Bagus Dd New Website

Mengapa Gelas Transparan

Gelas dan kaca termasuk benda yang sangat akrab dalam kehidupan kita. Namun pernahkah kita berpikir kenapa gelas dan kaca bisa tembus pandang? Bagi kita-kita yang gak pedulian amat gak akan ambil pusing. Tapi bagi mereka yang tahu gelas dan kaca itu terbuat dari Silicon Dioxide (SiO₂) yang notabene juga ada dalam pasir dan batu, bakalan pusing… kenapa pasir dan batu gak tembus pandang ya?

Kenapa ya? Sebelum kita bahas kenapa, ada baiknya kita pahami dulu apa itu transparan (transparant) dalam pandangan fisika.

Apa itu Transparan?

Transparan dikaji secara khusus dalam optik. Sebuah material dikatakan bersifat transparant ketika dia melewatkan cahaya (light). Misalnya udara bersih, air jernih, gelas, kaca, dan plastik.

Bagaimana proses transparansi itu?

Kita bisa melihat pada jarak pandang sampai berkilometer melewati udara bersih. Ini dimungkinkan karena elektron yang ada dalam material udara, yang menyerap photon kalau ditembakkan cahaya, tidak memiliki level energi yang dibutuhkan untuk menyerap photon tersebut. Sehingga photon tersebut diteruskan saja.

Tunggu tunggu.. apa itu photon? Apa pula itu level energi?

Photon adalah quantisasi dari cahaya. Secara sederhana bisa disebut “partikel cahaya”. Haa??? Cahaya itu partikel? Bagaimana bisa? Ya, pada dasarnya karena photon inilah cahaya (light) dan benda (matter) memiliki apa yang disebut sifat “dualisme partikel-gelombang”. Baik cahaya maupun benda bisa bersifat sebagai partikel (punya massa), disaat yang lain bisa sebagai gelombang (punya frekuensi).

Level energi adalah tingkatan energi pada orbit atom yang didefenesikan oleh Bohr dalam model atom hidgrogennya:

(Tanda minus menyatakan besarnya energi yang dibutuhkan sistem, atau disebut juga Binding Energy).

Di mana eV adalah electron Volt, satuan energi yang biasa dipakai dalam skala atomik, dan n adalah nomor orbit. n = 1 adalah orbit pertama atau terdekat dengan inti atom. Bayangkan peredaran tata surya kita adalah atom, matahari adalah inti atom dan planet2 adalah elektron yang beredar memutari inti atom. Bumi berada pada n = 3.

Arti fisis dari persamaan itu adalah, electron yang berada di n=1 butuh energi sebanyak 13.6 [eV] untuk pergi dari orbitnya. Dari mana dia dapat energi itu? Dari photon, yang menyumbangkan energi sebanyak hv. Jadi, untuk berpindah ke n=2, elektron itu butuh suntikan energi sebesar:

Di mana h = konstanta Planck, dan v = frekuensi photon.

Selanjutnya kita masuk pada bagian penting dari postulat Bohr tentang Quantum Atom. Kalau elektron itu melompat ke n yang lebih rendah (spontan emition), maka elektron itu akan MENGHASILKAN photon. Sebaliknya, untuk melompat ke n yang lebih tinggi, elektron MEMBUTUHKAN photon. Kalau ternyata tidak ada lagi n yang tersedia untuk dilompati, maka photon tadi cuma numpang lewat saja, tidak diapa2in. Digoda aja gak…

INILAH yang terjadi pada gelas dan kaca. Struktu kristal SiO2 dalam gelas dan kaca tidak memungkinkan elektron melompat ke kulit yang lebih tinggi walau sudah mendapat suntikan tenaga dari foton, sehingga foton tadi dilewatkan begitu saja.

Apa akibatnya kalau foton itu dilewatkan saja?

Maka mata kita akan menerima cahaya yang berasal dari balik gelas atau kaca itu, dan bayangan2 benda akan jatuh di retina mata kita memungkinkan kita MELIHAT benda di balik gelas atau kaca tadi.

Itulah mengapa gelas dan kaca tembus pandang, sementara batu tidak.

Sebagai tambahan, pewarnaan gelas dan kaca mungkin dilakukan dengan sedikit merubah struktur kristal SiO2, sehingga ada foton yang terserap, dan yang tidak terserap akan memberikan efek warna. Kalau foton yang tidak terserap adalah warna kuning, maka gelas atau kaca akan berwarna kuning.

Gimana, asikkan? Setelah membaca artikel ini, maka kamu2 semua akan lebih menyadari betapa indah dan nikmatnya gelas dan kaca itu. Ajaib, fantastis. Walau demikian, jangan sekali-kali memakannya kecuali sudah punya ilmu kebal :p

Referensi: * H. Haken & H. C. Wolf, “The Physics of Atoms and Quanta”, Chapter 8, 6th edition, Springer * C. Kittel, “Introduction to Solid State Physucs”, mostly Chapter 11, 7th edition, John Wiley & Sons sehari-hari. Gak usah diterangin dech, manfaat dan kegunaannya. Dan juga gak usah ditanya dech, kenapa kita butuh gelas dan kaca.

