Selasa, 01 Juni 2010

tugas fisika Qyuuuuu


Nama   : Cahyani Rahmah Subekti
NIM    : H13109034
Prodi   : Kimia

I.             Spektrometer Massa Lengkap, Selektron Kecepatan

Tahap-tahap menghitung dengan Spektrometri massa
Spektrometri massa adalah alat yang digunakan untuk menentukan massa atom atau molekul, yang ditemukan oleh Franci William Aston pada tahun 1919. Prinsip kerja alat ini adalah pembelokan partikel bermuatan dalam medan magnet. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/87/Ms_block_schematic.gif/275px-Ms_block_schematic.gif

 Cara kerja

Sampel dalam bentuk gas mula-mula ditembaki dengan berkas elektron berenergi tinggi. Perlakuan ini menyebabkan atom atau molekul sampel berionisasi (melepas elektron sehingga menjadi ion positif). Ion-ion positif ini kemudian dipercepat oleh suatu beda potensial dan diarahkan ke dalam suatu medan magnet melalui suatu celah sempit. Di dalam medan magnet, ion-ion tersebut akan mengalami pembelokan yang bergantung kepada:
Kuat medan listrik yang mempercepat aliran ion.
Makin besar potensial listrik yang digunakan, makin besar kecepatan ion dan makin kecil pembelokan.
Kuat medan magnet. Makin kuat magnet, makin besar pembelokan.  
Massa partikel (ion). Makin besar massa partikel, makin kecil pembelokan.Muatan partikel. Makin besar muatan, makin besar pembelokan

