BIOGRAFI GALILEO GALILEI

Galileo Galilei dilahirkan di Pisa, Tuscany pada tanggal 15 Februari 1564 sebagai anak pertama dari Vincenzo Galilei, seorang matematikawan dan musisi asal Florence, dan Giulia Ammannati. Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. Galileo menerima pendidikan pertamanya di sebuah biara di dekat Florence. Sang ayah sebenarnya berharap anaknya kelak menjadi seorang dokter karena gajinya besar, berpuluh-puluh kali gaji seorang ahli matematika. Oleh karena itulah pada tahun 1581, dalam usia 17 tahun, Galileo msauk jurusan Kedokteran Universitas Pisa. Namun, Galileo bosan kuliah kedokteran. Dia lalu mempelajari matematika dari Cosimo de Midici seorang guru si istana Tuscan.

 Ia sudah dididik sejak masa kecil. Ketika manjadi mahasiswa kedokteran, Galileo justru melakukan penelitian di bidang yang lain. Dia menemukan sebuah lampu gantung yang bergoyang dan memperhatikan bahwa waktu yang diperlukan lampu itu untuk ayunannya adalah tetap sama, bahkan bila kecepatan ayunan lampu itu bertambah dengan cepat. Dia kemudian melakukan percobaan terhadap benda-benda tertentu dan mendapati bahwa benda-benda itu juga mengalami hal yang sama. Hal inilah yang mengingatkan dia terhadap prinsip pendulum.

Dari penemuan tersebut Galileo menemukan alat untuk mengukur waktu yang menurut para dokter dapat digunakan untuk mengukur denyut nadi pasien. Christian Huygens kemudian mengambil konsep ayunan pendulum itu untuk membuat jam pendulum.

Galileo kembali ke Florence dan memulai karirnya sebgau penulis. Karya mengenai neraca hidrostatik (1586) dan pusat gaya berat benda (1589) membuat namnya terkenal seluruh Italia.

Kemudian, ia belajar di Universitas Pisa namun terhenti karena masalah keuangan. Untungnya, ia ditawari jabatan di sana pada tahun 1589 untuk mengajar matematika. Setelah itu, ia pindah ke Universitas Padua untuk mengajar geometri, mekanika, dan astronomi sampai tahun 1610. Pada masa-masa itu, ia sudah mendalami sains dan membuat berbagai penemuan.

Pada tahun 1612, Galileo pergi ke Roma dan bergabung dengan Accademia dei Lincei untuk mengamati bintik matahari. Pada tahun itu juga, muncul penolakan terhadap teori Nicolaus Copernicus, teori yang didukung oleh Galileo. Pada tahun 1614, dari Santa Maria Novella, Tommaso Caccini mengecam pendapat Galileo tentang pergerakan bumi, memberikan anggapan bahwa teori itu sesat dan berbahaya. Galileo sendiri pergi ke Roma untuk mempertahankan dirinya. Pada tahun 1616, Kardinal Roberto Bellarmino menyerahkan pemberitahuan yang melarangnya mendukung maupun mengajarkan teori Copernicus.

Galileo menulis Saggiatore pada tahun 1622, yang kemudian diterbitkan pada 1623. Pada tahun 1624, ia mengembangkan salah satu mikroskop awal. Pada tahun 1630, ia kembali ke Roma untuk membuat izin mencetak buku Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo yang kemudian diterbitkan di Florence pada 1632. Namun, pada tahun itu pula, Gereja Katolik menjatuhkan vonis bahwa Galileo harus ditahan di Siena.

Di bulan Desember 1633, ia diperbolehkan pensiun ke vilanya di Arcetri. Buku terakhirnya, Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze diterbitkan di Leiden pada 1638. Di saat itu, Galileo hampir buta total. Pada tanggal 8 Januari 1642, Galileo wafat di Arcetri saat ditemani oleh Vincenzo Viviani, salah seorang muridnya.

Astronom

Tidak seperti yang dipercaya sebagian orang, Galileo tidak menciptakan teleskop tapi ia telah menyempurnakan alat tersebut. Ia menjadi orang pertama yang memakainya untuk mengamati langit, dan untuk beberapa waktu, ia adalah satu dari sedikit orang yang bisa membuat teleskop sebagus itu. Awalnya, ia membuat teleskop hanya berdasarkan deskripsi tentang alat yang dibuat di Belanda pada 1608. Ia membuat sebuah teleskop dengan perbesaran 3x dan kemudian membuat model-model baru yang bisa mencapai 32x. Pada 25 Agustus 1609, ia mendemonstrasikan teleskop pada pembuat hukum dari Venesia. Selain itu, hasil kerjanya juga membuahkan hasil lain karena ada pedagang-pedagang yang memanfaatkan teleskopnya untuk keperluan pelayaran. Pengamatan astronominya pertama kali diterbitkan di bulan Maret 1610, berjudul Sidereus Nuncius.

Galileo menemukan tiga satelit alami Jupiter -Io, Europa, dan Callisto- pada 7 Januari 1610. Empat malam kemudian, ia menemukan Ganymede. Ia juga menemukan bahwa bulan-bulan tersebut muncul dan menghilang, gejala yang ia perkirakan berasal dari pergerakan benda-benda tersebut terhadap Jupiter, sehingga ia menyimpulkan bahwa keempat benda tersebut mengorbit planet.

Galileo adalah salah satu orang Eropa pertama yang mengamati bintik matahari, diperkirakan Astronomi astronom Tionghoa sudah mengamatinya sejak lama. Selain itu, Galileo juga adalah orang pertama yang melaporkan adanya gunung dan lembah di bulan, kesimpulan yang diambil melihat dari pola bayangan yang ada di permukaan. Ia kemudian memberi kesimpulan bahwa bulan itu "kasar dan tidak rata, seperti permukaan bumi sendiri", tidak seperti anggapan Aristoteles yang menyatakan bulan adalah bola sempurna.

Galileo juga mengamati planet Neptunus pada 1612 namun ia tidak menyadarinya sebagai planet. Pada buku catatannya, Neptunus tercatat hanya sebagai sebuah bintang yang redup.

https://id.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galilei
http://info-biografi.blogspot.co.id/2012/09/biografi-galileo-galilei.html

Read More »

Add Comment

Unknown Tokoh

BIOGRAFI MAX PLANCK

Biografi Max Planck-----Max Karl Ernst Ludwig Planck (lahir di Kiel, Schleswig-Holstein, Jerman, 23 April 1858 – meninggal di Göttingen, Niedersachsen, Jerman, 4 Oktober 1947 pada umur 89 tahun) adalah seorang fisikawan Jerman yang banyak dilihat sebagai penemu teori kuantum. Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. 

Lahir di Kiel, Planck memulai karier fisikanya di Universitas München pada tahun 1874, lulus pada tahun 1879 di Berlin. Dia kembali ke München pada tahun 1880 untuk mengajar di universitas itu, dan pindah ke Kiel pada 1885. Di sana ia menikahi Marie Mack pada tahun 1886. Pada tahun 1889, dia pindah ke Berlin, di mana sejak 1892 dia menduduki jabatan teori fisika.

Pada 1899, dia menemukan sebuah konstanta dasar, yang dinamakan konstanta Planck, dan, sebagai contoh, digunakan untuk menghitung energi foton. Juga pada tahun itu, dia menjelaskan unit Planck yang merupakan unit pengukuran berdasarkan konstanta fisika dasar. Satu tahun kemudian, dia menemukan hukum radiasi panas, yang dinamakan Hukum radiasi badan hitam Planck. Hukum ini menjadi dasar teori kuantum, yang muncul sepuluh tahun kemudian dalam kerja samanya dengan Albert Einstein dan Niels Bohr.

Dari tahun 1905 sampai 1909, Planck berlaku sebagai kepala Perkumpulan Fisikawan Jerman (Die Deutsche Physikalische Gesellschaft). Istrinya meninggal pada tahun 1909, dan satu tahun kemudian dia menikahi Marga von Hoesslin. Pada tahun 1913, dia menjadi kepala Universitas Berlin. Untuk dasar dari fisika kuantum, dia diberikan penghargaan Nobel bidan fisika pada tahun 1918. Sejak tahun 1930 sampai 1937, Planck adalah kepala Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (KWG, Persatuan-Kaisar-Wilhelm untuk peningkatan dalam sains).

Selama Perang Dunia II, Planck mencoba meyakinkan Adolf Hitler untuk mengampuni ilmuwan Yahudi. Anak Planck, Erwin, dihukum mati pada 20 Juli, 1944, karena pengkhianatan dalam hubungan dengan pencobaan pembunuhan Hitler. Planck sendiri mati tahun 1947, pada umur delapan puluh sembilan tahun. Setelah kematian Planck pada 4 Oktober 1947 di Göttingen, KWG diubah namanya menjadi Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (MPG, Persatuan-Max-Planck untuk Peningkatan dalam Sains).

