TUGAS FISIKA GELOMBANG ELEKTROMANGNETIK, TEORI ATOM, MANFAAT RADIOISOTOP

TUGAS FISIKA

GELOMBANG ELEKTROMANGNETIK, TEORI ATOM, MANFAAT RADIOISOTOP

Oleh :

Nama                   : Ani Muthoharoh

Kelas          : XII IPA 1

No              : 08

SMA NEGERI 1 JETIS BANTUL

TAHUN 2014/2015

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

1.      PENGERTIAN

Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat  walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude, kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.

Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbedabeda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik.

2.      SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar spectrum elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan _m) mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray.

1.      Gelombang Radio

Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula. Penggunaan gelombang radio paling banyak adalah komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Radar berguna untuk mempelajari pola cuaca, badai, membuat peta 3D permukaan bumi, mengukur curah hujan, pergerakan es di daerah kutub dan memonitor lingkungan. Panjang gelombang radar berkisar antara 0.8 – 100 cm.

  

2.      Gelombang mikro

Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis.

Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat glombang elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan.

3.      Sinar Inframerah

Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. Jika memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah.
Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda. Contohnya adalah panas tubuh manusia, dan bara api ataupun nyala api. Lagi-lagi sumber terbesar salah satu gelombang elektromagnetik ini adalah dari matahari. Sifat istimewa dari jenis sinar ini adalah membawa energi panas yg bila memiliki intensitas yg tinggi bisa jada membakar benda yang dikenainya. Sifat lain yang dimilikinya ialah tak terlihat namun bisa menghitamkan pelat photo, jd bisa dipakai buat penginderaan pd tempat yg gelap. Fungsi lain sinar ini adalah untuk kamera infra merah yg bisa dipakai untuk membikin foto satelit layaknya yg dipakai oleh google earth.

4.      Cahaya tampak

Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Sinar bewarna ungu mempunyai frekuensi paling besar dan panjang gelombang paling pendek, sebaliknya sinar warna merah mempunyai frekuensi paling kecil serta panjang gelombang paling panjang. Kegunaan cahaya salah satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

5.      Sinar ultraviolet 

Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombagn 10-8 m 10-7 m. Gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet dipermukaan bumi,lapisan ozon yang ada dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan makluk hidup di bumi. Karena mempunyai energi kimia maka kita melihat kegunaan nya, yaitu untuk memendarkan barium-platina-sianida; membunuh kuman dan bakteri; serta menghitamkan pelat pada foto. Bisa juga penerapan nya sebagai pembeda diantara uang palsu dan asli. Sumber utama sinar ultraviolet adalah matahari, namun terdapat juga sumber lainnya yaitu: lampu mercury dan busur karbon.

6.      Sinar X 

Umumnya dikenal dengan nama sinar rontgen. Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz . Panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm sampai 10 cm. Meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm. Selain itu juga untuk memfoto tatanan tulang yg ada didalam tubuh, agar diketahui bagian tulang mana yg bermasalah. Penggunaan sinar ini haruslah dengan sangat hati-hati karena bisa mengionisasi sel hidup kita, terutama dilarang untuk digunakan pada ibu yg hamil.

7.      Sinar Gamma

Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz atau panjang gelombang antara 10 cm sampai 10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh. Sinar gamma mempunyai frekuensi paling tinggi dan panjang gelombang yg paling kecil, dimana dgn begitu ia memiliki daya tembus sangat besar hingga bisa menembus plat besi. Sinar ini merupakan hasil dari inti atom yg tak stabil. Kegunaan dalam dunia medis, memiliki manfaat untuk membunuh sel kanker dan untuk sterilitas berbagai peralatan/perlengkapan kedokteran.

PERKEMBANGAN TEORI ATOM

1.      TEORI ATOM DALTON (1803)

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 :

·         Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi

·         Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda

·         Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen

·         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.

1)      Kelebihan teori atom Dalton

·         Dapat menerangkan Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

·         Dapat menerangkan Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

2)      Kelemahan teori atom Dalton

·         Tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi.

·         Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.

·         Model atom  Dalton tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain.

2.      TEORI ATOM J.J THOMSON

Teori atom dalton cukup lama dianut para ahli hingga ditemukannya elektron bermuatan negatif oleh J.J Thomson pada tahun 1897. Penemuan elektron ini mematahkan teori dalton bahwa atom merupakan materi terkecil. Oleh karena atom bermuatan negatif, maka Thomson berpikir bahwa ada muatan positif sebagai penyeimbang.