    Spektrometer Massa untuk Menentukan Massa Inti Atom

    ·         Inti atom
    picture32
    Energi pengikatan yang diperlukan oleh nukleon untuk lolos dari inti pada berbagai isotop.
    Inti atom terdiri dari proton dan neutron yang terikat bersama pada pusat atom. Secara kolektif, proton dan neutron tersebut disebut sebagai nukleon (partikel penyusun inti). Jari-jari inti diperkirakan sama dengan   fm, dengan A adalah jumlah nukleon. Hal ini sangatlah kecil dibandingkan dengan jari-jari atom. Nukleon-nukleon tersebut terikat bersama oleh gaya tarik-menarik potensial yang disebut gaya kuat residual. Pada jarak lebih kecil daripada 2,5 fm, gaya ini lebih kuat daripada gaya elektrostatik yang menyebabkan proton saling tolak menolak.
    Atom dari unsur kimia yang sama memiliki jumlah proton yang sama, disebut nomor atom. Suatu unsur dapat memiliki jumlah neutron yang bervariasi. Variasi ini disebut sebagai isotop. Jumlah proton dan neutron suatu atom akan menentukan nuklida atom tersebut, sedangkan jumlah neutron relatif terhadap jumlah proton akan menentukan stabilitas inti atom, dengan isotop unsur tertentu akan menjalankan peluruhan radioaktif.
    Neutron dan proton adalah dua jenis fermion yang berbeda. Asas pengecualian Pauli melarang adanya keberadaan fermion yang identik (seperti misalnya proton berganda) menduduki suatu keadaan fisik kuantum yang sama pada waktu yang sama. Oleh karena itu, setiap proton dalam inti atom harusnya menduduki keadaan kuantum yang berbeda dengan aras energinya masing-masing. Asas Pauli ini juga berlaku untuk neutron. Pelarangan ini tidak berlaku bagi proton dan neutron yang menduduki keadaan kuantum yang sama.
    Untuk atom dengan nomor atom yang rendah, inti atom yang memiliki jumlah proton lebih banyak daripada neutron berpotensi jatuh ke keadaan energi yang lebih rendah melalui peluruhan radioaktif yang menyebabkan jumlah proton dan neutron seimbang. Oleh karena itu, atom dengan jumlah proton dan neutron yang berimbang lebih stabil dan cenderung tidak meluruh. Namun, dengan meningkatnya nomor atom, gaya tolak-menolak antar proton membuat inti atom memerlukan proporsi neutron yang lebih tinggi lagi untuk menjaga stabilitasnya. Pada inti yang paling berat, rasio neutron per proton yang diperlukan untuk menjaga stabilitasnya akan meningkat menjadi 1,5.
    picture4
    Gambaran proses fusi nuklir yang menghasilkan inti deuterium (terdiri dari satu proton dan satu neutron). Satu positron (e+) dipancarkan bersamaan dengan neutrino elektron.
    Jumlah proton dan neutron pada inti atom dapat diubah, walaupun hal ini memerlukan energi yang sangat tinggi oleh karena gaya atraksinya yang kuat. Fusi nuklir terjadi ketika banyak partikel atom bergabung membentuk inti yang lebih berat. Sebagai contoh, pada inti Matahari, proton memerlukan energi sekitar 3–10 keV untuk mengatasi gaya tolak-menolak antar sesamanya dan bergabung menjadi satu inti. Fisi nuklir merupakan kebalikan dari proses fusi. Pada fisi nulir, inti dipecah menjadi dua inti yang lebih kecil. Hal ini biasanya terjadi melalui peluruhan radioaktif. Inti atom juga dapat diubah melalui penembakan partikel subatom berenergi tinggi. Apabila hal ini mengubah jumlah proton dalam inti, atom tersebut akan berubah unsurnya.
    Jika massa inti setelah terjadinya reaksi fusi lebih kecil daripada jumlah massa partikel awal penyusunnya, maka perbedaan ini disebabkan oleh pelepasan pancaran energi (misalnya sinar gamma), sebagaimana yang ditemukan pada rumus kesetaraan massa-energi Einstein, Emc2, dengan m adalah massa yang hilang dan c adalah kecepatan cahaya. Defisit ini merupakan bagian dari energi pengikatan inti yang baru.
    Fusi dua inti yang menghasilkan inti yang lebih besar dengan nomor atom lebih rendah daripada besi dan nikel (jumlah total nukleon sama dengan 60) biasanya bersifat eksotermik, yang berarti bahwa proses ini melepaskan energi. Adalah proses pelepasan energi inilah yang membuat fusi nuklir pada bintang dapat dipertahankan. Untuk inti yang lebih berat, energi pengikatan per nukleon dalam inti mulai menurun. Ini berarti bahwa proses fusi akan bersifat endotermik.
    ·         Spektroskopi Massa
    Spektroskopi massa adalah suatu instrument yang dapat menyeleksi molekul-molekul gas bermuatan berdasarkan massa atau beratnya. Teknik ini tidak dapat dilakukan dengan spekstroskopi, akan tetapi nama spektroskopi dipilih disebabkan persamaannya dengan pencatat fotografi dan spectrum garis optic. Umumnya spectrum massa diperoleh dengan mengubah senyawa suatu sample menjadi ion-ion yang bergerak cepat yang dipisahkan berdasarkan perbandingan massa terhadap muatan.
    Proses ionisasi menghasilkan partikel-partikel bermuatan positif, dimana massa terdistribusi adalah spesifik terhadap senyawa induk. Selain untuk penentuan stuktur molekul, spektum massa dipakai untuk penentuan analisis kuantitatif.
    Jika didapat data IR dan NMR yang cukup lengkap, maka MS ini dapat digunakan untuk konfirmasi dengan memperhatika bobot molekul dan kemungkinan rumus strukturnya.
    Prinsip Spektroskopi Massa
    Merupakan suatu instrument yang menghasilkan berkas ion dari suatu zat uji, memilah ion tersebut menjadi spektum yang sesuai denganperbandingan massa terhadap muatan dan merekam kelimpahan rewlatif tiap jenis ion yang ada. Umumnya hanya ion positif yang dipelajari karena ion negative yang dihasilkan dari sumber tumbukan umumnya sedikit.
    Analisis Kualitatif
    Spektroskopi massa memungkinkan kita menidentifikasi suatu senyawa yang tidak diketahui, dengan mengkalibrasi terhadap senyawa yang telah diketahui seperti uap merkuri atau perfloro kerosin.
    Rumus molekul suatu senyawa dapat ditentukan puncak ion molekul sudah dikenal tetapi untuk hal-hal semacam ini diperlukan spektometri beresolusi tinggi. Aturan nitrogen dapat dimanfaatkan untuk membantu penentuan rumus ini. Lazimnya semua senyawa organic mempunyai berat molekul genap tidak mengandung nitrogen atau mengandung sejumlah atom nitrogen yang genap, sedang semua senyawa organic dengan berat molekul ganjil mengandung jumlah atom nitrogen ganjil. Aturan ini berlaku untuk senyawa-senyawa kovalen yang mengandung C, H, O, S, dan Halogen. Pola fragmen dipergunakan untuk mengidentifikasi senyawa, juga memungkinkan terdapat pengenalan gugus fungsi dengan melihat puncak-puncak fragmentasi spesifik.
    Hukum nitrogen menyatakan bahwa suatu molekul yang berat molekulnya merupakan bilangan genap maka molekul tersebut harus tidak mengandung nitrogen atau kalau mengandung nitrogen berjumlah genap, dan molekulnya berbilang ganjil mengandung nitrogen berjumlah ganjil.
    Analisis Kuantitatif
    Spectrometer massa dapat digunakan untuk analisis kuantitatif suatu campuran senyawa-senyawa yang dekat hubungannya. Analisis ini dapat dipergunakan untuk analisis campuran, baik senyawa organic ataupun anorganik yang bertekanan uap rendah. Karena pola fragmentasi senyawa campuran adalah aditif sifatnya, suatu senyawa campuran dapat dianalisis jika berada dalam kondisi yang sama.
    Persyaratan dasar analisisnya adalah setiap senyawa harus mempunyai paling tidak 1 puncak yang spesifik, konstribusi puncak harus aditif dan sensitive harus reproduksible serta adanya senyawa referens yang sesuai. Dengan spektometer massa beresolusi tinggi, senyawa polimer dengan berat molekul tinggi juga dapat dianalisis.
    Spectrometer massa dapat digunakan untuk analisis runutan organic terutama dengan menggunakan sumber bunga api listrik, dan ia juga dapat digunakan menganalisis unsur-unsur runutan dalam paduan atau dalam super konduktor. Tipe bunga api lstrik mmempunyai sensitivitas tinggi dan dapat menentukan sampai tingkat ppb.
    Kekurangan spektrometer massa bunga api listrik adalah ketidakberaturan dari sumber dan kurang reproduksibel, tetapi kekurangan ini dapat diatasi dengan memakai sistem deteksi fotografi. Analisis kuantitatif instrumen semacam ini didasarkan pada garis-garis fotografi dengan standat yang sesuai.
    Kegunaan Spektroskopi Massa
    o Untuk menentukan berat molekul dengan sangat teliti sampai 4 angka dibelakang desimal.
    o Spektoskopi massa dapat digunakan untuk mengetahui rumus molekul tanpa melalui analisis unsure.

