Friday, 25 December 2015

Elektron dan Radioaktivitas


1.      Elektron
        Pada tahun 1890-an banyak ilmuwan berlomba-lomba meneliti radiasi (radiation), yaitu pemancaran dan perambatan energi melalui ruang dalam bentuk gelombang. Informasi yang diperoleh dari penelitian ini memberikan sumbangan besar pada pemahaman kita tentang struktur atom. Salah satu alat yang digunakan untuk menyelidiki fenomena ini adalah tabung sinar katoda, cikal bakal dari tabung televisi (Gambar 2.3). Tabung itu berupa tabung kaca yang sebagian besar udaranya sudah disedot keluar. Ketika dua lempeng logam dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi, lempeng yang bermuatan negatif, di sebut katoda, memancarkan sinar yang tidak terlihat. Sinar katoda ini tertarik ke lempeng yang bermuatan positif, yang disebut anoda, dimana sinar itu akan melalui suatu lubang dan terus merambat menuju tabung ujung yang satunya. Ketika sinar ini menumbuk permukaan yang telah dilapisi secara khusus, sinar katoda tersebut menghasilkan pendaran yang kuat, atau cahaya yang terang.

Tabung Sinar Katoda
Figure 2.3 A cathode ray tube with an electric field perpendicular to the direction of the cathode rays and an external magnetic field. The symbols N and S denote the north and south poles of the magnet. The cathode rays will strike the end of the tube at A in the presence of a magnetic field, at C in the presence of an electric field, and at B when there are no external fields present or when the effects of the electric field and magnetic field cancel each other. 


             Dalam beberapa percobaan, ditambahkan dua lempeng bermuatan listrik dan sebuah magnet di luar tabung sinar katoda (lihat Gambar 2.3). Ketika medan magnet dihidupkan dan medan listrik dimatikan, sinar katoda menumbuk titik A. Ketika hanya medan listrik yang dihidupkan, sinar akan menumbuk dititik C. Ketika medan listrik dan magnetik mati atau kedua duanya hidup tetapi seimbang sehingga saling menghilangkan, sinar menumbuk titik B. Menurut teori elektromagnetik, benda bermuatan yang bergerak berperilaku seperti sebuah magnet sehingga dapat berinteraksi dengan medan listrik dan medan magnetik yang dilaluinya. Karena sinar katoda ditarik oleh lempeng  yang bermuatan positif dan ditolak oleh lempeng yang bermuatan negatif. Kita mengenal partikel bermuatan negatif ini sebagai elektron. Gambar 2.4 menunjukkan pengaruh batang magnet terhadap sinar katoda.
Figure 2.4 (a) A cathode produced in a discharge tube. The ray itself  is invisible, but the fluorescence of a zinc sulfide coating on the glass causes it to appear green. (b) The cathode ray is bent downward when a bar magnet is brought toward it. (c) When the polarity of the magnet is reserved, the ray bends in the opposite direction.

       Seorang fisikawan Inggris, J.J. Thomson, menggunakan tabung sinar katoda dan pengetahuannya tentang teori elektromagnetik untuk menentukan perbandingan muatan listrik terhadap massa elektron tunggal. Angka yang diperolehnya adalah -1,76 x 108 C/g, di mana C adalah kependekan dari coulomb, yaitu satuan muatan listrik. Selanjutnya, dalam serangkaian percobaan yang dilakukan antara tahun 1908 dan 1917, R. A. Milikan, seorang fisikawan Amerika, menemukan bahwa muatan sebuah elektron adalah sebesar 1,6022 x 10-19 C (Gambar 2.5).
Figure 2.5 Schematic diagram of Millikan's oil drop experiment.

Dari data-data ini ia menghitung massa sebuah elektron:
Massa satu elektron     =  muatan / muatan/massa
                                    =  (-1,6022 x 10-19 C) / (-1,76 x 108 C/g)
                                    =  9,10 x 10-28 g
Yang merupakan suatu massa yang luar biasa kecil.

2.      Radioaktivitas
Pada tahun 1895, seorang fisikawan jerman Wihelm Röntgen mengamati bahwa sinar katoda menyebabkan kaca dan logam memancarkan sinar yang tidak biasa. Radiasi yang berenergi tinggi ini menembus materi, menghitamkan lempengan fotografi yang tetutup, dan menyebabkan berbagai zat berfluoresensi. Karena sinar ini tidak dapat dibelokkan oleh magnet, berarti sinar ini tidak mengandung partikel bermuatan seperti sinar katoda. Rontgen menyebutnya sebagai sinar-x.
Tidak lama setelah penemuan Röntgen, Antoine Becquerel, seorang profesor fisika di paris, mulai mengkaji sifat-sifat fluoresensi dari berbagai zat. Secara tidak sengaja, ia menemukan bahwa senyawa uranium dapat menyebabkan lempeng fotografi yang terbungkus tebal berubah menghitam, bahkan tanpa rangsangan sinar katoda. Seperti sinar-x, sinar dari senyawa uranium berenergi sangat tinggi dan tidak dapat dibelokkan oleh magnet, tetapi berbeda dengan sinar-x karena sinarnya di hasilkan secara spontan. Seorang mahasiswa Becquerel, yaitu Marie Curie, mengusulkan nama radioaktivitas untuk menggambarkan pancaran spontan partikel atau radiasi ini. Jadi, setiap unsur yang secara spontan memancarkan radiasi di sebut radioaktif.
Figure 2.6 Three types of rays emitted by radioactive elements. β rays consist of negatively charged particles (electrons) and are therefore attracted by the positively charged plate. The opposite holds true for α rays-they are positively charged and are drawn to the negatively charged plate. Because γ rays have no charges, their path is unaffected by an external electric field.
             Penyelidikan lebih jauh mengungkapkan bahwa ada tiga jenis sinar yang dihasilkan dari peluruhan (decay), atau pemecahan, zat-zat radioaktif seperti anium. Dua dari ketiga jenis sinar itu dibelokkan oleh lempeng logam yang muatannya saling berlawanan (Gambar 2.6). Sinar alfa (α) terdiri atas partikel-partikel bermuatan positif, di sebut partikel α, dan karena itu dibelokkan oleh lempeng yang bermuatan positif. Sinar beta (β), atau partikel β, merupakan elektron dan dibelokkan oleh lempeng yang bermuatan negatif. Jenis ketiga dari radiasi radioaktif terdiri atas sinar-sinar berenergi tinggi  yang disebut sinar gamma (γ). Seperti sinar-x, sinar-γ tidak bermuatan dan tidak dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnetk luar.



Referensi: Raymond Chang

1 comment: