Cahaya, menurutTeoriGelombang Wiwit Suryanto
Isi Kuliah • Teori-teorirefraksidankecepatancahaya • Perambatangelombangperiodik • TeoriGelombang Young danFrensnel • Warna • Elektrostatik • Elektrifikasiolehgesekan • Model terkinidarielektrifikasi • Insulator danKonduktor • Elektroskop • Hukum Coulomb untukelektrostatik • Medan elektrostatik • Garis-garisgaya • Beda potensiallistrik • Pemakaiankonseppotensial • Elektrokimia • Muatanatomik Max Planck (1858-1947)
Konseprefraksi (Descartes) • Padatahun 1637, Rene Descartes dalambukunya Optics menyatakanbahwaperambatancahayamiripdenganperambatanimpulsmekanikpadatongkat yang digunakan orang butamengetahuiobyekdidepannya. • Bola tenisdigunakanuntukmenggambarkankonseppemantuan/pembiasan
Konseprefraksi (Huygens) • Huygens dalambukunya Treatise on Light (1690)
Konseprefraksi • Cahayamerambatdengankecepatanberhingga
PerambatanGelombangPeriodik Perambatangelombangbunyi di udara Perambatangelombang transversal padatali
INTERFERENSI GELOMBANG Interferensidariduagelombang yang samanamunbergerakkearahberlawanan, menghasilkangelombangbaru SOME EXAMPLES :
TeoriGelombangoleh Young danfresnel Gambarasli Thomas Young menunjukkanefekinterferensi yang akannampakdaricelahsempit A dan B yang salingoverlap. (Tempatkanmata di dekatujungkirigambar, danlihat yang terjadi!) Padasebelahkanangambar, tidakadasinar yang diterimadimanagelombangdaricelah A berinterferensidestruktifdengangelombangdaricelah B. Perhatikanbahwa di tempattersebut, mukagelombang (ditunjukkanberbentukbusurlingkaran) daricelahAjatuhtepatdiantaramukagelombangdaricelah B.
Poisson bright spot
Polarisasicahaya Berkascahaya yang belumterpolarisasi (getarankesemuaarahpadabidang yang tegaklurusdenganarahpenjalaran) melewatikristal (tourmaline contohnya), yang manaakanmenghilangkankomponenhorisontaldatigetaran, danhanyamenyisakankomponenvertikalnya.
warna Salah satueksperimen Newton yang sangatpentingadalaheksperimen yang menunjukkanbahwacahayaputihterdiridariberbagaimacamberkaswarna. Sinarmatahari yang dilewatkanmelaluilubang F kemudianmelewatiprisma ABS, berkas yang terrefraksikanmenghasilkanbanyakspektrumwarna di papan DE. Salah satuberkaswarnanyakemudiandilewatkanmelaluilubangkecil di papan DE kemudianmengenaipapan de, yang kemudiandirefraksikanolehprismakedua (abc) danmengenaitembokdanmenghasilkan NM. Newton mendapatkanhasilbahwarefraksikeduatidakmerubahwarnaberkassinarnya.
