SMA NEGERI 2 BANDAR LAMPUNG
TUGAS FISIKA | SYIFA RAHMI FADHILA
XII SCIA resume materi fisika 4
1. Radiasi KalorPerpindahan kalor secara radiasi adalah perpindahan kalor dalam bentuk elektromagnetik
dan tidak memerlukan perantara apapun. Contohnya: ketika kita duduk dan mengelilingi api
unggun, kita merasakan hangat walaupun kita tidak bersentukan dengan apinya secara
langsung. Dalam peristiwa di atas, terjadi perpindahan panas yang dipancarkan oleh asal
panas tersebut sehingga disebut dengan Radiasi.
Panas yang kita rasakan bukan disebabkan oleh udara yang kepanasan akibat adanya nyala
api. Udara yang panas akan memuai sehingga massa jenisnya berkurang. Akibatnya udara
yang massa jenisnya berkurang bergerak vertikal ke atas, tidak bergerak horisontal ke arah
kita. Tubuh kita terasa hangat atau panas ketika berada di dekat nyala api karena kalor
berpindah dengan cara radiasi dari nyala api (suhu lebih tinggi) menuju tubuh kita (suhu
lebih rendah)
Page 2
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Perpindahan Kalor Secara Radiasi
1. Tetapan Stefan Boltzmann
2. Luas permukaan A, makin besar luas permukaan makin cepat perpindahan kalor
3. Suhu, makin besar beda suhu makin cepat perpindahan kalor
4. Emisivitas
dengan persamaan :
Keterangan : H = laju aliran kalor tiap satuan waktu (J/s atau watt)
Q = kalor yang dialirkan (J)
t = waktu (s)
A = luas (m2), luas permukaan lingkaran = 4.p.r2
T = suhu (K)
e = emisivitas benda (tanpa satuan)
(e bernilai 1 untuk benda hitam sempurna, dan bernilai 0 untuk benda tidak hitam sama
sekali. Pengertian benda hitam sempurna disini adalah benda yang memiliki kemampuan
menyerap semua kalor yang tiba padanya, atau mampu memancarkan seluruh energi yang
dimilikinya).
A.TEORI BENDA HITAM
Dalam fisika, benda hitam adalah obyek yang menyerap seluruh radiasi
elektromagnetik yang jatuh kepadanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar
atau dipantulkannya. Namun, dalam fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga
Page 3
memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah
energi benda itu dapat diukur.
Jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya bergantung pada suhu benda
hitam tersebut. Benda hitam dengan suhu di bawah sekitar 700 Kelvin hampir semua
energinya dipancarkan dalam bentuk gelombang inframerah, sangat sedikit dalam panjang
gelombang tampak. Semakin tinggi temperatur, semakin banyak energi yang dipancarkan
dalam panjang gelombang tampak dimulai dari merah, jingga, kuning dan putih. Cahaya
yang dipancarkan oleh benda hitam disebut radiasi benda hitam.
Istilah "benda hitam" pertama kali diperkenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff pada
tahun 1862.
B.HUKUM STEVAN – BOLTZMAN
Pada tahun 1879 seorang ahli fisika dari Austria, Josef Stefan melakukan eksperimen untuk
mengetahui karakter universal dari radiasi benda hitam. Ia menemukan bahwa daya total
per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh suatu benda hitam panas
(intensitas total) adalah sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Sehingga
dapat dirumuskan:
I = e σ Tdengan I menyatakan intensitas radiasi pada permukaan benda hitam pada semua
frekuensi, T adalah suhu mutlak benda, dan σ adalah tetapan Stefan-Boltzman, yang bernilai
5,67 × 10-8 Wm-2K-4. Gambar berikut memperlihatkan spektrum cahaya yang dipancarkan
benda hitam sempurna pada beberapa suhu yang berbeda. Grafik tersebut memperlihatkan
bahwa antara antara panjang gelombang yang diradiasikan dengan suhu benda memiliki
hubungan yang sangat rumit.
Page 4
Untuk kasus benda panas yang bukan benda hitam, akan memenuhi hukum yang sama,
hanya diberi tambahan koefisien emisivitas yang lebih kecil daripada 1 sehingga:
I total = e.σ.T 4
Intensitas merupakan daya per satuan luas, maka persamaan diatas dapat ditulis sebagai:
dengan:
P = daya radiasi (W)
Q = energi kalor (J)
A = luas permukaan benda (m2)
e = koefisien emisivitas
T = suhu mutlak (K)
Beberapa tahun kemudian, berdasarkan teori gelombang elektromagnetik cahaya, Ludwig
Boltzmann (1844 – 1906) secara teoritis menurunkan hukum yang diungkapkan oleh Joseph
Stefan (1853 – 1893) dari gabungan termodinamika dan persamaan-persamaan Maxwell.
Oleh karena itu, persamaan diatas dikenal juga sebagai Hukum Stefan-Boltzmann, yang
berbunyi:
Page 5
“Jumlah energi yang dipancarkan per satuan permukaan sebuah benda hitam dalam satuan
waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur termodinamikanya”.
C. HUKUM PERGESERA WIEN
Bila suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relative dari spectrum cahaya yang
dipancarkan berubah. Ini menyebabkan pergeseran dalam warna-warna spectrum yang
diamati, yang dapat digunakan untuk menaksir suhu suatu benda seperti pada gambar :
Grafik Pergeseran Wien
Gambar diatas menunjukkan grafik antara intensitas radiasi yang dipancarkan oleh suatu
benda hitam terhadap panjang gelombang (grafik I – l ) pada berbagai suhu. Total energi
kalor radiasi yang dipancarkan adalah sebanding dengan luas di bawag grafik. Tampak
bahwa total energi kalor radiasi radiasi meningkat dengan meningkatnya suhu ( menurut
hokum Stefan- Bolztman. Energi kalor sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak.
