INI ADALAH SYARIFAH KUADRAT,,,,,...YANG GEMUK NAMANYA SYARIFAH SUNIATI YANG KURUS KECIL NAMA SYARIFAH ROUZHA FITRI,,,HAHA..YANG SATU BESAR DAN YANG SATUNYA KECIL... SEPERTI GAJAH DAN SEMUT,,, TAPI KAMI IMUUUUT KAANNNNNNNNNNNNN,,,,HIHIHI

KALO YANG INI NAMANYA SITI RAHMAH,,,ANAK NYA PEMALU,,,DIA SAHABAT BAIKNYA SYARIFAH KECIILLL KAMI SEMUA BERSAHABAT,,,
DARI SATU JURUSAN YAITU FKIP FISIKA UNIVERSITAS JABAL GHAFUR SIGLI TEPATNYA DI GLE GAPUY ACEH

kenangan relawan unigha ditangse

kenangan yang tak pernah terlupakan.... yang membuat kita sadar akan sangat pentingnya kita bersyukur atas apa yang telah allah berikan kepada kita.

KEBERSAMAAN YANG INDAH

Guratan cerita kembali dibalut dalam kebersamaan
Tempat itu pernah menyimpan sesuatu
Dan akhirnya mencatat goresan lagi
Setiap sudut bagian menjadi saksi dari semua
Walaupun bisu masih bisa rasakan kehangatan penghuni
Hanya sebentar tapi memori terisi di otak
KEBERSAMAAN yang indah tak tergantikan
Kalian mengisi lembaran putih baruku
Semoga Kita dapat mengores lebih banyak cerita

REAKTOR NUKLIR

REAKTOR NUKLIR

 Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi inti berantai terkendali, baik pembelahan inti (fisi) atau penggabungan inti (fusi). Fungsi reaktor fisi dibedakan menjadi dua, yaitu reaktor penelitian dan reaktor daya.

Pada reaktor penelitian, yang diutamakan adalah pemanfaatan netron hasil pembelahan untuk berbagai penelitian dan iradiasi serta produksi radioisotop. Panas yang ditimbulkan dirancang sekecil mungkin sehingga panas tersebut dapat dibuang ke lingkungan. Pengambilan panas pada reaktor penelitian dilakukan dengan sistem pendingin,yang terdiri dari sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder. Panas yang berasal dari teras reaktor diangkut oleh air di sekitar teras reaktor (sistem pendingin primer) dan dipompa oleh pompa primer menuju alat penukar panas. Selanjutnya panas dibuang ke lingkungan melalui menara pendingin (alat penukar panas pada sistem pendingin sekunder). Perlu diketahui bahwa antara alat penukar panas, sistem pendingin primer atau sekunder tidak terjadi kontak langsung.

Sementara, pada reaktor daya, panas yang timbul dari pembelahan dimanfaatkan untuk menghasilkan uap yang bersuhu dan bertekanan tinggi untuk memutar turbin.

KOMPONEN REAKTOR NUKLIR

Reaktor nuklir pertama kali dibangun oleh Enrico Fermi pada tahun 1942 di Universitas Chicago. Hingga sat ini telah ada berbagai jenis dan ukuran rekator nuklir, tetapi semua reaktor atom tersebut memiliki lima komponen dasar yang sama, yaitu: elemen bahan bakar, moderator netron, batang kendali, pendingin dan perisai beton.

Gambar 12.1 Skema Dasar Reaktor Nuklir

Elemen Bahan Bakar

Elemen bahan bakar ini berbentuk batang-batang tipis dengan diameter kira-kira 1 cm. Dalam suatu reaktor daya besar, ada ribuan elemen bahan bakar yang diletakkan saling berdekatan. Seluruh elemen bahan bakar dan daerah sekitarnya dinamakan teras reaktor.

Umumnya, bahan bakar reaktor adalah uranium-235. oleh karena isotop ini hanya kira-kira 0,7% terdapat dalam uranium alam, maka diperlukan proses khusus untuk memperkaya (menaikkan prosentase) isotop ini. Kebanyakan reaktor atom komersial menggunakan uranium-235 yang telah diperkaya sekitar 3%.