    ·         Massa Atom Relatif

    Semua senyawa di alam ini terbentuk dari atom-atomnya dengan perbandingan massa atom yang tetap. Sebagai contoh dalam kehidupan sehari-hari massa sebuah anggur adalah 1 g, dan sebuah jeruk massanya tiga kali massa anggur tersebut. Dapat dikatakan bahwa massa jeruk adalah 3 g. Dengan demikian kita telah menemukan massa relatif dari anggur dan jeruk.
    Bila hidrogen dan klor membentuk senyawa hidrogen klorida dengan rumus HCl, dalam senyawa ini selalu ditemukan bahwa massa atom klor 35,5 x massa atom hidrogen. Karena atom-atomnya berada dalam jumlah yang sama, maka dapat disimpulkan bahwa tiap atom klor harus 35,5 x lebih berat dari atom hidrogen. Karena itu kita telah menemukan massa relatif dari atom hidrogen dan klor.
    picture5
    Gambar 1. Massa relatif besi dan karbon. Massa atom besi 4,65 x massa atom karbon, hal ini berarti massa enam atom besi 4,65 x massa 6 atom karbon.
    Berdasarkan contoh diatas, kita dapat melihat bahwa dengan diketahui rumus dari suatu senyawa dan mengukur perbandingan massa dari unsuru-nsurnya, dapat ditentukan massa dari atom-atomnya. Bila massa dari salah satu atom unsurnya diketahui, maka massa atom lain dari molekul dapat ditentukan, sehingga harus dicari suatu atom sebagai massa standar. Perbandingan massa satu atom dengan massa atom standar disebut massa atom relatif (Ar).
    Karena atom sangat ringan, maka tidak dapat digunakan satuan g dan kg untuk massa atom, maka digunakan satuan massa atom (s. m. a) (Simbol SI adalah u). Pada mulanya dipilih hidrogen sebagai standar karena merupakan atom teringan. Kemudian diganti dengan oksigen karena dapat bersenyawa dengan hampir semua unsur lain. Jika atom hidrogen ditetapkan mempunyai massa 1 s. m. a (satuan massa atom), maka oksigen mempunyai massa 16 s. m. a. Dengan demikian yang disebut massa atom relatif (Ar) dari unsur X adalah:
    picture6
    Salah satu syarat massa standar adalah stabil dan murni. Tetapi karena oksigen yang terdapat di alam merupakan campuran dari tiga isotop 16O, 17O dan 18O dengan kelimpahan masing-masing 99,76%, 0,04%, dan 0,20%, akhirnya pada tahun 1960 berdasarkan kesepakatan internasional ditetapkan karbon-12 atau 12C sebagai standar dan mempunyai massa atom 12 s. m. a. Karena setiap unsur terdiri dari beberapa isotop, maka definisi massa atom relatif (Ar) diubah menjadi perbandingan massa rata-rata satu atom unsur terhadap massa atom 12C.
    picture7
    Dan 12C ditetapkan mempunyai massa 12 s. m. a. Setelah diteliti dengan cermat, 1 s. m. a = 1,66 x 10-24 g dan massa isotop 12C= 1,99 x 10-23 g.
    Perlu dicatat bahwa massa atom relatif (Ar) merupakan perbandingan massa, sehingga tidak mempunyai satuan. Massa atom relatif sangat penting dalam ilmu kimia untuk mengetahui sifat unsur dan senyawa. Yang menjadi masalah, bagaimana menentukannya secara tepat dan benar.
    Saat ini penentuan massa atom relatif dan massa molekul relatif dilakukan dengan menggunakan spektrometer massa (Gambar 2). Dengan alat ini, ternyata diketahui bahwa atom suatu unsur dapat memiliki massa yang berbeda-beda (disebut isotop). Pertama kali spektrometer massa dikembangkan oleh ahli fisika dari Inggris F. W. Aston pada tahun 1920. Dengan menggunakan alat tersebut, Aston menemukan 3 isotop neon di alam yaitu 90,92% 20Ne dengan massa 19,9924 sma; 0,26% 21Ne dengan massa 20,9940 sma; dan 8,82% 22Ne dengan massa 21,9914 sma (Gambar 3)
    picture8
    Gambar 2. Diagram skema salah satu jenis spektrometer massa
    picture9
    Gambar 3. Spektrum massa dari tiga isotop neon
    Ada 20 unsur (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr, Tb, Ho, Tm, Au, dan Bi) yang merupakan monoisotop. Sedangkan unsur-unsur yang lain mempunyai dua atau lebih isotop. Untuk unsur-unsur ini, massa atom relatif (Ar) merupakan nilai rata-rata massa dari setiap massa isotop atom dalam unsur tersebut dengan memperhitungkan kelimpahannya. Misalnya, untuk suatu unsur mempunyai dua macam isotop, berlaku rumus:
    picture10
    Sebagai contoh yang baik adalah klor, yang mempunyai dua isotop yaitu, 35Cl dan 37Cl. Di alam 75,77% atom dalam keadaan 35Cl mempunyai massa 34,968852 sma dan 24,23% adalah 37Cl yang massa atom 36,965903. Sehingga massa atom sama dengan 0,7577 (34,968852) + 0,2423 (36,965903) = 26,496 + 8,957 = 35,453 Untuk unsur yang memiliki lebih dari dua isotop, rumus tersebut dapat disesuaikan.
    Tahun 1961, IUPAC menetapkan standar penetapan massa atom relatif terhadap massa isotop karbon-12 (12C). Massa beberapa isotop ditunjukkan dalam Tabel1.
    picture11
    Tabel 1. Massa beberapa isotop (sma)