Radiasi kalor muncul sebanding suatau spectra kontinu, bukan spectra diskret seperti garis-
garis terang yang dilihat dalam spectra nyala api. Atau garis-garis gelap yang dapat dilihat
Page 6
dalam cahaya matahari (garis Fraunhofer) (Spektra adalah bentuk tunggal spectrum)
Sebagai gantinya, semua panjang gelombang hadir dalam distribusi energi kalor yang luas
ini. Jika suhu bendahitam meningkat, panjang gelombang untuk intensitas maksimum (lm)
bergeser ke nilai panjang gelombang yang lebih pendek
Pengukuran spectra benda hitam menunjukkan bahwa panjang gelombang untuyk
intensitas maksimum (lm) berkurang dengan meningkatnya suhu, seperti pada persamaan
berikut :
λm = panjang gelombang dengan intensitas maksimum (m)
T = suhu mutlak benda hitam (K)
C = tetapan pergeseran Wien = 2,90 x 10-3 m K
Pada suhu yang lebih tinggi (dalm orde 1000 K ) benda mulai berpijar merah, seperti besi
dipanaskan. Pada suhu diatas 2000 K benda pijar kuning atau keputih-putihhan, seperti besi
berpijar putih atau pijar putih dari filament lampu pijar.
Jika suatu benda padat dipanaskan maka benda itu akan memancarkan radiasi kalor. Pada
suhu normal, kita tidak menyadari radiasi elektromagnetik ini karena intensitasnya rendah.
Pada suhu lebih tinggi ada cukup radiasi inframerah yang tidak dapat kita lihat tetapi dapat
kita rasakan panasnya jika kita mendekat ke benda tersebut.
D.TEORI MAX PLANCK
Planck menyadari pentingnya untuk memasukkan konsep energi maksimum dalam
perhitungan teoritis radiasi benda hitam. Menurut Planck, energi yang diserap atau yang
dipancarkan oleh getaran-getaran yang timbul di dalam rongga benda hitam merupakan
paket-paket atau kuanta. Besarnya energi setiap paket merupakan kelipatan bilangan asli
Page 7
dari hf dengan h adalah tetapan Planck yang besarnya 6,63 x 10¬¬¬-34 Js dan f adalah
frekuensi paket energi. Secara matematis, perumusan Planck dapat dituliskan menjadi
E = nhf
Planck membuat aturan bahwa energi setiap modus getar tidak boleh lebih dari energi rata-
rata yang dimiliki radiasi (kT). Akan tetapi, karena energi yang mungkin dimilki oleh modus
getar nhf, berarti semakin tinggi frekuensi, semakin kecil kemungkinan untuk tidak melebihi
kT.
Hubungan kuantum Planck menunjukkan bahwa ekuipartisi energi dan setiap jenis getaran
memiliki energi total yang berbeda-beda. Menurut Planck, teori klasik gagal menjelaskan
radiasi benda hitam pada panjang gelombang pendek karena pada daerah itu kuanta
energinya sangat besar sehingga hanya sedikit jenis getaran yang tereksitasi. Berkurangnya
jenis getaran yang tereksitasi mengakibatkan getaran tertekan dan radiasi akan menurun
menuju nol pada frekuensi yang tinggi. Oleh karena itu rumus Planck dapat terhindar dari
catastropi ultraviolet.
Persamaan yang menujukkan besarnya energi per satuan luas yang dipancarkan oleh suatu
benda hitam yang terdistribusi diantara berbagai panjangnya telah diturunkan oleh Max
Planck pada 1900 dengan menggunakan teori kuantum, yaitu sebagai berikut,
E=(2πc^2 h)/λ^2 [1/(e^(hc/λkT)-1)]
Pada persamaan tersebut, c adalah kecepatan rambat cahaya, λ adalah panjang gelombang
cahaya dan T adalah suhu mutlak permukaan benda hitam. Konstanta k dan h dihitung
berdasarkan data eksperimen, yakni klPada persamaan tersebut, c adalah kecepatan rambat
cahaya,
k = 1,38 x 10-23 JK-1¬ (disebut konstanta Boltzmann)
h = 6,63 x 10-34 Js (disebut konstanta Planck)
maks T = 2,898 x 10-3¬¬ mK.lmaks) dan suhu mutlak (T) suatu benda hitam telah diturunkan
oleh Wien yang disebut sebagai hukum pergeseran wien, yaknilHubungan antara panjang
Page 8
gelombang energi maksimum.
Menurut Planck, atom-atom pada dinding rongga benda hitam memiliki sifat seperti osilator
harmonik. Energi yang dimiliki oleh osilator-osilator harmonik tersebut hanya pada nilai-nilai
f tertentu. Nilai-nilai tersebut merupakan kelipatan bilangan asli dari hf, yakni hf, 2hf, 3hf,
dan seterusnya. Osilator harmonik tersebut tidak boleh memiliki energi selain harga-harga
tersebut. Oleh Planck energi osilator itu dikatakan terkuantisasi.