Moderator Netron

Netron yang mudah membelah inti adalah netron lambat yang memiliki energi sekitar 0,04 eV (atau leih kecil), sedangkan netron-netron yang dilepaskan selama proses pembelahan inti (fisi) memiliki energi sekitar 2 MeV. Oleh karena itu , sebuah raktor atom harus memiliki materaial yang dapat mengurangi kelajuan netron-netron yang energinya sangat besar sehingga netron-netron ini dapat dengan mudah membelah inti. Material yang memperlambat kelajuan netron dinamakan moderator.

Moderator yang umum digunakan adalah air. Ketika netron berenergi tinggi keluar keluar dari sebuah elemen bahan bakar, netron tersebut memasuki air di sekitarnya dan bertumbukan dengan molekul-molekul air. Netron cepat akan kehilangan sebagian enrginya selama menumbuk molekula air (moderator) terutama dengan atom-atom hidrogen. Sebagai hasilnya netron tersebut diperlambat.

Batang Kendali

Jika keluaran daya dari sebuah reaktor dikehendaki konstan, maka jumlah netron yang dihasilkan harus dikendalikan. Sebagaimana diketahui, setiap terjadi proses fisi ada sekitar 2 sampai 3 netron baru terbentuk yang selanjutnya menyebakan proses berantai.

Jika netron yang dihasilkan selalu konstan dari waktu ke waktu (faktor multiplikasinya berniali 1), maka reaktor dikatakan berada pada kondisi kritis. Sebuah reaktor normal bekerja pada kondisi kritis. Pada kondisi ini reaktor menghasilkan keluaran energi yang stabil.

Jika netron yang dihasilkan semakin berkurang (multiplikasinya kurang dari 1), maka reaktor dikatakan berada pada kondisi subkritis dan daya yang dihasilkan semakin menurun. Sebaliknya jika setiap saat netron yang dihasilkan meningkat (multiplikasinya lebih besar dari 1), reaktor dikatakan dalam keadaan superkritis. Selama kondisi superkritis, energi yang dibebaskan oleh sebuah reaktor meningkat. Jika kondisi ini tidak dikendalikan, meningkatnya energi dapat mengakibatkan mencairkan sebagain atau seluruh teras reaktor, dan pelepasan bahan radioaktif ke lingkungan sekitar.

Jelas bahwa sebuah mekanisme kendali sangat diperlukan untuk menjaga reaktor pada keadaan normal atau kondisi kritis. Kendali ini dilakukan oleh sejumlah batang kendali yang dapat bergerak keluar-masuk teras reaktor. Lihat gambar 12.1.

Batang kendalli terbuat dari bahan-bahan penyerap netron, seperti boron dan kadmium. Jika reaktor menjadi superkritis, batang kendali secara otomatis bergerak masuk lebih dalam ke dalam teras reaktor untuk menyerap kelebihan netron yang menyebabkankondisi itu kembali ke kondisi kritis. Sebaliknya, jika reaktor menjadi subkritis, batang kendali sebagian ditarik menjauhi teras reaktor sehingga lebih sedikit netron yang diserap. Dengan demikian, lebih banyak netron tersedia untuk reaksi fisi dan reaktor kembali ke kondisi kritis. Untuk menghentikan operasi reaktor (misal untuk perawatan), batang kendali turun penuh sehingga seluruh netron diserap dan reaksi fisi berhenti

Pendingin

Energi yang dihasilkan oleh reaksi fisi meningkatkan suhu reaktor. Suhu ini dipindahkan dari reaktor dengan menggunakan bahan pendingin, misalnya air atau karbon dioksida. Bahan pendingin (air) disirkulasikan melalui sistem pompa, sehingga air yang keluar dari bagian atas teras reaktor digantikan air dingin yang masuk melalui bagin bawah teras reaktor.

