RUMUS - RUMUS FISIKA

 RUMUS - RUMUS FISIKA

Fisika Atom dan Fisika Inti

Partikel-partikel pembentuk inti atom adalah proton (₁P¹) dan netron ( ₀n¹). Kedua partikel pembentuk inti atom ini disebut juga nukleon.
Simbol nuklida : _ZX^A atau _Z^AX dengan
A = nomor massa
Z = jumlah proton dalam inti = jumlah elektron di kulit terluar
N = A - Z = jumlah netron di dalam inti atom
Proton bermuatan positif = 1,6 x 10^-19 C dan netron tidak bermuatan.
Isoton : Atom-atom unsur tertentu ( Z sama) dengan nomor massa berbeda.
Isoton: kelompok nuklida dengan jumlah netron sama tetapi Z berbeda.
Isobar: kelompok nuklida dengan A sama tetapi Z berbeda.
Massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon-nukleon pembentuknya. Akibatnya ada energi ikat inti.

Contoh: 2p + 2n ® ₂He⁴ jadi Dm = m(2p + 2n) - m(₂He⁴)
Energi ikat inti DE = Dm c² ® Dm = (Z . mp + N . mn) - m_inti
Dalam fisika inti satuan massa biasa ditulis 1 sma (1 amu) = 1.66 x 10^-27 kg = 931 MeV/C²
satuan Dm :
kg ® E = Dm . c² (joule)
sma ® E = Dm . 931 (MeV)
Stabilitas inti:
Suatu nuklida dikatakan stabil bila terletak dalam daerah kestabilan pada diagram N - Z.
Untuk nuklida ringan (A < 20) terjadi kestabilan bila Z = N (N/Z = 1), sedangkan untuk nuklida dengan Z > 83 adalah tidak stabil.
Contoh:
1. Sumber energi matahari adalah reaksi inti 4 proton ® helium + 2e⁺ diketahui:
- massa proton = 1,6726 x 10^-27 kg
- massa e+ = 0,0009 x 10^-27 kg
- massa helium = 6,6466 x 10^-27 kg
Jika dalam reaksi ini terbentuk 6,6466 gram helium, hitunglah energi yang dihasilkannya.
Jawab:
Dalam setiap reaksi yang terjadi: 4 ₁p¹ ® ₂He⁴ + 2e⁺, selalu terbentuk 1 ₂He⁴ yang massanya 6,6466 x 10^-27 kg. Karena terbentuknya 6,6466 gram ₂He⁴, maka jumlah reaksi yang terjadi (n) adalah:
n = (6,6466 gram) / (6,6466 x 10^-27) = 1024 kali reaksi.
Dari rumus Defek massa:
Dm = M(Dp) - M(1 ₂He⁴ + 2e⁺) = 0,042 x 10^-27 kg
Jadi energi total reaksi yang dihasilkan:
E = n . Dm . c² = 1024 . 0,042 x 10^-27 (3.10⁸)² = 0,378 x 10¹³ joule

RADIOAKTIFITAS

Radioaktivitas adalah peristiwa pemancaran sinar-sinar a, b, g yang menyertai proses peluruhan inti.

Sinar a :	- identik dengan inti atom helium (2He4) - daya tembusnya kecil tapi daya ionisasinya besar.
Sinar b :	- identik dengan elektron ( le.) - daya tembus cukup besar tapi daya ionisasinya agak kecil
Sinar g :	- tidak bermuatan (gelombang elektromagnetik). - daya tembus paling besar tapi daya ionisasinya kecil   (interaksi berupa foto listrik, Compton den produksi   pasangan).

Kuat radiasi suatu bahan radioaktif adalah jumlah partikel (a, b, g) yang dipancarkan tiap satuan waktu.
R = l N
R = kuat radiasi satuan Curie
     1 Curie (Ci) = 3,7 x 1010 peluruhan per detik.
l = konstanta pelurahan, tergantung pada jenis isotop dan jenis      pancaran radioaktif, yang menyatakan kecepatan peluruhan inti.
N = jumlah atom.
Waktu paruh (T ½) adalah waktu yang diperlukan oleh ½ unsur radioaktif berubah menjadi unsur lain.
T½ = ln 2/l = 0,693/l                Þ         N = Noe-lt = No(½)-t/T
Jadi setelah waktu simpan t = T½ massa unsur mula-mula tinggal separuhnya, N = ½ No ATAU setelah waktu simpan nT½ Þ zat radioaktif tinggal (½)n
Sinar radioaktif yang melewati suatu materi akan mengalami pelemahan intensitas dengan rumus:
I = Ioe-mx
Io = intensitas mula-mula (joule/s.m2)
m = koefisien serap materi (m-1 atau cm-1)
x = tebal materi/bahan (m atau cm )
Bila I = ½ Io maka x = 0,693/m Þ disebut HVL (lapisan harga paruh) yaitu tebal keping yang menghasilkan setengah intensitas mula
Jenis detektor radioaktif:

