BAGIAN 16: BAHAN PENYERAP SINAR ULTRAVIOLET

      Dengan ditemukannya bahan penyerap sinar ultraviolet, kita tidak perlu khawatir lagi dengan bahaya sinar ultraviolet. Bahan tersebut diciptakan melalui teknologi elektromagnetik. Bahan tersebut terdiri dari tujuh lapisan. Lapisan terluar berupa kaca atau plastik yang berfungsi sebagai pelindung. lapisan di bawahnya (kedua) merupakan lapisan oksida yang transparan (bening) bersifat sebagai konduktor. Lapisan ketiga berupa lapisan bahan yang bersifat elektrokromik. Lapisan keempat yaitu lapisan elektrolit dan kelima berupa larutan tempat berkumpulnya ion-ion. Lapisan terakhir kemudian ditutup dengan lapisan oksida dan lapisan kaca yang sama dengan lapisan pertama dan kedua.
      Cara kerja bahan ini yaitu, adanya beda tegangan yang rendah antara kedua lapisan oksida yang membungkus tiga lapisan dalam menyebabkan terjadinya transfer ion positif (anion) menuju lapisan elektrokromatik. Anion ini didorong melalui lapisan elektrolit sehingga sampai dilapisan elektrokromatik. Kegiatan ini menyebabkan terjadinya perubahan karakteristik optis dan sifat termal bahan sehingga bahan dapat menyerap gelombang cahaya tampak sekaligus panas matahari yang menyertainya.
      Penyerapan gelombang cahaya ini menyebabkan kaca jendela menjadi terlihat gelap. Saat aliran listrik dihentikan, anion yang ada di lapisan elektrokromik terdorong keluar melalui elektrolit dan kembali ke tempat  menyimpan ion (tempat semula). Hal itu mengakibatkan kaca kembali menjadi transparan.

Read More

BAGIAN 15: SINAR ULTRAVIOLET

      Sinar ultraviolet atau ultraungu berarti diatas ungu. Sinar Ultraviolet dihasilkan dari radiasi sinar matahari. Selain itu, juga dihasilkan dari transisi elektron dalam orbital atom. Rentang frekuensi sinar ultraviolet membentang dalam kisaran 80.000 GHz sampai puluhan juta GHz (10 pangkat 17). Sinar ultraviolet datang dari matahari berupa radiasi ultraviolet memiliki energi yang cukup kuat dan dapat mengionisasi atom-atom yang berada di lapisan atmosfer. Dari proses ionisasi atom-atom tersebut dihasilkan ion-ion, yaitu atom yang bermuatan listrik. Lapisan yang terdiri dari ion-ion ini membentuk lapisan khusus dalam atmosfer yang disebut ionosfer. Lapisan ionosfer yang terisi dengan atom-atom bermuatan listrik ini dapat memantulkan gelombang elektromagnetik frekuensi rendah (berada dalam spektrum frekuensi gelombang radio medium) dan dimanfaatkan dalam transmisi radio. 

      Sinar ultraviolet dapat berguna dan dapat juga berbahaya bagi kehidupan manusia. Sinar ultraviolet dapat dimanfaatkan untuk mencegah agar bayi yang baru lahir tidak kuning kulitnya. Selain itu, sinar ultraviolet yang berasal dari matahari dapat merangsang tubuh manusia untuk memproduksi vitamin D yang diperlukan untuk kesehatan tulang dan juga dapat dimanfaatkan dalam proses sterilisasi makanan dimana kuman dan bakteri berbahaya di dalam makanan dapat dimatikan. Karena energinya yang cukup kuat dan sifatnya yang dapat mengionisasi bahan, sinar ultraviolet tergolong sebagai radiasi yang berbahaya bagi manusia (terutama jika terpancar dalam intensitas yang besar). Untungnya, atmosfer bumi memiliki lapisan yang dapat menahan dan menyerap radiasi ultraviolet dari matahari sehingga sinar matahari yang sampai ke bumi berada dalam taraf yang tidak berbahaya, lapisan tersebut ialah lapisan ozon. 

lapisan ozon di atmosfer menahan sebagian radiasi ultraviolet.

      Penggunaan bahan kimia untuk pendingin (lemari es dan AC) berupa freon maupun untuk penyemprot (parfum bentuk spray dan pilok/penyemprot cat), dapat menyebabkan kebocoran lapisan ozon. Hal ini menyebabkan sinar ultraviolet dapat menembus lapisan ozon dan sampai kepermukaan bumi, suatu hal yang sangat berbahaya bagi manusia. Jika semakin banyak sinar ultraviolet yang terpapar ke permukaan bumi dan mengenai manusia, efek yang tidak diinginkan bagi manusia dan lingkungan dapat timbul.