E. EFEK FOTOLISTRIK
Pada tahun 1905, Einstein menggunakan gagasan Planck tentang kuantisasi energi untuk
menjelaskan efek fotolistrik. Efek fotolistrik ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 dan
telah dikaji oleh Lenard pada tahun 1900. Gambar 1. menunjukkan diagram sketsa alat
dasarnya. Apabila cahaya datang pada permukaan logam katoda C yang bersih, elektron
akan dipancarkan. Jika elektron menumbuk anoda A, terdapat arus dalam rangkaian
luarnya. Jumlah elektron yang dipancarkan yang dapat mencapai elektroda dapat
ditingkatkan atau diturunkan dengan membuat anoda positif atau negatif terhadap
katodanya. Apabila V positif, elektron ditarik ke anoda. (Baca juga : Radiasi Benda Hitam)
Page 9
Gambar 1. Sketsa alat untuk mengkaji efek elektromagnetik.
Apabila V negatif, elektron ditolak dari anoda. Hanya elektron dengan energi kinetik ½
mv2 yang lebih besar dari eV kemudian dapat mencapai anoda. Potensial V0 disebut
potensial penghenti. Potensial ini dihubungkan dengan energi kinetik maksimum elektron
yang dipancarkan oleh:
(½ mv2)maks = e.V0 .................................................... (1)
Percobaan yang lebih teliti dilakukan oleh Milikan pada tahun 1923 dengan menggunakan
sel fotolistrik. Keping katoda dalam tabung ruang hampa dihubungkan dengan sumber
tegangan searah. Kemudian, pada katoda dikenai cahaya berfrekuensi tinggi. Maka akan
tampak adanya arus listrik yang mengalir karena elektron dari katoda menuju anoda.
Setelah katoda disinari berkas cahaya, galvanometer ternyata menyimpang. Hal ini
menunjukkan bahwa ada arus listrik yang mengalir dalam rangkaian.
Page 10
Gambar 2. Efek fotolistrik.
Einstein telah menjelaskan bahwa untuk mengeluarkan elektron dari permukaan logam
dibutuhkan energi ambang. Jika radiasi elektromagnet yang terdiri atas foton mempunyai
enegi yang lebih besar dibandingkan energi ambang, maka elektron akan lepas dari
permukaan logam.
Akibatnya energi kinetik maksimum dari elektron dapat ditentukan dengan persamaan:
Ek = h.f – h. f0 ................................................... (2)
dengan:
f, f0 = frekuensi cahaya dan frekuensi ambang (Hz)
h = konstanta Planck (6,63 × 10-34 Js)
Ek = energi kinetik maksimum elektron ( J)
F. EFEK COMPTON
Page 11
Efek compton ditemukan oleh Arthur Holy Compton pada tahun 1923. Menurut teori
kuantum cahaya, foton berlaku sebagai partikel, hanya foton tidak memiliki massa diam.
Jika pendapat ini benar, maka berdasarkan peristiwa efek fotolistrik yang dikemukakan oleh
Einstein, Arthur Holy Compton pada tahun 1923 telah mengamati gejala-gejala tumbukan
antara foton yang berasal dari sinar X dengan elektron. Compton mengamati hamburan
foton dari sinar X oleh elektron dapat diterangkan dengan menganggap bahwa foton seperti
partikel dengan energi hf dan momentum hf/c cocok seperti yang diusulkan oleh Einstein.
Penemuan Efek Compton
Percobaan Compton cukup sederhana yaitu sinar X monokromatik (sinar X yang memiliki
panjang gelombang tunggal) dikenakan pada keping tipis berilium sebagai sasarannya.
Kemudian untuk mengamati foton dari sinar X dan elektron yang terhambur dipasang
detektor. Sinar X yang telah menumbuk elektron akan kehilangan sebagian energinya yang
kemudian terhambur dengan sudut hamburan sebesar θ terhadap arah semula.
Berdasarkan hasil pengamatan ternyata sinar X yang terhambur memiliki panjang
gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang sinar X semula. Hal ini dikarenakan
sebagian energinya terserap oleh elektron. Jika energi foton sinar X mula-mula hf dan energi
foton sinar X yang terhambur menjadi (hf – hf’) dalam hal ini f > f’, sedangkan panjang
gelombang yang terhambur menjadi tambah besar yaitu λ > λ’.
Skema Percobaan Efek Compton
Skema percobaan Compton untuk menyelidiki
tumbukan foton dan elektron
Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan kekekalan energi Compton
berhasil menunjukkan bahwa perubahan panjang gelombang foton terhambur dengan
panjang gelombang semula, yang memenuhi persamaan :
Page 12
dengan
λ = panjang gelombang sinar X sebelum tumbukan (m)
λ’ = panjang gelombang sinar X setelah tumbukan (m)
h = konstanta Planck (6,625 × 10-34 Js)
mo = massa diam elektron (9,1 × 10-31 kg)
c = kecepatan cahaya (3 × 108 ms-1)
θ = sudut hamburan sinar X terhadap arah semula (derajat atau radian)
Besaran sering disebut dengan panjang gelombang Compton. Jadi jelaslah sudah
bahwa dengan hasil pengamatan Compton tentang hamburan foton dari sinar X
menunjukkan bahwa foton dapat dipandang sebagai partikel, sehingga memperkuat teori
kuantum yang mengatakan bahwa cahaya mempunyai dua sifat, yaitu cahaya dapat sebagai
gelombang dan cahaya dapat bersifat sebagai partikel yang sering disebut sebagai dualime
gelombang cahaya.
G.SINAR-X
Sinar –x adalah gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang 10-8 -10-
12 m dan frekuensi sekitar 1016 -1021 Hz.sinar ini dpat menembus benda-benda lunak
seperti daging dan kulit tetapi tidak dapat menembus benda-benda keras seperti
tulang,gigi,dan logam.Sinar x sering di gunakan di berbagai bidang seperti bidang
kedokteran,fisika,kimia,mineralogy,metarulugi,dan biologi.
