari unsur radioaktif tidak membawa hasil yang memuaskan. Dari sekian banyak partikel-partikel hanya beberapa yang dapat mengadakan transmutasi.
Hal ini disebabkab karena partikel yang mendekati inti atom yang mengalami gaya tolak, sehingga hanya partikelyang kecepatannya besar yang dapat sampai pada inti. Transmutasi akan lebih berhasil bila digunakan partikel-partikel yang kecepatan cukup tinggi. Untuk itu diciptakan alat yang dapat mempercepat partikel bermuatan yang disebut Cyclotron.
Pada tahun 1932 Coekroft dan Walton melaporkan hasil reaksi inti dengan proton.
1H1 + 3Li7 2He4 + 2He4
Pada reaksi inti tersebut jumlah energi sebelum reaksi adalah:
energi massa proton = 1,007825 sma
energi massa litium = 7,016005 sma
energi kinetik proton
150 keV = 0,000160 sma
jumlah = 8,023990 sma
Jumlah energi sesudah energi :
energi massa helium 2x4,0026=8,0052 sma
ada selisih sebesar 8,023990-8,0052=0,01879 sma
=17,4939 MeV
Ketika diukur energi kinetik kedua atom He diperoleh sebesar 17,0 MeV
Suatu persesuaian yang cukup baik.
Transmutasi dengan detron yang dipercepat.
13A27 + 1H2 12Mg25 + 2He4
Transmutasi dengan netron.
Netron merupakan partikel netral, sangat baik untuk mengadakan transmutasi, sebab hanya mengalami gaya tolak yang kecil ketika menghampiri inti.
7N14 + 0n15B11 + 2He4
Netron yang dipakai untuk transmutasi diprodusir dalam reaktor atom.
Dengan netron tersebut dapat diperoleh berbagai macam radio isotop.
11Na23 + 0n111Na24
Natrium yang diperoleh adalah isotop radioaktif.
Dengan memancarkan sinar , isotop natrium berubah menjadi magnesium yang stabil.
11Na24 12Mg24
DOSIS PENYERAPAN
Jika sinar radioaktif mengenai suatu materi, maka sinar radioaktif itu akan diserap oleh materi tersebut. Besar energi pengion yang diserap oleh materi yang dilalui sinar radioaktif tergantung pada sifat materi dan berkas sinar radioaktif.
DOSIS PENYERAPAN adalah banyaknya energi radiasi pengion yang diserap oleh satu satuan massa materi yang dilalui sinar radioaktif.
Satuan dosis penyerapan adalah Gray (Gy) atau rad.
1 Gy = 1 joule/ kg
1Gy = 0,01 joule/ kg
1Gy = 100 rad
Persamaan dosis penyerapan D =
E = energi yang diberikan oleh radiasi pengion, satuannya joule.
M =massa materi yang menyerap energi, satuannya kg
D = dosis penyerapan, satuannya Gy atau rad.
PARTIKEL ELEMENTER
Meson adalah partikel yang massanya diantara massa proton dan elektron dapat bermuatan positif, negatif dan netral. Meson ada dua macam yaitu meson dan meson ¶
Neutrino adalah partikel yang tidak bermuatan dan massanya kurang dari massa elektron, pasangannya adalah antineutrino.
Hyperon, massanya diantara proton dan deutron.
REAKSI INTI
Zat radioaktif alam mempunyai inti yang berubah dengan sendirinya setelah memancarkan sinar radioaktif., tetapi inti atom yang tidak bersifat radioaktif dapat diubah sehingga menjadi zat radioaktif (radioaktif buatan).yaitu dengan jalan menembaki inti itu dengan partikel-partikel (ingat peristiwa transmutasi)yang mempunyai kecepatan tinggi.
Penembakan inti dengan kecepatan tinggi ini disebut reaksi inti.
contoh : 2He4 + 7N14 8O17 + 1H1
REAKSI BERANTAI
Reaksi yang berulang hanya berakhir akibat zat yang bereaksi itu habis atau berubah menjadi zat yang lain.
contoh : Reaksi berantai ENRICO PERMI (1937)
92U235 + 0n1 92U236 54Xe140 + 38Sr94 + 0n1 + 0n1
tak stabil
Hasil reaksi ini masih mengandung 2 buah NETRON (0n1) sehingga netron ini akan menembak uranium lian sehingga terjadi reaksi seperti semula.
Sr Xe Sr (n)
(n) U
(n) U (n)
(n) U (n)
(n)
(n) U (n) U
(n) U
Xe Xe Sr
Tiada reaksi seperti ini akan dibebaskan tenaga dalam bentuk panas.
REAKSI FISI DAN FUSI
a. FISI :adalah reaksi pembelahan dari sebuah atom menjadi dua bagian atom lain yang disertai dengan pelepasan tenaga.
contoh :
0n1 + 92U235 56Ba144 + 36Kr89 + 30n1 + tenaga
(bahan baku : unsur berat (misal : uranium ))
b.FUSI adalah reaksi penggabungan 2 buah unsur ringan disertai pengeluaran tenaga.
contoh :
1H2 + 1H2 2He4 + tenaga
-tenaga fusi> tenaga fisi
-fisi lebih muda terjadi daripada fusi, (fusi temperatur harus tinggi).
ALAT-ALAT DETEKSI
a. Pencacah Geiger (penghitung Geiger Muller)
b. Kamar kabut Wilson (Geiger Chamber)
c. Imulsi Film
d. Detektor Sintilasi
Orang mengenal radiasi radioaktif pertama kali melalui pelat foto, kemudian berkembang menjadi alat deteksi emulsi fotografi. Perkembangan alat deteksi tersebut kemudian disusul dengan detektor Geiger Muller yang memanfaatkan ionisasai menjadi pulsa listrik.Kemudian alat ini berkembang menjadi tabung ionisasi dan tabung detektor proporsional. Dengan ditemukannya bahan-bahan sintilasi, yaitu bahan yang jika ditembus radiasi akan memancarkan cahaya, timbul adanya detektor sintilasi.
Pada dasarnya sistem peralatan deteksi radiasi dapat digolongkan menjadi dua bagian utama, bagian pertama adalah transduser yang disebut detektor, yaitu berupa alat yang mengubah radiasi radioaktif menjadi sinyal elektris. bagian kedua berupa alat elektronik yang mampu memperkuat dan memproses sinyal listrik menjadi besaran yang diamati.
Detektor tabung ionisasi, tabung proporsional dan tabung Geiger Muller merupakan alat yang sejenis. Semuanya memiliki bentuk dasar yang sama serta mempergunakan ruang tertutup yang berisi gas atau campuran gas, dilengkapi dengan anoda dan katoda dengan bentuk sedemikian rupa, sehingga medan listrik memungkinkan terjadi ionisasi secara effisien.Jadi, semua memanfaatkan ionisasi menjadi pulsa listrik. Detektor sintilasi mempergunakan dasar penyeleksianyang sangat berbeda dengan jenis tabung Geiger Muller. Detektor sintilasi memanfaatkan cahaya yang timbul pada interaksi radiasi, sehingga memerlukan bahan yang mengeluarkan cahaya jika kena radiasi, seperti pada layar CRO atau layar televisi.bahan yang demikian itu disebut sintilator. Sintilator mempunyai sifat bahwa intensitas cahaya yang tinmbul sebanding dengan energi radiasi yang mengenainya, sehingga sangat menguntungkan jika digunakan untuk mengukur energi radiasi.
TABUNG DETEKTOR GEIGER MULLER (GM)
Detektor GM bekerja pada tegangan yang sangat tinggi, yaitu 1000volt - 1400volt. Detektor ini menghasilkan sebuah pulsa listrik dari setiap partikel tunggal yang datang padanya., dan tidak tergantung pada energi radiasi.Biasanya detektor ini digunakan untuk mendeteksi sinar gamma (yang madah menembus dinding tabung) namun sinar betapapun dapat dideteksi, yaitu melalui jendela ujung yang biasanya terbuat dari mika yang sangattipis agar dinar beta dapat menembusnya.
Sinar gamma yang menembus dinding (katoda) menyebabkan atom gas terionisasi, sehingga ada elektron yang keluar dari ikatan atomnya, kemudian menumbuk anoda sehingga terjadi pulsa listrik yang kemudian diperkuet dan dicatat pada alat pencatat (scaler). Dengan demikian untuk sinar beta, akan menjadi ionisasi. Ion negatif menuju anoda sebagai pulsa listrik dan seterusnya.
TABUNG SINTILASI
Setiap partikel radiasi didalam sintilator menghasilkan satu puksa cahaya. Radiasi yang datang pada sintilator akan menimbulkan foton, akibat dari eksitasi atom gas. Foton ini kemudian diteruskan ke bagian-bagian photomultiplier yang dalamnya terdapat dynode-dynode yang berurutan yang diberi tegangan satu lebih tinggi. Foton tersebut menumbuk dynoda sehingga menghasilkan foto elektron. Foto elektron tersebut kemudian menumbuk dynoda berikutnya dan akhirnya terjadi elektron sekunder, sehingga didapatkan elektron berlipat ganda. Elektron ini dipergunakan untuk pengukuran energi radiasi (sopektrometeri energi) ukuran pulsa-pulsa listrik yang terjadi sebanding dengan energi radiasi dan jumlah pulsa sebanding dengan jumlah partikel radiasi.
