Materi
Materi
Materi
= .
dengan :
= .
2. Pergeseran Wien
Pada pengukuran intensitas radiasi benda hitam (I) pada berbagai nilai panjang
gelombang () dapat digambarkan
grafik
seperti
Perubahan
pada
intensitas
di
samping..
diukur
pada
dengan :
dengan :
= .
untuk melepaskan elektron dari permukaan logam, dan sisa energinya digunakan untuk
bergerak atau sebagai energi kinetik. Dari hipotesis itu dapat dirumuskan:
E= W0+ Ek
dengan:
E: energi foton
W0: energi ambang elektron
Ek: energi kinetik elektron
Penjelasan dari Einstein memperkuat hipotesis Planck bahwa cahaya merambat
dalam bentuk paket-paket energi yang disebut dengan foton. Cahaya bersifat sebagai
partikel dan sebagai gelombang karena cahaya juga melakukan peristiwa interferensi,
difraksi, dan polarisasi. Selain itu, cahaya juga termasuk salah satu gelombang
elektromagnetik.
-Aplikasi Efek fotolistrik diantaranya:
Sel surya merupakan sebuah piranti yang mampu mengubah secara langsung energi
cahaya menjadi energi listrik. Proses pengubahan energi ini terjadi melalui efek
fotolistrik. Efek fotolistrik adalah peristiwa terpentalnya sejumlah elektron pada
permukaan sebuah logam ketika disinari seberkas cahaya. Gejala efek fotolistrik dapat
diterangkan melalui teori kuantum Einstein. Menurut teori kuantum Einstein, cahaya
dipandang sebagai sebuah paket energi (foton) yang besar energinya bergantung pada
frekuensi cahaya. Pada sel surya energi foton akan diserap oleh elektron sehingga
elektron akan terpental keluar menghasilkan arus dan tegangan listrik.
-Mesin fotocopy merupakan mesin yang sangat berguna yang berfungsi untuk
menduplikat sebuah dokumen atau ilustrasi. Aspek-aspek yang bekerja dalam mesin
fotocopy sehingga mesin ini mampu menduplikat sebuah dokumen adalah panas, cahaya,
bahan kimia, dan juga muatan listrik statis. Penemunya adalah Chester F. Carison. Ia
telah berhasil menciptakan sebuah penemuan baru tentang cara penduplikasian naskah
dengan memanfaatkan sebuah energi listrik yang diberi nama sebagai xerography yang
memiliki makna tulisan kering.
Mesin fotokopi yang diperkenalkan pada tahun 1960-an oleh Xerox menjadi peralatan
yang terkenal dan banyak digunakan di dunia bisnis dan instansi-instansi pemerintahan.
Sebagai pengganti kertas karbon, mimeograph, dan mesin-mesin reproduksi lainnya,
fotokopi menggunakan polarisasi elektrik dari material yang sensitif cahaya untuk
menghasilkan salinan secara akurat dan ekonomis terhadap dokumen-dokumen kertas.
Berikut ini adalah prinsip dasar cara kerja mesin fotokopi:
menjadi berjumlah dua buah. Yang pertama terdapat di bagian atas drum (kawat
1), sedangkan yang kedua terdapat di bagian bawah drum (kawat 2).
5. Pada saat kertas belum mencapai silinder fotosensitif, kertas diubah menjadi
bermuatan positif oleh kawat 2. Sehingga, kertas yang tertempel toner pada
permukaannya, tertarik dengan kuat pada kertas.
6. Selanjutnya kertas akan dilewatkan melalui dua buah rol panas yang saling
bertekanan. Panas dari kedua rol tersebut akan melelehkan toner yang kemudian
akan menempel erat pada kertas. Peristiwa ini akan menghasilkan salinan gambar
yang sama persis dengan aslinya.
7. Setelah itu, drum akan terus berputar hingga melewati cleaning blade. Pada
akhirnya, drum akan kembali memiliki muatan positif sehingga siap untuk
kembali di sinari berulang-ulang.
Pertemuan 3
Sinar-X
Sinar X adalah pancaran gelombang elektromagnetik yang sejenis dengan gelombang
radio, panas, cahaya, dan sinar ultraviolet, Tetapi dengan panjang gelombang yang sangat
pendek. Sinar X bersifat heterogen, panjang gelombangnya bervariasi dan tidak terlihat.
Perbedaan antara sinar X dengan sinar elektromagnetik lainnya juga terletak pada panjang
gelombang, dimana panjang gelombang sinar X sangat pendek, yaitu hanya 1/10.000
panjang gelombang cahaya yang kelihatan. Karena panjang gelombang yang pendek itu,
maka sinar X dapat menembus benda-benda.
A. Sifat-sifat sinar X
1. Tidak dapat dilihat oleh mata, bergerak dalam lintasan lurus, dan dapat
mempengaruhi film fotografi sama seperti cahaya tampak.
2. Daya tembusnya lebih tinggi dari pada cahaya tampak, dan dapat menembus
tubuh manusia,kayu, beberapa lapis logam tebal.
3. Dapat digunakan untuk membuat gambar bayangan sebuah objek pada film
fotografi (radiograf).
4. Sinar-x merupakan gelombang elektromagnetik dengan energi E = hf.
5. Orde panjang gelombang sinar-x adalah 0,5-2,5. (sedangkan orede panjang
gelombanguntuk cahaya tampak = 6000 ). Jadi letak sinar-x dalam diagram
spektrum gelombang elektromagnet adalah antara sinar ultra violet dan sinar
gama.
6. Satuan panjang gelombang sinar-x sering dinyatakan dalam dua jenis satuan
yaitu angstroom () dan satuan sinar-x (X Unit = XU). 1 kXU = 1000 XU =
1,00202 .
7. Persamaan gelombang untuk medan listrik sinar-x yang terpolarisasi bidang
adalah = A sin 2 (x/-ft) = A sin (kx-t). Intensitas sinar-x adalah dE/dt
(rata-rata aliran energi persatuan waktu) per satu satuan luas yang tegak lurus
arah rambat. Nilai rata-rata intensitas sinar-x ini adalah berbanding lurus
dengan A2. Satuan intensitas adalah
B. Proses Terbentuknya Sinar X
4. Keping wolfarm
7. Anoda
2. Filamen
5. Ruang hampa
8. Diapragma
3. Bidangfokus
6. Selubung
Prinsip kerja dari pembangkit sinar-X dapat dijelaskan sebagai berikut, beda
potensial yang diberikan antara katoda dan anoda menggunakan sumber yang
bertegangan tinggi. Produksi sinar-X dihasilkan dalam suatu tabung berisi suatu
perlengkapan yang diperlukan untuk menghasilkan sinar-X yaitu bahan penghenti
atau sasaran dan ruang hampa.
Elektron bebas terjadi karena emisi dari filamen yang dipanaskan. Dengan
sistem fokus, elektron bebas yang dipancarkan terpusat menuju anoda. Gerakan
elektron ini akan dipercepat dari katoda menuju anoda bila antara katoda dan anoda
diberi beda potensial yang cukup besar.
Gerakan elektron yang berkecepatan tinggi dihentikan oleh suatu bahan yang
ditempatkan pada anoda. Tumbukan antara elektron dengan anoda ini menghasilkan
sinar-X, pada tumbukan antara elektron dengan sasaran akan ada energi yang hilang.
Energi ini akan diserap oleh sasaran dan berubah menjadi panas sehingga bahan
sasaran akan mudah memuai. Untuk menghindarinya bahan sasaran dipilih yang
berbentuk padat. Bahan yang biasa digunakan sebagai anoda adalah platina, wolfram,
atau tungsten.
Untuk menghasilkan energi sinar-X yang lebih besar, tegangan yang diberikan
ditingkatkan sehingga menghasilkan elektron dengan kecepatan yang lebih tinggi.
Dengan demikian energi kinetik yang dapat diubah menjadi sinar-X juga lebih besar.
C. Pengelompokan Sinar x
Sinar-X dari proses kejadiannya, dikelompokan menjadi 2 yaitu :
1. Sinar-X Brehmsstrahlung
2. Sinar-x karakteristik
tereksitasi dari atom, kemudian electron lain yang berada pada sub kulit yang lebih
tinggi akan mengisi kekosongan yang ditinggalkan oleh electron tadi, dengan
memancarkan sinar-x yang memiliki energy sebanding dengan level energy electron.
Karena sinar-X karakteristik memiliki Panjang gelombang tertentu yang dapat difilter,
maka jenis ini banyak diaplikasikan untuk XRD (X-RAy Diffraction) dalam
menentukan struktur material.
D. Aplikasi sinar x
Cara kerja mesin Rontgen
Bagian utama dari mesin sinar-X adalah sepasang elektrode, yaitu katode dan
anode, yang ditempatkan dalam sebuah tabung kaca yang divakumkan. Katode terbuat
dari sebuah filamen yang dipanaskan, seperti yang biasa ditemukan pada lampu pijar
model lama. Arus listrik pada mesin pemancar sinar-X dilewatkan melalui filamen ini
sehingga filamen tersebut menjadi panas. Akibatnya, elektron-elektron terpancar dari
permukaan filamen tersebut. Anode yang bermuatan positif, dibuat dari bahan
tungsten berbentuk lingkaran datar, menarik elektron-elektron tersebut membentuk
berkas elektron dari katode ke anode dalam tabung.
Antara katode dan anode diberi beda potensial yang sangat besar, sehingga
berkas elektron mengalir dalam tabung dengan energi yang sangat tinggi. Ketika
elektron berenergi tinggi ini menumbuk atom tungsten di anode, sebuah elektron yang
berada pada orbit yang relatif rendah dari atom tungsten tersebut akan terlempar
meninggalkan tempatnya. Elektron lain yang berada di orbit yang lebih tinggi akan
segera jatuh mengisi tempat kosong di orbital yang lebih rendah yang telah
ditinggalkan elektron. Karena elektron jatuh dari orbital yang lebih tinggi ke orbital
yang lebih rendah, maka dalam proses ini akan dilepaskan foton. pada peristiwa ini,
elektron yang jatuh tersebut berasal dari tingkat energi yang jauh lebih tinggi,
sehingga foton yang dihasilkan juga merupakan foton dengan energi yang cukup
tinggi, yaitu foton-foton sinar-X.
panas ini, pada mesin pemancar sinar-X terdapat sebuah motor yang memutar anode.
Dengan demikian, berkas elektron tidak selalu menumbuk bagian anode yang sama.
Selain itu dalam mesin juga terdapat minyak pendingin yang berfungsi menyerap
panas.
Di sekeliling alat penghasil sinar-X ini, dipasangi sebuah penghalang tebal
dari bahan timbal. Ini untuk menjaga agar sinar-X tidak keluar memancar ke segala
arah. Untuk menyalurkan berkas sinar-X yang dihasilkan, dibuat sebuah lubang kecil
di bagian lapisan penghalang tersebut. Sebelum sinar-X ini mengenai tubuh pasien
yang akan difoto, sinar-X ini akan melewati sejumlah penyaring (filter) sesuai dengan
kebutuhan.
Sebuah kamera di sisi lain pasien akan merekam pola sinar-X yang melewati
tubuh pasien. Kamera sinar-X ini menggunakan teknologi film yang sama dengan
kamera film biasa (bukan kamera digital). Bedanya adalah reaksi kimia pada film foto
disebabkan oleh sinar-X bukan sinar cahaya tampak seperti pada kamera film biasa.
Umumnya dokter menggunakan secara langsung hasil foto Rontgen tersebut
dalam bentuk film negatif. Anda pernah melihat film negatif dan cara kerjanya
bukan? Kita biasa menyebut film negatif tersebut dengan istilah klise foto. Pada film
negatif ini, bagian yang terkena banyak cahaya akan tampak lebih hitam dibandingkan
dengan bagian yang lebih sedikit dikenai cahaya. Benda-benda yang keras, seperti
tulang, akan tampak putih pada film sedangkan benda-benda yang lebih lunak,
misalnya kulit, akan tampak hitam atau abu-abu.
Pertemuan 4
Efek Compton
Telah Anda ketahui bahwa cahaya atau gelombang elektromagnetik yang menembus
kaca, panjang gelombang dan frekuensinya setelah keluar dari kaca tidak mengalami
perubahan. Dengan kata lain, gelombang itu tidak mengalami perubahan energi.
Pernyataan ini kontradiktif dengan apa yang dialami oleh Compton. Pada 1923, Compton
melakukan percobaan dengan menjatuhkan sinar-X yang berasal dari bahan radioaktif
pada lempengan tipis. Hasil pengamatannya menunjukkan bahwa setelah keluar dari
lempengan gelombang elektromagnetik mengalami hamburan. Terbukti panjang
gelombang bertambah panjang. Hal itu dirasa aneh, karena teori klasik yang ada pada
saat itu tidak dapat menjelaskan peristiwa tersebut. Untuk menjelaskan masalah itu,
Compton menganggap foton (gelombang elektromagnetik) sebagai materi.
Karena dianggap sebagai materi, foton mempunyai momentum sehingga tumbukan
antara foton sebagai materi dan elektron dalam lempengan berlaku hukum kekekalan
momentum.
Peristiwa itu dapat dijelaskan sebagai berikut.
. = .
Dengan:
(1
=(
( ,
)(
tepat apabila cahaya dipandang sebagai gelombang, sedangkan pada peristiwa efek
fotolistrik dan efek Compton lebih tepat apabila cahaya dipandang sebagai partikel.
Dengan menggunakan persamaan compton, panjang gelombang sinar x dapat dihitung
seperti contoh di bawah ini.
Pada percobaan Compton severkas sinar x dengan panjang gelombang 0,6 nm
menumbuk sasaran elektron dalam atom karbon, apabila sinar x dihamburkan
membentuk sudut 90 terhadap arah semula. Hitunglah panjang gelombang sinar x yang
terhambur.
Diketahui.
= 0,6 nm = 6. 10-10 m
= 90, cos 90= 0
h = 6,62. 10-34 Js
m0 = 9,1. 10-31 Kg
c = 3. 108 m/s
Ditanyakan.
` = ...............?
Penyelesaian
`-=
`-=
(1
`-6. 10-10 m =
`-6. 10-10 m =
).
, .
, .
).
m +6. 10-10 m
m
(1
(1 0)
90).