Sinar x di temukan secara tidak sengaja oleh Wilhelm Conrad Rontgen (1845-1923).Ilmuwan
Jerman pada November 1895.Pada waktu itu,Rontgen sedang mempelajari pancaran
electron dari tabung katode.Lempeng logam yang letaknya di dekat tbung katode
memencarkan sinar flueresens selama electron di alirkan.Oleh sebab itu,Rontgen
menyimpulkan bahwa sinar tersebut di sebabkan oleh radiasi dari suatu atom.karena tidak
di kenal dalm ilmu,maka Rontgen memberikan nama dengan sebutan SINAR X.
KEGUNAAN SINAR X
Page 13
Pengobatan
• Sinar-X lembut digunakan untuk mengambil gambar foto yang dikenal sebagai radiograf.
Sinar-X bisa menembus tubuh manusia tetapi diserap oleh bagian yang lebih padat seperti
tulang. Gambar foto sinar-X digunakan untuk memperlihatkan kecacatan tulang,
mengdeteksi tulang yang patah dan memperlihatkan keadaan organ-organ dalam tubuh.
• Sinar-X keras digunakan untuk memusnahkan sel-sel kanker. Cara ini dikenal sebagai
radioterapi.
Perindustrian
Dalam bidang perindustrian, sinar-X digunakan untuk :
• mengetahui kecacatan dalam struktur binaan atau bagian-bagian dalam mesin dan engine.
• memperbaiki rekahan dalam pipa logam, dinding konkrit dan tekanan tinggi.
• memeriksa retakan dalam struktur plastik dan getah.
Penyelidikan
• Sinar-X digunakan untuk menyelidik struktur hablur dan jarak pemisahan antara atom-
atom dalam suatu bahan hablur.
EFEK PENGUNAAN Sinar-X
Walaupun sinar-X sangat berguna kepada manusia, tetapi pennggunaan secara berlebihan
kepada sinar-X mungkin menyebabkan :
• pemusnahan sel-sel dalam tubuh.
• perubahan struktur genetik suatu sel.
• penyakit kanser barah.
• kesan-kesan buruk seperti rambut rontok, kulit menjadi merah dan berbisul.
Page 14
2. Transmisi dan Penyimpanan Data Digital
A. Transmisi Data Digital
Transmisi digital, berhubungan dengan muatan dari sinyal. Untuk mencapai jarak yang jauh
dipakai repeater yang menghasilkan sinyal sebagai ‘1 atau ‘0 sehingga tidak terjadi distorsi.′ ′
aTransmisi digital merupakan proses pemindahan sinyal digital. Sinyal digital mengandung
data – data dalam bentuk biner. Untuk pengiriman jarak jauh, transmisi digital memerlukan
alat pengulang (repeater). Alat pengulang menerima sinyal digital, memulihkan kembali pola
jajaran byte, dan metransmisi ulang sinyal yang baru. Oleh karena itu, redaman dapat
diatasi.
Page 15
Contoh Transmisi Data Digital
Contoh paling umum dari sinyal digital adalah text atau character string. Informasi yang
disajikan dalam bentuk text lebih nyaman untuk dimengerti oleh manusia. Oleh karena itu,
data binary yang ditransmisikan melalui sinyal digital akan diproses untuk ditampilkan dalam
bentuk text. Data telah dirancang sedemikian rupa sehingga karakter dapat
direpresentasikan oleh pola byte dari data. Digunakan byte parity untuk menentukan letak
kesalahan dalam pengiriman data.
Secara prinsip, signaling secara digital memiliki keunggulan dibanding signaling secara
analog. Transmisi digital lebih murah dan lebih terbebas dari noise.Oleh karena adanya
redaman dari kekuatan sinyal pada frekuensi yang tinggi, pulsa menjadi lebih bundar dan
lebih kecil. Redaman ini mengurangi proses kehilangan informasi yang terkandung pada
propagasi sinyal.
Data digital dapat direpresentasikan dengan data analog dengan menggunakan modem
(modulator – demodulator). Modem mengubah sinyal binary menjadi sinyal analog dengan
melakukan encoding data dalam frekuensi yang membawanya. Hasil sinyal konversinya
menempati spektrum dari frekuensi tertentu di tengah – tengah frekuensi yang
membawanya. Modem merubah data digital yang berasal dari perangkat komputer menjadi
data analog yang selanjutnya disalurkan melalui kabel telepon.
Page 16
B. Penyimpanan Data DigitalA. Harddisk
Internal Hard Drive
Harddisk merupakan media penyimpanan luar yang menggunakan disk/piringan, biasa
digunakan untuk menyimpan hasil install sistem operasi, software aplikasi, penyimpanan data,
dan sebagainya. Pada harddisk, data direkam pada sektor-sektor melalui headyang merupakan
medan magnet berasal dari arus listrik 1 dan 0 (on or off). Operasi data dilakukan dengan
piringan berputar, satuan rotasi piringan tersebut adalah RPM (Rotation Per Minute). Semakin
cepat berputar, maka mengakses pun akan semakin cepat.
B. Flash Drive
Page 17
External Hard Drive
Flash drive ini merupakan teknologi pengembangan dari zip drive yang menggunakan teknologi
flash. Flash ini berupa chip memori yang dapat menyimpan data dan dihubungkan dengan
interface USB (Universal Serial Bus) yang dalam perkembangannya telah mencapai versi
USB. Flash drive juga ada yang dilengkapi dengan fasilitas multimedia player.