    II.          Massa Isotop
    Massa atom untuk tiap atom tidak khas, dalam arti atom suatu unsur yang sama, mungkin memiliki massa yang berbeda Isotop adalah unsur yang mempunyai nomor atom yang sama tetapi nomor massa yang berbeda.
    Atom-atom dari unsur yang sama, bisa mempunyai nomor massa yang berbeda disebabkan karena perbedaan jumlah neutron yang terdapat dalam inti atomnya, karena massa atom lebih ditentukan dari jumlah massa proton + jumlah massa neutronnya, sementara jumlah massa elektronnya diabaikan. Massa dari isotop dapat ditentukan dengan alat yang diberi nama Spektograf Massa.
    Selain isotop, dikenal juga beberapa istilah yang lain, yaitu sebagai berikut :
    1.      Isobar, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai nomor massa sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda.
    2.      Isoton, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai jumlah neutron yang sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda.
    3.      Isoelektron, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai jumlah elektron yang sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda.
    Kelimpahan Isotop di Alam
    Unsur yang terdapat di alam kebanyakan terdapat sebagai campuran isotop. Massa atom relatif (Ar/Mr) dari suatu unsur dapat dicari dengan menjumlahkan persentase masing-masing isotop dari atom terhadap nomor massanya. Karena setiap isotop mempunyai massa yang berbeda, maka harga massa atom setiap unsur merupakan harga rata-rata seluruh isotopnya.
    Kelimpahan isotop dialam dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut :
    Massa 1 atom X rata-rata = {(%X1.massa X1) + (%X2.massa X2)}
    Dimana :
    % X              =     persentase atom
    Massa X1 =     massa isotop ke-1
    Massa X2 =     massa isotop ke-2
    Contoh :
    Diketahui di alam terdapat 59,98% isotop . Bila Ar Cl 36,2 dan Cl mempunyai 2 isotop, maka nomor massa isotop yang lain adalah ….
    Penyelesaian
    Cl ke-1      =     59,98%  à NM = 37
    Cl ke-2      =     (100 – 59,98)%
    =     40,02 % à NM= …?
    Ar Cl        =     (%Cl-1. Massa Cl-1) + (%Cl-2. Massa Cl-2)
    36,2           =     (59,98%. 37) + (40,02%. NM Cl-2)
    36,2           =     (22,19926) + (40,02%. NM Cl-2)
    NM Cl-2­ =     35,001 sehingga Nomor massa isotop yang lain adalah 35

    Isobar Isoton isotop nomor atom nomor massaTelah diketahui bahwa penemu sinar x adalah Rontgen. Sinar x terjadi ketika sinar katoda yang berupa elektron berkecepatan tinggi menumbuk elektroda tembaga. Akibat tumbukan tersebut, tembaga melepaskan elektron terluarnya dan tempat elektron yang kosong ini selanjutnya diisi oleh elektron tembaga dari tingkat energi lain yang lebih tinggi. Pengisian tempat kosong oleh elektron tembaga dari tingkat energi yang lebih tinggi menyebabkan terjadinya pemancaran radiasi. Radiasi ini oleh Rontgen disebut sebagai sinar x.
    Pemahaman mengenai inti atom selanjutnya dijelaskan oleh percobaan Moseley. Moseley melakukan penelitian untuk mengukur panjang gelombang sinar x berbagai unsur. Hasil penelitian menunjukkan bahwa setiap unsur memancarkan radiasi sinar x dengan panjang gelombang yang khas. Panjang gelombang yang dihasilkan tergantung pada jumlah ion positif didalam inti atom. Penelitian juga menunjukkan bahwa inti atom mempunyai muatan yang berharga kelipatan dari +1,6×10-9C. Moseley selanjutnya menyebut jumlah proton dalam atom adalah nomor atom.
    Tabung sinar X
    Tabung sinar X
    Wilhelm Conrad Rontgen
    Wilhelm Conrad Rontgen
    Nomor Atom dan Nomor Massa
    Inti atom mengandung proton dan netron. Nomor atom sama dengan jumlah proton didalam inti atom sedangkan nomor massa sama dengan jumlah proton dan netron didalam inti atom. Notasi untuk menyatakan susunan inti atom yaitu proton dan netron dialam inti atom dapat dinyatakan sebagai berikut:
    rm41
    Isotop
    Isotop adalah atom unsur sama dengan nomor massa berbeda. Isotop dapat juga dikatakan sebagai atom unsur yang mempunyai nomor atom sama tetapi mempunyai nomor massa berbeda karena setiap unsur mempunyai nomor atom yang berbeda. Karbon merupakan contoh adanya isotop.
    rm61
    Setiap karbon mempunyai nomor atom 6 tetapi nomor massanya berbeda-beda. Dari contoh tersebut dapat dikatakan bahwa walaupun unsurnya sama belum tentu nomor massanya sama.