Elektrostatik Dr. rer.nat. WiwitSuryanto
pendahuluan • Di abad ke-19, ilmuwanbanyakmengeksplorasisifat-sifatfisik atom (gayamekanik, momentum, energikinetik, tabrakanelastis, dll) • Setelahelektronditemukan, di abad ke-20, parailmuwanmulaiberalihuntukmenelitimengenaimuatan, potensiallistrikdanmedanlistrik. • Menengoksejarahperkembanganilmulistrikstatis, Benyamin Franklin (1706-1790) adalahilmuwanAmerika yang mendalamifenomenakelistrikan (penangkalpetiradlsalahsatutemuannya). • Di Philadelphia, Franklin membuatklubdebat, yang nantinyamenjadiAmerican Philoshophical Society • Franklin jugamembantumendirikanUniversitas Pennsylvania (dimana, Franklin dikenalsebagai “the Newton of electricity”)
Elektrifikasimelaluigesekan Kata electricityberasaldaribahasaYunani, electron(berarti amber), yang padamasaYunani, ketikabatu amber digesekkanpadapakaianakanmenimbulkanlistrikstatis. • Tongkatkaca yang digesekkandengankain sutra, akansalingmenariktanpapengaruhgayagravitasi. • Duatongkatkaca yang digesekpadakain sutra akantolakmenolak. • Tongkat resin (ataukaret, amber) yang digesekkanpadabaju sutra. Tongkattsbakantarikmenarikdgn sutra, namuntolakmenolakdengantongkatkaca • Duatongkat resin digesekpada sutra, ternyatatongkat resin tersebutakantolakmenolak • Eksperimenlebihlanjut, tidakada yang menunjukkankain sutra ditolakoleh material yang barusajadigesekkan (diberimuatan), dansebaliknya. • Duabenda yang netraldapatsalingmengisimuatandengancaragesekan, namunharusdenganmuatan yang berlawanan • Hanyaterdapatduajenismuatan yang dapatberinteraksi, positif (+) dannegatif (-). Muatanpositifterdapatpadakaca yang digesekdengan sutra, muatannegatifterdapatpada resin yang digesekpada sutra (ataubulu) HASIL EKSPERIMEN
Hukumkonservasimuatan Hukumkonservasimuatan (“conservation of charge”) menyatakanbahwamuatanlistrikhanyabisadidapatkanolehpasanganmuatanpositifdannegatif yang samabesarnya.
Model terkinidarielektrofikasi Semuabenda, baikpadat, cairmaupun gas adalahatomikpadastrukturdasarnya. Tiapatomnya, padaumumnyadapatkitaanggapbermuatannetral, namunsebenarnya atom sendiritersusundariinti yang sangatpositifmuatannya(sebagaipusat atom yang hampirmenyamaimassa total atom tersebutdengan diameter 10-14m), dikelilingiolehelektronbermuatannegatifdenganjarak yang relatifjauh(10-10m). Semuaelektronadalahsama, dansangatringandibandingdenganinti atom.
Model terkinidarielektrofikasi (contd.) Sifatnetraldari atom adalahkonsekwensidarikeseimbanganmuatanpositif (dariinti atom) danmuatannegatif (darielektron). Ketikaelektronsedemikiansehinggaterlepasdari atom asalnya, atom tersebutakankekuranganmuatannegatifelektron, atom tersebut yang dinamakan ion positif. Elektron yang terpisah, disebutelektronbebas; danpadasuatuwaktuelektronbebasdapattergabungdengan atom bermuatannetral, danakanmenjadikannya ion negatif.
Insulator danKonduktor Melaluieksperimen, material dapatdibedakanmenjadiduajenis Material yang dapatmenahanmuatanketikadiletakkankesuatutempatdimanamuatanberadasebelumnya Material yang, ketikadiletakkanpada material lain yang bermuatanakansalingtolakmenolak, danmengalirkansertamendistribusikansemuamuatan yang ada, dimanapun material tersebutdiletakkan INSULATOR KONDUKTOR
Insulator danKonduktor (contd.) Nonkonduktor yang didekatkanpadabendabermuatan.
elektroskop Mengisimuatanelektroskop Leaf Electroscope
Hukum coulomb untukelektrostatis Dengan,
Medan elektrostatis Vektorgayalistrikdaribendabermuatanlistriksederhana. Di sekitarbendabermuatanpositif (a), dan di sekitarbendabermuatanberlawanan (b) • Tigakarakteristikpentingdarikonsepintensitaskelistrikan (E): • Magnitudodari E padatitik P dapatditentukandenganmelakukanpercobaanmuatan. • Arah E pada P, secarakonvensi, adalahsamadenganarahgayapadapercobaanmuatanpositifpada P. • Satuandari E adalahsatuandarigaya/muatan, biasanyadalam N/coulomb.
Garis-garisgaya Garis-garisgayalistrikolehmuatantunggal (a), danolehmuatanberpasangan (b) Gambar di atasmenunjukkanbendakecilbermuatanpositif yang beradapadakondisi yang berbeda. Semuagayaselaingayalistrikdiabaikann, daninersiabendajugadiabaikan. Dari situ nampakbahwaarahdarigaya (digambarkanolehgarisdengananakpanah) mengikutiarahgaya yang bekerjapada q di setiaptitiksepanjanggaristersebut, danmenurut Faraday, kitadapatmenyebutgarisinisebagaigarisgaya. Padasetiaptitiksepanjanggaris, gaya yang bekerjapada q tangensialterhadapgaristersebut, namungaristersebuthanyamenggambarkanarahgayanyasaja, bukanbesarnya.
Beda potensial (v) Kualitatif Kuantitatif Beda potensial VABantaraduatitik A dan B adalahperbandingan yang didapatkanketikamuatanpositif q berpindahdari B ke A dibagidenganbesarbesarmuatan q. Secaradefinisi 1 joule.coulomb = 1 volt.Ketikakitamembandingkanbedapotensialantara A dan B akanlebihmudahdaripadamenentukanpotensialdari A (gambar di atas), karenatidakadanyatitikreferensi. Karenaitu, bumidigunakansbgtitikreferensi(bendabesardantakbermuatan)
Penggunaankonseppotensial • Jikatanda (jenis) muatan Q diikutsertakandalamperhitungan, VAakanmunculdalamtanda + atau – yang benar. • Dikarenakansatuankeadalah N-m2/coulomb2, satuan VAadalah N-m/coulomb. Hal inikonsistenpadapernyataansebelumnyadimanadinyatakanbedapotensialmemilikisatuan joules/coul, karena 1 joule = 1 N-m • Sepertikonsepusahaitusendiri, potensialadalahbesaranskalar, karenanyaoperasipenambahansederhanadapatdilakukanuntukmenghitungpotensial total di setiaptitikpadakeadaan yang memilikilebihdarisatutitikmuatan. Olehkarenaitu, sebuahtitik yang berada di antaramuatanberpasangan yang memilikijarak yang samadanmuatan yang samaakanmemilikipotensialsebesar 0 relatifterhadapbumi(namungayanyatidaknol!) • Sesuaidenganpenurunanrumusnya, tidakadabatasanseberapadekatbenda (bola) bermuatandengantitik A. Sebenarnyatitik A bisasajaterletaktepat di permukaan bola tersebut, dalamkasusini, potensialdari bola, VS, adalahperbandinganantaramuatannyadenganjari-jarinyarS, yaitu VS=keQ/rS.
Penggunaankonseppotensial (contd.) • Kita dapatdenganmudahmenentukanenergipotensialdarisebuahtitikmuatan q padajarakrAdarisebuahtitikmuatan Q. • Kita tahubahwagayalistrik FEpadamuatandiantaradua plat yang samanamunberlawananmuatanadalahkonstan (gambar di atas). Konsekwensinya, intensitaselektrisitas E jugakonstan. • karena FE/q=E, maka: /s
elektrokimia Gambar di atasmenunjukkanmigrasi ion-ion kearahelektrodapada proses elektrolisis. Elektrolisisadalahefekarusdekomposisipadalarutan/cairantertentu. Aruslistrikterbuktidapatmenjadialatuntukmemisahkanmolekulmenjadielemen-elemnnyayang tidakdapatdipisahkandengancarakimia/fisika. Gambar di atasmenunjukkan proses elektrolisispadalarutanNaCl, dimana sodium (Na) akanmenujukeelektrodanegatif, sementaragelembung gas kloridaberadapadaelektrodapositif. Penentuanmassaelemen yang dilepaskanpada prose elektrolisisdirumuskansbb:
Muatanatomik Dengan,
referensi