Sumber : Febdian

Kenyataannya, dua fenomena ini sebenarnya adalah satu fenomena tunggal yang sekarang disebut elektromagnetik. James Clerk Maxwell pada tahun 1865 lewat publikasinya A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field membuktikan bahwa baik listrik dan magnet adalah satu entiti yang tidak bisa dipisahkan. Sebelum itu sudah ada empat hukum terpisah untuk menjelaskan listrik dan magnet: Hukum Gauss untuk listrik, Hukum Gauss untuk magnet, Hukum Faraday untuk induksi magnet, dan Hukum Ampere untuk induksi listrik. Saat itu orang sudah menyadari bahwa listrik mempengaruhi magnet dan magnet mempengaruhi listrik. Cuma tidak ada yang mengerti kenapa bisa begitu. Kuncinya adalah foton, partikel cahaya: interaksi listrik dan magnet sama-sama melibatkan foton.

Lain kesempatan, mudah-mudahan Allah SWT mengizinkan, kita bahas satu per satu percobaan yang dilakukan Gauss, Faraday, dan Ampere ini.

Kembali kepada tulisan Priyadi yang menyangsikan kebenaran teori (katakanlah demikian) bahwa medan magnet yang dihasilkan kereta api yang melintas di atas relnya mempengaruhi sistem penyalaan mobil sehingga menyebabkan mobil mogok. Kemudian bisa ditebak: kecelakaan. Priyadi menulis:

Kita bisa meninjau kasus ini dari hukum gaya Lorentz, seperti yang saya tulis dalam komentar #76 di tulisan tersebut. Tentu saja saya tidak ingin mengulangi apa yang sudah saya tulis di sana. Alih-alih, saya mau sedikit bernostalgia dengan gaya listrik dan magnet ini. Mari kita mulai dengan gaya Lorentz. Gaya Lorentz adalah gaya total yang dihasilkan oleh benda bermuatan di dalam medan listrik dan medan magnet, ditulis dengan: F_Lorentz = F_listrik + F_magnet.

gaya listrik dan gaya magnet

Apa itu gaya listrik dan gaya magnet? Sebelum itu, mari kita mundur sedikit ke belakang: Apa itu gaya? Gaya merupakan konsep paling dasar dalam fisika, didefenisikan sebagai pengaruh pada sebuah sistem yang menyebabkan sistem mengalami percepatan (Concise Encyclopedia of Physics, McGraw-Hill, 2004) — gaya menyebabkan terjadinya perubahan pergerakan sistem. Apa bila sebuah objek menghasilkan gaya dan ada objek lain yang terpengaruh oleh gaya ini, maka inilah yang disebut interaksi. Ada empat interaksi dasar yang “mengatur” alam raya ini, yaitu interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetik, interaksi lemah, dan interaksi kuat (pernah dibahas di situs ini)

Gaya listrik dihasilkan oleh sebuah objek bermuatan q di dalam medan listrik E, ditulis F_listrik = q*E. Sementara gaya magnet dihasilkan oleh pergerakan objek bermuatan q dengan kecepatan vB. Sehingga persamaan gaya Lorentz bisa ditulis sebagai F_Lorentz = q*E + q*v x E. Perlu diingat, di sini kita melibatkan operasi vektor (kuantiti yang ditebalkan adalah besaran vektor). di dalam medan magnet

Gaya listrik pada prinsipnya memiliki dua sifat, yaitu tarik-menarik (attractive)antara dua objek bermuatan beda dan tolak-menolak (repulsive) antara dua objek bermuatan sama. Elektron (muatan negatif) yang mengorbit inti atom (bermuatan positif) adalah contoh dari gaya Coulomb. EOM-nya mirip-mirip dengan gaya Gravitasi - tidak heran Einstein sampai terkecoh karena salah memulai dalam penyatuan interaksi dasar menjadi sebuah teori (baca: Pengejaran Panjang Mimpi Einstein). Gaya Coulomb adalah contoh gaya listrik yang melibatkan objek muatan titik (point charge object). Sementara untuk objek yang lebih kompleks, misalnya silinder atau bola, maka dipakailah Hukum Gauss untuk listrik.

Medan listrik dan medan magnet

Bagaimana dengan medan listrik? Paling gampang menjelaskannya dengan ilustrasi berikut: Apabila ada dua plat yang berbeda muatan diletakkan berdekatan (tapi tidak menempel), maka di antara dua plat tersebut terciptalah medan listrik. Pada kasus muatan titik, seperti elektron misalnya, maka objek tersebut memancarkan medan listrik ke segala arah.

Gaya magnet juga pada prinsipnya memiliki dua sifat, yaitu tarik-menarik apabila berbeda kutub dan tolak-menolak apabila sekutub. Medan magnet bisa diamati langsung dengan percobaan yang pernah kita lakukan saat SD: letakkan sehelai kertas di atas sebatang magnet, kemudian taburkan serbuk besi. Serbuk besi akan membentuk pola tertentu dari kutub Utara ke kutub Selatan magnet. Inilah medan magnet!

Nah, fenomena magnet dan listrik kalau berdiri sendiri tidak begitu asik. Teknologi elektronik berkembang kalau fenomena magnet dan listrik dipertemukan. Satu sama lain saling mempengaruhi, menciptakan ribuan fenomena baru lainnya. Hari telah larut malam, angin dan hujan berderai di luar. Jendela kamar saya terbuka, sepertinya saya masuk angin. Kalau ada waktu, nanti kita sambung lagi. Semoga bermanfaat!

Sumber : Febdian