Mekanika Kuantum dan Max Planck

Pada mulanya, umumnya ahli fisika (termasuk Planck sendiri) melihat hipotesanya sebagai tak lain dari sebuah fiksi matematik yang cocok. Sesudah beberapa tahun, hal itu berubah sehingga konsepsi Planck tentang kuantum dapat digunakan untuk pelbagai fenomena fisik selain untuk "radiasi kuantitas gelap." Einstein menggunakan konsep ini di tahun 1905 dalam rangka menjelaskan efek fotoelektrika, dan Niels Bohr menggunakannya di tahun 1913 dalam teorinya tentang struktur atom. Menjelang tahun 1918 tatkala Planck peroleh Hadiah Nobel, jelaslah sudah bahwa hipotesanya pada dasarnya benar dan itu mempunyai arti penting yang fundamental dalam teori fisika.

Perkembangan mekanika kuantum mungkin yang paling penting dari perkembangan ilmu pengetahuan dalam abad ke-20, lebih penting ketimbang teori relativitas Einstein. Patokan "h" Planck memegang peranan penting dalam teori fisika dan sekarang dihimpun jadi dua atau tiga patokan fisika paling dasar. Patokan itu muncul dalam teori struktur atom, dalam prinsip "ketidakpastian" Heisenberg, dalam teori radiasi dan dalam banyak lagi formula ilmiah. Perkiraan pertama Planck mengenai nilai jumlah adalah dalam batas perhitungan 2% yang diterima sekarang.

Planck umumnya dianggap bapak mekanika kuantum. Kendati dia memainkan peranan tak seberapa dalam perkembangan teori selanjutnya, adalah keliru mengecilkan arti Planck. Jalan mula yang disuguhkannya sungguh penting. Dia membebaskan pikiran orang dari anggapan-anggapan keliru yang ada sebelumnya, dan dia memungkinkan orang-orang sesudahnya menyusun teori yang jauh lebih jernih daripada yang sekarang kita miliki.

Daftar Pustaka:

http://www.biografiku.com/2009/01/biografi-max-planck.html

Read More »

Add Comment

Unknown Tokoh

PRINSIP KERJA MOTOR LISTRIK

Salam hangat bagi teman-teman yang masih setia belajar tentang fisika dan teknik hingga saat ini. Hingga saat ini manusia masih sangat bergantung dengan kegunaan alat-alat dan mesin sebagian alatabantu untuk meringankan pekerjaan sehari-hari. Pada kesempatan ini kita akan fokus membahas tentang prinsip kerja   motor listrik. Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. Tentu saja teman-teman sudah tak asing lagi dengan kata "motor". Namun dalam artikel ini kita tidak akan membahas tentang "sepeda motor" melainkan motor listrik. Tidak usah berlama-lama, kita langsung saja membahas  prinsip kerja motor listrik ini.

Apa itu motor listrik?

Motor listrik merupakan seperangkat alat elektromagnetis yang merubah energi listrik menjadi energi kinetik. Namun ada juga mesin yang berfungsi sebaliknya, alat ini disebut generator dan dinamo. Jadi jangan samakan antara motor listrik dengan generator dan dinamo. Energi yang dihasilkan oleh motor listrik yang disebut energi mekanik (gerak) berfungsi menggerakkan(memutar) impaller pompa, kipas angin, fan atau blower, menggerakkan kompressor, mesin cuci, penyedot debu, dan lain sebagainya.

Motor listrik yang umum digunakan di dunia Industri adalah motor listrikasinkron, dengan dua standar global yakni IEC dan NEMA. Motor asinkron IEC berbasis metrik (milimeter), sedangkan motor listrik NEMA berbasis imperial(inch), dalam aplikasi ada satuan daya dalam horsepower (hp) maupunkiloWatt (kW).

Bagaimana prinsip kerja motor listrik?

Pada motor listrik diketahui bahwa mesin ini berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah energi listrik menjadi magnet yang sering kita sebut dengan elektromagnetik. Pada teori elektromagnet diketahui bahwa jika dia buah kutub magnet yang sama maka akan saling tolak menolak dan jika berbeda maka akan saling tarik menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap.

Nah, pada semua alat yang disebutkan di atas menerapkan prisip kerja motor listrik yang telah dijelaskan. Prinsip ini sangat berguna untuk menggerakkan alat yang sifatnya berputar.

Referensi

https://id.wikipedia.org/wiki/Motor_listrik

http://zonaelektro.net/motor-listrik/

Read More »

Add Comment

Unknown Alat-alat

PERNYATAAN EFEKFOTOLISTRIK

Pada pembahasan fisika mengenai fisika kuantum, pastinya kita mengetahui bahwa dalam fisika kuantum terdapat gejala-gejala alam yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika klasik. Ketidakmampuan teori klasik dalam menjelaskan gejala-gejala kuantum inilah sehingga teori kuantum muncul. Kemunculan teori kuantum untuk menjawab berbagai pertanyaan para ilmuan kala itu menjadi solusi dari kekurangan dari teori klasik. Max Planck dan Albert. Einstei merupakan dua dari benyak ilmuan pendri fisika kuantum yang sangat berpengaruh.

Berdasarkan teori-teori fisika kuantum, pertanyaan-pertanyaan yang menjadi perdebatan para ilmuan kini telah terjawab. Salah satu gejala yang telah dijawab oleh fisika kuantum adalah efek foto listrik. Pada artikel ini kita akan membahas seputar pernyataan efek fotolistrik, di mana pada artikel ini akan menjelaskan bahwa apa sebenarnya yang diperoleh dari percobaan efek fotolistrik.

Apa itu efek foto listrik?

Pertanyaan mendasar yang harus diketahui sebelum beranjak ke pokok pembahasan.

Pengertian

Efek fotolistrik merupaakan gejala fisika yang pertama kali ditemukan oleh Hertz pada tahun 1887 ketika mendemonstrasikan keberadaan gelombang elektromagnetik. Pada alat eksperimennya yang terdiri atas sebuah antena pemancar gelombang (receiver), Hertz mengamati bahwa percikan bunga api yang timbul pada receiver akan lebih mudah terjadi jika elektrode tempat terjadinya percikan bunga api itu  disinari dengan cahaya yang berasal dari percikan bunga api pada bagian pemancar. Setahun kemudian, Hallwachs mengamati bahwa sebuah plat seng, yang bersifat lebih negatif dibandingkan dengan lingkungannya, akan mengalami pelepasa elektron jika diseinari dengan cahaya ultraviolet sebagai aliran muatan-muatan negatif, barulah diketahui bahwa pemancaran elektronlah yang menjadi alasan terjadinya proses ini.

Analisis semi-kuantitatif gejala efek fotolistrik pertama kali dilakukan oleh Philips Lenard pada tahun 1902. Dalam eksperimennya, lenard menggunakan sebuah tabung kaca yang divakumkan yang didalamnya terdapat dua buah elektrode. satu dari elektrode ini disebut sebagai katode cahaya (photocathode) yang terbuat dari aluminium. katode ini disinari dengan cahaya. Elektrode lainnya disebut anode, diberi potensial U yang lebuh negatif terhadap katode. Jika elektron bermuatan negatif e dapat melewati bedapotensial antara kedua eletrode ini. maka akan terdeteksi arus pada rangkaian luar tabung. Dari eksperimen ini, lenard mengamati bahwa terdapat sebuah lonjakan arus jika nilai mutlak potensial jauh dibawah nilai ambang. Nilai ambang bergantung pada sumber cahaya yang digunakan.

ketika itu, teori fisika tidak dapat menjelaskan hasil pengamatan tersebut dan dalam kebuntuan inilah datang seorang pegawai kantor Paten di Swis dengan jabatan ahli teknik kelas tiga, Albert Einstein.

Einstein denga  menggunakan gagasan utama Planck memberikan penjelasan teoritis terhadap  hasil pengamatan gejala efekfotolistrik. Dalam bagian akhir makalahnya yang berjudul On a heuristic point of view concerning the production and conevrsion of light yang terbit pada tahun 1905, Einstein menunjukkan bahwa secara tak langsung telah terdapat bukti eksperimen akan keberadaan kuanta cahaya. Dengan konsep kuanta cahaya ini, Einstein merumuskan persamaan yang menghubungkan antara potensial ambang  Uo dengan frekuensi chaya monokromatik v yang digunakan untuk menyinari katode, yaitu -eUo=hv-W. Terhadapa persamaan ini, Einstein menulis, "jika hasil penerunan persamaan ini benar, maka Uo yang plot grafiknya dibuat dalam koordinat Cartesian sebagai fungsi dari frekuensi cahya yang terpancar, akan diperoleh sebuah garis linear, kemiringan garis ini tidaklah dipengaruhi oleh jenis bahan katode yang kita gunakan dalam percobaan."