KAMAR KABUT WILSON
Uap (alkohol) jenuh diembunkan pada ion-ion udara yang ditimbulkan oleh radiasi. Akibatnya, terlihat garis putih dari tetesan-tetesan zat cair yang sangat kecil, yang merupakan jejal lintasan dalam kamar tersebut, asal diterangi dengan tepat. Perlu dicatat, bahwa yang kita lihat hanyalah jejak lintasan, bukan radiasi yang menimbulkan ionisasi.
terdapat tiga jenis kamar kabut yaitu :
-Expansion cloud chamber (kamar kabut pemuaian)
-Diffusion cloud chamber (kamar kabut diffusi)
-Bubble chamber (kamar gelembung)
pada bubble chamber radiasi yang mengionkan akan mennggalkan jejak berupa gelembung-gelembung didalam hidrogen cair. Pada sistem ini perkiraan massa dan kelanjutannya dapat diperoleh, berdasarkan hukum kekekalan energi dan momentum.
EMULSI FILM
Garis-garis sinar dari ketiga jenis radiasi, dapat juga dipelajari pada film fotografi. Emulsi film foto, dapat mengurangi jangkauan partikel alpha sekitar 0,002mm dan bahkan garis lintasan partikel beta, hanya sekitar 1 mm. Karena itu, harus menggunakan mikroskop untuk mengamatinya. Emulsi nuklir yang khusus, digunakan untuk maksud ini. Emulsi tersebut lebih tebal dari biasanya dan mempunyai kepekaan butir-butir perak bromida yang lebih tinggi. Metoda ini mempunyai keuntungan karena secara otomatis diperoleh rekaman yang permanen dari gejala yang dipelajari.
TEORI RELATIVITAS KHUSUS
TEORI RELATIVITAS KHUSUS.
Teori gelombang Huygens telah membuat masalah yang harus memperoleh penyelesaian, yakni tentang medium yang merambatkan cahaya. Lazim disebut eter.
Pada tahun 1887 Michelson dan Morley mengadakan percobaan-percobaan yang sangat cermat, hasilnya sangat mengejutkan, karena adanya eter tidak dapat dibuktikan dengan percobaan.
Hasil percobaan Michelson dan Morley mencakup dua hal yang penting.
1. Hipotesa tentang medium eter tidak dapat diterima sebagai teori yang benar, sebab medium eter tidak lulus dari ujian pengamatan.
2. Kecepatan cahaya adalah sama dalam segala arah, tidak bergantung kepada gerak bumi.
AZAS RELATIVITAS EINSTEIN.
Di atas telah dibahas bahwa kecepatan cahaya ke segala arah adalah sama, tidak bergantung pada gerak bumi. Tetapi bumi bukanlah satu-satunya planet yang ada dalam jagad raya ini. Kalau begitu bagaimana kecepatan cahaya itu ditinjau dari planet lain yang geraknya berbeda dengan gerakan bumi.
Pada tahun 1905, Einstein mengusulkan bahwa kecepatan cahaya yang besarnya sama ke segala arah itu berlaku ditempat-tempat lain dalam alam semesta ini. Tegasnya kecepatan cahaya adalah sama, tidak bergantung kepada gerak sumber cahaya maupun pengamatnya.
Teori Einstein membawa akibat-akibat yang sangat luas dirasakan agak menyimpang dari pengalaman-pengalaman yang kita peroleh sehari-hari.
a. Relativitas penjumlahan kecepatan.
Bila v1 adalah laju kereta api terhadap tanah, dan v2 adalah laju orang terhadap kereta api, maka laju orang terhadap tanah :
c = kecepatan cahaya.
b. Dilatasi waktu (Perpanjangan waktu)
Waktu yang diamati oleh pengamat yang diam (t0) dengan waktu yang diamati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v adalah berbeda.
Hubunganya : t adalah waktu yang tercatat menurut pengamatan pengamat yang bergerak dengan kecepatan v.
c. Kontraksi Lorentz.
Benda yang panjangnya L, oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan panjang benda dan dengan kecepatan v, panjangnya akan teramati sebagai L.
d. Massa dan energi.
Massa benda yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda, berbeda dengan massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap benda.
m adalah massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap tanah dan m0 massa yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda.
Didalam mekanika yang disempurnakan, lazimnya disebut mekanika relativistik, energi benda yang kecepatannya v dan massanya m (dalam keadaan diam), bukan m.v2, melainkan :
Ek = mc2
Besaran energi kinetik menunjukkan dua besaran, yaitu :
dan mc2
Einstein menginterpretasikan bahwa sebagai energi total benda yang bermassa m dan kecepatan v, sedangkan mc2 energi total ketika diam.
Jadi : = mc2 + Ek
E Total = E diam + Ek
Akibat interpretasi ini, benda yang bermassa m memiliki energi sebesar E = mc2.
Dengan perkataan lain massa setara dengan energi.
LATIHAN SOAL
1. Sebuah pesawat angkasa bergerak dengan kecepatan 0,5 c terhadap pengamat yang diam. Pesawat angkasa ke-dua bergerak dengan kecepatan 0,5 c relatif terhadap pesawat yang pertama. Berapa kecepatan pesawat ke-dua menurut pengamat yang diam ?
2. Seseorang yang bergerak dengan laju 0,8 c melihat orang yang memungut sebuah jam. Menurut pengamatannya orang itu memungut jam dalam tempo 10 detik. Berapa lama waktu itu dirasakan oleh orang yang memungut jam ?
3. A dan B berumur 25 tahun. Pada usia tersebut A berkelana dengan pesawat antariksa ke suatu planet diluar tata surya kita. A kembali ke bumi tepat ketika B berusia 35 tahun. Jika kecepatan pesawat antariksa 0,98 c, berapakah umur B menurut pengamatan A ?
4. Sebuah benda dalam keadaan diam massanya 1 kg. Berapakah massa benda itu jika bergerak dengan kecepatan 0,4 c ?
5. Berapa Joule dan berapa eV sesuai dengan massa :
a. 1 gram
b. 1 satuan massa atom.
6. Benda yang panjangnya 100 m diamati oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan panjang kawat dan dengan laju 2.105 km/s. Berapakah panjang benda itu menurut pengamatan orang yang bergerak ?
7. Seorang antariksawan dari dalam pesawatnya melihat pesawat lain bergerak dengan kecepatan 0,4 c mendekati pesawatnya. Pesawat itu dilihat dari bumi bergerak dengan kecepatan 0,5 c. Menurut Eisntein berapa kecepatan pesawat yang dinaiki antariksawan tersebut bila diamati dari bumi.
8. Hitunglah kecepatan sebuah partikel yang mempunyai energi kinetik 1 energi diamnya.
Teori gelombang Huygens telah membuat masalah yang harus memperoleh penyelesaian, yakni tentang medium yang merambatkan cahaya. Lazim disebut eter.
Pada tahun 1887 Michelson dan Morley mengadakan percobaan-percobaan yang sangat cermat, hasilnya sangat mengejutkan, karena adanya eter tidak dapat dibuktikan dengan percobaan.
Hasil percobaan Michelson dan Morley mencakup dua hal yang penting.
1. Hipotesa tentang medium eter tidak dapat diterima sebagai teori yang benar, sebab medium eter tidak lulus dari ujian pengamatan.
2. Kecepatan cahaya adalah sama dalam segala arah, tidak bergantung kepada gerak bumi.
AZAS RELATIVITAS EINSTEIN.
Di atas telah dibahas bahwa kecepatan cahaya ke segala arah adalah sama, tidak bergantung pada gerak bumi. Tetapi bumi bukanlah satu-satunya planet yang ada dalam jagad raya ini. Kalau begitu bagaimana kecepatan cahaya itu ditinjau dari planet lain yang geraknya berbeda dengan gerakan bumi.
Pada tahun 1905, Einstein mengusulkan bahwa kecepatan cahaya yang besarnya sama ke segala arah itu berlaku ditempat-tempat lain dalam alam semesta ini. Tegasnya kecepatan cahaya adalah sama, tidak bergantung kepada gerak sumber cahaya maupun pengamatnya.
Teori Einstein membawa akibat-akibat yang sangat luas dirasakan agak menyimpang dari pengalaman-pengalaman yang kita peroleh sehari-hari.
a. Relativitas penjumlahan kecepatan.
Bila v1 adalah laju kereta api terhadap tanah, dan v2 adalah laju orang terhadap kereta api, maka laju orang terhadap tanah :
c = kecepatan cahaya.
b. Dilatasi waktu (Perpanjangan waktu)
Waktu yang diamati oleh pengamat yang diam (t0) dengan waktu yang diamati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v adalah berbeda.
Hubunganya : t adalah waktu yang tercatat menurut pengamatan pengamat yang bergerak dengan kecepatan v.
c. Kontraksi Lorentz.
Benda yang panjangnya L, oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan panjang benda dan dengan kecepatan v, panjangnya akan teramati sebagai L.
d. Massa dan energi.
Massa benda yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda, berbeda dengan massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap benda.
m adalah massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap tanah dan m0 massa yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda.
Didalam mekanika yang disempurnakan, lazimnya disebut mekanika relativistik, energi benda yang kecepatannya v dan massanya m (dalam keadaan diam), bukan m.v2, melainkan :
Ek = mc2
Besaran energi kinetik menunjukkan dua besaran, yaitu :
dan mc2
Einstein menginterpretasikan bahwa sebagai energi total benda yang bermassa m dan kecepatan v, sedangkan mc2 energi total ketika diam.
Jadi : = mc2 + Ek
E Total = E diam + Ek
Akibat interpretasi ini, benda yang bermassa m memiliki energi sebesar E = mc2.
Dengan perkataan lain massa setara dengan energi.
LATIHAN SOAL
1. Sebuah pesawat angkasa bergerak dengan kecepatan 0,5 c terhadap pengamat yang diam. Pesawat angkasa ke-dua bergerak dengan kecepatan 0,5 c relatif terhadap pesawat yang pertama. Berapa kecepatan pesawat ke-dua menurut pengamat yang diam ?
2. Seseorang yang bergerak dengan laju 0,8 c melihat orang yang memungut sebuah jam. Menurut pengamatannya orang itu memungut jam dalam tempo 10 detik. Berapa lama waktu itu dirasakan oleh orang yang memungut jam ?
3. A dan B berumur 25 tahun. Pada usia tersebut A berkelana dengan pesawat antariksa ke suatu planet diluar tata surya kita. A kembali ke bumi tepat ketika B berusia 35 tahun. Jika kecepatan pesawat antariksa 0,98 c, berapakah umur B menurut pengamatan A ?
4. Sebuah benda dalam keadaan diam massanya 1 kg. Berapakah massa benda itu jika bergerak dengan kecepatan 0,4 c ?
5. Berapa Joule dan berapa eV sesuai dengan massa :
a. 1 gram
b. 1 satuan massa atom.
6. Benda yang panjangnya 100 m diamati oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan panjang kawat dan dengan laju 2.105 km/s. Berapakah panjang benda itu menurut pengamatan orang yang bergerak ?
7. Seorang antariksawan dari dalam pesawatnya melihat pesawat lain bergerak dengan kecepatan 0,4 c mendekati pesawatnya. Pesawat itu dilihat dari bumi bergerak dengan kecepatan 0,5 c. Menurut Eisntein berapa kecepatan pesawat yang dinaiki antariksawan tersebut bila diamati dari bumi.
8. Hitunglah kecepatan sebuah partikel yang mempunyai energi kinetik 1 energi diamnya.
PERKEMBANGAN TEORI ATOM DARI DALTON SAMPAI RUTHERFORD
Perkembangan Teori Atom dari Dalton sampai Rutherford
Atom berasal dari bahasa Yunani “atomos” yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi.
Suatu benda dapat dibagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil, jika pembagian ini diteruskan, maka menurut logika pembagian itu akan sampai pada batas yang terkecil yang tidak dapat dibagi lagi, demikian pendapat Demokritus (460-370-S.M)
Bagian terkecil yang tidak dapat dibagi lagi disebut: ATOM
Konsep atom yang dikemukakan oleh Demokritus murni sebagai hasil pemikiran semata, tanpa disertai adanya percobaan. Namun gagasan ini telah menjadi pembuka pintu ke arah penemuan baru menuju ke jenjang yang lebih tinggi.
Gagasan atom Demokritus menjadi tantangan fisikawan-fisikawan untuk mengalihkan perhatiannya ke arah mikrokosmos yang pada saat itu belum terjamah.
Awal abad ke-19, John Dalton (1766-1844) telah melaksanakan percobaan-percobaan yang menunjang konsep atom.
Konsep atom menurut Dalton:
1. Atom adalah partikel terkecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Atom suatu unsur semuanya serupa, dan tidak dapat berubah menjadi atom unsur yang lainnya.
2. Atom-atom unsur yang berlainan dapat membentuk molekul. Ketika terjadi reaksi, atom-atom itu berpisah tetapi kemudian bergabung kembali dengan susunan yang berbeda dengan susunan semula. Pada reaksi itu atom-atom bergabung menurut perbandingan tertentu.
3. Bila dua macam atom membentuk dua macam persenyawaan atau lebih maka atom-atom sejenis dalam persenyawaan itu mempunyai perbandingan yang sedrhana.
Pengembangan atom saat itu telah memperkenalkan kita pada susunan dan sifat-sifat atom, cara mengadakan reaksi dan senyawa-senyawa yang terbentuk.
Sekarang telah dikenal ukuran dan massa atom, energi antar atom dan pertikel-partikel terkecil yang membentuk atom. Atom sebagai bagian terkecil suatu zat sudah tidak sesuai lagi dengan hasil-hasil percobaan-percobaan masa kini.
Partikel sub-atomik pertama yang dikenal adalah elektron. Suatu penemuan oleh percobaan J.J Thomson (1856-1940). Sehubungan dengan penemuan J.J Thomson menyangkal teori yang dikemukakan oleh Dalton.
Menurut Thomson atom itu terdiri atas muatan positif yang merata diseluruh atom, muatan ini di-netral-kan oleh muatan negatif yang tersebar merata pula diseluruh atom. Model ini tidak dikembangkan karena tidak sesuai dengan hasil percobaan Rutherford.
Pelucutan Gas
Adalah peristiwa mengalirnya muatan-muatan listrik di dalam tabung lucutan gas pada tekanan yang sangat kecil.
Sebuah tabung lucutan adalah tabung yang berisi udara, didalam tabung berisi elektrode-elektrode, yang biasanya disebut anoda dan katode. Udara dalam tabung ini tidak dapat mengalirkan arus listrik walaupun ujung-ujung elektroda tersebut dihubungkan dengan induktor Ruhmkorf.
Ingat !!! bahwa Katoda (-) Anoda (+)
Keadaan akan berubah jika udara dalam tabung dikeluarkan sehingga tekanan udara menjadi kecil dan letak-letak molekul udara manjadi renggang.
Pada tekanan 4 cm Hg dalam tabung memancarkan cahaya merah-ungu. Cahaya ini akan menghilang sejalan denga semakin kecilnya tekanan.
Pada tekanan 0,02 mm Hg udara dalam tabung tidak lagi memancarkan cahaya namun kaca dimuka katoda berpendar kehijauan.
Crookes berpendapat bahwa dari katoda dipancarkan sinar yang tidak tampak yang disebut Sinar katoda. Sinar katoda dapat di pelajari karena bersifat memendarkan kaca.
Sinar Katoda adalah arus elektron dengan kecepatan tinggi yang keluar dari katoda.
Sifat sinar Katoda:
1. Memiliki Energi
2. Memendarkan kaca
3. Membelok dalam medan listrik dan medan magnet.
4. Jika ditembakkan pada logam menghasilkan sinar X
5. Bergerak cepat menurut garis lurus dan keluar tegak lurus dari Katoda.
Simpangan sinar katoda dalam medan listrik dan medan magnet menunjukkan bahwa sinar ini bermuatan negatif.
Thomson dapat menunjukkan bahwa partikel sinar katoda itu sama bila katoda diganti logam lain. Jadi partikel-partikel sinar katoda ada pada setiap logam yang disebut elektron.
Tanpa mngenal lelah dan menyerah, akhirnya Thomson dapat mengukur massa elektron, ternyata muatan elektron 1,6021.10-19 Coulomb dan massa elektron 9,1090.10-31 Kg.
Terjadinya sinar katoda dapat diterangkan sebagai berikut:
Pada tekanan yang sangat kecil, letak molekul-molekul udara sangat renggang, dalam gerakannya menuju katoda (-), ion-ion positif membentur katoda dengan kecepatan tinggi.
Benturan-benturan tersebut mengakibatkan terlepasnya elektron-elektron dari logam katoda.
Teori Rutherford
Dalam percobaannya, Ernest Rutherford (1871-1937) menembakkan partikel α (alfa) pada kepingan emas yang tipis dengan tebal 1/100 mm. partikel alfa adalah partikel ang mempunyai massa 7000 kali massa elektron.
Hasil pengamatan menunjukkan adanya partikel-partikel yang dihamburkan, dibelokkan dan dipantulkan. Adalah sangat mustahil jika partikel alfa dibelokkan oleh elektron yang massanya sangat kecil.
Berdasarkan hasil experimennya, Rutherford menyangkal teori atom J.J Thomson.
Pada tahun 1911 ia menyusun model atom yang baru.
Model atom menurut Rutherford:
1. Atom sebagian besar tediri dari ruang hampa dengan satu inti yang bermuatan positif dan satu atau beberapa elektron yang beredar disekitar inti,
seperti Planet-Planet yang bergerak dalam sistem tata surya. Massa atom sebagian besar terletak pada intinya.
2. Atom secara keseluruhan bersifat netral,
muatan positif pada inti sama besarnya dengan muatan elektron yang beredar di sekitarnya. Muatan positif pada inti besarnya sama dengan nomer atom dikalikan dengan muatan elementer.
3. Inti dan elektron tarik-menarik,
Gaya tarik menarik ini merupakan gaya centripetal yang mengendalikan gerak elektron pada orbitnya masing-masing seperti grafitasi dalam tata surya.
4. Pada Reaksi kimia, inti atom tidak mengalami perubahan,
Yang mengalami perubahan ialah elektron-elektron pada kulit terluar.
Ion + adalah atom yang kekurangan elektron (telah melepas e)
Ion – adalah atom yang kelebihan elektron (menyerap e).
MASSA dan MUATAN ELEKTRON
J.J Thomson (1856-1940) menamakan partikel bermuatan negatif tersebut dengan elektron. Sekitar tahun 1897, beliau yang pertama kali menentukan perbandingan antara muatan dan massa elektron. Thomson menggunakan prinsip bahwa partikel-partikel yang bergerak melalui medan magnetik akan dibelokkan.
Gambar diatas menunjukkan skema rangkaian peralatan yang digunakan oleh Thomson. Jika sebuah partikel bermuatan e dan kecepatan v memotong tegak lurus daerah medan magnetik B, maka partikel akan menempuh lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari
r= dengan m dan e adalah massa dan muatan partikel, sehingga perbandingan adalah
r dan B dapat diukur, sedangkan v belum diketahui.
Untuk mengukur v digunakan Spektrometer massa.
Partikel bermuatan e yang diletakkan dalam medan listrik akan mengalami gaya listrik sebesar Flistrik = e.E partikel bermuatan ini akan menyimpang dalam medan listrik. Penyimpangan ini dapat ditiadakan dengan memasang medan magnetik B dan kapasitor, yang arah garis gayanya tegak lurus dengan arah medan listrik E. alat ini disenut sebagai Selektor kecepatan. Karena dapat memilih kecepatan partikel yang akan diteruskan.
Partikel bermuatan mula-mula dikirim melalui sebuah alat
Selektor kecepatan. Kemudian partikel ini memasuki daerah medan magnetik B0 (mengarah kedalam kertas). Hal ini menyebabkan ion bergerak dengan lintasan setengah lingkaran dan menumbuk film fotografik di P.
Medan magnetik B akan menghasilkan gaya Lorentz sebesar FLorentz = B.e.V inilah gaya yang meniadakan gaya listrik, sehingga elektron dalam kapasitor tetap berjalan lurus.
Maka:
Flistrik = FLorentz
e.E = B.e.V
E dan B dapat diukur, sehingga kecepatan partikel dapat ditentukan. Dengan demikian dapat diketahui nilai perbandingan Thomson mendapat hasil
=1,7588.1011 Coulomb Kg-1
Percobaan tetes minyak Millikan (Millikan Oil Drop)
J.J Thomson berhasil menentukan nilai elektron, tetapi belum berhasil mengukur besar muatan e elektron. Orang yang berhasil menentukan besar muatan elektron adalah Robert Andrew Millikan yang terkenal dengan experimen tetes minyak.
Diagram Skematik peralatan Millikan ditunjukkan pada gambar disamping ini :
Dua keping logam paralel horisontal A dan B diisahkan dengan jarak d dalam orde milimeter. Minyak disemprotkan pada bagian atas keping dan ada beberapa tetes minyak yang memasuki lubang kecil pada keping A.
Sinar cahaya diarahkan horisontal diantara keping-keping. Sebuah teleskop diatur sehingga sumbunya tegak lurus pada sinar cahaya. Minyak yang jatuh disinari oleh cahaya sehingga dapa diamati melalui teleskop. Tetes itu terlihat seperti bintang kecil yang sangat terang, jatuh perlahan dengan suatu kecepatan terminal. Kecepatan minyak dapat ditentukan melalui hubungan berat minyak dengan gaya hambat udara karena kekentalannya.
Metode sederhana untuk mengukur muatan tetes minyak yang jatuh adalah sebagai berikut.
Anggap tetes minyak bermuatan negatif. Keping-eping diberi beda potensial sehingga antara keping-keping terdapat medan listrik kebawah sebesar: dengan mengatur medan listrik E dapat dihasilkan gaya listrik F= E.q yang tepat sama dengan berat tetes minyak m.g maka dalam keadaan ini, tetes minyak akan diam.
Flistrik = berat tetes minyak
E.q = m.g
massa tetes minyak sama dengan hasil kali massa jenis dan volumenya (Bola) ; sehingga
semua besaran yang terdapat di ruas kanan dapat diukur, kecuali jari-jari tetes minyak r, orde tetes minyak 10-5cm sehingga terlalu kecil untuk diukur langsung, jari-jari ini dapat kita hitung dengan mengukur kecepatan terminal Vt tetes minyak, karena tetesminyak jatuh melalui jarak d diukur dari garis acuan dalam okuler teleskop.
Kecepatan terminal adalah saat berat m.g tepat setimbang dengan gaya hambat kekentalan udara f. gaya kekentalan sebuah bola dengan jarijari r yang bergerak dengan kecepatan v dalam suatu fluida dengan kekentalan η (theta), diberikan oleh
Hukum Stokes sebagai:
f= 6 π.η.r.v
Dengan demikian:
m.g=f
.rho.g = 6 π.η.r.vt
jika r3 ini kita masukkan ke dalam persamaan (q=…), kita dapatkan:
Millikan dan asistennya mengukur ribuan tetes minyak. Ia mendapatkan bahwa dalam batas kesalahan percobaan setiap tetes selalu memiliki muatan yang sama denga kelipatan muatan elementer (e) dan tidak pernah bernilai desimal kelipatannya (e,2e,3e,…).
Nilai muatan e yang didapat oleh Millikan adalah:
e=1,602192.10-19Coulomb = 1,6.10-19 Coulomb
Demikianlah model atom Rutherford dianggap lebih baik daripada model atom Thomson.
Walaupun demikian model atom Rutherford masih harus diuji dengan percobaan-percobaan.
Menurut Rutherford, elektron-elektron beredar di sekeliling inti.
Sebagai contoh:
Atom Hidrogen adalah atom yang paling sederhana, karena hanya ada satu elektron.
Gambar hal 25 jika jari-jari lintasan elektron r
Energi potensial elektron pada orbitnya
e adalah muatan elementer.
Gaya tarikmenarik antara inti dan elektron sama dengan gaya centripetal yang bekerja pada elektron.
jadi
m adalah massa elektron
Energi kinetik elektron pada orbitnya
Energi total elektron E = Ep+Ek
Dari bahasan diatas, dapat ditarik kesimpulan, bahwa semakin kecil jari-jari orbit elektron, semakin kecil pula energinya. Gerakan elektron adalah arus listrik, akibat gerakan elektron atom maka terjadi medan magnet. Sehinggga perubahan medan magnet menimbulkan perubahan medan listrik. Dengan perkataan lain, gerakan elektron menimbulkan gelombang elektromagnetik.
Jadi selama elektron beredar, senantiasa dipancarkan energi berupa gelombang elektromagnetik, energi elektron semakin mengecil dengan sejalan dengan mengecilnya jari-jari elektron
Lintasan elektron tidak lagi berupa lingkaran, tetapi berupa pilin (seperti Obat Nyamuk) yang pada akhirnya elektron jatuh ke dalam inti jadi atom itu tidak stabil.
Hal itulah yang merupakan kelemahan pertama terhadap teori Rutherford.
Bila lintasan elektron semakin menciut, periode putaran elektron menjadi semakin kecil,
Frekwensi gelombang yang dipancarkan berubah pula. Pengamatan menunjukkan bahwa spektrum uap hidrogen terdiri atas garis-garis yang frekuensinya tertentu.
Hal itulah yang juga merupakan kelemahan kedua terhadap teori Rutherford.
Spektrum uap Hidrogen
Pengamatan spektroskopis menunjukkan bahwa spektrum gas Hidrogen terdiri atas deretan garis-garis. Deretan garis ini diberi nama menurut orang yang menemukannya
Secara Empirik, Balmer menemukan rumus yang cocok dengan panjang gelombang deretan Balmer.
n=3,4,5,… dst.
Rumus ini oleh Rydberg diperbaiki menjadi
R adalah tetapan Rydberg = 1,097.10-3 Ao
n=3,4,5,… dst
Rumus ini sesuai pula untuk deret Lyman dan Paschen
Untuk deret Lyman diganti dengan dan n=2,3,4,…dst.
Untuk deret Paschen diganti dengan dan n= 4,5,6,…dst.
Model atom Bohr
Hasil pengamatan spektroskopis terhadap spektrum atom Hidrogen telah membuka kelemahan-kelemahan model atom Rutherford.
Dari kenyataan ini dapat ditafsirkan beberapa kemungkinan:
1. Model atom Rutherford salah, atau
2. Teori Elektrodinamika klasik salah, atau
3. Model atom Rutherford dan teori Elektrodinamika klasik hanya berlaku untuk batas-batas tertentu.
Pada tahun 1913, Niels Bohr (1885-1962) menyusun model atom Hidrogen berdasarkan model atom Rutherford dan teori Kuantum.
MODEL ATOM BOHR.
DIBUAT BERDASARKAN dua POSTULATNYA YAITU :
1. Elektron tidak dapat berputar dalam lintasan yang sembarang, elektron hanya dapat berputar pada lintasan tertentu tanpa memancarkan energi. Lintasan ini
Disebut lintasan stasioner. Besar momentum anguler elektron pada lintasan
Stasioner ini adalah : mvr =
n disebut bilangan kwantum (kulit) utama.
2. Elektron yang menyerap energi (foton) akan berpindah ke lintasan yang ener-
ginya tinggi, dan sebaliknya.
Jari-jari lintasan elektron
elektron yang jari-jari lintasannya r memilik momentum
Anguler sebesar mvr =
Maka
Energi kinetiknya:
½ m.v2 = ½ k
Bila nilai m,e,k dan h kita substitusikan diperoleh:
r=n2 . 5,28.10-11meter
untuk n= 1,2,3,… dst. r= 5,28.10-11m, 4. 5,28.10-11m, 9. 5,28.10-11m , … 5,28.10-11m
Perbandingan jari-jari lintasan elektron
r1 : r2 : r3 : … = 12 : 22 :32 : ….
Kesimpulan Jari-jari lintasan (Kwantum) utama elektron berbanding sebagai kwadrat bilangan asli.
Spektrum gas Hidrogen menurut Bohr
Bila elektron meloncat dari lintasan yang energinya tinggi (B) ke lintasan yang energinya rendah, dipancarkan energi sebesar h.f
h.f = EB-EA
adalah bilangan tetap.
Rumus diatas mirip dengan rumus Balmer
Dengan ketentuan bahwa:
Deret Lyman (Ultra Ungu) nA = 1 nB = 2, 3, 4 ….
Deret Balmer (Cahaya tampak) nA = 2 nB = 3, 4, 5, ….
Deret Paschen (Inframerah I) nA = 3 nB = 4, 5, 6, ….
Deret Brackett (Inframerah II) nA = 4 nB = 5, 6, 7, ….
Deret Pfund (Inframerah III) nA = 5 nB = 6, 7, 8, ….
Energi Ionisasi
Untuk membangkitkan elektron dari Kwantum na ke kwantum nb diserap energi sebesar:
E= EB-EA
=
=
Dengan mensubstitusikan nilai m,e,k,h maka diperoleh
Bila elektron terbangkit sampai kwantum, maka elektron itu lepas dari lingkungan atom dan atom tersebut menjadi ion (+).
Energi yang diserap untuk meng-ion-kan atom disebut Energi Ionisasi.
Besar Energi Ionisasi atom Hidrogen:
untuk n=1 besar E = 13,6 eV
Jadi bagi atom H dapat ditulis
H + 13,6 eV H+ + e-
Sebaliknya jika ion Hidrogen mengikat sebuah elektron akan dipancarkan energi sebesar:
Besar Frekwensi foton yang dipancarkan
untuk n=2 diperoleh frekwensi yang sesuai dengan salah satu deret balmer.
Bohr dan Stoner menyusun model atom-atom lainnya berdasarkan model atom Hidrogen. Lintasan elektron dengan bilangan kwantum n=1,2,3,…dst. Disebut kulit (K,L,M,N,…)
Tiap kulit elektron hanya dapat diisi paling banyak oleh 2n2 elektron-elektron, n adalah bilangan kwantum utama.
Atom berasal dari bahasa Yunani “atomos” yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi.
Suatu benda dapat dibagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil, jika pembagian ini diteruskan, maka menurut logika pembagian itu akan sampai pada batas yang terkecil yang tidak dapat dibagi lagi, demikian pendapat Demokritus (460-370-S.M)
Bagian terkecil yang tidak dapat dibagi lagi disebut: ATOM
Konsep atom yang dikemukakan oleh Demokritus murni sebagai hasil pemikiran semata, tanpa disertai adanya percobaan. Namun gagasan ini telah menjadi pembuka pintu ke arah penemuan baru menuju ke jenjang yang lebih tinggi.
Gagasan atom Demokritus menjadi tantangan fisikawan-fisikawan untuk mengalihkan perhatiannya ke arah mikrokosmos yang pada saat itu belum terjamah.
Awal abad ke-19, John Dalton (1766-1844) telah melaksanakan percobaan-percobaan yang menunjang konsep atom.
Konsep atom menurut Dalton:
1. Atom adalah partikel terkecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Atom suatu unsur semuanya serupa, dan tidak dapat berubah menjadi atom unsur yang lainnya.
2. Atom-atom unsur yang berlainan dapat membentuk molekul. Ketika terjadi reaksi, atom-atom itu berpisah tetapi kemudian bergabung kembali dengan susunan yang berbeda dengan susunan semula. Pada reaksi itu atom-atom bergabung menurut perbandingan tertentu.
3. Bila dua macam atom membentuk dua macam persenyawaan atau lebih maka atom-atom sejenis dalam persenyawaan itu mempunyai perbandingan yang sedrhana.
Pengembangan atom saat itu telah memperkenalkan kita pada susunan dan sifat-sifat atom, cara mengadakan reaksi dan senyawa-senyawa yang terbentuk.
Sekarang telah dikenal ukuran dan massa atom, energi antar atom dan pertikel-partikel terkecil yang membentuk atom. Atom sebagai bagian terkecil suatu zat sudah tidak sesuai lagi dengan hasil-hasil percobaan-percobaan masa kini.
Partikel sub-atomik pertama yang dikenal adalah elektron. Suatu penemuan oleh percobaan J.J Thomson (1856-1940). Sehubungan dengan penemuan J.J Thomson menyangkal teori yang dikemukakan oleh Dalton.
Menurut Thomson atom itu terdiri atas muatan positif yang merata diseluruh atom, muatan ini di-netral-kan oleh muatan negatif yang tersebar merata pula diseluruh atom. Model ini tidak dikembangkan karena tidak sesuai dengan hasil percobaan Rutherford.
Pelucutan Gas
Adalah peristiwa mengalirnya muatan-muatan listrik di dalam tabung lucutan gas pada tekanan yang sangat kecil.
Sebuah tabung lucutan adalah tabung yang berisi udara, didalam tabung berisi elektrode-elektrode, yang biasanya disebut anoda dan katode. Udara dalam tabung ini tidak dapat mengalirkan arus listrik walaupun ujung-ujung elektroda tersebut dihubungkan dengan induktor Ruhmkorf.
Ingat !!! bahwa Katoda (-) Anoda (+)
Keadaan akan berubah jika udara dalam tabung dikeluarkan sehingga tekanan udara menjadi kecil dan letak-letak molekul udara manjadi renggang.
Pada tekanan 4 cm Hg dalam tabung memancarkan cahaya merah-ungu. Cahaya ini akan menghilang sejalan denga semakin kecilnya tekanan.
Pada tekanan 0,02 mm Hg udara dalam tabung tidak lagi memancarkan cahaya namun kaca dimuka katoda berpendar kehijauan.
Crookes berpendapat bahwa dari katoda dipancarkan sinar yang tidak tampak yang disebut Sinar katoda. Sinar katoda dapat di pelajari karena bersifat memendarkan kaca.
Sinar Katoda adalah arus elektron dengan kecepatan tinggi yang keluar dari katoda.
Sifat sinar Katoda:
1. Memiliki Energi
2. Memendarkan kaca
3. Membelok dalam medan listrik dan medan magnet.
4. Jika ditembakkan pada logam menghasilkan sinar X
5. Bergerak cepat menurut garis lurus dan keluar tegak lurus dari Katoda.
Simpangan sinar katoda dalam medan listrik dan medan magnet menunjukkan bahwa sinar ini bermuatan negatif.
Thomson dapat menunjukkan bahwa partikel sinar katoda itu sama bila katoda diganti logam lain. Jadi partikel-partikel sinar katoda ada pada setiap logam yang disebut elektron.
Tanpa mngenal lelah dan menyerah, akhirnya Thomson dapat mengukur massa elektron, ternyata muatan elektron 1,6021.10-19 Coulomb dan massa elektron 9,1090.10-31 Kg.
Terjadinya sinar katoda dapat diterangkan sebagai berikut:
Pada tekanan yang sangat kecil, letak molekul-molekul udara sangat renggang, dalam gerakannya menuju katoda (-), ion-ion positif membentur katoda dengan kecepatan tinggi.
Benturan-benturan tersebut mengakibatkan terlepasnya elektron-elektron dari logam katoda.
Teori Rutherford
Dalam percobaannya, Ernest Rutherford (1871-1937) menembakkan partikel α (alfa) pada kepingan emas yang tipis dengan tebal 1/100 mm. partikel alfa adalah partikel ang mempunyai massa 7000 kali massa elektron.
Hasil pengamatan menunjukkan adanya partikel-partikel yang dihamburkan, dibelokkan dan dipantulkan. Adalah sangat mustahil jika partikel alfa dibelokkan oleh elektron yang massanya sangat kecil.
Berdasarkan hasil experimennya, Rutherford menyangkal teori atom J.J Thomson.
Pada tahun 1911 ia menyusun model atom yang baru.
Model atom menurut Rutherford:
1. Atom sebagian besar tediri dari ruang hampa dengan satu inti yang bermuatan positif dan satu atau beberapa elektron yang beredar disekitar inti,
seperti Planet-Planet yang bergerak dalam sistem tata surya. Massa atom sebagian besar terletak pada intinya.
2. Atom secara keseluruhan bersifat netral,
muatan positif pada inti sama besarnya dengan muatan elektron yang beredar di sekitarnya. Muatan positif pada inti besarnya sama dengan nomer atom dikalikan dengan muatan elementer.
3. Inti dan elektron tarik-menarik,
Gaya tarik menarik ini merupakan gaya centripetal yang mengendalikan gerak elektron pada orbitnya masing-masing seperti grafitasi dalam tata surya.
4. Pada Reaksi kimia, inti atom tidak mengalami perubahan,
Yang mengalami perubahan ialah elektron-elektron pada kulit terluar.
Ion + adalah atom yang kekurangan elektron (telah melepas e)
Ion – adalah atom yang kelebihan elektron (menyerap e).
MASSA dan MUATAN ELEKTRON
J.J Thomson (1856-1940) menamakan partikel bermuatan negatif tersebut dengan elektron. Sekitar tahun 1897, beliau yang pertama kali menentukan perbandingan antara muatan dan massa elektron. Thomson menggunakan prinsip bahwa partikel-partikel yang bergerak melalui medan magnetik akan dibelokkan.
Gambar diatas menunjukkan skema rangkaian peralatan yang digunakan oleh Thomson. Jika sebuah partikel bermuatan e dan kecepatan v memotong tegak lurus daerah medan magnetik B, maka partikel akan menempuh lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari
r= dengan m dan e adalah massa dan muatan partikel, sehingga perbandingan adalah
r dan B dapat diukur, sedangkan v belum diketahui.
Untuk mengukur v digunakan Spektrometer massa.
Partikel bermuatan e yang diletakkan dalam medan listrik akan mengalami gaya listrik sebesar Flistrik = e.E partikel bermuatan ini akan menyimpang dalam medan listrik. Penyimpangan ini dapat ditiadakan dengan memasang medan magnetik B dan kapasitor, yang arah garis gayanya tegak lurus dengan arah medan listrik E. alat ini disenut sebagai Selektor kecepatan. Karena dapat memilih kecepatan partikel yang akan diteruskan.
Partikel bermuatan mula-mula dikirim melalui sebuah alat
Selektor kecepatan. Kemudian partikel ini memasuki daerah medan magnetik B0 (mengarah kedalam kertas). Hal ini menyebabkan ion bergerak dengan lintasan setengah lingkaran dan menumbuk film fotografik di P.
Medan magnetik B akan menghasilkan gaya Lorentz sebesar FLorentz = B.e.V inilah gaya yang meniadakan gaya listrik, sehingga elektron dalam kapasitor tetap berjalan lurus.
Maka:
Flistrik = FLorentz
e.E = B.e.V
E dan B dapat diukur, sehingga kecepatan partikel dapat ditentukan. Dengan demikian dapat diketahui nilai perbandingan Thomson mendapat hasil
=1,7588.1011 Coulomb Kg-1
Percobaan tetes minyak Millikan (Millikan Oil Drop)
J.J Thomson berhasil menentukan nilai elektron, tetapi belum berhasil mengukur besar muatan e elektron. Orang yang berhasil menentukan besar muatan elektron adalah Robert Andrew Millikan yang terkenal dengan experimen tetes minyak.
Diagram Skematik peralatan Millikan ditunjukkan pada gambar disamping ini :
Dua keping logam paralel horisontal A dan B diisahkan dengan jarak d dalam orde milimeter. Minyak disemprotkan pada bagian atas keping dan ada beberapa tetes minyak yang memasuki lubang kecil pada keping A.
Sinar cahaya diarahkan horisontal diantara keping-keping. Sebuah teleskop diatur sehingga sumbunya tegak lurus pada sinar cahaya. Minyak yang jatuh disinari oleh cahaya sehingga dapa diamati melalui teleskop. Tetes itu terlihat seperti bintang kecil yang sangat terang, jatuh perlahan dengan suatu kecepatan terminal. Kecepatan minyak dapat ditentukan melalui hubungan berat minyak dengan gaya hambat udara karena kekentalannya.
Metode sederhana untuk mengukur muatan tetes minyak yang jatuh adalah sebagai berikut.
Anggap tetes minyak bermuatan negatif. Keping-eping diberi beda potensial sehingga antara keping-keping terdapat medan listrik kebawah sebesar: dengan mengatur medan listrik E dapat dihasilkan gaya listrik F= E.q yang tepat sama dengan berat tetes minyak m.g maka dalam keadaan ini, tetes minyak akan diam.
Flistrik = berat tetes minyak
E.q = m.g
massa tetes minyak sama dengan hasil kali massa jenis dan volumenya (Bola) ; sehingga
semua besaran yang terdapat di ruas kanan dapat diukur, kecuali jari-jari tetes minyak r, orde tetes minyak 10-5cm sehingga terlalu kecil untuk diukur langsung, jari-jari ini dapat kita hitung dengan mengukur kecepatan terminal Vt tetes minyak, karena tetesminyak jatuh melalui jarak d diukur dari garis acuan dalam okuler teleskop.
Kecepatan terminal adalah saat berat m.g tepat setimbang dengan gaya hambat kekentalan udara f. gaya kekentalan sebuah bola dengan jarijari r yang bergerak dengan kecepatan v dalam suatu fluida dengan kekentalan η (theta), diberikan oleh
Hukum Stokes sebagai:
f= 6 π.η.r.v
Dengan demikian:
m.g=f
.rho.g = 6 π.η.r.vt
jika r3 ini kita masukkan ke dalam persamaan (q=…), kita dapatkan:
Millikan dan asistennya mengukur ribuan tetes minyak. Ia mendapatkan bahwa dalam batas kesalahan percobaan setiap tetes selalu memiliki muatan yang sama denga kelipatan muatan elementer (e) dan tidak pernah bernilai desimal kelipatannya (e,2e,3e,…).
Nilai muatan e yang didapat oleh Millikan adalah:
e=1,602192.10-19Coulomb = 1,6.10-19 Coulomb
Demikianlah model atom Rutherford dianggap lebih baik daripada model atom Thomson.
Walaupun demikian model atom Rutherford masih harus diuji dengan percobaan-percobaan.
Menurut Rutherford, elektron-elektron beredar di sekeliling inti.
Sebagai contoh:
Atom Hidrogen adalah atom yang paling sederhana, karena hanya ada satu elektron.
Gambar hal 25 jika jari-jari lintasan elektron r
Energi potensial elektron pada orbitnya
e adalah muatan elementer.
Gaya tarikmenarik antara inti dan elektron sama dengan gaya centripetal yang bekerja pada elektron.
jadi
m adalah massa elektron
Energi kinetik elektron pada orbitnya
Energi total elektron E = Ep+Ek
Dari bahasan diatas, dapat ditarik kesimpulan, bahwa semakin kecil jari-jari orbit elektron, semakin kecil pula energinya. Gerakan elektron adalah arus listrik, akibat gerakan elektron atom maka terjadi medan magnet. Sehinggga perubahan medan magnet menimbulkan perubahan medan listrik. Dengan perkataan lain, gerakan elektron menimbulkan gelombang elektromagnetik.
Jadi selama elektron beredar, senantiasa dipancarkan energi berupa gelombang elektromagnetik, energi elektron semakin mengecil dengan sejalan dengan mengecilnya jari-jari elektron
Lintasan elektron tidak lagi berupa lingkaran, tetapi berupa pilin (seperti Obat Nyamuk) yang pada akhirnya elektron jatuh ke dalam inti jadi atom itu tidak stabil.
Hal itulah yang merupakan kelemahan pertama terhadap teori Rutherford.
Bila lintasan elektron semakin menciut, periode putaran elektron menjadi semakin kecil,
Frekwensi gelombang yang dipancarkan berubah pula. Pengamatan menunjukkan bahwa spektrum uap hidrogen terdiri atas garis-garis yang frekuensinya tertentu.
Hal itulah yang juga merupakan kelemahan kedua terhadap teori Rutherford.
Spektrum uap Hidrogen
Pengamatan spektroskopis menunjukkan bahwa spektrum gas Hidrogen terdiri atas deretan garis-garis. Deretan garis ini diberi nama menurut orang yang menemukannya
Secara Empirik, Balmer menemukan rumus yang cocok dengan panjang gelombang deretan Balmer.
n=3,4,5,… dst.
Rumus ini oleh Rydberg diperbaiki menjadi
R adalah tetapan Rydberg = 1,097.10-3 Ao
n=3,4,5,… dst
Rumus ini sesuai pula untuk deret Lyman dan Paschen
Untuk deret Lyman diganti dengan dan n=2,3,4,…dst.
Untuk deret Paschen diganti dengan dan n= 4,5,6,…dst.
Model atom Bohr
Hasil pengamatan spektroskopis terhadap spektrum atom Hidrogen telah membuka kelemahan-kelemahan model atom Rutherford.
Dari kenyataan ini dapat ditafsirkan beberapa kemungkinan:
1. Model atom Rutherford salah, atau
2. Teori Elektrodinamika klasik salah, atau
3. Model atom Rutherford dan teori Elektrodinamika klasik hanya berlaku untuk batas-batas tertentu.
Pada tahun 1913, Niels Bohr (1885-1962) menyusun model atom Hidrogen berdasarkan model atom Rutherford dan teori Kuantum.
MODEL ATOM BOHR.
DIBUAT BERDASARKAN dua POSTULATNYA YAITU :
1. Elektron tidak dapat berputar dalam lintasan yang sembarang, elektron hanya dapat berputar pada lintasan tertentu tanpa memancarkan energi. Lintasan ini
Disebut lintasan stasioner. Besar momentum anguler elektron pada lintasan
Stasioner ini adalah : mvr =
n disebut bilangan kwantum (kulit) utama.
2. Elektron yang menyerap energi (foton) akan berpindah ke lintasan yang ener-
ginya tinggi, dan sebaliknya.
Jari-jari lintasan elektron
elektron yang jari-jari lintasannya r memilik momentum
Anguler sebesar mvr =
Maka
Energi kinetiknya:
½ m.v2 = ½ k
Bila nilai m,e,k dan h kita substitusikan diperoleh:
r=n2 . 5,28.10-11meter
untuk n= 1,2,3,… dst. r= 5,28.10-11m, 4. 5,28.10-11m, 9. 5,28.10-11m , … 5,28.10-11m
Perbandingan jari-jari lintasan elektron
r1 : r2 : r3 : … = 12 : 22 :32 : ….
Kesimpulan Jari-jari lintasan (Kwantum) utama elektron berbanding sebagai kwadrat bilangan asli.
Spektrum gas Hidrogen menurut Bohr
Bila elektron meloncat dari lintasan yang energinya tinggi (B) ke lintasan yang energinya rendah, dipancarkan energi sebesar h.f
h.f = EB-EA
adalah bilangan tetap.
Rumus diatas mirip dengan rumus Balmer
Dengan ketentuan bahwa:
Deret Lyman (Ultra Ungu) nA = 1 nB = 2, 3, 4 ….
Deret Balmer (Cahaya tampak) nA = 2 nB = 3, 4, 5, ….
Deret Paschen (Inframerah I) nA = 3 nB = 4, 5, 6, ….
Deret Brackett (Inframerah II) nA = 4 nB = 5, 6, 7, ….
Deret Pfund (Inframerah III) nA = 5 nB = 6, 7, 8, ….
Energi Ionisasi
Untuk membangkitkan elektron dari Kwantum na ke kwantum nb diserap energi sebesar:
E= EB-EA
=
=
Dengan mensubstitusikan nilai m,e,k,h maka diperoleh
Bila elektron terbangkit sampai kwantum, maka elektron itu lepas dari lingkungan atom dan atom tersebut menjadi ion (+).
Energi yang diserap untuk meng-ion-kan atom disebut Energi Ionisasi.
Besar Energi Ionisasi atom Hidrogen:
untuk n=1 besar E = 13,6 eV
Jadi bagi atom H dapat ditulis
H + 13,6 eV H+ + e-
Sebaliknya jika ion Hidrogen mengikat sebuah elektron akan dipancarkan energi sebesar:
Besar Frekwensi foton yang dipancarkan
untuk n=2 diperoleh frekwensi yang sesuai dengan salah satu deret balmer.
Bohr dan Stoner menyusun model atom-atom lainnya berdasarkan model atom Hidrogen. Lintasan elektron dengan bilangan kwantum n=1,2,3,…dst. Disebut kulit (K,L,M,N,…)
Tiap kulit elektron hanya dapat diisi paling banyak oleh 2n2 elektron-elektron, n adalah bilangan kwantum utama.
DUALISME GELOMBANG PARTIKEL
DUALISME GELOMBANG PERTIKEL
Gejala Foto Listrik.
Yang dimaksud dengan gejala foto listrik adalah emisi (pancaran) elektron dari logam sebagai akibat penyinaran gelombang elektromagnetik (cahaya) pada logam tersebut.
Cahaya biasa mampu melepaskan elektron dari logam-logam alkali.
Hasil-hasil percobaan yang seksama menunjukkan bahwa :
- Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan.
- Kecepatan elektron-elektron yang diemisikan hanya bergantung kepada frekwensi cahaya, makin besar frekwensi cahaya makin besar pula kecepatan elektron yang diemisikan.
- Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama.
Peristiwa-peristiwa di atas tidak dapat diungkap dengan teori cahaya Huygens.
Pada tahun 1901, Planck mengetengahkan hipotesa bahwa cahaya (gelombang elektromagnetik) harus dianggap sebagai paket-paket energi yang disebut foton. Besar paket energi tiap foton dirumuskan sebagai :
E = h . f
E | = | Energi tiap foton dalam Joule. |
f | = | Frekwensi cahaya. |
h | = | Tetapan Planck yang besarnya h = 6,625 .10 –34 J.det |
Cahaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumlah yang sangat banyak. Tiap-tiap foton hanya melepaskan satu elektron. Kiranya mudah dipahami bahwa semakin besar intensitas cahaya semakin banyak pula elektron-elektron yang diemisikan.
|
Dari persamaan nampak jelas, makin besar frekwensi cahaya, makin besar kecepatan yang diperoleh elektron.
Bila frekwensi cahaya sedemikian sehingga h.f = a, maka foton itu hanya mampu melepaskan elektron tanpa memberi energi kinetik pada elektron. Penyinaran dengan cahaya yang frekwensi lebih kecil tidak akan menunjukkan gejala foto listrik.
Sifat Kembar Cahaya.
Gejala-gejala interferensi dan difraksi memperlihatkan sifat gelombang yang dimiliki cahaya, dilain pihak cahaya memperlihatkan sifat sebagai paket-paket energi (foton).
Timbul suatu gagasan apakah foton itu dapat diartikan sebagai partikel-partikel.
Untuk menjawab pertanyaan ini A.H. Compton mempelajari tumbukan-tumbukan antara foton dengan elektron.
Kesimpulan yang diperolehnya menunjukkan bahwa foton dapat berlaku sebagai partikel dengan momentum.
|
Tidak ada keraguan lagi bahwa cahaya memiliki sifat kembar, sebagai gelombang dan sebagai partikel.
Hipotesa de Broglie.
Jika cahaya yang memiliki sifat gelombang, memiliki sifat partikel, maka wajarlah bila partikel-partikel seperti elektron memiliki sifat gelombang, demikian hipotesa yang dikerjakan oleh de Broglie (tahun 1892).
Panjang gelombang cahaya dengan frekwensi dan kecepatannya mempunyai hubungan sebagai berikut :
|
Menurut Compton | pfoton =  |
 pfoton =  l =  |
Hubungan ini berlaku pula bagi partikel, demikian usul de Broglie. Menurut de Broglie, jika ada partikel yang momentumnya p, maka partikel itu dapat bersifat sebagai gelombang dengan panjang gelombang :
|
l | = | Panjang gelombang partikel. |
p | = | Momentum partikel. |
Percobaan Davisson dan Germer.
Jika partikel berlaku sebagai gelombang, harus dapat ditunjukkan bahwa partikel dapat menimbulkan pola-pola difraksi seperti halnya pola-pola difraksi pada gelombang.
Pada tahun 1927 Davisson dan Germer memilih elektron sebagai partikel untuk menguji hipotesa de Broglie. Elektron-elektron diperoleh dari filamen yang dipijarkan, kemudian elektron-elektron itu dipercepat dalam medan
Ek = 54 eV = 54 . 1,6 .10 –19 Joule
Momentum elektron :
p = mv = 
p = 
p = 
p = 4 .10 –24 kg m/det
Menurut de Broglie, panjang gelombang elektron :
l = = 
= 1,65 .10 –10 m
= = 1,65 .10 –10 mUntuk memperoleh pola difraksi diperlukan kisi-kisi yang lebar celahnya kira-kira sama dengan panjang gelombang yang akan diuji. Sebab jika celah terlampau lebar, tidak menimbulkan gangguan pada gelombang, dan jika kisi terlampau sempit, pola-pola difraksi sukar teramati.
Kisi-kisi yang tepat untuk memperoleh pola difraksi gelombang elektron adalah kisi yang terjadi secara alamiah yakni celah-celah yang berada antara deretan atom-atom kristal bahan padat, dalam hal ini dipergunakan kisi kristal nikel.
Hasil percobaan Davisson dan Germer menunjukkan bahwa elektron-elektron dapat menimbulkan pola-pola difraksi.
Kini tidak disangsikan lagi bahwa apa yang kita kenal sebagai materi dapat pula menunjukkan sifat gelombang, tepat seperti yang diramalkan oleh de Broglie.
Kamis, 14 Oktober 2010
INDUKSI ELEGTROMAGNETIK
NDUKSI ELEKTROMAGNETIK
Pada pembahasan tentang Medan Magnet kita telah mengetahui bahwa Arus listrik dapat menimbulkan Medan Magnet. Sedang Arus listrik adalah Muatan yang bergerak. Disekitar muatan ada Medan Listrik. Jika muatan bergerak maka medan listrik yang dihasilkan akan berubah, maka dapat dikatakan bahwa Perubahan Medan listrik dapat menimbulkan medan magnet.
Melihat kenyataan ini Faraday menyatakan sebuah hipotesanya dengan pernyataannya :
Jika perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet, maka Perubahan medan magnet juga akan menimbulkan medan listrik.
Fluks Magnetik : ( f )
Banyaknya garis gaya magnet yang menembus tegak lurus pada satu satuan luas bidang .
 B A |
f = B. A | B = Kuat Medan Magnet ( Wb/m2) A = Luas penampang (m2) |
Jika medan magnetik dengan bidang membentuk sudut tertentu, maka akan berlaku :
 | Besarnya Fluks Magnetik adalah :
B = Besarnya Kuat medna magnet ( Wb.m-2) A = Luas penampang (m2) a = Sudut antara bidang sesungguhnya dengan bidang normal |
Bidang normal adalah bidang hayal yang selalu tegak lurus terhadap garis gaya magnet.
| Kemudian Faraday menguji dengan mempengaruhi sebuah kumparan dengan magnet yang digerakkan disekitar kumparan yang dihubungkan dengan Amperemeter, sehingga terjadi perubahan kuat medan magnet yang menembus bidang kumparan ( terjadi perubahan fluks magnetik ), seperti gambar di samping : |  |
hasilnya ternyata jarum pada Amperemeter bergerak. Ini menunjukkan bahwa ada arus listrik pada kumparan. Adanya arus listrik ini menunjukkan bahwa ada muatan yang bergerak di dalam kumparan, sehingga dikatakan ada medan listrik. Dengan demikian Hipotesa Faraday terbukti.
Peristiwa terjadinya arus listrik pada penghantar / kumparan karena dipengaruhi oleh perubahan fluks magnetik disebut dengan “Induksi elektromagnetik”
Arus listrik yang terjadi pada penghantar akibat perubahan flukmagnetik disebut dengan Arus Induksi. Beda Potensial antara ujung-ujung penghantar disebut dengan GGL Induksi ( Gaya Gerak Listrik Induksi).
Arah Arus Induksi dinyatakan berdasarkan Hukum Lenz yang menyatakan :
Arah Arus Induksi pada penghantar sedemikian rupa sehingga dapat menimbulkan sesuatu yang melawan penyebabnya.
Jika penyebab Arus Induksi tersebut Medan Magnet / Magnet, maka pada penghantar / kumparan harus dapat menghasilkan Medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya, yaitu :
1. Jika penyebabnya kutub Utara Magnet Mendekat maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Utara . ( gb. 1)
2. Jika penyebabnya kutub Utara Magnet Menjauhi maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Selatan. (gb.2)
3. Jika penyebabnya kutub Selatan Magnet Mendekat maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Selatan. (gb.3)
4. Jika penyebabnya kutub Selatan Magnet Menjauhi maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Utara. (gb.4 )
 S U U I Gb.1 G |   S U S I Gb.2 G | U S S Gb.3 G |  U S U I Gb.4 G |
Jika penyebab timbulnya Medan Magnet adalah Gaya, maka pada penghantar akan timbul Gaya yang melawannya yang besarnya sama dan arahnya berlawanan, yaitu
Pada gambar di bawah akibat Gaya Mekanis F, timbul Gaya Lorentz FL yang besarnya sama dan arahnya berlawanan.
GGL Induksi Pada Kumparan, dinyatakan menurut Hukum Faraday :
GGL Induksi yang terjadi pada kumparan sebanding dengan cepat perubahan Fluks Magnetik melingkupinya
| Dirumuskan :  | e = GGL Induksi ( volt) N = Jumlah lilitan kumparan  = cepat perubahan fluks magnetik ( Wb/s)Tanda ( - ) = Kesesuaian dengan Hukum Lensz |
Juga berlaku, bahwa :
Besarnya GGL Induksi Pada penghantar yang bergerak dalam Medan Magnet dinyatakan :
|
Keterangan :
- Saat penghantar AB digerakkan oleh gaya mekanis Fmek, maka muatan + dalam penghantar seolah olah bergerak dari kiri ke kanan, sehingga seolah olah ada arus listrik induksi (Ii), akibatnya Muatan + tersebut seolah olah akan mendapatkan gaya Lorentz elementer (FLi).
- Akibat gaya Lorentz elementer ini, muatan + benar benar bergerak di dalam penghantar dari bawah ke atas, sehingga mengalirlah arus listrik induksi (I) di dalam penghantar.
- Akibatnya penghantar berarus listrik yang berada di dalam medan magnet akan mendapat gaya Lorentz (FL) yang arahnya ke kiri, melawan gaya mekanis penyebab gerakkan kawat penghantar.
- Pada keadaan ini terjadi perubahan Energi mekanis ( akibat gaya Mekanis) menjadi Energi listrik ( akibat adanya arus listrik dalam penghantar), dimana :
Wmek = Fmek. S dengan Fmek = - FL = - B.I.l
Dan
W listrik = e.I.t Sehingga berlaku : Wmek = W listrik
- B.I.l = e.I.t dengan l/t = v, maka diperoleh
| e = GGL Induksi ( Volt) B = Kuat medan Magnet ( Tesla) l = Panjang Kawat Penghantar (m ) v = Kecepatan gerak kawat ( m/s) |
GGL Induksi Diri :
GGL Induksi yang terjadi karena perubahan fluks magnetic pada kumparan akibat perubahan arus listrik mempengaruhi kumparan itu sendiri sehingga ujung ujung kumparan timbul beda potensial.
| Kumparan  I Ii neon S V | Keterangan : 1. Saat saklar tertutup arus listrik mengalir lewat kuparan besarnya konstan sehingga fluks magnetic yang terjadi juga konstan. 2. Sesaat, saat arus listrik terhubung dan terlepas, terjadi perubahan arus listrik dari tidak ada menjadi ada dan dari ada menjadi tidak ada, sehingga sesaat itu terjadi perubahan fluks magnetic disekitar kumparan. |
3. Perubahan fluks magnetic ini mempengaruhi kumparan itu lagi sehingga timbul GGl pada Ujung ujung kumparan yang disebut dengan GGL Induksi Diri.
Besarnya GGL Induksi Diri sebanding dengan cepat perubahan arus listrik,
 dirumuskan : atau : |  = cepat perubahan kuat arus listrik ( Ampere/sekon ) L = Konstanta pembanding yang disebut dengan Induktansi Diri sering disebut Induktansi dengan satuan Henry ( H ) ei = GGL Induksi diri GGL Induksi diri tidak lain adalah GGL Induksi |
Induktansi Diri pada Kumparan / Solenoida dan Toroida :
Dari persamaan : 
dan dengan e = eI
dan dengan e = eIMaka diperoleh nilai Induktansi diri kumparan dan toroida :
 | f = fluks magnetic ( Wb ). N = Jumlah lilitan I = Kuat Arus listrik ( Ampere ) L = Induktansi Kumparan / toroida ( Henry ) |
Dengan mengganti nilai f = B.A dan 
diperoleh persamaan Induktansi kumparan atau toroida :
diperoleh persamaan Induktansi kumparan atau toroida :
 | A = Luas penampang ( m2 ) N = Jumlah lilitan l = panjang penghantar ( m ) |
Energi Induktor :
Karena Induktor dapat menghasilkan GGL Induksi maka Induktor memiliki energi, yang dapat diturunkan dari energi listrik :
W = e.I.t dengan maka diperoleh :
maka diperoleh :
W = ½. L.I2 | L = Induktansi ( H ) I = Kuat arus listrik ( A ) W = Energi Induktor ( Joulle ) |
Langganan:
Postingan (Atom)