Perisai BetonInti-inti atom hasil pembelahan dapat menghasilkan radiasi. Untuk menahan radiasi ini (radiasi sinar gamma, netron dan yang lain), agar keamanan orang yang bekerja di sekitar reaktor terjamin, maka umumnya reaktor dikungkungi oleh perisai beton.

PEMBAKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR

PLTN

Berdasarkan jenis pendinginnya, ada beberapa jenis reaktor. Dalam pembahasan ini akan dibahas pembakit listrik tenaga nuklir yang menggunakan reaktor air bertekanan (Pressurized Water Reactor = PWR).

Dalam PWR, kalor yang dihasilkan dalam batang-batang bahan bakar diangkut keluar dari teras reaktor oleh air yang terdapat di sekitarnya (sistem pendingin primer). Air ini secara terus-menerus dipompakan oleh pompa primer ke dalam reaktor melalui saluran pendingin reaktor (sistem pendingin primer).

Untuk mengangkut kalor sebesar mungkin, suhu air dikondisikan mencapai 3000C. Untuk menjaga air tidak mendidih (yang dapat terjadi pada suhu 1000C pada tekanan 1 atm), air diberi tekanan 160 atm. Air panas diangkut melalui suatu alat penukar panas (heat exchanger), dan kalor dari air panas dipindahkan ke air yang mengalir di sekitar alat penukar panas (sistem pendingin sekunder). Kalor yang dipindahkan ke sistem pendingin sekunder memproduksi uap yang memutar turbin. Turbin dikopel dengan suatu generator listrik, tempat daya keluaran listrik menuju konsumen melalui kawat transmisi tegangan tinggi. Setelah keluar dari turbin, uap didinginkan kembali menjadi air oleh pengembun (condenser) dan kemudian dikembalikan lagi ke alat penukar panas oleh pompa sekuder.

Sistem Keselamatan

Sistem keselamatan operasi reaktor terutama ditujukan untuk menghindari bocornya radiasi dari dalam teras reaktor. Berbagai usaha pengamanan dilakukan untuk melindungi pekerja dan anggota masyarakat dari bahaya radiasi ini. Sistem keselamatan reaktor dirancang mampu menjamin agar unsur-unsur radioaktif di dalam teras reaktor tidak terlepas ke lingkungan, baik dalam operasi normal atau waktu ada kejadian yang tidak diinginkan. Kecelakaan terparah yang diasumsikan dapat terjadi pada suatu reaktor nuklir adalah hilangnya sistem pendingin teras reaktor. Peristiwa ini dapat mengakibatkan pelelehan bahan bakar sehingga unsur-unsur hasil fisi dapat terlepas dari kelongsong bahan bakar. Hal ini dapat mengakibatkan unsur-unsur hasil fisi tersebar ke dalam ruangan penyungkup reaktor.

��Bahan bakar (Pelet) �� Kelongsong �� Tangki reaktor �� Perisai beton �� Sistem penahan baja bertekanan �� Sistem pengungkung/kubah beton

Gambar 12.3. Sistem Penghalang Ganda (Multiple Barrier)

Agar unsur-unsur hasil fisi tetap dalam keadaan terkungkung, maka reaktor nuklir memiliki sistem keamanan yang ketat dan berlapis-lapis. Karena digunakan sistem berlapis, maka sistem pengamanan ini dinamakan penghalang ganda. Adapaun jenis penghalang tersebut adalah sebagai berikut:

1. Penghalang pertama adalah matrik bahan bakar nuklir. Lebih dari 99& unsur hasil fisi akan tetap terikat secara kuat dalam matriks bahan bakar ini.

2. Penghalang kedua adalah kelongsong bahan bakar. Apabila ada unsur hasil fisi yang terlepas dari matriks bahan bakar, maka unsur tersebut akan tetap terkungkung di dalam kelongsong yang dirancang tahan bocor.

3. Penghalang ketiga adalah sistem pendingin. Seandainya masih ada unsur hasil fisi yang terlepas dari kelongsong, maka unsur tersebut akan terlarut dalam air pendingin primer sehingga tetap terkungkung dalam tangki reaktor.