Sebelas tahun kemudian, pada tahun 1916, Milikan memubliskan hasil eksperimen yang samngat cocok dengan persamaan Einstein. Milikan, seperti halnya fisikawan lainnya pada saat itu, menerima persamaan yang diturunkan oleh Einstein, tetapi menolah hipotesis kuanta cahaya. Dalam kalimat pembuka makalahnya, Milkan mengatakan, "persamaan fotolistrik Einstein,... dalam pandangan saya tidak dapat dipandang sekarang ini sebagai akhir dari pencarian sejumlah landasan teori yang memuaskan."

Atas penjelasannya terhadapa fenomena efek fotolistik ini, pada tahun 1921, Albert Einstein dianugrahi nobel Fisika oleh The Royal Academy of science Swedia.

pada pernyataan efek fotolistrik di atas terdapat kesimpulan yang dikemukakan oleh Einstein yaitu "cahaya sebagai kuanta (foton)"

Read More »

Add Comment

Unknown Fisika Modern, Gejala Fisika

TEORI RELATIVITAS TENTANG DILATASI WAKTU DAN PANJANG

Teori relativitas tentang dilatasi waktu dan panjang merupakan bagian dari konsep relativitas Einstein. Mungkin teman-teman belum tahu tentang apa itu dilatasi? secara garis besar "dilatasi" merupakan proses pengembangan(pemuaian) entahka itu waktu, panjang, dll. Pada artikel ini kita khusus membahas  teori relativitas tentang dilatasi waktu dan panjang. Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. 

Pengukuran waktu dan selang waktu akan melibatkan konsep persamaan waktu. Apabila seseorang mengatakan dia bangun tidur pukul tujuh, maksudnya bahwa dua kejadian, bangunnya dan tibanya jarum jamnya pada angka tujuh, terjadi dengan cara serentak. Masalah dasar pada pengukuran selang waktu ialah bahwa, pada umumnya dua kejadian yang timbul serentakdi dalam salah satu kerangka acuan tidak terjadi serentak di dalam kerangka acuan yang kedua yang sedang bergerak relative terhadap kerangka acuan pertama, walaupun kedua-duanya adalah kerangka lembam.  Kejadian ini dapat diilustrasikan sebagai berikut: pandang serangkaian kereta api panjang yang bergerak dengan kecepatan serbasama (uniform), seperti diperlihatkan dalam gambar 1   

Dua kilat cahaya menyala di atas kereta api itu, satu di tiap ujungnya. Masing-masing kilat meninggalkan satu tanda di atas kereta api dan satu di atas tanah pada saat yang bersamaan. Titiktitik di atas tanah diberi label label A dan B , sedangkan titik-titik di atas kereta api yang bersangkutan diberi label A’ dan B’. Kedua pengamat menggunakan sinyal cahaya dari kilat cahaya itu untuk mengamati kejadian-kejadian tersebut. 

Gambar 1 (a) Terhadap pengamat yang diam di titik O, dua kilat cahaya kelihatan menyala serentak.  (b) Pengamat yang sedang bergerak di titik O’ mula-mula melihat cahaya datang dari depan kereta api dan mengira bahwa kilat di sebelah depan itulah yang mula-mula menyala.  (c)  Dua pulsa cahaya tiba di O dengan cara serentak.

Umpamakan dua sinyal cahaya mencapai pengamat di O dengan serentak, dia mengambil kesimpulan bahwa dua peristiwa itu terjadi di A dan B dengan cara serentak. Tetapi pengamat di O’ bergerak mengikuti kereta api, dan pulsa cahaya dari B’ sampai kepadanya sebelum datangnya pulsa cahaya yang dating dari A’; dia mengambil kesimpulan bahwa peristiwa di sebelah depan kereta api itu terjadi lebih dahulu daripada di bagian belakang. Berarti dua peristiwa itu terjadi serentak kepada seorang pengamat, tetapi tidak untuk pengamat yang lain. Apakah dua peristiwa dititik ruang yang berlainan adalah serentak maupun tidak, bergantung kepada keadaan gerak pengamatnya. Akibatnya ialah bahwa selang waktu antara dua kejadian di titik ruang yang berlainan pada umumnya untuk dua pengamat yang sedang dalam bergerak relatif adalah tidak sama.  Menurut asas relativitas baik O maupun O’ sama-sama benar. Jadi masing-masing pengamat di dalam kerangka acuannya sendiri – sendiri adalah benar, akan tetapi bukan suatu konsep mutlak. Dua kejadian baik serentak maupun tidak bergantung  kepada kerangka acuan, dan selang waktu antara dua kejadian bergantung juga kepada kerangka acuan. Untuk menurunkan hubungan kuantitatif antara selang-selang waktu di dalam berbagai system koordinat, marilah kita tinjau ilustrasi berikut ini. Sebuah kerangka acuan S’ bergerak dengan kecepatan u relatif terhadap sebuah kerangka S. Seorang pengamat di S’ mengarahkan sebuah sumber cahaya ke sebuah cermin yang jaraknya d, seperti terlihat pada gambar 9.3, dan mengukur selang selang waktu ∆t’ untuk cahaya melakukan “perjalanan pulang-pergi” kepada cermin. Karena jarak total adalah 2d maka selang waktu menjadi,

    Δt' =2d/c      (p.1)

Gambar 2 (a) Pulsa cahaya yang dipancarkan dari sumber di O’ dan dipantulkan kembali di sepanjang garis yang sama, seperti diamati di dalam S’. (b)   Lintasan pulsa cahaya yang sama, seperti diamati dalam S.  Kedudukan O’ pada saat berangkat dan kembali nya pulsa diperlihatkan. Laju pulsa di dalam S sama seperti di dalam S’, tetapi lintasan di dalam S lebih panjang.  

Jika diukur di dalam kerangka acuan S, waktu untuk perjalanan pulang-pergi ialah selang waktu

∆t yang berbeda. Selama waktu ini, sumber bergerak relative terhadap S menempuh jarak u∆t, dan

jarak perjalanan pulang-pergi total sama dengan 2l, dimana 

Kecepatan cahaya untuk kedua pengamat adalah sama, sehingga hubungan di dalam S menjadi: 

(p.2)

bila harga d dari persamaan (9.3) kita substitusikan akan diperoleh: 

 (p.3)

Bila persamaan ini dikuadratkan akan diperoleh,

 (p.4)

Jadi jika suatu selang waktu ∆t’ memisahkan dua kejadian yang terjadi di titik ruang yang sama dalam sebuah kerangka acuan S’ (berangkat dan tibanya sinyal di O’), maka selang waktu ∆t antara dua kejadian tersebut jika diamati di dalam S akan lebih besar daripada ∆t’. Berarti apabila kecepatan sebuah lonceng cahaya yang diam di S’ diukur oleh pengamat di S, maka kecepatan yang diukur di dalam S lebih rendah daripada kecepatan yang diamati di dalam S’. Efek ini disebut dilatasi waktu (terlambatnya waktu). 

Efek dilatasi waktu tidak teramati dalam kehidupan sehari-hari, karena kecepatan gerak angkutan yang ada jauh lebih kecil dari kecepatan cahaya. Selang waktu antara dua peristiwa yang terjadi di titik yang sama di dalam sebuah kerangka acuan yang diketahui merupakan suatu besaran  yang lebih mendasar lagi daripada selang waktu antara kejadian-kejadian di berbagai titik. Istilah  waktu proper (proper time) diperlukan untuk menunjukkan suatu selang antara dua peristiwa yang terjadi di titik ruang yang sama. Jadi persamaan (p.1) dapat digunakan apabila ∆t’ merupakan waktu proper di dalam S’. 

Read More »

Add Comment

Unknown Fisika Modern

TEORI RELATIVITAS-KECEPATAN CAHAYA DAN POSTULAT EINSTEIN

Teori Relativitas-Kecepatan cahaya dan postulat Einstein--

Hukum-hukum gerak Newton hanya berlaku di dalam kerangka acuan lembam (inersia). Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. Setiap kerangka yang bergerak dengan kecepatan tetap terhadap sebuah kerangka lembam, maka ia sendiri akan merupakan sebuah kerangka lembam. Berlaku asas bahwa hukum-hukum mekanika di dalam setiap kerangka acuan lembam adalah sama.  Einstein pada tahun 1905 mengemukakan bahwa asas tersebut akan berlaku untuk semua hukum-hukum fisika dasar. Hal ini kemudian dikenal sebagai asas relativitas Einstein. Asas ini  menyatakan bahwa hukum-hukum fisika di dalam setiap kerangka acuan lembam adalah sama. 

