Resistance Thermal Detector (RTD)

RTD adalah salah satu dari beberapa jenis sensor suhu yang sering digunakan. RTD dibuat dari bahan kawat tahan korosi, kawat tersebut dililitkan pada bahan keramik isolator. Bahan tersebut antara lain; platina, emas, perak, nikel dan tembaga, dan yang terbaik adalah bahan platina karena dapat digunakan menyensor suhu sampai 1500^o C. Tembaga dapat digunakan untuk sensor suhu yang lebih rendah dan lebih murah, tetapi tembaga mudah terserang korosi.

RTD memiliki keunggulan dibanding termokopel yaitu:

1. Tidak diperlukan suhu referensi
2. Sensitivitasnya cukup tinggi, yaitu dapat dilakukan dengan cara mem-perpanjang kawat yang digunakan dan memperbesar tegangan eksitasi.
3. Tegangan output yang dihasilkan 500 kali lebih besar dari termokopel
4. Dapat digunakan kawat penghantar yang lebih panjang karena noise tidak jadi masalah
5. Tegangan keluaran yang tinggi, maka bagian elektronik pengolah sinyal menjadi sederhana dan murah.

Baca selengkapnya

Microwave

Sejak 60 tahun yang lalu, telah diperlihatkan bahwa cahaya berperilaku sebagai gelombang. Maxwell, didasari oleh perhitungan kecepatan gelombang elektromagnetik, mengatakan bahwa cahaya pasti merupakan gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik pertama kali di bangkitkan dan dideteksi secara eksperimental oleh Heinrich Hertz (1857-1894) di tahun 1887. Hertz menggunakan perangkat celah-bunga-api dimana muatan digerakkan bolak - balik dalam waktu singkat, membangkitkan gelombang berfrekuensi sekitar 10⁹ Hz. Ia mendeteksi gelombang tersebut dari suatu kejauhan dengan menggunakan loop kawat yang bisa membangkitkan ggl jika padanya terjadi perubahan medan magnet. Gelombang ini kemudian dibuktikan merambat dengan kelajuan cahaya 3,00×10⁸ m/s dan menunjukkan karakteristik gelombang seperti pemantulan, pembiasan, polarisasi, difraksi dan interferensi.

 Dari dasar pemikiran para ilmuan tersebut yang telah meneliti terlebih dahulu dan diyakini kebenarannya, kita dapat membuktikan fenomena yang dikemukakannya melalui percobaan gelombang mikro yang merupakan salah satu jenis dari gelombang elektromagnetik.

Baca selengkapnya

Gelombang Elektromagnetik

 Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahan medan magnet dengan medan listrik secara berurutan, dimana arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Terjadinya gelombang elektromagnetik yaitu pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet dikenal sebagai Hukum Ampere.

Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry. 

Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan. Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan. Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell. 


 Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan medan magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik ini secara serempak merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan gejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.

Baca selengkapnya

Gelombang Mikro

Gelombang mikro atau dikenal sebagai microwave ialah gelombang elekromagnet yang mempunyai daerah frekuensi antara 10⁹ sampai 3 x 10¹¹ Hz (300 Ghz) atau daerah panjang gelombang dari 30 cm sampai dengan 1mm. Daerah frekuensi antara 1 Ghz sampai 3 Ghz disebut daerah UHF (Ultra High Frequency). Gelombang mikro banyak digunakan dalam radar, sistem komunikasi dan juga untuk mempelajari struktur molekul dalam bahan. Sumber gelombang mikro adalah alat khusus yang bekerja secara elektronik, seperti klistron, magnetron, dan Travelling Wave tube (TWT). Salah satunya yang dipergunakan dalam eksperimen ini adalah Gunn oscilator sebagai sumber gelombang elektromagnetik.

Baca selengkapnya

Pompa kalor (Heat pump)

Sekilas promosi efektif menggunakan media iklan inline.

Pompa panas pada dasarnya adalah sebuah refrigerator yang digunakan untuk memompa energi termal dari tandon dingin (udara dingin) ke tandon panas (udara panas). Tandon panas merupakan sistem ideal dengan kapasitor panas yang demikian besar sehingga dapat menyerap atau memberikan panas tanpa perubahan temperatur yang berarti.