    III.       Siklotron
    Siklotron adalah suatu akselerator, yaitu mesin pemercepat partikel yang mempercepat partikel secara melingkar. Komponen utama siklotron terdiri dari sumber ion, sistem vakum tinggi, sistem pemercepat dan oscilasi, sistem transpor berkas dan sistem target. Secara umum, mesin siklotron dapat digunakan untuk produksi radioisotop, analisis material, dan studi fisika nuklir (tergantung pada energi partikel yang dihasilkan.
    Siklotron yang dimiliki oleh PRR adalah siklotron pemercepat ion negatif yang dimodifikasi dari siklotron pemercepat ion positif tipe CS-30 multi partikel yang berenergi tetap. Dengan modifikasi tersebut siklotron PRR dapat menghasilkan berkas partikel proton energetik dengan rentang energi antara 24 – 27 MeV, dibandingkan dengan energi tetap 26,5 MeV sebelum dimodifikasi.
     Sinkrotron adalah alat pemercepat partikel bermuatan listrik yang berbentuk lingkaran. Sinkrotron ini merupakan pengembangan dari siklotron.
    Awalnya siklotron mempercepat partikel bermuatan dalam jalur berupa lingkaran dengan memberikan medn magnet dan medan listrik yang konstan.
    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/39/Cyclotron_patent.png/250px-Cyclotron_patent.pnggambar:Siklotron

    Namun, ternyata hukum-hukum fisika yang diterapkan pada siklotron hanya cocok untuk partikel yang kecepatannya masih jauh di bawah kecepatan cahaya.
    Ketika, partikel mendekati kecepatan cahaya, maka perhitungan relativistik harus di perhatikan.
    Oleh karena itu, siklotron dikembangkan menjadi sinkrotron.
    Pada sinkrotron, salah satu dari kedua medan (medan listrik atau medan magnet) berubah-ubah seiring berjalnnya waktu running. sehingga partikel tetap bisa brgerak melingkar.
    Siklotron ditemukan oleh E.O. Lawrence dan M.S. Livingstone pada tahun 1932 untuk mempercepat partikel seperti proton atau deuteron sehingga diperoleh energi kinetik yang tinggi.  Partikel energi tinggi kemudian digunakan untuk menembaki inti atom agar terjadi reaksi nuklir yang kemudian dipelajari untuk memperoleh informasi tentang inti.  Energi kinetik partikel yang meninggalkan siklotron adalah :


    IV.       Efek Hall
    Effek Hall terjadi ketika konduktor pembawa arus tertahan pada medan magnet, medan memberi gaya menyamping pada muatan-muatan yang mengalir pada konduktor [6]. Gambar 1. menunjukkan dua lempengan yang mengalirkan arus yang salah satunya menyalurkan arus I ke kanan karena sisi kiri lempengan itu dihubungkan dengan terminal positif baterai, dan sisi kanan dihubungkan ke terminal negatif baterai. Lempengan ini berada dalam medan magnetik yang diarahkan ke dalam. Pada gambar 1.a, diasumsikan bahwa arus tersebut terdiri atas muatan positif yang bergerak ke kanan. Gaya magnetik pada partikel ini adalah
    F qv B d
    r r r
    = ´ (1)
    dengan d v r merupakan kecepatan pembawa muatan. Gaya ini mengarah ke atas. Partikel positif bergerak ke atas lempengan, yang membuat bagian bawah lempengan itu mengandung muatan negatif. Pemisahan muatan ini menghasilkan medan elektrostatik pada lempengan yang melawan gaya magnetic pada pembawa muatannya. Apabila medan elektrostatik dan medan magnetic seimbang, pembawa muatan tidak lagi bergerak ke atas. Pada keadaan setimbang, bagian atas lempengan tadi bermuatan lebih positif, sehingga berada pada potensial yang lebih tinggi dari bagian bawah yang bermuatan negatif. Jika arus itu terdiri atas partikel bermuatan negatif seperti pada gambar 1.b, pembawa muatan harus bergerak ke kiri (karena arusnya masih tetap ke kanan). Gaya magnetic
     qv B d
    r r dalam hal ini ke atas karena tanda q maupun d v r telah diubah. Pembawa muatan bergerak ke bagian atas lempengan, dan bagian atas lempengan sekarang menyalurkan muatan negatif dan bagian bawah lempengan menyalurkan muatan positif . Besar gaya magnetik pada pembawa muatan dalam lempengan adalah
    qv B d
    r r . Gaya magnetik ini diimbangi oleh gaya elektrostatik yang besarnya qE, dengan E r merupakan medan listrik akibat pemisahan muatan tersebut, sehingga diperoleh E v B d
    r r r
    (2)
    Jika lebar lempengannya w, beda potensial adalah Ew, sehingga diperoleh tegangan
    Hall sama dengan (Tipler, 1991).
    H w d w V E v B
    r r r
    (3)
    Semua peralatan Efek Hall diaktifkan oleh adanya medan magnet. Medan magnet mempunyai dua karakteristik yang penting, densitas-flux dan polaritas. Kebanyakan dari saklar digital Efek Hall dirancang akan mati jika tidak ada medan magnet (rangkaian terbuka pada keluaran). Saklar akan aktif jika hanya dikenai medan magnet yang memiliki densitas yang cukup dan arah yang tepat [7]. Untuk mengoperasikannya, garis flux magnet harus tegak lurus pada permukaan paket sensor, dan harus memiliki polaritas yang tepat. Salah satu contoh sensor Efek Hall adalah IC Efek Hall dengan tipe UGN 3503U yang merupakan tipe sensor Efek Hall linier. IC ini memiliki 3 pena komponen internal terdiri dari elemen sensor efek Hall, amplifier dan buffer, semuanya dalam satu chip. Sensor ini memberikan tegangan keluaran yang sebanding dengan densitas medan magnet. Keluaran sensor pada saat medan magnet masukannya 0 gauss adalah setengah dari Vcc. Untuk medan positif (kutub selatan), semakin besar medan maka tegangan keluarannya juga semakin besar dan untuk medan negatif (kutub utara), semakin besar medan maka tegangan keluarannya akan semakin kecil.