4. penghalang keempat adalah perisai beton. Tangki reaktor disangga oleh bangunan berbentuk kolam dari beton yang dapat berperan sebagai penampung air pendingin apabila terjadi kebocoran.

5. Penghalang kelima dan keenam adalah sistem pengungkung reaktor secara keseluruhan yang terbuat dari pelat baja dan beton setebal dua meter serta kedap udara.

Radiasi Kosmik dapat dideteksi dengan televisi biasa

Anda tahu kalau sinyal dari Big Bang dapat dideteksi dengan perangkat rumah tangga? Nyalakan televisi anda pada channel yang tidak memiliki saluran. Sepuluh persen dari pola menyemut yang memenuhi layar merupakan radiasi kosmik yang tertangkap antena televisi anda.

Radiasi kosmik energi rendah pula lah yang dapat merusak defibrilator kardioverter implan (ICD) model lama yang masih tertanam pada sekitar 26 ribu orang. ICD adalah alat untuk memperbaiki irama detak jantung bagi orang yang pernah dioperasi karena serangan jantung di zaman dahulu.

Pesawat komersial biasanya terbang pada ketinggian dari 10 ribu hingga 12 ribu meter. Dalam ketinggian ini, radiasi kosmik sekitar 100 hingga 300 kali lebih kuat daripada permukaan laut. Di atas Concorde, yang terbang pada ketinggian 18 ribu meter, laju paparan hampir dua kali lebih tinggi daripada pesawat subsonik biasa.

Sinar kosmik tersusun dari aneka ragam partikel sub atom. Ini artinya mereka adalah partikel yang merupakan bagian dari atom atau lebih kecil dari atom. Sebagian besar sinar kosmik adalah proton. Yang lainnya tersusun dari inti beberapa jenis atom, sehingga memiliki proton dan neutron. Yang paling umum adalah inti atom helium, yang memiliki 2 proton dan 2 neutron (juga disebut partikel alpha). Yang lain adalah inti karbon, oksigen, besi, kalsium dan tipe atom lainnya. Sejumlah kecil sinar kosmik adalah elektron. Tidak peduli apa, sinar kosmik bergerak sangat cepat dan memiliki energi sangat besar. Kebanyakan partikel yang mencapai Bumi terbentuk ketika radiasi dari luar angkasa berinteraksi dengan partikel yang ada di atmosfer dan dihambat oleh lapisan ozon.

Bintik tersebut adalah radiasi kosmis yang tertangkap antena televisi, 10% darinya berasal dari Big Bang

Radiasi kosmik, adalah sebuah bentuk radiasi elektromagnet yang ada di seluruh alam semesta. Radiasi kosmik adalah salah satu sumber utama radiasi latar belakang di Bumi. Radiasi latar belakang adalah radiasi yang selalu ada di lingkungan; ia dapat berasal dari sumber alam seperti gas radon dan dari sumber buatan manusia seperti pembangkit listrik tenaga nuklir. Radiasi latar belakang kosmik khusus ada di lingkungan yang berasal dari matahari dan sumber lain di luar angkasa. Sumber lain radiasi kosmik yang paling penting bagi astronomi adalah radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB) karena

berasal langsung dari Big Bang.

Tahun 1964, Robert H Dicke, Jim Peebles dan David Wilkinson, astrofisikawan dari Universitas Princeton bersiap mencari radiasi gelombang mikro dalam daerah spektrum khusus. Dicke dan kawan-kawan berpendapat kalau Big Bang harusnya menghamburkan bukan hanya materi yang mengembun menjadi galaksi namun juga melepaskan sejumlah besar radiasi. Dengan alat yang teliti, radiasi ini mestinya dapat diamati. Di tahun yang sama pula, hanya 60 km dari lokasi Dicke dkk, Arno Penzias dan Robert Wilson mendeteksi radiasi ini dalam panjang gelombang 7.35 centimeter. Dan karenanya mereka berdua lah yang memperoleh Nobel fisika.

Radiasi gelombang mikro kosmik (CMB) menjadi bukti utama keberadaan Big Bang. Hal ini karena spektrum CMB sangat menyerupai spektrum teoritis dari apa yang dikenal sebagai benda hitam, yang berarti sebuah benda dalam keseimbangan termal. Keseimbangan termal berarti benda tersebut telah cukup lama untuk tenang pada keadaan alaminya. Contohnya arang bara panas yang berpendar tidaklah berada dalam kondisi keseimbangan termal yang baik. Spektrum benda hitam juga hanyalah pendekatan kasar terhadap spektrum batu ember yang menyala. Namun ternyata Alam semesta berada dalam keseimbangan termal yang sangat baik (pada dasarnya karena skala waktu untuk tenang jauh lebih lambat daripada skala waktu ekspansi alam semesta). Dan karena radiasi dari masa sangat awal tersebut harusnya memiliki spektrum sangat mendekati benda hitam.

Sebelumnya sudah dicari berbagai sumber yang mungkin untuk menjelaskan CMB selain bekas Big Bang, namun segala usaha untuk menafsirkan asal CMB karena fenomena astrofisika masa kini (bintang, galaksi radio, dsb) kandas. Karenanya, satu-satunya penjelasan yang memuaskan untuk keberadaan CMB berada dalam fisika Alam Semesta awal.

Efek Compton

Menurut teori kuantum cahaya, foton berlaku sebagai partikel, hanya saja foton tidak mempunyai massa diam.  jika hal ini benar kita harus bisa menganalisis tumbukan antara foton dengan elektron, misalnya, dengan cara yang sama seperti tumbukan bola bilyard dianalisis dengan mekanika pendahuluan.

gambar dibawah ini menunjukan bagaimana tumbukan serupa itu digambarkan, dengan foton itu digambarkan, dengan foton sinar-x menumbuk elektron (yang mula-mula dalam keadaan diam terhadap sistem koordinat laboratorium) dan kemudian mengalami hamburan dari arahnya semula sedangkan elektronnya menerima impulse dan mulai bergerak. dalam tumbukan ini foton dapat dipandang sebagai partikel yang kehilangan sejumlah energi yang besarnya sama dengan energi kinetik K yang diterima oleh elektron, walaupun sebenarnya kita mengamati dua foton yang berbeda. jika foton semula mempunyai frekuensi v, maka foton hambur mempunyai frekuensi yang lebih rendah v’, sehingga:

Kehilangan energi foton = Energi yang diterima elektron

hv - hv’ = K        (1)

karena momentum partikel tak bermassa berkaitan dengan energi menurut rumus

E = pc

dan karena energi foton adalah hv, momentumnya adalah

p = E/c = hv/c (2)

gambar fek compton

Momentum, tidak seperti energi, merupakan kuantitas vektor yang mempunyai arah dan besar, dan dalam tumbukan momentum harus kekal dalam masing-masing sumbu dari kedua sumbu yang saling tegak-lurus. (bila lebih dari dua benda yang bertumbuka, tentu saja momentum harus kekal pada masing-masing sumbu dari ketiga sumbu yang saling tegak-lurus). arah yang dipilih disini adalah arah foton semula dan satu lagi tegak-lurus pada bidang yang mengandung elektron dan foton hambur (lihat gambar diatas). momentum semula adalah hv/c, momentum foton hambur adalah hv’/c, dan momentum elektron mula serta akhir adalah, berurutan, 0 dan p, dalam arah foton semula

Momentum mula = Momentum akhir

(3)

dan tegak lurus pada arah ini

Momentum mula = Momentum akhir

(4)

Sudut ф menyatakan sudut antara arah mula dan arah foton hambur, dan θ ialah sudt antara arah foton mula dan arah elektron yang tertumbuk. dari pers. 1, 3 dan 4 kita sekarang mendapatkan rumus yang menghubungkan beda panjang gelombang antara foton mula dan foton hambur dengan sudut ф antara arah masing-masing, kedua besaran tersebut adalah kuantitas yang dapat diukur.

langkah awal mengalikan persamaan 3 dan 4 dengan c dan menuliskannya kembali sebagai berikut:

dengan mengkuadratkan masing-masing persamaan ini dan menambahkannya, sudut θ dapat dieliminasi, tinggal

(5)

kemudian kita samakan kedua ruas untuk energi total partikel

sehingga akan didapatkan

karena

maka akan didapatkan (6)

dengan mensubstitusikan p²c² ini dalam persamaan 5 akhirnya kita peroleh

(7)

hubungan ini akan kita sederhanakan dalam panjang gelombang sebagai pengganti frekuensi bagi persamaan 7 dengan 2h²c²

dan karena v/c = 1/λ dan v’/c = 1/λ’

(8)

persamaan 8 diturunkan oleh Arthur H. Compton pada awal tahun 1920, dan gejala yang diperiksanya yang pertama kali diamatinya, dikenal sebagai efek Compton. gejala ini menunjukan bukti kuat yang mendukung teori kuantum radiasi.

Sinar-X digambarkan sebagai foton yang bertumbukan dengan elektron (seperti halnya dua bola bilyar yang bertumbukan). Elektron bebas yang diam menyerap sebagian energi foton sehingga bergerak ke arah membentuk sudut terhadap arah foton mula-mula. Foton yang menumbuk elektron pun terhambur dengan sudut θ terhadap arah semula dan panjang gelombangnya menjadi lebih besar. Perubahan panjang gelombang foton setelah terhambur dinyatakan sebagai

Dimana m adalah massa diam elektron, c adalah kecepatan cahaya, dan h adalah konstanta Planck.

Arthur Holly Compton

 

TERMODINAMIKA

Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.

Usaha Luar

Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V₁ menjadi volume akhir V₂ pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.

W = p∆V= p(V₂ – V₁)

Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagai

Tekanan dan volume dapat diplot dalam grafik p – V. jika perubahan tekanan dan volume gas dinyatakan dalam bentuk grafik p – V, usaha yang dilakukan gas merupakan luas daerah di bawah grafik p – V. hal ini sesuai dengan operasi integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik.

Gas dikatakan melakukan usaha apabila volume gas bertambah besar (atau mengembang) dan V₂ > V₁. sebaliknya, gas dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas mengecil atau V₂ < V₁ dan usaha gas bernilai negatif.

Energi Dalam

Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.

Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas. Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai

untuk gas monoatomik

untuk gas diatomik

Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol⁻¹ K⁻¹, dan ∆T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).

Hukum I Termodinamika

Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.

Gambar

Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai

Q = W + ∆U

Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.

Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.

Proses Isotermik

Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W).

Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai

Dimana V₂ dan V₁ adalah volume akhir dan awal gas.

Proses Isokhorik

Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan Q_V.

Q_V = ∆U

Proses Isobarik

Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Q_p. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku

Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan

Q_V =∆U

Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai

W = Q_p − Q_V

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Q_p) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (Q_V).

Proses Adiabatik

Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).

Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p₁ dan V₁ mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p₂ dan V₂, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai

Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).

Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam.

Mekanika kuantum

Mekanika kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran atom dan subatom. Ilmu ini memberikan kerangkamatematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia, termasuk fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang, bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern. Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinyu, tapi diskrit -- berupa 'paket' atau 'kuanta'. Konsep ini cukup revolusioner, karena bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.

[sunting]SejarahPada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton. Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda.

Teori-teori di atas, meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal: tidak ada penjelasan jelas untuk kuantisasi. Mereka dikenal sebagai teori kuantum lama.

Frase "Fisika kuantum" pertama kali digunakan oleh Johnston dalam tulisannya Planck's Universe in Light of Modern Physics (Alam Planck dalam cahaya Fisika Modern).

Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrödinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrödinger. Schrödinger beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan tersebut sama.

Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastiannya pada tahun 1927, dan interpretasi Kopenhagen terbentuk dalam waktu yang hampir bersamaan. Pada 1927, Paul Dirac menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas khusus. Dia juga membuka penggunaan teori operator, termasuk notasi bra-ket yang berpengaruh. Pada tahun 1932, Neumann Janos merumuskan dasar matematika yang kuat untuk mekanika kuantum sebagai teori operator.

Bidang kimia kuantum dibuka oleh Walter Heitler dan Fritz London, yang mempublikasikan penelitian ikatan kovalen dari molekul hidrogen pada tahun 1927. Kimia kuantum beberapa kali dikembangkan oleh pekerja dalam jumlah besar, termasuk kimiawan Amerika Linus Pauling.

Berawal pada 1927, percobaan dimulai untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam bidang di luar partikel satuan, yang menghasilkan teori medan kuantum. Pekerja awal dalam bidang ini termasuk Dirac, Wolfgang Pauli, Victor Weisskopf dan Pascaul Jordan. Bidang riset area ini dikembangkan dalam formulasi elektrodinamika kuantum oleh Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger, dan Tomonaga Shin'ichirō pada tahun 1940-an. Elektrodinamika kuantum adalah teori kuantum elektron, positron, dan Medan elektromagnetik, dan berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya.

Interpretasi banyak dunia diformulasikan oleh Hugh Everett pada tahun 1956.

Teori Kromodinamika kuantum diformulasikan pada awal 1960an. Teori yang kita kenal sekarang ini diformulasikan oleh Polizter, Gross and Wilzcek pada tahun 1975. Pengembangan awal oleh Schwinger, Peter Higgs, Goldstone dan lain-lain. Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg dan Abdus Salam menunjukan secara independen bagaimana gaya nuklir lemah dan elektrodinamika kuantum dapat digabungkan menjadi satu gaya lemah elektro.

[sunting]Eksperimen penemuan
Eksperimen celah-ganda Thomas Young membuktikan sifat gelombang dari cahaya. (sekitar 1805)
Henri Becquerel menemukan radioaktivitas (1896)
Joseph John Thomson - eksperimen tabung sinar kathoda (menemukan elektron dan muatan negatifnya) (1897)
Penelitian radiasi benda hitam antara 1850 dan 1900, yang tidak dapat dijelaskan tanpa konsep kuantum.
Robert Millikan - eksperimen tetesan oli, membuktikan bahwa muatan listrik terjadi dalam kuanta (seluruh unit), (1909)
Ernest Rutherford - eksperimen lembaran emas menggagalkan model puding plum atom yang menyarankan bahwa muatan positif dan masa atom tersebar dengan rata. (1911)
Otto Stern dan Walter Gerlach melakukan eksperimen Stern-Gerlach, yang menunjukkan sifat kuantisasi partikel spin (1920)
Clyde L. Cowan dan Frederick Reines meyakinkan keberadaan neutrino dalam eksperimen neutrino (1955)[sunting]Bukti dari mekanika kuantumMekanika kuantum sangat berguna untuk menjelaskan perilaku atompartikel subatomik seperti proton, neutron dan elektron yang tidak mematuhi hukum-hukum fisika klasik. Atom biasanya digambarkan sebagai sebuah sistem di mana elektron (yang bermuatan listrik negatif) beredar seputar nukleus atom (yang bermuatan listrik positif). Menurut mekanika kuantum, ketika sebuah elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi (misalnya dari n=2 atau kulit atom ke-2 ) ke tingkat energi yang lebih rendah (misalnya n=1 atau kulit atom tingkat ke-1), energi berupa sebuah partikel cahaya yang disebut foton, dilepaskan. Energi yang dilepaskan dapat dirumuskan sbb:

E = h .f

keterangan:


E adalah energi (J)
h adalah tetapan Planck, (Js), dan
f adalah frekuensi dari cahaya (Hz)Dalam spektrometer massa, telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrumionisasi tidak kontinyu, hanya pada frekuensi/panjang gelombang tertentu garis-garis spektrum dapat dilihat. Ini adalah salah satu bukti dari teori mekanika kuantum.