Sistem pompa kalor itu tidak hanya berfungsi untuk mendinginkan atau mempertahankan temperatur sumber kalor yang rendah. Tetapi juga dapat mengalirkan energi kalor ke suatu benda atau penyerap kalor untuk menaikkan temperatur atau mempertahankan temperaturnya pada tingkat yang tinggi secara baik. Dalam ilmu termodinamika, refrigerator dan pompa kalor (heat pump) relatif sama. Perbedaannya, terletak hanya pada proses kerjanya. Mesin kalor adalah alat yang berfungsi untuk mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Misalnya pada mesin mobil, energi panas hasil pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi gerak mobil. Tetapi, dalam semua mesin kalor kita ketahui bahwa pengubahan energi panas ke energi mekanik selalu disertai pengeluaran gas buang, yang membawa sejumlah energi panas. Dengan demikian, hanya sebagian energi panas hasil pembakaran bahan bakar yang diubah ke energi mekanik. Contoh lain adalah dalam mesin pembangkit tenaga listrik; batu bara atau bahan bakar lain dibakar dan energi panas yang dihasilkan digunakan untuk mengubah wujud air ke uap. Uap ini diarahkan ke sudu - sudu sebuah turbin, membuat sudu - sudu ini berputar. Akhirnya energi mekanik putaran ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik.

Pada banyak penggunaan, untuk mesin yang sama dapat dipakai sebagai refrigerator dan juga sebagai pompa kalor. Pada beberapa situasi, baik efek pendinginan pada satu tingkat temperatur maupun efek pemanasan pada temperatur lain bisa saja dinginkan, dan dengan demikian sistem akan beroperasi serentak sebagai mesin refrigerasi dan sebagai pompa kalor.

Contoh penggunaan pompa kalor

Lemari es (Refrigerator) dapat dipandang sebagai mesin kalor yang bekerja terbalik. Mesin kalor mengambil panas dari sebuah wadah panas, mengubahnya sebagian menjadi usaha mekanik, dan membuang selebihnya ke sebuah wadah dingin. Akan tetapi refrigerator mengambil panas dari wadah dingin, kompresornya memberikan input usaha mekanik, dan panas dibuang ke wadah panasnya yakni dilingkungan sekitarnya. Bila untuk menjalankan suatu alat pendingin tidak diperlukan usaha, koefisien kerja (panas yang diambil dibagi oleh usaha yang dilakukan ) akan menjadi tak berhingga. Pengalaman membuktikan bahwa selalu diperlukan usaha untuk memindahkan panas dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas. Ungkapan negatif ini membawa kita kepada ungkapan lain hukum kedua Termodinamika, yaitu : ”Tidak mungkin ada proses yang hasilnya hanya memindahkan panas dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas ”.

Tinjauan hukum kedua termodinamika tentang mesin kalor

”Tidak mungkin bagi sebuah mesin panas yang bekerja secara siklis untuk tidak menghasilkan efek lain selain menyerap panas dari suatu tandon dan melakukan sejumlah usaha-usaha yang ekivalen”. Pernyataan tersebut merupakan hasil eksperimen tentang rumusan Kelvin – Planck atau rumusan mesin kalor untuk hukum kedua termodinamika.

Penyertaan kata ”siklis” dalam rumusan ini merupakan hal yang penting karena mengubah panas seluruhnya menjadi usaha dalam proses yang non siklus, merupakan hal yang mungkin. Gas ideal yang mengalami ekspansi isotermis dapat melakukan hal ini. Namun, setelah ekspansi itu, gas tidak berada dalam keadaan awalnya. Untuk mengembalikan gas ke keadaan awalnya, usaha harus dilakukan pada gas , dan sejumlah panas yang akan dibuang.