1. Pencacah Geiger(G1M)
   untuk menentukan/mencacah banyaknya radiasi sinar radioaktif
   
   
2. Kamar Kabut Wilson
   untuk mengamati jejak partikel radioaktif
   
   
3. Emulsi Film
   untuk mengamati jejak, jenis dan mengetahui intensitas partikel radioaktif
   
   
4. Pencacah Sintilad
   untuk mencacah dan mengetahui intensitas partikel radioaktif.

TRANSMUTASI INTI DAN PIRANTI EKSPERIMEN FISIKA INTI

TRANSMUSI INTI

1. Fisi
   Peristiwa pembelahan inti atom dengan partikel penembak, sehingga menghasilkan dua inti baru dengan nomor massa yang hampir sama.
   
   Contoh: Dalam reaktor atom: U235 + n Þ Xe140 + Sr94 + 2n + E
   
   
2. Fusi
   Peristiwa penggabungan dua inti atom ringan, menghasilkan inti atom baru yang lebih berat.
   
   Contoh: reaksi di matahari: 1H2 + 1H2 ® 2He3 + on1

PIRANTI EKSPERIMEN FISIKA INTI

1. Reaktor Atom
   Tempat berlangsungnya reaksi fisi, yaitu penembakan Uranium (U) dengan netron (n), menghasilkan banyak n yang dapat dikendalikan. Bila tidak dikendalikan ® terjadi bom atom.
   
   Komponen reaktor :
   - batang kendali
   - moderator
   - perisai
   - bahan bakar
   
   
2. Siklotron
   Tempat pemercepat partikel (proton atau netron). Energi hingga 100 MeV.
   
   
3. Betatron
   Tempat pemercepat elektron. Energi hingga 300 MeV.
   
   
4. Sinkrotron
   Tempat pemercepat proton. Energi yang dicapai hingga 500 GeV.
   
   
5. Akselerator
   Tempat pemercepat proton atau elektron. Energi hingga 10 GeV.
   

Semua piranti di atas digunakan untuk melakukan transmutasi inti.

RADIOISOTOP, DIFRAKSI SINAR - X DAN PITA ENERGI

RADIOISOTOP
Radioisotop adalah isiotop dari zat radioaktif, dibuat dengan menggunakan reaksi inti dengan netron.

misalnya 92 U 238 + 0 n 1 ® 29 U 239 + g
Penggunaan radioisotop:
- Bidang hidrologi
- biologi
- industri

DIFRAKSI SINAR-X
Jika seberkas sinar-X datang pada kristal, maka sinar-sinar yang dipantulkan akan saling memperkuat (interferensi konstruktif). Dalam hal ini berlaku Persamaan Bragg yaitu :

ml = 2d sin q m = 1, 2, 3, ........ = orde difraksi l = panjang gelombang sinar X d = sudut antara sinar datang dengan permukaan kristal

PITA ENERGI
Teori pita energi dapat menerangkan sifat konduksi listrik suatu bahan.
Pita energi terdiri atas dua jenis yaitu:

1. Pita valensi (terisi penuh oleh 2N elektron di mana N adalah jumlah atom suatu bahan)
   
   
2. Pita konduksi (terisi sebagian elektron atau kosong)

Di antara pita valensi dan pita konduksi terdapat celah energi yang layak tidak boleh terisi elektron.

SEMIKONDUKTOR

Hambatan jenis (kebalikan dari konduktivitas listrik) suatu bahan dapat dikelompokkan menjadi:

1. Konduktor ( < 10-6 Wm)
   
2. Semikonduktor (10-6 Wm - 104 Wm)
3. Isolator ( > 104 Wm)

Hubungan hambatan jenis (o) terhadap suhu

Pada bahan semikonduktor, hole (kekosongan) den elektron berfungsi sebagai pembawa muatan listrik (pengantar arus).
Semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum disisipkan atom-atom lain (atom pengotor).
Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang sudah dimasukkan sedikit ketidakmurnian (doping). Akibat doping ini maka hambatan jenis semikonduktor mengalami penurunan. Semikonduktor jenis ini terdiri dari dua macam, yaitu semikonduktor tipe-P (pembawa muatan hole) dan tipe-N (pembawa muatan elektron).

Komponen semikonduktor:

1. Dioda, dapat berfungsi sebagai penyearah arus, stabilisasi tegangan dan detektor.
   
   
2. Transistor, dapat berfungsi sebagai penguat arus/tegangan dan saklar.Transistor terdiri dari dua jenis yaitu PNP dan NPN.
   
   Semikonduktor tipe-P
   
   

   Gbr. Semikonduktor tipe-P

   
   
   En = tingkat energi akseptor
   Eg = celah energi
   
   
   Semikonduktor tipe-N
   
   

   Gbr. Semikonduktor tipe-N

   
   En = tingkat energi donor
   Eg = celah energi