C. ZIP DriveIomega Zip Drive terdiri atas floppy drive dan cartridge floppy khusus, yang mampu menampung
sampai hampir 1000MB data, lebih besar daripadafloppy.
D. Floppy Disk DriveKapasitas yang dapat ditampung oleh Floopy Disk dapat dikakan cenderung kecil, sehingga ia
hanya dapat menyimpan file teks. Penulisan file tersebut dapat dilakukan berulang-ulang,
namun membutuhkan waktu yang relatif lama.
E. Compact Disc (CD)Informasi dalam CD direkam secara digital dalam bentuk lubang-lubang mikroskopis pada
permukaan yang reflektif. Proses tersebut dilakukan menggunakan laseer yang berintensitas
tinggi. Permukaan tersebut kemudian dilapisi oleh lapisan bening yang nantinya dapat dibaca
menggunakan laser berintensitas rendah saat motor memutar disk. Intensitas laser tersebut
berubah setelah mengenai lubang-lubang tersebut sehingga terefleksikan dan dideteksi oleh
fotosensor yang kemudian dikonversi menjadi data digital.
Page 18
F. Digital Versatile Dics (DVD)DVD merupakan teknologi lanjutan dari teknologi penyimpanan menggunakan media optical
disc. DVD memiliki kapasitas yang juh lebih besar dibandingkan dengan CD-ROM.
Kini perkembangan teknologi telah memasuki era baru. Media penyimpanan data secara online
pun telah tersedia, yang disebut “Cloud Storage”. Cloud Storage adalah teknologi penyimpanan
data yang menggunakan server sebagai medianya. Tidak seperti media offline yang
membutuhkan perangkat khusus, kini dengan adanya teknologi tersebut data digital dapat
diraih menggunakan perangkat yang telah dilengkapi dengan akses internet.
3. Inti Atom dan RadioaktivitasKESTABILAN INTI ATOM
Kestabilan inti atom ditentukan oleh jumlah proton dan netron didalam inti. Dari 1500 inti
yang telah diketahui, hanya ± 400 inti yang stabil. Gambar di bawah ini menunjukkan
diagram N-Z, yang menyatakan hubungan antara jumlah proton (N) dan jumlan netron (Z)
untuk sejumlah inti stabil.
Inti-inti tidak stabil ini secara spontan akan melakukan peluruhan untuk menuju daerah
kestabilan inti dengan memancarkan partikel radioaktif.
Untuk atom ringan ( Z < 20 ), inti stabil jika N = Z atau N/Z = 1
Untuk atom berat ( 20 < Z < 83 ) , inti stabil jika N/Z = 1,6
Tidak ada inti stabil untuk Z > 83
Komposisi jumlah proton dan neutron di dalam inti atom sangat mempengaruhi kestabilan
inti atom tersebut. Inti atom dikatakan stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya
sudah ”seimbang” serta tingkat energinya sudah berada pada keadaan dasar. Jumlah proton
dan neutron maupun tingkat energi dari inti-inti yang stabil tidak akan mengalami
perubahan selama tidak ada gangguan dari luar. Sebaliknya, inti atom dikatakan tidak stabil
Page 19
bila komposisi jumlah proton dan neutronnya “tidak seimbang” atau tingkat energinya tidak
berada pada keadaan dasar. Perlu dicatat bahwa komposisi proton dan neutron yang
“seimbang” atau “tidak seimbang” di atas tidak berarti mempunyai jumlah yang sama
ataupun tidak sama. Setiap inti atom mempunyai “kesetimbangan” yang berbeda.
Secara umum, kestabilan inti-inti ringan terjadi bila jumlah protonnya sama dengan jumlah
neutronnya. Sedangkan kestabilan inti-inti berat terjadi bila jumlah neutron maksimum 1,5
kali jumlah protonnya. Tabel periodik merupakan suatu tabel yang mencantumkan semua
kemungkinan posisi nuklida baik yang stabil maupun yang tidak stabil. Nuklida-nuklida yang
tidak stabil disebut sebagai radionuklida.
Tabel nuklida juga dapat menunjukkan posisi dari nuklida-nuklida yang merupakan isotop
yaitu petak-petak yang horisontal, misalnya Na-20, Na-21, Na-22 dan seterusnya. Isotop
yang tidak stabil disebut sebagai radioisotop. Pada dasarnya, radioisotop dan radionuklida
adalah istilah yang sama yaitu menunjukkan inti-inti atom yang tidak stabil. Bahan yang
terdiri atas radionuklida dengan jumlah cukup banyak disebut bahan radioaktif.
Inti-inti atom yang tidak stabil, baik karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang
tidak seimbang ataupun karena tingkat energinya yang tidak berada pada keadaan
dasarnya, cenderung untuk berubah menjadi stabil. Bila ketidakstabilan inti disebabkan
karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang, maka inti tersebut
akan berubah dengan memancarkan radiasi alpha atau radiasi beta (β). Kalau
ketidakstabilannya disebabkan karena tingkat energinya yang berada pada keadaan
tereksitasi maka akan berubah dengan memancarkan radiasi gamma. Proses perubahan
atau transformasi inti atom yang tidak stabil menjadi atom yang lebih stabil tersebut
dinamakan peluruhan radioaktif.
Proses peluruhan radioaktif seringkali harus melalui beberapa intermediate (antara)
sebelum menjadi inti atom yang stabil. Jadi seringkali suatu radionuklida tidak berubah
langsung menjadi nuklida yang stabil, melainkan mengalami beberapa perubahan lebih dulu
menjadi radionuklida yang lain sebelum akhirnya menjadi nuklida yang stabil. Misalnya dari
nuklida X yang tidak stabil berubah menjadi nuklida Y yang juga masih tidak stabil kemudian
Page 20
berubah lagi menjadi nuklida Z yang stabil. Peluruhan seperti ini dinamakan peluruhan
berantai.
Contohnya adalah 8O16, 11Na22, 2He4 dan 6C12. Berarti 2He4 dan 6C14 tidaklah stabil
atau termasuk radioisotop yang dapat memancarkan zat-zat radioaktif. Untuk inti dengan Z
> 20 yang akan stabil jika nilai N lebih besar dari Z (N/Z > 1) berarti jumlah netronnya harus
lebih banyak dari jumlah proton dalam inti.
B. PELURUHAN RADIOAKTIVITAS
C.
Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses di mana sebuah inti atomyang tidak
stabil memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi). Peluruhan terjadi pada
sebuah nukleus induk dan menghasilkan sebuah nukleus anak. Ini adalah sebuah
proses acak sehingga sulit untuk memprediksi peluruhan sebuah atom.
Satuan internasional (SI) untuk pengukuran peluruhan radioaktif adalah becquerel(Bq). Jika
sebuah material radioaktif menghasilkan 1 buah kejadian peluruhan tiap 1 detik, maka
dikatakan material tersebut mempunyai aktivitas 1 Bq. Karena biasanya sebuah sampel
Page 21
material radiaktif mengandung banyak atom,1 becquerel akan tampak sebagai tingkat
aktivitas yang rendah; satuan yang biasa digunakan adalah dalam orde gigabecquerels.
Radioaktivitas disebut juga peluruhan radioaktif, yaitu peristiwa terurainya beberapa inti
atom tertentu secara spontan yang diikuti dengan pancaran partikel alfa (inti helium),
partikel beta (elektron), atau radiasi gamma (gelombang elektromagnetik gelombang
pendek). Sinar-sinar yang dipancarkan tersebut disebut sinar radioaktif, sedangkan zat yang
memancarkan sinar radioaktif disebut dengan zat radioaktif.
Jenis Sinar Radioaktif
Berdasarkan partikel penyusunnya, sinar radioaktif dibagi menjadi tiga, yaitu sinar alfa, sinar
beta, dan sinar gamma.
Sinar Alfa (sinar α)
Sinar alfa adalah sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif. Sinar ini ditemukan secara
bersamaan dengan penemuan fenomena radioaktivitas, yaitu peluruhan inti atom yang
berlangsung secara spontan, tidak terkontrol, dan menghasilkan radiasi. Sinar alfa terdiri
atas dua proton dan dua neutron. Berikut ini adalah sifat alamiah sinar alfa.
Sinar Beta (sinar β)
Sinar beta merupakan elektron berenergi tinggi yangberasal dari inti atom. Berikut ini
beberapa sifat alamiah sinar beta.
1) Mempunyai daya ionisasi yang lebih kecil dari sinar alfa.
2) Mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar alfa.
3) Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.
Sinar Gamma (sinar ˠ)
Page 22
Sinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang terpancar dari inti atom
dengan energi yang sangat tinggi yang tidak memiliki massa maupun muatan. Sinar gamma
ikut terpancar ketika sebuah inti memancarkan sinar alfa dan sinar beta. Peluruhan sinar
gamma tidak menyebabkan perubahan nomor atom maupun massa atom.
Sinar gamma memiliki beberapa sifat alamiah berikut ini.
1) Sinar gamma tidak memiliki jangkauan maksimal di udara, semakin jauh dari sumber
intensitasnya makin kecil.
2) Mempunyai daya ionisasi paling lemah.
3) Mempunyai daya tembus yang terbesar.
4) Tidak membelok dalam medan listrik maupun medan magnet.
Peluruhan Sinar Alfa
Suatu inti yang tidak stabil dapat meluruh menjadi inti yang lebih ringan dengan
memancarkan partikel alfa (inti atom helium). Pada peluruhan alfa terjadi pembebasan
energi. Energi yang dibebaskan akan menjadi energi kinetik partikel alfa dan inti anak. Inti
anak memiliki energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan induknya. Jika inti
memancarkan sinar α (inti 4He 2 ), maka inti tersebut kehilangan 2 proton dan 2 neutron,
sehingga Z berkurang 2, n berkurang 2, dan A berkurang 4. Persamaan peluruhannya:
AX A-4Y + 4He Z Z-2 2
(inti induk) (inti anak)
Peluruhan Sinar Beta
Salah satu bentuk peluruhan sinar beta adalah peluruhan neutron. Neutron akan
meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Antineutrino merupakan partikel
netral yang mempunyai energi, tetapi tidak memiliki massa. Bentuk peluruhan sinar beta
yang lain adalah peluruhan proton. Proton akan meluruh menjadi neutron, positron, dan
neutrino. Neutrino memiliki sifat yang sama dengan antineutrino. Peluruhan sinar beta
bertujuan agar perbandingan antara proton dan neutron di dalam inti atom menjadi
Page 23
seimbang sehingga inti atom tetap stabil. Jika inti radioaktif memancarkan sinar beta (β )
maka nomor massa inti tetap (jumlah nukleon tetap), tetapi nomor atom berubah.
Terjadi dua proses peluruhan, yaitu:
AX AY + 0β X = Inti Induk Z Z+1 -1
AX AY + 0β X = Inti Anak Z Z-1 +1
Peluruhan Sinar Gamma
Suatu inti atom yang berada dalam keadaan tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar
(ground state) yang lebih stabil dengan memancarkan sinar gamma. Peristiwa ini dinamakan
peluruhan sinar gamma. Atom yang tereksitasi biasanya terjadi pada atom yang
memancarkan sinar alfa maupun sinar beta, karena pemancaran sinar gamma biasanya
menyertai pemancaran sinar alfa dan sinar beta. Peluruhan gamma hanya mengurangi
energi saja, tetapi tidak mengubah susunan inti. Seperti dalam atom, inti atom dapat berada
pada keadaan eksitasi, yaitu keadaan inti yang tingkat energinya lebih tinggi dari keadaan
dasarnya. Inti yang berada pada keadaan eksitasi diberi tanda star (*). Keadaan eksitasi inti
ini dihasilkan dari tumbukan dengan partikel lain. Persamaan peluruhan sinar gamma:
AX* AX + ˠ
Z Z
4. Keterbatasan Sumber Daya Energi
Sumber Energi dan Penggunaannya
Berdasarkan definisi dalam UU RI No. 30 Tahun 2007 Bab I Pasal 1, sumber energi adalah
yang dapat menghasilkan energi, baik secara langsung maupun melalui proses konversi.
Adapun sumber daya energi adalah sumber daya alam yang dapat dimanfaatkan baik
Page 24
sebagai sumber energi maupun sebagai energi.
Jenis Sumber Energi Berdasarkan Kelestariannya
Berdasarkan ketersediaannya, sumber energi diklasifikasikan menjadi duam macam
yaitu energi terbarukan (reneweble energy) dan energi tak terbarukan (nonreneweble
energy). Dibawah ini akan kita jelaskan pengertian dan perbedaan dari sumber energi
terbarukan dan sumber energi tak terbarukan.
1. Sumber Energi Terbarukan, adalah sumber energi yang bisa diperbarui sehingga
dalam penggunaannya dapat dengan cepat dan mudah didapatkan. Pemanfaatan
sumber energi terbarukan dapat dalam jangka waktu yang lama dan berkelanjutan.
Sumber energi ini memiliki kelebihan tidak mencemari lingkungan. Contoh: energi
matahari/surya, energi panas bumi, energi angin, dan energi air.
2. Sumber Energi tak Terbarukan, adalah sumber energi dari sumber daya alam yang
tidak dapat diperbaru artinya ketersediaannya di alam ini terbatas karena proses
pembentukannya yang memerlukan waktu yang sangat lama. Dalam memanfaatkan
energi tak terbarukan harus sangat diperhatikan jumlahnya di alam serta dampaknya
bagi lingkungan. Contoh: minyak bumi, gas alam, dan batu bara.
Penggunaan Sumber Energi
Page 25
Penggunaan sumber energi secara umum baik itu energi terbarukan ataupun
nonterbarukan adalah sebagai berikut.
1. Penggunaan Energi untuk Keperluan Industri
Berbagai industru baik industri kecil maupun besar memerlukan sumber energi dalam
proses produksinya. Sumber industri yang biasa digunakan adalah minyak bumi, batu
bara, atau gas alam. Untuk industri kecil tak jarang juga memanfaatkan sumber energi
dari kayu untuk bahan bakar.
2. Penggunaan Energi untuk Keperluan Rumah Tangga
Skala rumah tangga juga memerlukan bahan bakar dalam kegiatan sehari-hari. Untuk
sekarang ini pemanfaatan energi dalam rumah tangga antara lain energi listrik dan gas
untuk memasak.
3. Penggunaan Energi untuk Keperluan Transportasi
Sektor transportasi juga salah satu sektor yang memanfaatkan banyak energi tak
terbarukan.Hal ini karena bahan bakar untuk kendaraan di Indonesia masih didominasi
oleh bahan bakar minyak (BBM). Penggunaan untuk sektor transportasi juga
menimbulkan beberapa masalah yaitu menimbulkan pencemaran udara.
4. Penggunaan Energi untuk Keperluan Komersial
Penggunaan energi untuk komersial seperti sektor perhotelan, rumah sakit, ataupun
rumah makan antara lain listrik, elpiji, BBM, dan gas bumi.
Ketersediaan Sumber Energi
Pemanfaatan energi tak terbarukan yang hingga saat ini masih mendominasi
penggunaan energi di Indonesia membuat masalah yang sangat serius dalam hal
ketersediaan cadangan sumber energi tak terbarukan itu sendiri. Cadangan minyak
bumi, batu bara, atas gas alam suatu saat akan habis di alam ini jika dari sekarang kita
tidak memperhatikan pemanfaatannya secara optimal.
Page 26
Untuk mengatasi krisis energi ini, maka dibutuhkan solusi yaitu dengan menigkatkan
pemanfaatan sumber nergi terbarukan di Indonesia. Sumber energi terbarukan di
Indonesia saat ini sangat melimpah. Selain itu, pemanfaatan sumber energi terbarukan
juga mengurangi dampak pencemaran lingkungan.
Solusi terhadap Keterbatasan Energi
Krisis energi dan berbagai pencemaran yang berdampak sangat negatif bagi lingkungan
dan kehidupan manusia mengharuskan kita mencari solusi untuk mengatasau
permasalahan tersebut. Secara umum solusi untuk mengatasi permasalahan akibat
energi antara lain sebgai berikut.
Penghematan Energi
Dengan cara melakukan penghematan energi dapat mengatasi krisis energi.
Penghematan energi dapat menyebablan berkurannya biaya, meningkatnya nilai
lingkungan, keamanan negara, keamanan pribadi, dan kenyamanan. Selain itu, dengan
mengurangi emisi penghematan emisi penghematan energi merupakan bagian penting
dari mencegah atau mengurangi perubahan iklim.
Pemanfaatan Sumber Energi Terbarukan sebagai Sumber
Energi Alternatif
Indonesia merpakan salah satu negara yang memiliki potensi energi terbarukan yang
sangat melimpah. Namun, pada kenyataannya potensi sumber energi terbarukan masih
belum dimanfaatkan secara maksimal. Hal ini disebabkan karena saat ini Indonesia
Page 27
masih bergantung pada sumber energi fosil yang sudah jelas menyajikan masalah besar.
Sumber energi fosil yang ketersediaannya di alam sangat terbatas juga dapat
menyebabkan polusi udara, air dan tanah, serta menghasilkan gas rumah kaca yang
berkontribusi terhadap pemanasan global.
Peraturan Pemerintah No 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasioanal menunjukan
bahwa kebijakan pemerintah juga masih kurang mendukung terhadap pemanfaatan
energi alternatif atau terbarukan untuk tahun 2025 yang hanya sekitar 15%. Hal ini
dapat dilihat dalam bab II Pasal 2 Peraturan Pemerintahan bahwa target konsumsi
energi yang digunakan di Indonesia pada tahun 2025 antara lain sebagai berikut.
Minyak bumi kurang dari 20%
Gas bumi lebih dari 33%
Batu bara lebih dari 5%
Biofuel lebih dari 5%
Panas bumi lebih dari5%
Energi baru terbarukan lainnya, khususnya biomassa, nuklir, tenaga air skala
kecil, tenaga surya dan angin lebih dari 5%.
Bahan bakar lain yang berasal dari pencarian batu bara lebih dari 2%.
Sumber-sumber energi terbarukan di Indonesia yang layak
dikembangkan
Biomassa, yaitu bahan organik yang dihasilkan proses fotosintesis, baik berupa
produk maupun buangan. Contohnya tanaman, rumput, pohon, limbah pertanian,
ubi, limbah hutan, tinja, dan kotoran hewan.
Biofuel atau bahan bakar hayati, yaitu sumber energi terbarukan yang berupa
bahan bakar baik cair, padat, maupun gas yang dihasillkan dari bahan organik.
Page 28
Panas bumi atau geotermal, yaitu sumber energi terbarukan berupa energi
termal (panas) yang dihasilkan dan disimpan di dalam bumi.
Tenaga air, enegi air merupakan salah satu alternatif bahan bakar fosil yang
paling umum. Sumber energi ini diperoleh dengan cara memanfaatkan energi
potensial dan energi kinetik yang dimiliki air.
Energi angin, angin adalah gerakan udara yang terjadi ketika naik udara hangat
dan udara angin. Energi angin telah digunakan selama berabad-abad untuk kapal
layar, kincir angin, dan menggiling gandung. Energi angin ditangkap oleh turbin
angin, kemudian digunakan untuk menghasilkan listrik.
Tenaga nuklir, proses reaksi nuklir yang terkendali dapat menjadi sumber energi
alternatif yang berpotensi sangat besar, tetapi pendirian pembangkit listrik tenaga
nuklir ini sering diprotes oleh masyarakat.
Tenaga surya, matahari adalah sumber energi yang paling kuat. Energi surya
dapat digunakan untuk pemanasan rumah, pencahayaan dan pendinginan ,
pembangkit listrik, pemanasan air, dan berbagai proses indistri lainnya.
Gelombang laut, Energi gelombang laut adalah energi yang dihasilkan oleh
pergerakan gelombang laut menuju daratan sebaliknya.
Pasang Suruh Air Laut, Energi pasang surut adalah energi terbarukan yang
dihasilkan oleh pergerakan air laut akibat perbedaan pasang surut.
Energi FosilBahan bakar fosil terbentuk jutaan tahun yang lalu ketika tanaman, hewan dan mahluk
lainnya meninggal dan dikubur di bawah bumi. Jasadnya secara bertahap berubah
selama bertahun-tahun karena panas dan tekanan dalam kerak bumi dan terbentuk batu
bara, minyak, dan gas. Selama inisebagian besar sumber energi utama manusia di bumi
lebih terfokus pada penggunaan bahan bakar fosil yang telah banyak mengahasilkan gas-
gas rumah kaca seperti CO2 dan telah memberikan kontribusi besar bagi pemanasan
global.
Page 29
DAFTAR PUSTAKA
http://termodinamika-noviantysj.blogspot.co.id/2015/04/radiasi-benda-hitam.html
http://perpustakaancyber.blogspot.co.id/2013/04/pengertian-efek-fotolistrik-efek-compton-
rumus-contoh-soal-praktikum-jawaban-penerapan-aplikasi-radiasi-benda-hitam-gejala-
fisika.html
http://fisikazone.com/efek-compton/
https://elektromedik.wordpress.com/seputar-tentang-sinar-x-dan-penemunya/
https://id-id.facebook.com/notes/kf-bumi-alam-semesta/manfaat-dan-bahaya-sinar-x/
179529718779007/
http://gitadwisetiawati.blogspot.co.id/2012/10/transmisi-data-analog-dan-data-
digital.html
http://technologicallyours.blogspot.co.id/2015/11/penyimpanan-data-digital.html
https://rahmahasan.wordpress.com/2012/10/15/inti-atom-radioaktivitas/
http://www.materikelas.com/2016/02/keterbatasan-energi-dan-dampaknya-bagi_85.html
Page 30
Top Related