Dengan demikian atom bersifat netral. Model atom Thomson menggambarkan bahwa atom merupakan suatu bola yang bermuatan positif. Sementara itu, elektron ( bagian atom yang bermuatan negatif ) tersebar merata dipermukaan bola tersebut. Muatan – muatan negatif tersebut tersebar seperti kismis pada roti kismis. Jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif sehingga atom bersifat netral.

1)      Kelebihan
Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.

2)      Kelemahan
Model 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 kesimpulan bahwa :

1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan.

2. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka di dalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.

3. Partikel tersebut merupakan partikel yang 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.

1)      Kelebihan :

Membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti.

2)      Kelemahan :

Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.

4.      TEORI ATOM BOHR

Pada 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:

·         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.

·         Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.

·         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.

·         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.

1)      Kelebihan :

Bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron.

2)      Kelemahan :

Model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack.

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.

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

·         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)

·         Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)

·         Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.

PENGGUNAAN RADIOISOTOP

1.      DIBIDANG INDUSTRY

·         Untuk bidang radiografi pada pemotretan bagian dalam sebuah benda seperti sinar X, sinar Gamma atau neutron.

·         Untuk mengontrol ketebalan pada industry kertas, plastic dan logam.
Mengetahui bocor atau tidaknya pipa logam atau mengukur ketebalan baja dengan sinar gamma yang dipancarkan Kobalt-60 atau Iridium-192.

·         Meneliti kekuatan material dan meneliti gejala difusi dalam logam.

·         Mengukur ketebalan bahan (lembar kertas) dengan Strontium-90 atau sinar beta.

·         Mengefisiensikan pekerjaan mengeruk lumpur pelabuhan dan terowongan dengan

memasukkan isotop Silikon ke dalam lumpur.

·         Pemeriksaan tanpa merusak dengan teknik radiografi.

·         Lampu petromaks menggunakan Thorium agar nyala lampu lebih terang.

2.      DIBIDANG PERTANIAN

·         Sebagai pemberantasan hama, pembentukan bibit unggul dan penyimpanan.

·         Mempelajari unsur-unsur tertentu oleh tumbuhan.

·         Memproduksi tanaman dengan karakteristik baru.

·         Mengkaji proses fotosintesis dalam tanaman hijau dengan Karbon-14.

·         Memandulkan serangga-serangga.

·         Mendapatkan bibit unggul dengan radiasi sinar gamma dari Kobalt-60.

3.      Dibidang kedokteran

·         Ca-47, digunakan untuk mengetahui penyakit tulang dan darah.

·         I-131, digunakan untuk menentukan kelenjar gondok.

·         K-12, digunakan untuk menentukan penyakit pada otot.

·         Na-24, digunakan untuk mengetahui penyumbatan darah pada urat.

·         Tc-99 dan Tl-201, untuk mendeteksi kerusakan jantung.

·         Xe-133, untuk mendeteksi penyakit paru-paru.

·         Untuk mengetahui keefektifan kerja jantung atau ginjal dengan Sodium-24.

·         Menentukan lokasi tumor otak, mendeteksi tumor kelenjar gondok dengan Iodium-131

·         Membunuh sel-sel kanker dalam tubuh manusia dengan Kobalt-60.

·         Mengobati thrombosis (penyempitan pembuluh darah) dengan Natrium-24.

·         Mensteril alat bedah, alat suntik dan alat kedokteran lain dengan sinar gamma.

·         Co-60, untuk penyembuhan penyakit kanker dan bahan sterilisasi alat-alat kedokteran.

·         R-32, untuk penyembuhan penyakit leukemia.

·         I-131, untuk terapi kenker kelenjar tiroid.

4.      DIBIDANG HIDROLOGI

·         Untuk mengukur kecepatan aliran air sungai, air tanah, dan minyak pada pipa.

·         Untuk mendeteksi kebocoran pipa saluran dalam tanah.

·         Untuk menentukan pengendapan lumpur

·         Mengukur kecepatan aliran atau debit fluida dalam pipa.

·         Menentukan jumlah kandungan air dalam tanah.

·         Mendeteksi kebocoran pipa yang terbenam dalam tanah.

·         Memeriksa endapan lumpur pelabuhan dan terowongan dan mengukur cara lumpur bergerak dan terbentuk.

·         Mengukur tinggi permukaan cairan dalam suatu wadah tertutup.

DAFTAR PUSTAKA

http://elektronikadasar.info/gelombang-elektromagnetik.htm

https://brigittalala.wordpress.com/pesan-dan-kesan-mengikuti-pree-test-fisika/gelombang-elektromagnetik/

http://nhasrudin.wordpress.com/kelas-x/vidio/

http://oktaviyaniayu.blogspot.com/2013/04/manfaat-radioisotop-bagi-kehidupan.html