Tinjauan hukum kedua termodinamika tentang refrigerator

”Sebuah refrigerator tak mungkin bekerja secara siklis dengan tidak menghasilkan efek lain diluar transfer panas dari benda dingin ke benda panas”. Walaupun rumusan hukum kedua termodinamika untuk mesin kalor dan refrigerator nampak cukup berbeda, sebenarnya keduanya ekuivalen. Itu berarti, bila salah satu rumusan itu benar, maka rumusan yang lain juga harus benar.

Mesin pendingin itu mempunyai 4 komponen utama yaitu kompresor, kondesor, katup ekspansi dan evaporator. Dengan demikian prinsip kerja dari mesin pompa kalor ini adalah dimulai refrigerator memasuki ke kompresor. Refrigerator meninggalkan kompresor pada temperatur yang relatif tinggi, air dikumpulkan dan kemudian di dinginkan (terjadi pengembunan) atau mengalami kondensasi di kondensor, yang membuang panasnya ke lingkungan. Refrigerator kemudian memasuki tabung kapiler di mana tekanan refrigerator turun derastis. Refrigerator bertemperatur rendah, kemudian memasuki evaporator dimana disini refrigerator menyerap panas dari ruang refrigerasi, pemindahan kalor ini disebabkan oleh kompresornya sehingga terasa sangat panas pada eveporator, dan refrigerator kembali memasuki sebuah kompresor, dimana siklus ini dimulai kembali.

Baca selengkapnya

Sinar Gamma

Sinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang sangat pendek (dalam orde Angstrom) yang dipancarkan oleh inti atom yang tidak stabil yang bersifat radioaktif. Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang membawa energi dalam bentuk paket-paket yang disebut foton. Jika sinar gamma masuk ke dalam suatu bahan, juga mengahasilkan ionisasi, hanya saja ionisasi yang dihasilkan sebagian besar melalui proses ionisasi sekunder. Jadi, sinar gamma berinteraksi dengan materi hanya beberapa pasang ion primer saja yang terbentuk. Ion-ion primer itu selanjutnya melakukan proses ionisasi sekunder sehingga diperoleh pasangan ion yang lebih banyak dibandingkan yang terbentuk pada proses ionisasi primer.

Ada tiga proses utama yang dapat terjadi apabila radiasi gamma melewati bahan, yaitu efek fololistrik, hamburan Compton dan produksi pasangan. Ketiga proses tersebut melepaskan elektron yang selanjutnya dapat mengionisasi atom-atom lain dalam bahan. Tiga interaksi utama sinar gamma dapat kehilangan energi ketika melewati suatu materi:

1.          Efek Fotolistrik

Efek Fotolistrik yaitu foton dapat mentransfer seluruh energinya pada electron atomic materil penyerap. Efek Fotolistrik merupakan peristiwa diserapnya energi foton seluruhnya oleh elektron yang terikat kuat oleh suatu atom sehingga elektron tersebut terlepas dari ikatan atom. Elektron yang terlepas dinamakan fotoelektron. Efek Fotolistrik terutama terjadi antara 0,01 MeV hingga 0,5 MeV.

Efek fotolistrik ini umumnya banyak terjadi pada materi dengan Z yang besar, seperti tembaga (Z = 29). Energi foton yang datang sebagian besar berpindah ke elektron fotolistrik dalam bentuk energi kinetik elektron dan sebagian lagi digunakan untuk melawan energi ikat elektron.

2.          Hamburan Compton

Hamburan Compton yaitu foton dating memberikan sebagian energinya pada electron atomic penyerap, foton baru yang muncul memiliki frekuensi yang lebih rendah. Hamburan Compton terjadi apabila foton dengan energi hf berinteraksi dengan elektron bebas atau elektron yang tidak terikat dengan kuat oleh inti, yaitu elektron terluar dari atom. Elektron itu dilepaskan dari ikatan inti dan bergerak dengan energi kinetik tertentu disertai foton lain dengan energi lebih rendah dibandingkan foton datang. Foton lain ini dinamakan foton hamburan.