Kecepatan cahaya dalam teori relativitas

Kecepatan cahaya memainkan peranan khusus di dalam teori relativitas. Cahaya bergerak di dalam ruang hampa dengan kecepatan c yang tidak bergantung kepada gerak sumbernya. Nilai angka c telah diketahui sebesar:c= 2,99792 x 10^8 m/s. Semula cahaya dianggap merambat melalui suatu medium yang dinamakan ether. Selama akhir abad ke sembilan belas dan awal abad kedua puluh, usaha –usaha intensif  dilakukan untuk mencari kebenaran ether. Percobaan Michelson-Morley merupakan suatu usaha untuk menyelidiki gerak reltif bumi terhadap ether. Percobaan ini dan semua percobaan yang serupa secara konsisten memperoleh hasil yang negative dan diyakini bahwa tidak ada ether. 

Berdasarka hasil pemikiran tersebut, bila kecepatan cahaya diukur oleh dua orang pengamat, yang satu diam terhadap sumber dan yang satu lagi bergerak menjauhi sumber, maka keduanya berada dalam kerangka acuan lembam dan menurut asa relativitas Einstein hukum-hukum fisika khususnya kecepatan cahaya haruslah sama untuk kedua pengamat tersebut.  Sebagai contoh, bila suatu sumber cahaya diletakkan di dalam sebuah kapal angkasa yang sedang bergerak terhadap bumi. Seorang pengamat yang turut serta dengan kapal angkasa itu mengukur kecepatan cahaya adalah sebesar c. Seorang pengamat yang berada di bumi juga akan mendapatkan besarnya kecepatan cahaya sebesar c. Jadi kecepatan cahaya (di ruang hampa) tidak bergantung kepada gerak sumber dan akan sama untuk semua kerangka acuan lembam. Untuk memeriksa akibat-akibat pernyataan tersebut, kita pandang hubungan Newtonian antara dua kerangka lembam, yang diberi label S dan S’ pada gambar berikut. Kita buat sumbu-x dari dua kerangka itu terletak di sepanjang garis yang sama, tetapai pusat O’ dan S’ bergerak relatif terhadap pusat O dan S dengan kecepatan tetap u disepanjang sumbu-x bersama. Jika dua titik pusat itu pada t=0 berhimpitan, maka setelah menempuh waktu t’ jarak pisah antara kedua titik pusat itu adalah ut.  

Gambar 1. Kedudukan titik P dapat diterangkan oleh koordinat x dan y di dalam kerangka acuan S, atau oleh x’dan y’ di dalam kerangka acuan S’. S’ bergerak relative terhadap S dengan kecepatan tetap u di sepanjang sumbu  bersama x – x’. 

Sebuah titik P dapat dinyatakan oleh koordinat (x,y,z) di dalam kerangka S atau oleh koordinat (x’,y’,z’) di dalam S’. Gambar 9.1  menunjukkan bahwa koordinat-koordinat tersebut dihubungkan

oleh:  

x=x’+ut,  y=y’, z=z’  (1)  

Persamaan-persamaan ini dinamakan transformasi koordinat Galilean. Jika titik P bergerak sepanjang arah-x, kecepatannya v relative terhadap S diberikan oleh v = ∆x/∆t, dan kecepatannya v’ terhadap s’ adalah v’ = ∆x’/∆t. Secara intuitif jelaslah bahwa kecepatan-kecepatan tersebut dihubungkan oleh: 

v = v’ + u. (2) 

Hubungan ini juga dapat diperoleh berdasarkan persamaan (1). Umpamakan partikel itu berada di sebuah titik yang dilukiskan oleh koordinat x1 atau x’1 pada saat t1 dan akan berada di x2 atau x’2 pada saat t2. Maka ∆t = t2– t1, dan berdasarkan persamaan (1), 

∆x = x2 – x1 = (x’2 – x’1) + u (t2- t1) = ∆x’ + u ∆t 

Bila kedua ruas dibagi dengan ∆t maka: 

Δx/Δt=Δ x'/Δt+u

Jika ∆t →0, maka  v = v’ + u  Hasil ini sesuai dengan persamaan (2).  Bila kita gunakan kecepatan cahaya c, maka dari persamaan (9.2) kita peroleh c = c’ + u. Hal ini bertentangan dengan asas relativitas Einstein yang menyatakan bahwa c = c’.  Bila dilakukan modifikasi dengan menambahkan persamaan keempat t = t’ pada persamaan (9.1) maka hasil yang sama dengan persamaan (2) yang diperoleh. Kesulitan ini terletak pada konsep persamaan waktu (simultanitas). 

Read More »

Add Comment

Unknown Fisika Modern

SEMIKONDUKTOR SAMBUNGAN P-N

Pada bahan semikonduktor yang kita ketahui pada pembahasan sebelumnya. Terdapat dua buah jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor ekstrinsik tipe N dan tipe P. Keduanya telah dijelaskan pada artikel sebelumnya mengapa dikatakan tipe N dan tipe P. Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. 

Pertanyaan yang kemudian muncul adalah jika kedua bahan semikonduktor ini disambungkan maka apa yang akan terjadi. Biasanya, pada device-device elektronik yang menggunakan bahan semikonduktor sebagai bahan penyusunnya terdapat beberapa sambungan. Misalkan pada dioda dan transistor.

Ketika semikonduktor tipe n disambungkan secara tepat dengan semikonduktor  tipe p, maka permukaan singgungnya (kontak) disebut semikonduktor sambungan p-n. Kebanyakan piranti semikonduktor terdiri dari satu atau lebih semikonduktor sambungan p-n. Semikonduktor Sambungan p-n tersebut merupakan hal yang sangat penting karena efek suatu unsur kendalu untuk piranti semikonduktor. Pemahaman yang mantap mengenai pembentukan dan sifat-sifat sambungan pn merupakan dasar untuk menguasai piranti semikonduktor. Pembentukan semikonduktro sambungan p-n. Dalam praktek yang sebenarnya, sifat-sifat khas dari semikonduktor sambungan p-n tidak akan kelihatan jelas jika balok tipe p hanya ditempelkan pada balok tipe n. Ternyata semikondutor sambungan p-n difabrikasi dengan tehnik tertentu. Satu cara yang umum untuk membuat semikonduktor sambungan p-n disebut alloying. Pada cara ini. Balok kecil dari indium (impuritas trivalen) ditempatkan pada lapisan germanium tipe n dan selanjutnya sisten itu dipanasi hingga suhu sekitar 500 C. Indium itu dan sebagian germanium meleleh untuk membentuk kubangan kecil dari lelehan campuran germanium-indium. Kemudian suhuditurunkan dan kubangan mulai memadat. Di bawah kondisi yang tepat, atom-atom impuritas indium akan mengatur diri di dalam lapisan germanium untuk membentuk

kristal tunggal. Penambahan indium akan mengatasi kelebihan elektron di dalam germanium tipe n sampai sedemikian luas hingga terbentuk daerah tipe p. Ketika proses itu terus berlangsung, campuan leburan tersisa menjadi makin bertambah gemuk dengan indium. Ketika seluruh germanium telah mengendap kembali, maka bahan tersisa muncul sebagai tombol (gundukan) indium yang dibekukan pada permukaan luar dari bagian yang dikristalkan. Tombol ini berperan sebagai landasan untuk menyoldir kakinya. Perhatikan ilustrasi urutan alloying itu pada gambar berikut. 

Sifat-sifat Sambungan p-n 

Untuk menjelaskan sifat-sifat semikonduktor sambungan p-n, pikirkan dua tipe bahan, masingmasing tipe p dan tipe n seperti pada gambar berikut. Bahan sebelah kiri adalah semikonduktor tipe p yang memiliki ion akseptor negatif (atom impuritas akseptor kekurangan satu elektron dan menjadi ion negatif) dan lubang bermuatan positif. Bahan sebelah kanan adalah semikonduktor tipe n dengan ion donor positif (atom impuritas donor menyumbangkan satu elektron kepada kristal dan menjadi ion positif) dan elektron bebas. 

Sekarang, anggap kedua keping di atas diperlakukan untuk membentuk semikonduktor sambungan p-n. Pikirkan bahwa bahan tipe n mempunyai konsentrasi elektron bebas yang tinggi sedangkan bahan tipe p memiliki konsentrasi lubang yang tinggi. Karena itu pada sambungan terjadi kecenderungan elektron bebas berdifusi ke sisi p dan lubang ke sisi n. 

Ketika elektron bebas bergerak menyeberang sambungan dari tipe n ke tipe p, maka ion donor positif terbuka yaitu bahwa mereka diambil elektron bebasnya. Sehingga muatan positif terbentuk pada sisi n dari persambungan. Pada saat yang sama, lubang bebas menyeberangi persambungan dan membuka ion akseptor negatif dengan pengisian di dalam lubang. Karena itu muatan negatif bersih terbentuk pada sisi p dari persambungan. Ketika ion-ion donor dan akseptor dalam jumlah yang cukup telah terbuka, maka difusi selanjutnya dicegah. Ini disebabkan karena muatan positif pada sisi n menolak lubang yang menyeberang dari tipe p ke tipe n dan muatan negatif pada sisi p menolah elektron

bebas masuk dari tipe n ke tipe p. Kemudian terbentuk penghalang yang melawan gerakan pembawa muatan selanjutnya yakni lubang dan elektron. Penghalang ini disebut penghalang potensial atau penghalang persambungan Vo. Penghalang potensial itu dalam orde 0,1 volt atau 0,3 volt. Diagram di atas menunjukkan distribusi potensial. Jelas dari diagram bahwa penghalang potensial Vo yang terjadi akan memunculkan medan listrik. Medan ini mencegah penyeberangan daerah penghalang masing-masing pembawa mayoritas. Selanjutnya dapat dikatakan bahwa di luar penghalang pada sisi persambungan bahan tersebut adalah netral. Hanya di dalam penghalang ada muatan positif pada sisi n dan muatan negatif pada sisi p. Daerah ini disebut sebagai lapisan pengosongan. Disebut demikian karena pembawa muatan yang mudah bergerak (elektron bebas dan lubang) telah dikosongkan di daerah ini.

Pemasangan Tegangan Menyilang Sambungan p-n 

Suatu beda potensial yang menyilang semikonduktor sambungan p-n dapat dilakukan dengan dua cara, sebutlah dengan bias (panjar) maju dan bias (panjar) mundur. Ketika tegangan luar dikenakan pada persambungan dalam arah yang menghilangkan penghalang potensial yang memungkinkan arus mengalir disebut bias maju (forward bias). Untuk memasang bias maju, hubungkan terminal positif baterei ke tipe p dan terminal negatif ke tipe n. Pemasangan potensial maju ini membangun medan listrik yang bekerja melawan medan penghalang potensial. Sehingga medan resultan diperlemah dan tinggi penghalang pada persambungan menjadi berkurang. Untuk tegangan potensial penghalang yang sangat  kecil (0,1 volt hingga 0,3 volt), maka tegangan maju kecil telah cukup untuk menghilangkan secara total penghalang itu. Ketika penghalang potensial hilang oleh tegangan maju, maka resistansi persambungan menjadi hampir nol dan lintasan resistansi rendah terbentuk pada seluruh rangkaian. Sehingga arus mengalir dalam rangkaian tersebut. Ini disebut sebagai arus maju. Dengan bias maju pada persambungan p-n, hal-hal berikut sangat berharga untuk diperhatikan :

a. Penghalang potensial diperkecil dan pada sutau tegangan maju (0,1 volt hingga 0,3  volt), maka penghalang tersebut hilang sama sekali. 

b. Persambungan memberikan resistansi rendah (disebut resistansi maju, R) untuk aliran

arus. 

c. Arus yang mengalir dalam rangkaian itu terkait dengan terbentuknya lintasan resistansi rendah. Besar dari arus tersebut bergantung pada tegangan maju yang dikenakan.  Sebagai ilustrasi pemasangan bias maju, maka perhatikan gambar berikut. 

Kesimpulan. Dari penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa dengan bias mundur pada persambungan, maka terbentuk lintasan resistansi tinggi sehingga tidak terjadi aliran arus. Sebaliknya, dengan bias maju pada persambungan, maka terbentuklah lintasan resistansi rendah sehingga arus mengalir dalam rangkaian.

Baca Juga : Pengertian Higs Bosson

Aliran Arus dalam Sambungan p-n yang Dikenai Bias Maju 

Sekarang akan kita lihat bagaimana aliran arus yang menyeberangi sambungan p-n ketika dipasang bias maju. Di bawah pengaruh tegangan maju, maka elektron-elektron bebas pada tipe n bergerak menuju persambungan meninggalkan atom-atom bermuatan positif (ingat bahwa terminal negatif baterei dihubungkan dengan tipe n, sehingga menolak elektron bebas dalam tipe n menuju persambungan). Tetapi banyak elektron yang datang dari terminal negatif baterei dan masuk daerah n untuk mengambil tempattempat

mereka. Ketika elektron-elektron bebas itu mencapai persambungan, mereka menjadi elektron-elektron valensi (lubang ada dalam ikatan kovalen., ketika elektron bebas berkombinasi dengan lubang maka ia menjadi elektron valensi). Sebagai elektron valensi, mereka bergerak melalui lubang-lubang di daerah p. Elektron valensi bergerak ke kiri dalam daerah p yang ekivalen dengan lubang yang bergerak ke kanan. Ketika elektronvalensi mencapai ujung kiri kristal, mereka mengalir ke dalam terminal positif baterei. Perhatikan elustrasi pada gambar berikut.

Mekanisme aliran arus pada sambungan p-n yang dikenai bias maju dapat dirangkum

seperti berikut :

a. Elektron bebas dari termunal negatif terus menerus mengalir ke dalam daerah n  sedangkan elektron bebas pada daerah n bergerak menuju persambungan.

b. Elektron-elektron itu menjalar melalui daerah n sebagai elektron bebas, yaitu arus  pada daerah n oleh elektron bebas.

c. Ketika elektron-elektron ini mencapai persambungan mereka berkombinasi dengan  lubang dan menjadi elektron valensi.

d. Elektron-elektron itu menjalar melalui daerah p sebagai elektron valensi, yaitu bahwa  arus pada daerah p oleh lubang. 

e. Ketika elektron-elektron valensi ini mencapai ujung kiri kristal, maka mereka mengalir ke dalam terminal positif baterei. 

Berdasarkan hal-hal yang telah dikemukakan di atas, dapat disimpulkan bahwa dalam daerah n, arus dibawa oleh elektron bebas. Sedangkan dalam daerah p, arus dibawa oleh lubang. Tetapi dalam kawat sambungan di luar, arus dibawa oleh elektron.

Watak Volt-Ampere pada Sambungan p-n 

Watak Volt-Ampere atau V-I dari semikonduktor sambungan p-n (juga disebut dioda kristal atau dioda semikonduktor) merupakan kurva antara tegangan yang menyilang pada sambungan dan arus rangkaian itu. Biasanya, tegangan diambil sepanjang sumbu-x dan arus sepanjang sumbu-y. Gambar berikut memperlihatkan susunan rangkaian untuk menentukan watak V-I dari sambungan p-n. R merupakan resistor pembatas arus yang mencegah arus maju melebihi nilai yang diperbolehkan. 

Watak V-I tersebut dapat dipelajari melalui tiga bagian, sebutlah tegangan luar nol, bias 

maju, dan bias mundur.

a. Tegangan luar nol. Ketika tegangan luar nol, yakni rangkaian terbuka pada K, penghalang potensial pada persambungan tidak mengijinkan arus mengalir. Sehingga arus ranglaian nol dan ditunjukkan oleh titik O. 

b. Bias maju. Dengan bias maju pada persambungan p-n, yakni tipe p dihubungkan dengan terminal positif dan tipe n dihubungkan dengan terminal negatif, maka potensial penghalang ditiadakan. Pada suatu harga tegangan maju (0,7 volt untuk Si dan 0,3 volt untuk Ge), maka potensial penghalang itu seluruhnya dihilangkan dan arus mulai mengalir di dalam rangkaian. Dari keadaan ini makin maju, maka arus meningkat dengan kenaikan tegangan maju. Kemudian, kenaikan kurva OB diperoleh dengan pemberian bias maju. Dari watak bias maju ini terlihat bahwa yang pertama (daerah OA), arus meningkat dengan sangat lambat dan kurva tidak linier. Ini disebabkan karena tegangan yang dikenakan digunakan untuk mengatasi penghalang potensial. Tetapi ketika tegangan luar melebihi tegangan penghalang potensial, maka semikonduktor sambungan p-n berkelakuan seperti konduktor biasa. Karenanya arus meningkat sangat tajam dengan kenaikan tegangan luar (daerah AB pada kurva). Pada daerah ini kurva watak hampir linier. 

c. Bias Mundur. Dengan bias mundur pada sambungan p-n, yaitu tipe p dihubungkan  dengan terminal negatif dan tipe n dihubungkan dengan terminal positif, penghalang potensial pada persambungan meningkat. Karena itu resistansi persambungan menjadi sangat tinggi dan secara praktis tidak ada arus yang mengalir melalui rangkaian itu.  Tetapi dalam praktek, arus yang sangat kecil (dalam orde mA) mengalir di dalam rangkaian dengan bias mundur seperti ditunjukkan pada watak mundur (balik). Ini disebut sebagai arus mundur (balik) yang terkait dengan pembawa minoritas. Perlu diingat bahwa ada beberapa elektron bebas pada bahan tipe p dan beberapa lubang pada bahan tipe n. Elektron bebas pada tipe p dan lubang pada tipe n yang tidak diinginkan ini disebut pembawa minoritas. Sebagaimana ditunjukkan pada gambar berikut, pada pembawa minoritas ini, bias balik yang dikenakan nampak sebagai bias maju. Karena itu arus kecil mengalir dalam arah balik. Arus balik meningkat terhadap tegangan balik tetapi secara umum dapat diabaikan ketika mengabaikan kisaran tegangan kerja yang berlebihan. 

Jika tegangan balik dinaikkan secara kontinyu, energi kinetik elektron (pembawa minoritas) menjadi cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron-elektron dari atom-atom semikonduktor. Pada tahap terjadi kedadalan (breakdown) di persambungan, yang ditunjukkan adanya kenaikan yang mendadak dari arus balik dan resistansinya jatuh secara mendadak pada daerah penghalang. Keadaan ini dapat merusak persambungan secara permanen. Perlu diingat bahwa arus maju yang melewati sambungan p-n terkait dengan pembawa mayoritas yang dihasilkan oleh impuritas. Tetapi arus balik terkait dengan pembawa minoritas yang dihasilkan berkenaan dengan kerusakan beberapa ikatan kovalen pada suhu kamar.

Read More »

Add Comment

Unknown Elektronika, Semikonduktor

MUATAN PADA SEMIKONDUTOR TIPE N DAN TIPE P

Pada pembahasan mengenai material/bahan Semikonduktor sebelumnya diketahui bahwa bahan semikonduktor dibagi menjadi dua yaitu semikonduktor instrinsik dan semikonduktor ekstrinsik. Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping.  Pada bahan semikonduktor khususnya semikonduktor ekstrinsik juga dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu tipe P dan tipe N. 

Pada artikel sebelumnya yang membahas mengenai Tipe P dan tipe N telah dijelaskan bahwa pembagian bahasan semikonduktor instrinsik menjadi tipe P dan tipe N berdasarkan atom doping yang diberikan kepada atom semikonduktor instrinsik. Pemberian ini bertujuan untuk meningkatkan energi gep yang dimiliki oleh bahan semikonduktor yang akan kita buat. Penambahan aggregat/unsur lain pada bahan semikonduktor instrinsik membut kita dapat mengenali bahan semikondutor ekstrinsik tersebut, apakah tipe N atau tipe P.

Pada pembahsan mengenai Muatan Pada Semikonduktor Tipe N dan Tipe P ini akan membahs mengenai bagaimana muatan-muatan yang terkandung di dalam bahan semikonduktor tipe P dan tipe N.

Seperti yang telah dibahas, dalam semikonduktor tipe n, konduksi arus terkait dengan kelebihan elektron, sedangkan dalam semikonduktor tipe p konduksi itu terkait dengan lubang. Pembaca berfikir bahwa bahan tipe n mempunyai muatan bersih negatif dan pada tipe p muatan bersihnya positif. Tetapi kesimpulan tersebut salah. Benar bahwa pada semikonduktor tipe n mempunyai kelebihan elektron, tetapi kelebihan elektron ini diberikan oleh atom-atom impuritas donor yang setiap atomnya secara elektrik netral. Ketika atom impuritas ditambahkan, istilah ‘kelebihan elektron’ mengacu pada kelebihan berkenaan dengan jumlah elektron yang diperlukan untuk memenuhi ikatan kovalen dalam kristal semikonduktor. Kelebihan elektron itu merupakan elektron bebas dan menaikkan konduktivitas semikonduktor tersebut. Keadaan yang  berkenaan dengan semikonduktor tipe p adalah sama. Dapat disimpulkan bahwa semikonduktor tipe n sama bagusnya dengan semikonduktor tipe p yang secara elektrik netral.

Pembawa Mayoritas dan Minoritas 

Seperti telah dibicarakan berkanaan dengan efek impuritas, bahan tipe n mempunyai sejumlah besar elektron bebas, sedangkan bahan tipe p memiliki sejumlah besar lubang. Tetapi harus diingat bahwa pada suhu kamar, beberapa ikatan kovalen rusak, selanjutnya dalam jumlah yang sama dibebaskan elektron dan lubang. Pada bahan tipe n memiliki bagian pasangan elektron-lubang (dihasilkan karena rusaknya ikatan pada suhu kamar) tetapi selain itu memiliki sejumlah besar elektron bebas berkenaan dengan efek impuritas. Impuritas ini menyebabkan elektron bebas tidak terkait dengan lubang. Akibatnya, bahan tipe n mempunyai sejumlah besar elektron bebas dan sejumlah kecil lubang. Elektron bebas dalam hal ini dipikirkan sebagai pembawa mayoritas -karena bagian besar arus dalam bahan tipe n adalah akibat aliran elektron bebas- dan lubang merupakan pembawa minoritas. Analogi untuk bahan tipe p, jumlah lubang melebihi elektron bebas. Karenanya lubang merupakan pembawa mayoritas dan elektron bebas merupakan pembawa minoritas. Perhatikan ilustrasi pada gambar berikut.

Read More »

Add Comment

Unknown Elektronika, Semikonduktor

SEMIKONDUKTOR TIPE P

Bahan semikonduktor ekstrinsik yang telah kita bahas sebelumnya telah menyinggung tentang semikonduktor ekstrinsik tipe N dan tipe P. Pada kesempatan ini kita akan membahas mengenai semikonduktor tipe P. Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. 

Ketika sejumlah kecil impuritas trivalen ditambahkan pada semikonduktor murni, itu disebut semikonduktor tipe p. Penambahan impuritas trivalen menyediakan sejumlah besar lubang dalam semikonduktor itu. Contoh khas dari impuritas trivalen adalah gallium dan indium. Impuritas tersebut akan menghasilkan semikonduktor tipe p yang dikenal sebagai impuritas ekseptor karena lubang yang dihasilkan dapat enerima elektron. Untuk menjelaskan pembentukan semikonduktor tipe p, pikirkan suatu kristal germanium murni. Ketika sejumlah kecil impuritas trivalen seperti gallium ditambahkan pada kristal germanium, maka akan dijumpai sejumlah lubang di dalam kristal tersebut. Alasannya sederhana. Gallium merupakan trivalen yang atomnya memiliki tiga elektron valensi. Setiap atom gallium menetap di dalam kristal germanium hanya memiliki tiga elektron dalam ikatan kovalen yang dapat dibentuk. Karena tiga elektron valensi atom gallium hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen dengan atom germanium. Dalam ikatan kovalen ke empat hanya atom germanium yang menyumbangkan satu elektron valensi sedangkan etom gallium tidak memiliki elektron valensi untuk menyumbangkan seperti tiga elektron valensi yang telah diajak kerja sama dalam ikatan kovalen dengan atomatom germanium tetangganya. Dengan kata lain ikatan ke empat tidak lengkap karena kekurangan satu elektron. Kehilangan elektron ini dinamakan lubang (hole). Oleh karena itu, untuk setiap atom gallium yang ditambahkan, satu lubang akan tercipta. Sejumlah kecil gallium akan menyediakan jutaan lubang.

Penjelasan semikonduktor tipe p berdasarkan konsep pita energi adalah sebagai berikut. Penambahan impuritas trivalen telah menghasilkan sejumlah lubang. Tetapi ada sedikit elektron dalam pita konduksi yang terkait dengan energi termal dalam suhu kamar. Tetapi lubang-lubang tersebut jauh lebih besar dari elektron dalam pita konduksi. Berkaitan dengan kelebihan lubang terhadap elektron bebas maka bahan itu disebut semikonduktor tipe p (p berarti positif).

Konduktivitas tipe p. Konduksi arus pada semikonduktor tipe p terutama karena lubang yang bermuatan positif sehingga disebut sebagai konduktivitas tipe lubang atau tipe p. Untuk memahami konduktivitas tipe p, maka perhatikanlah gambar berikut. Ketika beda potensial dikenakan pada semikonduktor tipe p (lubang yang disumbangkan impuritas) akan bergeser dari ikatan kovalen yang satu ke yang lain. Karena lubang bermuatan positif, maka ia akan diarahkan menuju terminal negatif dan akan menimbulkan seperti yang telah dikenal sebagai arus lubang. Perlu dicacat pada konduktivitas tipe p bahwa elektron-elektron valensi bergerak dari satu ikatan kovalen ke yang lain tidak seperti pada tipe n di mana konduksi arus disebabkan oleh elektron bebas. 

Read More »

Add Comment

Unknown Elektronika, Semikonduktor

SEMIKONDUKTOR TIPE N

Pada pembahasan mengenai bahan semikonduktor ekstrinsik telah disinggung bahwa terdapat dua jenis bahan semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe N dan tipe P. Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. Pada bahan semikonduktor instrinsik sangat dipengaruhi oleh jenis atom donornya. Pada semikonduktor instrinsik diketahui bahwa golongan 4A merupakan golongan yang memiliki jumlah elektron dan proton yang hampir sama sehingga digolongkan menjadi bahan semikonduktor instrinsik (silikon, gemanium, dll). 

Semikonduktor Tipe N ini merupakan penggabungan antara atom unsur golongan 4A dengan unsur pada golongan II dan III sehingga membentuk senyawa baru dalam bentuk semikonduktor. Bahan semikonduktor tipe N merupakan bahan semikonduktor yang mayoritas pembawa elektron.

Konsentrasi pengotoran ini sangat kecil, dengan perbandingan atom pengotor (asing) dengan atom asli berkisar antara 1 : 100 juta sampai dengan 1 : 1 juta   Tujuan ini adalah agar bahan kaya akan satu jenis pembawamuatan saja (Elektron bebas saja atau hole saja) dan untuk memperbesar daya hantar listrik.   

Semikonduktor tipe N ialah semikonduktor eksintrik, yang diperoleh dari semikonduktor intrinsik yang dikotori dengan atom asing yang bervalensi 5 seperti As, Pb, P.   Karena perbandingan atom pengotor dengan atom asli sangat kecil, maka setiap atom pengotor (asing) dikelilingi oleh atom-atom asli. Elektron valensi yang ke 5 dari atom pengotor tidak terikat dalam ikatan kovalen sehingga menjadi elektron bebas. Dengan demikian pada bahan ini jumlah elektron bebas akan meningkat sesuai jumlah atom pengotornya sehingga elektron bebas menjadi pembawa muatan mayoritas dan hole (yang terbentuk akibat suhu) menjadi pembawa muatan minoritas. Karena pembawa muatan mayoritasnya adalah  elektron bebas, sedang elektron bebas bermuatan negatif, maka semikonduktor yang terbentuk diberi nama semi konduktor tipe N. dalam hal ini N kependekan dari kata Negatif, yakni jenis muatan mayoritasnya. Jadi tidak berarti bahwa semikonduktor ini bermuatan negatif. Semikonduktor ini tetap netral.   Karena atom pengotor memberikan kelebihan elektron-elektron dalam ikatan kovalen, maka disebut donor (atom donor). Setelah donor memberikan kelebihan elektronnya, maka akan menjadi ion positif. 

Keadaan ikatan dan pita tenaga semikonduktor tipe N  Jika konsentrasi elektron bebas pada semikonduktor tipe N ini dinyatakan dengan Nn sedang konsentrasi holenya dinyatakan dengan Pn dan konsentrasi atom donor dinyatakan dengan Nd maka berlaku : 

         

Menurut hukum massa aksi hasil kali konsentrasi pembawa  muatan positif dengan pembawa muatan negatif dalam keseimbangan termal merupakan suatu tetapan yang tidak bergantung pada donor dan

aseptor yang besarnya N2^2. Maka berdasarkan hukum ini berlaku:

Daya hantar jenis listriknya dapat dicari dari hubungan sebagai berikut :  

Read More »

Add Comment

Unknown Elektronika, Semikonduktor

BAHAN SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK

Bahan semikonduktor yang kini kita ketahui terbagi menjadi dua yaitu instinsik dan ekstrinsik. Untuk lebih jelasnya silahkan baca artikel tentang Bahan semikonduktor serta Bahan semikonduktor Instrinsik. Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. Pada bahan semikonduktor lebih dalam lagi kita akan membahasnya karena melihat pengaplikasian dari ilmu ini sangat luas. Penggunaan bahan semikonduktor sangat banyak digunakan dalam device-device elektronik yang kini sedang anda gunakan. seperti komponen elektronika Transitor dll.

Pokok pembahasan kita kali ini terkait mengenai bahan semikonduktor ekstrinsik yang merupakan kebalikan dari instrinsik. Agar lebih jelasnya Kita langsung saja ke pokok pembahasan.

Semikonduktor intrinsik mempunyai kemampuan konduksi arus kecil pada suhu kamar. Untuk menjadi berguna sebagai piranti elektronik, bahan semikonduktor murni harus diubah sedemikian hingga secara signifikan menaikkan sifat konduksinya. Ini dicapai dengan menambahkan sedikit impuritas (ketakmurnian) yang sesuai ke dalam semikonduktor itu. Ini kemudian disebut semikonduktor ekstrinsik atau tak murni. 

Proses penambahan impuritas ke dalam semikonduktor dikenal sebagai doping. Jumlah dan jenis impuritas itu dikendalikan dengan teliti selama pengolahan semikonduktor intrinsik. Pada umumnya 10^8 atom semikonduktor dengan satu atom impuritas yang ditambahkan.

Maksud penambahan impuritas adalah untuk menaikkan jumlah elektron bebas atau  lubang dalam kristal semikonduktor. Jika impuritas pentavalen (memiliki 5 elektron valensi) ditambahkan ke dalam semikonduktor, maka dihasilkan sejumlah besar elektron bebas di dalam semikonduktor itu. Dengan kata lain, penambahan impuritas trivalen (memiliki 3 elektron valensi) menciptakan sejumlah lubang dalam kristal semikonduktor. Tergantung pada jenis impuritas yang ditambahkan, semikonduktor ekstrinsik dikelompokkan ke dalam  (a) semikonduktor tipe n  dan  (b) semikonduktor tipe p.

Pada dasarnya bahan semikonduktor ekstrinsik merupakan semikonduktor yang tak murni di mana diketahui bahwa Bahan semikonduktor instrinsik atau bahan semikonduktor murni berada pada golongan 4 di tabel periodik. Ketakmurnian bahan semikondukto ekstrinsik yang dimaksudkan adalah ketika bahan semikonduktor instrinsik didoping atau diberi atom tambahan dari golongan lain kecuali golongan 1 dan 8. 

Pencampuran antara bahan semikonduktor instrinsik dengan unsur lainnya dilakukan untuk membuat senyawa yang meimilki energi gep tertentu.

Pertanyaan yang kemudian muncul adalah Bagaimana Cara atau proses Doping Tersebut?

Read More »

Add Comment

Unknown Elektronika, Semikonduktor

PRINSIP KERJA ARUS HOLE PADA SEMIKONDUKTOR

Pada artikel Pengaruh suhu pada semikonduktor telah dijelaskan bahwa selain suhu yang memberi efek pada konduktivitas semikonduktor juga terdapat pengaruh atau sumbangsi dari Hole/lubang.  Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. Dalam materi fisika yang berbicara tentang bahan semikonduktor tentunya Hole tidak terlalu asing lagi bagi teman-teman. Berikut merupakan penjelasan prinsip kerja arus hole pada Semikonduktor.

Arus Lubang /hole

Pada suhu kamar, beberapa ikatan kovalen dalam semikonduktor murni patah dan mengakibatkan elektron bebas. Di bawah pengaruh medan listrik, elektron bebas ini menimbulkan arus listrik. Pada saat yang sama arus lain -arus lubang- juga mengalir di dalam semikonduktor. Ketika ikatan kovalen patah karena energi termal, pelepasan satu elektron meninggalkan satu lowongan, yaitu kehilangan elektron dalam ikatan kovalen. Kehilangan elektron ini disebut lubang (hole) yang bekerja sebagai muatan positif (lubang bekerja sebagai muatan yang sebenarnya meskipun tidak ada muatan secara fisik). Untuk satu elektron yang dibuat bebas, akan tercipta satu lubang. Oleh karena itu, energi termal menciptakan pasangan lubang-elektron, dan terjadi banyak lubang ketika banyak elektron

bebas terjadi.  Perhatikan illustrasi berikut.

Lubang menunjukkan kehilangan elektron. Anggap elektron valensi pada L menjadi elektron bebas karena energi termal. Ini menciptakan lubang dalam ikatan kovalen di L. Lubang tersebut merupakan pusat kekuatan terhadap tarikan elektron (ada kecenderungan kuat dari kristal semikonduktor untuk membentuk ikatan kovalen, sehingga lubang menarik elektron dari atom tetangganya). Elektron valensi (misalkan di M) dari ikatan kovalen dekatnya datang mengisi lubang di L itu. Hal ini menciptakan lubang di M. Elektron valensi lain (misalkan di N) meninggalkan ikatannya untuk mengisi lubang pada M, yang kemudian menciptakan lubang di N. Lubang yang bermuatan positif bergerak dari L ke N menuju terminal negatif dari penyedia daya. Hal ini menimbulkan arus lubang. Perlu diingat bahwa arus lubang terkait dengan gerakan elektron valensi dari satu ikatan kovalen ke ikatan yang lain (tidak seperti arus biasanya yang merupakan elektron bebas). Alasan dasar timbulnya arus ini adalah kehadiran lubang dalam ikatan kovalen. Oleh karena itu akan lebih tepat jika dianggap bahwa arus tersebut sebagai gerakan  lubang-lubang. Deskripsi pita energi. Arus lubang dapat diterangkan dengan baik menggunakan konsep pita energi. Anggap karena energi termal sebuah elektron meninggalkan pita valensi untuk masuk ke dalam pita konduksi. Hal ini akan meninggalkan kekosongan di L. Perhatikan illustrasi pada gambar berikut.

Sekarang elektron valensi pada M datang mengisi lubang pada L. Hasilnya adalah lubang menghilang dari L dan muncul di M. Selanjutnya, elektron valensi pada N bergerak menuju lubang di M. Konsekuensinya, lubang tercipta di N. Jelas bahwa elektron valensi bergerak sepanjang lintasan PNML sedangkan lubang bergerak pada arah yang berlawanan sepanjang lintasan LMNP.

Prinsip kerja arus hole pada semikonduktor singkatnya adalah perpindahan elektron yang mengakibatkan terjadinya kekosongan atau hole ini yang mengakibatkan adanya energi listrik yang ditimbulkan ketika bahan semikonduktor dikenai energi melebihi energi Gep-nya.

Read More »

Add Comment

Unknown Elektronika, Fisika Modern

PENGARUH SUHU PADA SEMIKONDUKTOR

Pengaruh suhu pada semikonduktor sangat besar, hal ini karena konduktivitas  listrik semikonduktor berubah cukup besar terhadap perubahan suhu. Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. Berikut beberapa hal yang perlu dipahami:

Pada nol mutlak

Pada suhu nol mutlak, semua elektron dipegang sangat rapat oleh atom-atom semikonduktor. Elektron pada orbit dalam terikat sedangkan elektron valensi digunakan bersama dalam ikatan kovalen. Pada suhu ini ikatan kovalen sangat kuat  dan tidak ada elektron bebas. Oleh karena itu, kristal semikonduktor berkelakuan  sebagai isolator yang sempurna. Dalam deskripsi pita energi, pita valensinya dipenuhi dan terjadi celah energi yang besar antara pita valensi dan pita konduksi. Sehingga tidak ada elektron valensi yang dapat pencapai pita konduksi untuk menjadi elektron bebas. Ini terkait dengan tidak ada persediaan elektron bebas dalam semikonduktor yang berkelakukan sebagai isolator. yang berkelakukan sebagai isolator.

Di atas nol mutlak

Jika suhu dinaikkan, beberapa ikatan kovalen dalam semikonduktor patah oleh karena energi panas yang ditambahkan. Patahnya ikatan membuat elektron yang digunakan bersama dalam formasi ikatan ini menjadi bebas. Hasilnya adalah beberapa elektron bebas ada di dalam semikonduktor. Elektron bebas ini dapat menyebabkan arus listrik yang kecil bila beda potensial dikenakan menyilang kristal semikonduktor itu. Hal Ini menunjukkan bahwa resistansi semikonduktor menurun dengan kenaikan suhu dan dikatakan ia memiliki resistansi dengan koefisien suhu negatif. Bisa ditambahkan bahwa pada suhu kamar, arus yang melalui semikonduktor cukup kecil. Ketika suhu dinaikkan beberapa elektron valensi memiliki cukup energi untuk masuk ke dalam pita konduksi dan kemudian menjadi elektron bebas. Di bawah pengaruh medan listrik, elektron bebas ini akan menimbulkan arus listrik. Perlu diingat bahwa setiap kali elektron valensi masuk ke dalam pita konduksi, maka terbentuk lubang (hole) di dalam pita valensi. Lubang juga menyumbangkan arus listrik. Arus lubang merupakan konsep utama dalam semikonduktor.  Perhatikan gambar berikut.

Silikon Murni

Pengaruh suhu pada semikonduktor sangat jelas berpengaruh sehingga pemanfaatan bahan ini sangat besar dibidang elektronika. Baca juga Semikonduktor Instrinsik  dan Bahan semikonduktor sebagai reverensi anda.

Read More »

Add Comment

Unknown Elektronika, Fisika Modern

SEMIKONDUKTOR INSTRINSIK

Semikonduktor Instrinsik---Pada penerapan ilmu fisika dalam bidang material terdapat cabang ilmu fisika yang khusus mempelajari bahan semikonduktor. Pada pembahasan tentang kelistrikan diketahui terdapat tiga jenis bahan yaitu Isolator, Konduktor, dan semikonduktor. Bahan semi konduktor adalah bahan yang paling sering digunakan dalam bidang elektronika. Baca artikel tentang Bahan Semikonduktor  agar lebih jelas. Sebelum melanjutkan kegiatan membaca anda, bantu kami untuk klik gambar di samping. 
Silikon dan germanium merupakan dua jenis semikonduktor instrinsik (murni) yang sangat penting dalam elektronika. Keduanya terletak pada kolom empat dalam tabel periodik dan mempunyai elektron valensi empat. Struktur kristal silikon dan germanium berbentuk tetrahedral dengan setiap atom memakai bersama sebuah elektron valensi dengan atom-atom tetangganya.  Gambar 1 memperlihatkan bentuk ikatan kovalen dalam dua dimensi. Pada temperatur mendekati harga nol mutlak, elektron pada kulit terluar terikat dengan erat sehingga tidak terdapat elektron bebas atau silikon bersifat sebagai insulator.

Gambar 1. Ikatan kovelen Silikon dalam bentuk dua dimensi

Energi yang diperlukan mtuk memutus sebuah ikatan kovalen adalah sebesar 1,1 eV untuk silikon dan 0,7 eV untuk germanium.  Pada temperatur ruang (300K), sejumlah elektron mempunyai energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan dan tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas (gambar 2).  Besarya energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari pita valensi ke pita konduksi ini disebut energi terlarang (energy gap).  Jika sebuah ikatan kovalen terputus, maka akan terjadi kekosongan atau lubang (hole).  Pada daerah dimana terjadi kekosongan akan terdapat kelebihan muatan positif, dan daerah yang ditempati elektron bebas mempunyai kelebihan muatan negatif.  Kedua muatan inilah yang memberikan kontribusi adanya aliran listrik pada semikonduktor instrinsik (murni).  Jika elektron valensi dari ikatan kovalen yang lain mengisi lubang tersebut, maka akan terjadi lubang baru di tempat yang lain dan seolah-olah sebuah muatan positif bergerak dari lubang yang lama ke lubang baru.

Gambar 2. a) Struktur kristal silikon memperlihatkan adanya sebuah ikatan kovalen yang terputus dan b) Diagram pita energi menunjukkan tereksitasinya elektron ke pita konduksi  dan meninggalkan lubang di pita valensi

Proses aliran muatan ini, yang biasa disebut sebagai “arus drift” dapat dituliskan sebagai berikut “Peristiwa hantaran listrik pada semikonduktor adalah akibat adanya dua partikel masing-masing bermuatan positif dan negatif yang bergerak dengan arah yang berlawanan akibat adanya pengaruh medan listrik”. Akibat adanya dua pembawa muatan tersebut, besarnya rapat arus dinyatakan sebagai:

dimana ni  disebut sebagai konsentrasi intrinsik.  Beberapa properti dasar silikon dan germanium diperlihatkan pada tabel 1.

Tabel 1. Beberapa properti dasar silikon dan germanium pada 300K

Read More »

Add Comment

Unknown Elektronika