      Kanker kulit dan penyakit gangguan penglihatan seperti katarak dapat ditimbulkan dari radiasi ultraviolet yang berlebihan. Ganggang hijau sebagai sumber makanan alami dan mata rantai pertama dalam rantai makanan dapat berkurang akibat radiasi ultraviolet ini. Hal ini dapat menggangu keseimbangan alam dan merupakan sesuatu yang sangat merugikan bagi kehidupan makhluk hidup di Bumi.   

Read More

BAGIAN 14: SINAR-X

      Sinar-X dikenal luas dalam dunia kedokteran sebagai sinar Rontgen. Dipakai untuk memeriksa organ bagian dalam tubuh. Tulang yang retak di bagian dalam tubuh dapat terlihat menggunakan sinar-X ini. Penemuan sinar-X dianggap sebagai salah satu penemuan penting dalam fisika. Sinar-X ditemukan oleh ahli fisika Jerman bernama Wilhelm Rontgen (1845-1923) saat sedang mempelajari sinar katoda. Saat itu, ia mendapatkan suatu sinar yang tidak tampak tetapi dapat menembus beberapa zat. Selain itu, sinar tersebut dapat menghitamkan pelat potret seperti halnya cahaya . Karena tidak tahu namanya, sinar tersebut dinamai sinar-X. Untuk menghormati Wilhelm K. Rontgen, sinar tersebut juga disebut sinar Rongent.  

      Sinar-X berada pada rentang frekuensi 300 juta GHz ( 10 pangkat 17) dan 50 miliar GHz (10 pangkat 19). Sinar-X memiliki daya tembus yang kuat, besarnya daya tembus sinar-X bergantung pada frekuensi sinar-X dan jenis bahan yang ditembusnya. Sinar-X dapat menembus buku tebal, kayu setebal beberapa centimeter, dan pelat aluminium setebal 1 cm. Meskipun demikian, suatu lapisan besi, tembaga, dan terutama timbal dengan ketebalan beberapa milimeter tidak dapat ditembus sinar-X sama sekali. Cara paling umum untuk memproduksi sinar-X adalah melalui mekanisme yang disebut bremstrahlung atau radiasi perlambatan. Mekanisme ini yang ditempuh oleh Rontgen saat pertama kali menghasilkan sinar-X. Dalam teori radiasi gelombang elektromagnetik diketahui bahwa muatan listrik yang dipercepat (atau diperlambat) akan menghasilkan gelombang elektromagnetik. Selain melalui radiasi perlambatan, Sinar-X juga dihasilkan dari proses transisi internal elektron di dalam atom atau molekul.
      Sinar-X terjadi ketika elektron yang bergerak dengan kecepatan tinggi, mengalami perlambatan saat menumbuk suatu benda. Maka dari itu, monitor TV dan komputer menghasilkan sinar-X karena elektron dari bagian belakang tabung monitor TV atau komputer menabrak layar monitor. Sinar-X juga dihasilkan oleh elektron-elektron yang mengisi kekosongan tempat pada kulit atom bagian dalam. Adapun kegunaan sinar-X adalah sebagai berikut:

1. Untuk memotret kedudukan tulang-tulang dalam badan, khususnya dalam menentukan letak tulang yang patah atau menemukan benda asing di dalam tubuh.
2. Untuk menganalisis struktur bahan. Sinar-X dapat menunjukkan gejala-gejala interferensi jika dijatuhkan pada kristal zat padat. Dari pola interferensi yang dihasilkan, kita dapat mengetahui letak-letak atom dalam kristal.  
3. Untuk mengetahui isi container tanpa membukanya. Sifat sinar-X yang memiliki daya tembus kuat dapat digunakan untuk melihat bagian dalam benda tanpa harus membelahnya.
4. Untuk memeriksa barang bawaan penumpang, khususnya barang-barang yang dilarang.

Read More

BAGIAN 13: SINAR INFRAMERAH

   Inframerah (infrared) berarti di bawah merah. Gelombang inframerah termasuk dalam gelombang elektromagnetik dan berada dalam rentang frekuensi 300 GHz sampai 40.000 GHz (10 pangkat 13). Sinar inframaerah dihasilkan oleh proses di dalam molekul dan benda panas. Getaran atom dalam molekul-molekul benda yang dipanaskan merupakan sumber gelombang inframerah. Oleh karena itu, sinar inframerah sering disebut radiasi panas.Energi matahari yang sampai ke bumi sebagian besar berupa sinar inframerah. Adapun intensitas sinar inframerah bergantung pada suhu dan warna benda. 

      Foto inframerah yang bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk membuat lukisan panas dari suatu daerah atau objek. Hasil lukisan panas dapat menggambarkan daerah mana yang panas dan tidak. Suatu lukisan panas dari satu gedung dapat digunakan untuk mengetahui daerah mana dari gedung itu yang menghasilkan panas berlebihan sehingga dapat dilakukan perbaikan-perbaikan yang diperlukan. Kegunaan inframerah antara lain sebagaimana berikut:

1. Untuk mempelajari struktur molekul suatu bahan. Radiasi inframerah yang dihasilkan oleh setiap atom dalam molekul adalah khas, sehingga spektroskopi inframerah dapat digunakan untuk mempelajari struktur molekul.
2. Untuk mendeteksi tumbuhan di muka bumi. Setiap tumbuhan dan makhluk hidup, bahkan benda mati memancarkan inframerah dengan intensitas dan frekuensi berbeda. Melalui satelit yang dilengkapi dengan film dan bersifat peka terhadap sinar inframerah, maka dapat dideteksi spesies tumbuhan di bumi secara rinci.
3. Untuk mendiagnosis kesehatan. Kesehatan seseorang dapat didiagnosis melalui penyelidikan radiasi inframerah pada kulit organ tersebut.
4. Untuk mengeringkan mobil sehabis dicuci atau dicat. Sifat panas sinar inframerah digunakan untuk mengeringkan cat mobil atau mobil yang telah dicuci. 

Suhu kulit manusia tidak merata difoto dengan Sinar infrared

Read More

BAGIAN 12: SEL SURYA

      Sel surya digunakan manusia untuk menampung gelombang sinar matahari sehingga manusia memperoleh bentuk energi baru. Kita pasti telah mengetahui bahwa sinar matahari juga merupakan gelombang. Sinar matahari ini dapat digunakan sebagai sumber energi baru, misalnya, pada pembangkit listrik digunakan untuk mobil bertenaga surya, bahkan digunakan sebagai sumber energi pesawat bertenaga surya. Para ahli telah benyak yang meneliti pemanfaatan energi matahari ini. Bahkan telah dibuat mobil-mobil bertenaga surya yang menggunakan energi matahari untuk menggerakkannya.

Sel Surya

 Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan  saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala  milliampere per cm². Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. 

Modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk memperbesar total daya output.

Struktur Sel Surya

       Seiring dengan berkembangnya teknologi dan sains, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula (Jenis-jenis teknologi surya akan dibahas di tulisan “Sel Surya : Jenis-jenis teknologi”). Dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini yaitu sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sel surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis).  

 Struktur dari sel surya komersial yang menggunakan material silikon sebagai semikonduktor.

Prinsip Kerja Sel Surya
      Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar.  Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif)  sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya.  Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.

 Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada  semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana  ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah.

Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction.

Read More

BAGIAN 11: LANJUTAN APLIKASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

B. Satelit Buatan

         Satelit buatan adalah seperangkat alat elektronik yang diorbitkan pada orbit tertentu di luar angkasa. Satelit buatan ini mengorbit mengelilingi bumi seperti halnya bulan. Satelit digunakan manusia khususnya dalam bidang telekomunikasi dam meteorologi. Dalam bidang telekomunikasi yaitu digunakan untuk menerima dan menyebarkan gelombang televisi dari suatu tempat di bumi kemudian menyebarkannya kebahagian bumi yang lain sehingga informasi dapat disampaikan saat itu juga. Misalnya, kita dapat melihat tayangan sepak bola liga itali secara langsung. Rekaman pertandingan tersebut diubah menjadi gelombang gelombang elektromagnetik dan dipancarkan. Gelombang ini diterima oleh satelit dan disebarkan kembali ke bumi sehingga belahan bumi lain dapat menerima gelombang ini. Di belahan bumi tersebut gelombang elektromagnetik di ubah kembali menjadi bentuk gambar dan suara. Penjalaran gelombang dari bumi ke satelit terlihat pada gambar dibawah ini.

Penjalaran gelombang dari bumi ke satelit dan sebaliknya

Dari gambar di atas terlihat bahwa sebuah satelit memancarkan gelombang dalam segala arah. Gelombang langit menjalar ke atas dan dipantulkan oleh ionosfer kembali ke bumi karena gelombang-gelombang ini dapat diterima dari seluruh horizon. Beberapa gelombang dapat mengenai tanah dan di pantulkankan kembali. Gelombang mikro tidak dipantulkan ionosfer melainkan diteruskan ke satelit. Gelombang yang diterima oleh satelit ini digunakan untuk mentransmisikan informasi ke stasiun-stasiun penerima di bumi.

 

Read More