    Adanya gaya pada muatan bergerak dalam sebuah konduktor yang berada dalam medan magnet diperagakan dalam Efek Hall. Efek Hall berkaitan dengan suatu cara pengukuran eksperimental sifat listrik yang dilaporkan oleh E.H. Hall pada tahun 1879. Apabila model elektron bebas terkuantisasi dianut, dan efek ini ingin ditelusuri secara teoritik dengan baik, maka perlu dilakukan telaah seperti yang dilakukan Hall. Dalam telaah Efek Hall disini akan ditempuh pendekatan sederhana, menurut elektron bebas klasik.
    Efek Hall adalah pemisahan muatan dalam kawat. Gambar II.1 di bawah ini menunjukkan dua lempengan yang mengalirkan arus yang salah satunya menyalurkan arus (I) ke kanan karena sisi kiri lempengan itu dihubungkan dengan terminal positif baterai dan sisi kanan dihubungkan ke terminal negatif baterai.

    Lempengan ini berada dalam medan magnet yang diarahkan ke bidang buku ini. Untuk saat ini kita asumsikan bahwa arus tersebut terdiri atas muatan positif yang bergerak ke kanan seperti yang ditunjukkan pada gambar II.1. Gaya magnetik pada partikel ini adalah qvd x B (dengan v¬d merupakan kerapatan pembawa muatan). Gaya ini mengarah ke atas partikel positif bergerak ke atas lempengan, yang membuat bagian bawah lempengan itu mengandung muatan negatif yang berlebihan. Pemisahan muatan ini menghasilkan medan magnetik pada pembawa muatan.

    Apabila medan elektrostatik dan medan magnetic setimbang, maka pembawa muatan tidak lagi bergerak keatas dalam keadaan setimbang, bagian atas lempengan tadi bermuatan lebih positif, sehingga berada pada potensial yang lebih tinggi dari bagian bawah yang bermuatan negatif. Jika arus itu terdiri atas partikel bermuatan negatif, seperti yang ditunjukkan pada gambar II.2 di bawah ini, pembawa muatan harus bergerak ke kiri (karena arusnya masih tetap ke kanan). Gaya magnetik qvd x B dalam hal ini ke atas karena tanda q muatan vd¬ telah diubah. Sekali lagi, pembawa muatan dipaksa ke bagian atas lempengan, tetapi bagian atas lempengan itu sekarang mengalirkan muatan negatif (karena pembawa muatannya negatif) dan bagian bawah menyalurkan muatan positif.
    Pengukuran tanda beda potensial antara bagian atas dan bagian bawah lempengan itu akan memberi tahu kita tanda pembawa muatannya. Untuk konduktor logam biasa, kita temukan bahwa bagian atas lempengan pada gambar II.1 berada pada potensial yang lebih renda dari pada bagian bawahnya yang berarti bahwa bagian atas itu haruslah menyalurkan muatan negatif. Jenis percobaan inilah yang mengarah kepenemuan bahwa pembawa pembawa muatan dalam konduktor ialah muatan negatif.
    Dengan demikian gambar II.1 merupakan penggambaran arus yang benar pada konduktor biasa. Jika kita hubungkan bagian atas dan bawah lempengan itu dengan kawat yang bertahanan R, elektron negatif akan mengalir dari bagian atas lempengan melalui kawat kebagian bawahnya. Begitu electron meninggalkan bagian atas lempengan dan memasuki bagian bagian bawahnya, besar pemisahan muatan pada lempengan itu untuk sesaat berkurang. Akibatnya adalah gaya elektrostatik pada electron dalam lempengan itu sesaat akan melelh sehingga gaya ini tidak lagi mengimbangi gaya magnetik yang terjadi padanya.

    Gaya magnetik itu akan menggerakkan lebih banyak electron melintasi lempengan tersebut yang kemudian akan menjadi sumber ggl. Beda potensial antara bagian atas dan bagian bawah lempengan itu disebut tegangan Hall. Besar tegangan Hall tidak sulit untuk dihitung. Besar gaya magnetik pada pembawa muatan dalam lempengan itu adalah qvdB. Gaya magnetik ini diimbangi oleh gaya elektrostatik yang besarnya E, dengan E merupakan medan listrik akibat pemisahan muatan tersebut. Jadi kita memperoleh E = vd-B. Jika lebar lempengan w, beda potensialnya Ew, sehingga tegangan Hall sama dengan VH = Ew = VdBw.