Kemungkinan terjadinya hamburan Compton berkurang bila energi foton yang datang bertambah dan bila Z bertambah. Dalam hamburan Compton ini, energi foton yang datang yang diserap atom diubah menjadi energi kinetik elektron dan foton hamburan. Perubahan panjang gelombang foton hamburan dari λ menjadi λ’

3.          Produksi Pasangan

Produksi Pasangan yaitu foton dating yang berenergi sekurang-kurangnya 1.02 MeV dapat melakukan materialisasi menjadi pasangan electron - elektron ketika melewati dekat inti, kehadiran inti diperlukan supaya kekekalan momentum dipenuhi.

Produksi pasangan terjadi karena interaksi antara foton dengan medan listrik dalam inti atom berat. Jika interaksi itu terjadi, maka foton akan lenyap dan sebagai gantinya akan timbul sepasang elektron-positron. Karena massa diam elektron ekivalen dengan energi 0,51 MeV, maka produksi pasangan hanya dapat terjadi pada energi foton ≥ 1,02 MeV.

Dalam semua kasus itu energi foton ditransfer pada electron yang diikuti dengan kehilangan energi terutama disebabkan oleh proses eksitasi atau ionisasi atom dalam penyerap.

Pada energi foton yang rendah, efek fotolistrik merupakan mekanisme utama dari kehilangan energi. Pentingnya efek fotolistrik berkurang dengan bertambahnya energi, diganti oleh hamburan Compton. Lebih besar nomor atomic penyerapnya, lebih tinggi pula energi ketika efek fotolistrik memegang peranan penting. Dalam unsur ringan, hamburan Compton berperan utama pada energi foton beberapa puluh keV, sedangkan pada unsur berat peranan utamanya baru terlihat pada energi 1 MeV. Produksi pasangan peluangnya lebih meningkat lebih besar energinya dari energi ambang 1.02 MeV. Lebih besar nomor atomic penyerapnya, lebih rendah ketika produksi pasangan mengambil alih mekanisme utama dari kehilangan energi oleh sinar gamma. Dalam unsur terberat energi persilangn ini ialah sekitar 4 MeV, tetapi untuk unsur yang lebih ringan energi itu melebihi 10 MeV. Jadi sinar gamma dalam daerah energi yang biasa terjadi dalam peluruhan radioaktif  berinteraksi dengan material terutama melalui hamburan Compton.

Baca selengkapnya

Teori Kuantum Einstein tentang Efek Fotolistrik

Dalam postulatnya Planck mengkuantisasikan energi yang dapat dimiliki osilator, tetapi tetap memandang radiasi thermal dalam rongga sebagai gejala gelombang. Einstein dapat menerangkan efek fotolistrik dengan meluaskan konsep kuantisasi Planck. Einstein menggambarkan bahwa apabila suatu osilator dengan energi pindah ke suatu keadaan dengan energi, maka osilator tersebut memancarkan suatu gumpalan energi elektromagnetik dengan energi, Einstein  menganggap bahwa gumpalan energi yang semacam itu yang kemudian dikenal sebagai foton, yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut :

1. Pada saat foton meninggalkan permukaan dinding rongga tidak menyebar dalam ruang seperti gelombang tetapi tetap terkonsentrasi dalam ruang yang terbatas yang sangat kecil.
2. Dalam perambatannya, foton bergerak dengan kecepatan cahaya c.
3. Energi faton terkait dengan frekuensinya yang memenuhi e = hv.
4. Dalam proses efek fotolistrik energi foton diserap seluruhnya oleh elektron yang berada di permukaan logam.

Lima tahun sesudah Planck mengajukan makalah ilmiahnya tentang teori radiasi thermal oleh benda hitam sempurna, yaitu pada tahun 1905, Albert Einstein mengemukakan teori kuantum untuk menerangkan gejala fotolistrik. Secara eksperimental sahihnya teori kuantum itu dibuktikan oleh Millikan pada tahun 1914. Millikan secara eksperimental membuktikan hubungan linear antara tegangan pemberhentian elektron dan frekwensi cahaya yang mendesak elektron pada bahan katoda tertentu.

Pada tahun 1921 Albert Einstein memperoleh hadian Nobel untuk Fisika, karena secara teoritis berhasil menerangkan gejala efek fotolistrik.

Baca selengkapnya