    Dari gambar di atas dapat diketahui hubungan antara rapat arus J dengan kuat medan listrik E dan kuat medan magnet B dapat diturunkan berdasakan gambar diatas. Gaya magnetik yang dialami oleh elektron arahnya ke sumbu z positif dengan persamaan Fz = qvBy sedangkan gaya elektrostatik arahnya ke sumbu z negatif dengan persamaan F-zc = qEx karena kedua gaya ini akhirnya sama maka,
    Ex = v By
    Karena rapat arus dalam konduktor adalah
    Jx=nqv
    Dan bila v dieliminir, kita peroleh
    nq =
    Ex = .Jx.By
    Karena = RH , J = , Ex = dimana A = d.l maka,

    Adapun konduktivitas bahan dapat ditentukan dari hubungan :
    Jx = σ.Ex
    Karena Jx= dan Ex= maka :
    σ =
    Dengan :
    RH = konstanta Hall Bahan
    VH = tegangan (ggl) Hall
    IH = arus Hall
    A = luas penampang lempengan
    d = tebal lempengan
    σ = konduktivitas bahan
    J = rapat arus

    V.          Bremstrahlung
    Sinar-X Bremsstrahlung adalah istilah dalam bahasa Jerman yang berarti radiasi pengereman. Elektron sebagai partikel bermuatan listrik yang bergerak dengan kecepatan tinggi, apabila melintas dekat ke inti suatu atom, maka gaya tarik elektrostatik inti atom yang kuat akan menyebabkan elektron membelok dengan tajam. Peristiwa itu menyebabkan elektron kehilangan energinya dengan memancarkan radiasi elektromagnetik yang dikenal sebagai sinar-X bremsstrahlung.
    Sinar-X bremsstrahlung mempunyai spektrum energi kontinyu yang lebar, sementara spektrum energi dari sinar-X karakteristik adalah diskrit. Sinar-X karakteristik terbentuk melalui proses perpindahan elektron atom dari tingkat energi yang lebih tinggi menuju ke tingkat energi yang lebih rendah. Beda energi antara tingkat-tingkat orbit dalam atom target cukup besar, sehingga radiasi yang dipancarkannya memiliki frekuensi yang cukup besar dan berada pada daerah sinar-X.
          


    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1e/Bremsstrahlung.svg/220px-Bremsstrahlung.svg.png

    Bremsstrahlung produced by a high-energy electron deflected in the electric field of an atomic nucleus Bremsstrahlung dihasilkan oleh elektron berenergi tinggi dibelokkan dalam medan listrik dari inti atom
    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5d/Brem_cross_section.png/220px-Brem_cross_section.png
    http://bits.wikimedia.org/skins-1.5/common/images/magnify-clip.png
    Bremsstrahlung cross section for the emission of a photon with energy 30 keV by an electron impacting on a proton. Bremsstrahlung cross section untuk emisi dari foton dengan energi 30 keV oleh elektron berdampak pada proton.

     Bremstrahlung Termal

    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/Bremsstrahlung_power.png/300px-Bremsstrahlung_power.png
    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/5/5c/TubeSpectrum.jpg/300px-TubeSpectrum.jpg

    VI.       Aurora
                Aurora adalah fenomena pancaran cahaya yang menyala-nyala pada lapisan ionosfer dari sebuah planet sebagai akibat adanya interaksi antara medan magnetik yang dimiliki planet tersebut dengan partikel bermuatan yang dipancarkan oleh matahari (angin matahari).
    Di bumi, aurora terjadi di daerah di sekitar kutub Utara dan kutub Selatan magnetiknya. Aurora yang terjadi di daerah sebelah Utara dikenal dengan nama Aurora Borealis, yang dinamai bersempena Dewi Fajar Rom, Aurora, dan nama Yunani untuk angin utara, Boreas. Ini karena di Eropa, aurora sering terlihat kemerah-merahan di ufuk utara seolah-olah matahari akan terbit dari arah tersebut. Aurora borealis selalu terjadi di antara September dan Oktober dan Maret dan April. Fenomena aurora di sebelah Selatan yang dikenal dengan Aurora Australis mempunyai sifat-sifat yang serupa.
    Aurora cemerlang penuh warna, indah penuh pesona. Ini adalah cahaya yang dipancarkan setelah mendapat benturan karena dalam atmosfer mengandung sejumlah besar gas dari unsur yang berbeda. Umumnya Cahaya Kutub yang sering ditemui berwarna hijau kekuningan, ini disebabkan bagian partikel yang membawa energi berbenturan dengan molekul oksigen yang hanya berjarak 20km dari permukaan bumi: ketika molekul nitrogen mendapat benturan partikel, akan memancarkan cahaya ungu kemerahan. Nitrogen, akan memancarkan cahaya biru: sedangkan nitrogen yang netral akan memancarkan cahaya merah. Karena itu, orang-orang baru dapat melihat garis cahaya merah, biru, hijau dan ungu yang berselang-seling menyelimuti angkasa. Bahkan aurora yang indah cermerlang memperlihatkan bentuk yang selalu berubah, ada yang berbentuk tirai, busur, pita, sinar dan berbagai macam bentuk lainnya.

    Kuat atau lemahnya solar wind dipengaruhi aktivitas di permukaan matahari, saat matahari semakin aktif, bintik di permukaan semakin banyak atau terjadi letusan protuberan atau lubang korona semakin besar, solar wind yang dipancarkan semakin kuat. Partikel bermuatan listrik yang terkandung di dalamnya semakin banyak: saat solar wind yang lebih padat ini melintas di sekitar bumi pasti akan menghasilkan aurora yang lebih indah dan menyilaukan, saat itulah orang-orang dapat menyaksikan pemandangan aurora yang lebih indah dibanding tahun-tahun biasa, atau kawasan yang bergaris lintang lebih rendah juga akan muncul aurora. Misalnya pada akhir Oktober atau awal November 2003, terjadi fenomena gemerlapan super tingkat X berkali-kali secara berturut-turut dan semburan materi korona di permukaan matahari, bahkan dapat melihat aurora di Florida AS yang garis lintangnya hanya 40 derajad.

    Munculnya aurora harus memiliki dua prasyarat, pertama suhu harus rendah, kedua cuaca harus cerah. Sejumlah besar negara di dunia juga kerap akan tampak aurora, di antaranya termasuk Norwegia, Rusia, Finlandia, Kanada bagian utara dan Alaska, AS dan dll.Di Ft. Mc. Murray, Kanada dan White House selain relatif murah, merupakan tempat pemandangan terbaik aurora, waktunya adalah setiap tahun pada Oktober dan April tahun berikutnya.
    Aurora muncul saat elektron bermuatan tinggi dari angin matahari melintasi medan magnet bumi dan berinteraksi dengan atmosfer bumi ratusan kilometer di atas permukaan bumi. Ketinggiannya hampir sama dengan ketinggian orbit Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS). Ini menyebabkan kadang kala ISS terbang melintasi aurora. Astronot Donald Pettit mengatakan bahwa dia merasa hampir menyentuh aurora dengan tangannya karena aurora begitu dekat dan indah.
    An aurora as seen from the Andoya Rocket Range in Norway
    Foto aurora yang diambil di Andoya Rocket Range, di Norwegia. Karena dipengaruhi oleh medan magnet bumi, aurora hanya dapat dilihat di sekitar kutub utara dan kutub selatan bumi. Aurora yang dilihat dari bumi tampak seperti tirai yang menutupi langit di malam hari.
    A green and red aurora spreading on the top of Earth's atmosphere (Photo by Astronaut Pettit, the ISS Expedition 6 Crew)
    Aurora Borealis difoto dari ISS. Kamu dapat melihat aurora merah tumpang tindih dengan aurora warna hijau. Warna aurora bergantung pada komposisi atmosfer sehingga warna aurora berubah-ubah sesuai ketinggian. (foto oleh Astronot Pettit, awak Expedisi 6 ISS )
    An aurora over Canada, as taken from the ISS (Photo by Astronaut Pettit, the ISS Expedition 6 Crew)
    Aurora hijau yang cerah menyebar di atas langit Kanada. Di foto ini, garis batas antar-aurora dapat dilihat dengan jelas. Di sebelah kiri gambar, cahaya dari lampu kota-kota di Kanada dapat terlihat.
    An aurora and the Earthês atmosphere, as seen from the ISS  (Photo by Astronaut Pettit, the ISS Expedition 6 Crew)
    Foto ini diambil ketika matahari terbenam. Keindahan pemandangan aurora dan pelangi di gambar ini sangat memukau.

    aurora terbentuk karena interaksi partikel-partikel atmosfer bumi dengan partikel bermuatan dari matahari yang disebut dengan plasma. plasma adalah partikel sejenis gas yang telah terionisasi. pada umumnya gas tidak bermuatan, tetapi karena suhu yang sangat panas di matahari menyebabkan partikel gar terionisasi maka terbentuklah plasma. plasma ini dipancarkan matahari ke segala arah (biasanya pada saat terjadi aktivitas matahari pancaran plasma bertambah), kemudian saat mendekati medan magnet bumi (yang terpusat di kutub utara dan selatan) maka plasma akan tertarik ke kutub-kutub bumi (gejala ini disebut "angin matahari"/solar wind), saat bertemu dengan partikel atmosfer bumi terjadi eksitasi-relaksasi elektron sehingga memendarkan warna yang indah. 
    Daftar Pustaka
    [1]. Widyaningsih, R., 2004, Komputerisasi Pencacah Sampel Vol 12. , No.1, Januari 2009, hal Menggunakan Sensor Efek Hall, Skripsi Jurusan Fisika Universitas
    Diponegoro, Semarang
    [2]. Elnanda, H., 2001, Perancangan Alat Ukur Daya Listrik Lampu PijarMenggunakan ADC TLV 2543 dengan Tampilan Komputer, www.te.ugm.ac.id
    [3]. Djamal, M., 2001, Desain dan Pembuatan Sensor Magnetik, www.ti.itb.ic.i Pengembangan Sensor Medan Magnet Fluxgate dengan Metode Posisi Pulsa, www.fi.itb.ac.id
    [4]. Nugroho, A.Y., 2005, Aplikasi Sensor Pergeseran Linier (LVDT) sebagai Pengukur Massa Berbasis Mikrokontroller AT89S51, Skripsi Jurusan Fisika Univeritas Diponegoro,
    Semarang
    [5]. Giancolli, C. D., 1998, Fisika Jilid 2Terjemahan, Edisi kelima, Erlangga,
    Jakarta
    [6]. Tipler, A. P., 1991, Fisika untuk Sains dan Teknik Terjemahan Jilid 2 Edisi
    Ketiga, Erlangga, Jakarta
    [7]. Gopel, W., dan Hesse, J., 1989, Sensors A Comprehensive Survey Magnetic Sensor, Weinhem, VCH


    Tidak ada komentar: