wp_head(); ?>

Pengukuran merupakan faktor penting bagi kita untuk memahami dunia luar. Melalui jutaan tahun kehidupan, kita telah mengembangkan rasa pengukuran.

Pengukuran membutuhkan alat, yang menyediakan kuantitas bagi para ilmuwan. Masalah yang terjadi disini adalah, hasil dari setiap pengukuran oleh alat ukur apapun mengandung semacam ketidakpastian, dimana ketidakpastian ini disebut dengan Error.

Akurasi dan presisi adalah faktor yang lebih penting untuk dipertimbangkan saat melakukan pengukuran apa pun. Istilah-istilah ini menjelaskan seberapa dekat suatu pengukuran dengan nilai yang diketahui atau diterima. Mari kita lihat presisi, akurasi, dan perbedaannya secara detail.

Ketika membahas soal mengukur suatu benda atau zat, topik bahasannya beralih dari benda itu ke keakuratan atau ketepatan pengukuran. Kedua istilah ini cukup sering digunakan secara bergantian, tetapi keduanya tidak sama.

Apa Itu Akurasi?

Akurasi adalah sebagai tingkat ketepatan pengukuran jika dibandingkan dengan nilai sebenarnya.

Akurasi dapat dijelaskan sebagai kemampuan suatu instrumen untuk mengukur nilai yang akurat. Dalam pengertian lain, kedekatan nilai yang diukur dengan nilai yang benar atau standar.

Akurasi diperoleh dengan mengambil pembacaan kecil, dan pembacaan kecil ini mengurangi kesalahan perhitungan. Keakuratan sistem telah diklasifikasikan menjadi tiga jenis seperti yang diberikan di bawah ini.

Akurasi Poin

Keakuratan suatu instrumen hanya pada titik tertentu pada skalanya disebut akurasi titik. Sangat penting untuk membuat catatan; akurasi ini tidak memberikan info tentang akurasi umum instrumen.

Akurasi sebagai Persentase Rentang Skala

Rentang skala seragam mendefinisikan akurasi pengukuran. Kita dapat memahami ini lebih baik dengan bantuan contoh di bawah ini:

Mari kita pertimbangkan termometer klinis yang memiliki rentang skala hingga 5000 C. Termometer memiliki akurasi ±0,5; artinya ±0,5 persen kenaikan atau penurunan nilai instrumen, yang dapat diabaikan. Tetapi jika pembacaan yang sama lebih atau kurang dari 0,50 C, itu dianggap sebagai kesalahan bernilai tinggi.

Akurasi sebagai Persentase Nilai Sejati

Jenis akurasi instrumen ini ditentukan dengan mengidentifikasi nilai terukur sehubungan dengan nilai sebenarnya. Akurasi instrumen dapat diabaikan hingga ±0,5 persen dari nilai sebenarnya.

Apa itu Presisi?

Presisi, di sisi lain, mengacu pada tingkat ketepatan absolut yang pengukurannya dilakukan dengan cara yang paling ketat.

Secara sederhana, presisi adalah istilah yang digunakan untuk melihat seberapa andal dan konsisten pengukuran eksperimen sementara akurasi di sisi lain memeriksa kedekatan pengukuran eksperimen dengan nilai ideal atau yang diterima.

Sebuah analogi yang ideal untuk mengingat akurasi dan presisi adalah dengan mengingat seorang pemain bola basket yang mencoba menembak ke keranjang di mana jika pemain akan menembak dengan sangat akurat, bola akan mendarat di dekat atau ke dalam keranjang.

Jika pemain mencoba menembak dengan presisi, bola akan jatuh tepat di lokasi yang dekat atau tidak dekat dengan keranjang. Pemain yang tepat akan akurat dan tepat pada saat yang sama dengan selalu menembakkan bola ke dalam keranjang.

Kedekatan dari dua atau lebih pengukuran satu sama lain disebut presisi suatu zat. Jika suatu zat ditimbang lima kali dan mendapat 3,2 kg setiap kali, pengukurannya sangat tepat tetapi belum tentu akurat. Presisi selalu independen dari akurasi. Contoh yang dibahas di bawah ini akan menjelaskan kepada Anda bagaimana Anda bisa tepat tetapi tidak akurat dan sebaliknya. Presisi terkadang dapat dipisahkan sebagai berikut.

Pengulangan

Ini adalah variasi, yang timbul ketika kondisinya tetap identik, dan pengukuran berulang dilakukan dalam waktu singkat.

Reproduksibilitas ini adalah variasi, yang muncul ketika menggunakan proses pengukuran yang sama di antara operator dan instrumen yang berbeda dan dalam periode waktu yang lebih lama.

Perbedaan Antara Akurasi Dan Presisi

             Dasar          Ketepatan        Presisi
Definisi Ini bisa didefinisikan sebagai tingkat kebenaran suatu pengukuran terhadap nilai sebenarnya. Ini bisa didefinisikan sebagai ketepatan yang tajam dari suatu pengukuran.
Metode Pengukuran Memiliki satu faktor yang digunakan untuk mengukur. Memiliki banyak faktor untuk pengukuran.
Hubungan Mutual Item yang akurat harus tepat dalam banyak kasus. Item yang tepat mungkin akurat atau mungkin tidak.

Contoh Akurasi dan Presisi

Ada banyak contoh real-time yang bisa dibahas dalam konsep Akurasi dan Presisi. Mari kita bahas salah satunya.

Mari kita lihat analogi yang baik untuk memahami perbedaan antara presisi dan akurasi dengan sebuah contoh. Bayangkan jika seorang pemain sepak bola menembak ke gawang. Jika pemain menembak bola ke gawang, dia dikatakan akurat. Juga, seorang pemain sepak bola yang terus memukul tiang gawang yang sama tepat tetapi tidak akurat.

Dengan demikian, seorang pemain sepak bola bisa akurat tanpa harus tepat jika dia memukul bola di semua tempat tapi tetap saja dia mencetak gol. Juga, pemain yang tepat akan memukul bola ke tempat yang sama berulang kali, terlepas dari apakah dia mencetak gol atau tidak. Seorang pemain sepak bola yang akurat dan tepat tidak hanya akan membidik satu titik tetapi juga mencetak gol.

(Gambar akan segera diupload)

Mempertimbangkan gambar, gambar di kiri atas menunjukkan sasaran yang dipukul pada titik presisi tinggi dan akurasi. Gambar di kanan atas menunjukkan sasaran yang dipukul dengan akurasi tinggi tetapi presisi rendah.

Gambar yang tercantum di kiri bawah menunjukkan sasaran yang dipukul dengan presisi tinggi tetapi dengan akurasi rendah. Terakhir, gambar yang ditempatkan di kanan bawah menunjukkan sasaran yang dipukul dengan akurasi rendah dan presisi rendah.

Energi Potensial suatu benda dapat didefinisikan sebagai energi yang tersimpan dalam suatu benda karena perubahan posisinya dalam ruang atau karena pemanjangan kompresi yang terjadi pada benda karena tegangan.

Energi potensial adalah bentuk energi yang sangat penting karena disimpan dalam tubuh menggunakan kekuatan alam. Konsep energi potensial banyak digunakan dalam fungsi bendungan dan proyek pembangkit listrik tenaga air lainnya, selain itu juga digunakan dalam fungsi perangkat modern seperti lift dan lift.

Energi yang disimpan dalam benda elastis seperti pegas berbeda dengan energi yang diberikan pada suatu benda dengan mengangkatnya di bawah pengaruh Gravitasi. Hampir semua kehidupan didukung oleh gaya Gravitasi.

Dalam fisika, kita menyebut energi sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.

Jenis energi dapat berupa:

  • Kelistrikan: hasil perbedaan potensial antara dua titik.
  • Cahaya: bagian energi yang mengangkut cahaya yang dapat dirasakan dengan mata manusia.
  • Mekanika: karena posisi dan pergerakan suatu benda. Ini adalah jumlah energi potensial, kinetik dan elastis.
  • Thermal: gaya yang dilepaskan dalam bentuk panas.
  • Angin: diperoleh melalui angin, biasanya digunakan untuk mengubahnya menjadi energi listrik.
  • Surya: digunakan radiasi elektromagnetik dari matahari.
  • Nuklir: dari reaksi nuklir, dari fusi dan fisi nuklir.
  • Kinetik: yang dimiliki suatu benda karena pergerakannya.
  • Kimiawi atau reaksi: dari makanan dan bahan bakar.
  • Hidraulik atau hidroelektrik: ini adalah hasil dari energi kinetik dan potensial arus air.
  • Sonora: dihasilkan oleh getaran suatu benda dan udara yang mengelilinginya.
  • Radiasi: berasal dari gelombang elektromagnetik.
  • Fotovoltaik: memungkinkan transformasi sinar matahari menjadi energi listrik.
  • Ionik: ini adalah energi yang dibutuhkan untuk memisahkan elektron dari atomnya.
  • Geothermal: yang berasal dari panas bumi.
  • Pasang surut: berasal dari pergerakan pasang surut.
  • Elektromagnetik: tergantung pada medan listrik dan magnet. Itu terdiri dari energi pancaran, kalori dan listrik.
  • Metabolik: ini adalah energi yang diperoleh organisme dari proses kimianya di tingkat sel.

Apa itu Energi potensial

Ketika kita berbicara tentang energi potensial, kita mengacu pada energi yang dipertimbangkan dalam suatu sistem. Dalam pengertian ini, energi potensial suatu benda adalah kapasitas yang dimilikinya untuk melakukan suatu tindakan bergantung pada gaya yang dilakukan oleh benda sistem tersebut terhadap satu sama lain.

Dengan kata lain, energi potensial adalah kemampuan untuk menghasilkan usaha sebagai konsekuensi dari posisi benda.

Energi potensial dari sistem fisik adalah energi yang disimpan oleh sistem. Ini adalah usaha yang dilakukan oleh gaya pada sistem fisik untuk memindahkannya dari satu posisi ke posisi lain.

Ini berbeda dengan energi kinetik, karena energi kinetik hanya bermanifestasi saat benda bergerak, sedangkan energi potensial tersedia saat benda tidak bergerak.

Penting untuk diingat bahwa ketika kita berbicara tentang gerakan atau imobilitas benda, kita selalu melakukannya dari sudut pandang tertentu.

Ketika kita berbicara tentang energi potensial, kita mengacu pada imobilitas benda di dalam sistem. Misalnya, seseorang yang duduk di kereta tidak dapat bergerak dari sudut pandang sistem kabinnya. Namun jika dilihat dari luar kereta, orang tersebut bergerak-gerak.

Jenis energi potensial

Secara umum ada dua jenis energi potensial, yang masing-masing dikenal sebagai energi potensial elastis dan energi potensial gravitasi.

Energi Potensial Elastis adalah energi yang ada pada benda yang dapat diregangkan atau diperpanjang, seperti trampolin, pegas, dll. Semakin lama pemuaian benda dari keadaan alaminya, semakin besar energi potensial elastis yang dimilikinya.

Ada banyak barang seperti itu yang dirancang khusus untuk menyimpan energi potensial elastis seperti ketapel atau karet gelang.

Rumus matematika untuk energi potensial elastis diberikan di bawah ini:

U = 1/2 kx 2

Di mana,

U = Energi potensial elastis

k = Konstanta gaya pegas

x = Panjang regangan tali dalam m

Energi potensial gravitasi didefinisikan sebagai energi yang diperoleh suatu benda karena pergeseran posisinya ketika berada dalam pengaruh medan gravitasi.

Tanpa masuk ke prinsip gravitasi, energi potensial gravitasi hampir secara eksklusif digunakan untuk merujuk pada akumulasi energi di dalam tubuh karena pengaruh gravitasi.

Rumus matematika untuk energi potensial gravitasi adalah:

E = m × g × h,

m = Massa benda dalam kilogram,

g = percepatan gravitasi (9,8 ms -2 di Bumi)

h = ketinggian tempat benda ditinggikan.

Secara lengkap macam-macam energi potensial ditulis di bawah ini:

  • Energi potensial gravitasi: ini adalah energi potensial suatu benda yang tergantung pada ketinggian tertentu. Yaitu, energi yang akan dimilikinya jika berhenti ditangguhkan dan gravitasi mulai berinteraksi dengan benda tersebut. Ketika kita mempertimbangkan energi potensial gravitasi dari sebuah benda yang dekat dengan permukaan bumi, besarnya sama dengan berat benda dikalikan tingginya.
  • Energi potensial elastis: ini adalah energi yang disimpan tubuh saat mengalami deformasi. Energi potensial berbeda pada setiap bahan, tergantung pada elastisitasnya (kemampuan untuk kembali ke posisi semula setelah deformasi).
  • Energi potensial elektrostatis: yang ditemukan pada benda-benda yang saling tolak atau menarik. Energi potensial lebih besar jika mereka semakin dekat jika mereka saling tolak, sementara itu semakin besar jika mereka menarik satu sama lain.
  • Energi potensial kimia: bergantung pada organisasi struktural atom dan molekul.
  • Energi potensial nuklir: ini disebabkan oleh kekuatan intens yang mengikat dan menolak proton dan neutron satu sama lain.

Contoh energi potensial

  • Balon: Saat kita mengisi balon, kita memaksa gas untuk tetap berada di ruang yang dibatasi. Tekanan yang diberikan oleh udara tersebut meregangkan dinding balon. Setelah kita selesai mengisi balon, sistem tidak dapat bergerak. Namun, udara bertekanan di dalam balon memiliki energi potensial yang besar. Jika balon meletus, energi itu menjadi energi kinetik dan bunyi.
  • Sebuah apel di cabang pohon: Saat digantung, ia memiliki energi potensial gravitasi, yang akan tersedia segera setelah terlepas dari cabangnya.
  • Layang-layang: Layang-layang digantung di udara karena pengaruh angin. Jika angin berhenti, energi potensial gravitasinya akan tersedia. Layang-layang tersebut biasanya lebih tinggi dari apel di cabang pohon, artinya energi potensial gravitasinya (bobot untuk tinggi) lebih tinggi. Namun, itu jatuh lebih lambat dari apel. Ini karena udara memberikan gaya yang berlawanan dengan gaya gravitasi, yang disebut “gesekan”. Karena laras memiliki permukaan yang lebih besar daripada apel, ia mengalami gaya gesek yang lebih besar saat jatuh.
  • Roller Coaster: Roller coaster mendapatkan energi potensial saat naik ke puncak. Puncak-puncak ini berfungsi sebagai titik ekuilibrium mekanis yang tidak stabil. Untuk mencapai puncak, harus menggunakan tenaga mesinnya. Namun, setelah naik, sisa perjalanan dilakukan berkat energi potensial gravitasi, yang bahkan dapat membuatnya mendaki ke puncak baru.
  • Pendulum: Pendulum sederhana adalah benda berat yang diikat ke poros oleh benang yang tidak dapat diperpanjang (yang membuat panjangnya konstan). Jika kita menempatkan benda berat setinggi dua meter dan melepaskannya, pada sisi berlawanan dari bandul tingginya akan mencapai tepat dua meter. Ini karena energi potensial gravitasinya mendorongnya untuk menahan gravitasi pada tingkat yang sama ketika ia tertarik padanya. Pendulum akhirnya berhenti karena gaya gesekan udara, bukan karena gaya gravitasi, karena gaya itu terus menyebabkan pergerakan tanpa batas.
  • Duduk di sofa: Bantalan (cushion) sofa tempat kita duduk dikompresi (diubah bentuknya) oleh berat kita. Energi potensial elastik ditemukan dalam deformasi ini. Jika ada bulu pada bantalan yang sama, saat kita melepaskan beban dari bantalan, energi potensial elastis akan dilepaskan dan bulu akan dikeluarkan oleh energi itu.
  • Baterai: Di ​​dalam baterai ada sejumlah energi potensial yang hanya diaktifkan saat bergabung dengan sirkuit listrik.

Selain di atas, kami juga menjelaskan berbagai contoh lain dari energi potensial berikut ini:

Energi Potensial pada Pendulum

Pendulum adalah struktur di mana berat tergantung pada poros sehingga mereka dapat dengan mudah berayun; misalnya, jam pendulum. Jika pendulum dipegang di salah satu ujung, ia memiliki energi potensial maksimum pada saat itu karena posisinya.

Tetapi ketika kita dia bergerak turun, energi potensial ini diubah menjadi energi kinetik. Ketika pendulum akan mencapai ujung yang lain, sebelum kembali dengan jalan yang sama, ia akan berhenti selama satu detik di titik tertinggi. Pada tahap diam 1-2 detik ini, energi kinetik akan diubah menjadi energi potensial. Proses ini akan diulangi lagi dan lagi sampai pendulum berhenti.

Energi Potensial pada Pegas

Seperti yang telah dibahas, energi potensial elastis adalah bentuk energi potensial yang ada pada benda-benda yang dapat diregangkan dan dikompresi; misalnya, pegas.

Ketika pegas dikompresi atau diregangkan, ia memperoleh sejumlah energi potensial yang disebut energi potensial elastis sedangkan energi yang diperlukan untuk mengompres pegas disebut energi kinetik. Ketika pegas terkompresi dilepaskan, energi potensial yang tersimpan dari pegas terkompresi akan kembali dikonversi menjadi energi kinetik.

Energi Potensial pada Busur & Panah

Apakah Anda tahu bahwa menggunakan busur dan anak panah menggunakan hukum termodinamika pertama yang mengatakan bahwa ‘energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan; itu hanya dapat ditransfer dari satu bentuk ke bentuk lainnya ‘?

Ketika seorang pemanah menarik kembali tali busur, sejumlah energi potensial elastis diperoleh oleh anggota badan fleksibel busur. Semakin banyak pemanah menarik kembali, semakin banyak energi potensial yang akan diperoleh oleh anggota badan busur karena peregangan.

Ketika tali busur dilepaskan, panah bergerak maju dengan sangat cepat. Apa yang terjadi di sini adalah energi potensial yang diperoleh oleh busur karena peregangan sedang dengan cepat ditransfer ke panah dalam bentuk energi kinetik, dan dengan demikian, ia bergerak maju.

Energi Potensial pada Batu di tebing

Sebuah batu di tepi tebing memiliki energi potensial. Energi potensial dalam batu itu akan karena posisinya. Seperti yang telah kita ketahui, energi yang tersimpan dalam suatu benda karena tingginya dikenal sebagai energi potensial gravitasi; oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa energi yang ada di batu akan menjadi energi potensial gravitasi.

Dan juga, jika seseorang mendorong batu itu ke tebing, energi potensial yang sama kemudian akan diubah menjadi energi kinetik. Jadi, lain kali Anda berada di perjalanan Anda ke pegunungan dan melihat batu bertengger di tepi tebing ingatlah bahwa ia memiliki sejumlah energi yang tersimpan di dalamnya dalam bentuk energi potensial gravitasi.

Energi Potensial pada Makanan yang Kita Makan

Pernah berpikir bagaimana kita bisa berjalan, berlari, atau melakukan pekerjaan apa pun yang membutuhkan banyak energi? Dari mana energi ini dalam tubuh kita untuk melakukan semua pekerjaan berasal?

Seperti yang kita ketahui bahwa pekerjaan yang dilakukan membutuhkan energi dan, kita, manusia memperoleh energi dari makanan yang kita makan.

Seperti dijelaskan sebelumnya, ada jenis energi potensial yang ada dalam zat yang disebut energi kinetik kimia. Ini adalah energi yang disimpan dalam ikatan kimia suatu zat.

Makanan yang kita makan memiliki sejumlah energi potensial kimia yang tersimpan. Ketika makanan mencapai perut kita, energi potensial kimiawi yang sama diubah menjadi energi yang digunakan tubuh kita.

Kita dapat mengatakan bahwa segala sesuatu yang terdiri dari atom memiliki energi potensial. Menariknya jika kita mengambil dua potong daging, panas dan dingin yang beratnya sama dan membandingkannya, kita akan menemukan bahwa daging panas akan memiliki lebih banyak energi dibandingkan dengan daging dingin karena yang pertama memiliki sejumlah energi panas tambahan; Namun, jumlah energi potensial akan tetap sama.

Energi Potensial pada Air Di Bendungan & Waduk

Air yang disimpan di reservoir bendungan untuk berbagai keperluan seperti menghasilkan listrik di pembangkit listrik tenaga air, irigasi, pencegahan banjir, konsumsi manusia, keperluan industri dll, memiliki sejumlah energi potensial.

Karena air yang tertahan di waduk diam dan dilarang mengalir, energi yang ada di dalamnya akan disebut energi potensial karena kita tahu bahwa energi potensial adalah jenis energi yang ada dalam benda yang diam.

Ketika gerbang bendungan terbuka, air ini, yang awalnya diam, akan langsung digerakkan dan energi potensial yang tersimpan dalam air akan diubah menjadi energi kinetik.

Energi Potensial pada Salju

Pernahkah Anda melihat gunung yang dipenuhi salju yang terlihat begitu damai? Ketika salju turun baru terjadi, salju mulai berkemas di pegunungan. Salju yang sedang diam memiliki sejumlah energi potensial di dalamnya.

Karena pegunungan ini hadir pada ketinggian tertentu, energi potensial ini dapat diklasifikasikan sebagai energi potensial gravitasi. Ketika salju turun, penutup salju yang penuh sesak ini menghasilkan longsoran salju. Apa yang terjadi pada longsoran salju adalah bahwa karena pecahnya salju, energi potensial diubah menjadi energi kinetik. Karenanya, salju mulai bergerak menuruni gunung.

Energi Potensial pada Peluru

Sebelum sebuah peluru ditembakkan dari pistol, peluru itu diam. Seperti kita ketahui sekarang bahwa energi yang ada dalam suatu benda yang ditahan diam disebut energi potensial. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa peluru yang diam di dalam pistol mengandung sejumlah energi yang dikenal sebagai energi potensial. Dan, segera setelah peluru ditembakkan, energi potensial akan diubah menjadi energi kinetik.

Energi Potensial pada Rollercoaster

Ketika sebuah gerobak diadakan di bagian atas rollercoaster sebelum diizinkan jatuh bebas, gerobak itu mengandung sejumlah energi potensial. Pada titik tertinggi dari rollercoaster, gerobak ditahan diam selama beberapa detik, energi yang terkandung dalam gerobak karena tinggi dan berat orang yang duduk di gerobak disebut sebagai energi potensial gravitasi. Semakin banyak orang mengendarai gerobak, akan semakin banyak energi potensial gravitasi. Ketika gerobak meluncur lebih jauh di lintasan, energi potensial yang disimpan diubah menjadi energi kinetik.

Energi Potensial pada Karet gelang

Ketika kita meregangkan karet gelang, ia menyimpan sejumlah energi potensial di dalamnya. Sekarang, kita dapat dengan mudah mengatakan bahwa karet gelang yang diregangkan akan memiliki energi potensial elastis yang tersimpan di dalamnya. Segera setelah pita peregangan dibebaskan, ia dengan cepat kembali ke bentuk aslinya dan energi potensial elastis dikonversi menjadi energi kinetik.

Energi Potensial pada Bola Penghancur

Bola yang bergelombang mirip dengan bandul. Ketika derek mengayunkan bola perusak hingga ketinggian tertentu, ia mulai mendapatkan energi potensial. Sama seperti kasus pendulum, di sini, juga, energi potensial diubah menjadi energi kinetik yang digunakan untuk menghancurkan bangunan.

Energi Potensial pada Perenang

Sebelum menyelam ke dalam air, perenang selalu berdiri di atas papan loncat dan melakukan peregangan. Sementara para perenang berdiri di papan loncat, mereka memiliki sejumlah energi potensial gravitasi.

Begitu mereka menyelam ke dalam air, energi potensial gravitasi ini diubah menjadi energi kinetik. Ini adalah alasan mengapa para perenang melakukan lompatan sambil menyelam untuk memperoleh energi potensial gravitasi maksimum yang akan dikonversi menjadi energi kinetik. Semakin banyak energi kinetik, semakin mudah untuk memotong viskositas air di kolam.

Hubungan Antara Energi Kinetik dan Energi Potensial

Pada contoh terakhir, kita membahas skenario truk naik ke ujung gunung dan kemudian turun gunung untuk mencapai tanah.

(Gambar akan segera diupload)

Jadi, awalnya, ia menyimpan energi yang merupakan energi potensial, dan kemudian mulai bergerak ke atas gunung, yang merupakan energi kinetik. Jadi, total energi yang digunakan olehnya diberikan sebagai:

KEi + PEi

Sekarang, seperti di ujungnya, dan lagi-lagi memiliki energi simpanan atau energi potensial akhir saat mulai bergerak menuruni gunung, energi yang tersimpan ini berubah menjadi energi kinetik. Sekarang, total energi yang digunakan dalam kasus terakhir adalah sebagai berikut:

KEf + PEf

Jadi, berapa pun energi total yang digunakan awalnya sama dengan energi yang digunakan akhirnya. Jadi, hubungan antara energi kinetik dan energi potensial adalah:

KEi + PEi = KEf + PEf

Kami menjelaskan apa itu semikonduktor listrik, jenisnya, aplikasinya, dan contohnya. Selain itu, bahan konduktif dan isolasi.

Apa itu semikonduktor?

Semikonduktor adalah bahan yang mampu bertindak sebagai konduktor listrik atau sebagai isolator listrik, tergantung pada kondisi fisik di mana mereka ditemukan. Kondisi ini biasanya melibatkan suhu dan tekanan, timbulnya radiasi atau intensitas medan listrik atau medan magnet yang dikenakan material.

Semikonduktor terdiri dari unsur-unsur kimia yang sangat bervariasi, yang sebenarnya berasal dari daerah yang berbeda dari Tabel Periodik, tetapi yang memiliki sifat kimia tertentu (umumnya mereka tetravalen), yang memberi mereka sifat listrik tertentu. Saat ini, semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon (Si), khususnya dalam industri elektronik dan komputer.

Seiring dengan bahan isolasi, semikonduktor ditemukan pada tahun 1727 oleh fisikawan dan naturalis Inggris Stephen Gray (1666-1736), tetapi hukum yang menggambarkan perilaku dan sifat mereka dijelaskan jauh kemudian, pada tahun 1821, oleh fisikawan terkenal Jerman Georg Simon. (1789-1854).

Aplikasi semikonduktor

Semikonduktor sangat berguna dalam industri elektronik, karena memungkinkan arus listrik dikonduksi dan dimodulasi sesuai dengan pola yang diperlukan.

Karena itu, biasanya semikonduktor digunakan untuk:

  • transistor
  • Sirkuit terintegrasi
  • Dioda listrik
  • Sensor optik
  • Laser keadaan padat
  • Modulator penggerak listrik (seperti ampli gitar listrik)

Jenis semikonduktor

Semikonduktor dapat terdiri dari dua jenis yang berbeda, tergantung pada responsnya terhadap lingkungan fisik di mana mereka:

Semikonduktor intrinsik.

Mereka terdiri dari satu jenis atom, disusun dalam molekul tetrahedral (yaitu, empat atom dengan valensi 4) dan atom-atomnya bergabung dengan ikatan kovalen.

Konfigurasi kimia ini mencegah pergerakan bebas elektron di sekitar molekul, kecuali jika terjadi peningkatan suhu: maka elektron mengambil bagian dari energi yang tersedia dan “melompat”, meninggalkan ruang bebas yang diterjemahkan sebagai muatan positif, yang pada gilirannya akan menarik elektron baru. Proses ini disebut rekombinasi, dan jumlah panas yang dibutuhkan untuk itu tergantung pada unsur kimia yang bersangkutan.

Semikonduktor ekstrinsik.

Bahan-bahan ini memungkinkan proses doping, yaitu memungkinkan beberapa jenis pengotor dimasukkan dalam konfigurasi atomnya. Tergantung pada pengotor ini, yang dapat berupa pentavalen atau trivalen, bahan semikonduktor dibagi menjadi dua:

  • Semikonduktor ekstrinsik tipe-N (donor). Dalam jenis bahan ini, jumlah elektron melebihi jumlah lubang atau pembawa muatan bebas (“ruang” muatan positif). Ketika perbedaan potensial diterapkan pada material, elektron bebas bergerak ke kiri material dan lubang kemudian ke kanan. Ketika lubang mencapai paling kanan, elektron dari sirkuit eksternal memasuki semikonduktor, dan transmisi arus listrik terjadi.
  • Semikonduktor tipe-P ekstrinsik (akseptor). Dalam bahan-bahan ini, pengotor yang ditambahkan, alih-alih meningkatkan elektron yang tersedia, meningkatkan lubang.Jadi, kita berbicara tentang bahan akseptor tambahan, karena ada permintaan elektron yang lebih besar daripada ketersediaan dan setiap “ruang” bebas tempat elektron harus pergi berfungsi untuk memudahkan aliran arus.

Contoh bahan semikonduktor

Semikonduktor yang paling umum dan digunakan di industri adalah:

  • Silikon (Si)
  • Germanium (Ge), sering dalam paduan silikon
  • Gallium Arsenida (GaAs)
  • Sulfur
  • Oksigen
  • Kadmium
  • Selenium

Bahan kimia lain yang dihasilkan dari kombinasi unsur-unsur dari golongan 12 dan 13 dari tabel periodik, dengan unsur-unsur dari golongan 16 dan 15 masing-masing.

Bahan konduktor

Tidak seperti semikonduktor, yang sifat konduksi listriknya bervariasi, bahan konduktif selalu siap untuk mentransmisikan listrik, karena konfigurasi elektron atomnya. Konduktivitas ini dapat berfluktuasi dan dipengaruhi sampai tingkat tertentu oleh keadaan fisik lingkungan karena konduktivitas listrik tidak mutlak.

Contoh bahan konduktif adalah sebagian besar logam (besi, merkuri, tembaga, aluminium, dll.) dan air.

Bahan isolator

Akhirnya, bahan isolator adalah bahan yang menahan konduksi listrik, yaitu, yang mencegah lewatnya elektron dan berguna, oleh karena itu, untuk melindungi diri dari listrik, untuk mencegahnya mengikuti jalur bebas, atau hubung singkat. Isolator juga tidak mengisolasi seratus persen secara efisien, Mereka memiliki batas (tegangan tembus) di mana energinya begitu kuat sehingga mereka tidak dapat mempertahankan kondisinya sebagai isolator dan, oleh karena itu, mentransmisikan arus listrik, setidaknya dalam tingkat tertentu.

Contoh bahan isolator adalah plastik, keramik, kaca, kayu, dan kertas.

Notasi ilmiah memungkinkan kita untuk menulis bilangan yang sangat besar atau sangat kecil dalam bentuk yang disingkat. Notasi ini hanya terdiri dari mengalikan bilangan bulat dengan pangkat 10 positif atau negatif.

Ketika bekerja dengan bilangan yang sangat besar atau sangat kecil, ilmuwan, matematikawan, dan insinyur menggunakan notasi ilmiah untuk menyatakan besaran tersebut. Notasi ilmiah adalah singkatan matematika, berdasarkan gagasan bahwa lebih mudah untuk membaca eksponen daripada menghitung banyak angka nol dalam suatu angka. Bilangan yang sangat besar atau sangat kecil membutuhkan ruang yang lebih sedikit jika ditulis dalam notasi ilmiah karena nilai tempat dinyatakan dengan pangkat 10. Penghitungan dengan bilangan yang panjang lebih mudah dilakukan jika menggunakan notasi ilmiah.

Apa itu Notasi ilmiah?

Notasi ilmiah adalah cara untuk menulis angka yang terlalu besar atau terlalu kecil dengan cara yang lebih nyaman dan standar. Notasi ilmiah memiliki banyak utilitas dan biasanya digunakan oleh para ilmuwan, ahli matematika, ahli fisika dan insinyur.

Notasi ilmiah berarti bahwa angka (antara 1 sampai 10) dikalikan dengan pangkat basis 10. Misalnya, 3,1 x 102 sama dengan 3,1 kali 100 = 310.

Bagian dari notasi ilmiah

menulis notasi ilmiah
menulis notasi ilmiah

Ada tiga bagian untuk menulis angka dalam notasi ilmiah:

  • Koefisien: adalah bilangan real apa pun antara 1- 10.
  • Basis: adalah basis desimal 10.
  • Eksponen: adalah pangkat di mana basis dipangkatkan. Merupakan berapa kali koma bergerak. Itu selalu bilangan bulat, positif jika bergerak ke kiri, negatif jika bergerak ke kanan.

Tanda pengali “x” atau “•” ditempatkan di antara koefisien dan basis.

Bagaimana Anda menulis dalam notasi ilmiah?

Untuk mengubah angka, baik sangat besar dan sangat kecil, kita harus memindahkan titik desimal ke satu sisi atau yang lain dan menghitung ruang yang dipindahkan.

Jumlah yang sangat besar

Dalam hal jumlah yang sangat besar:

  • titik desimal bergerak ke kiri sebanyak spasi hingga mencapai kanan digit pertama.
  • Koefisien ditulis, diikuti oleh tanda multiplikasi.
  • Basis 10 ditulis dengan eksponen sama dengan jumlah spasi yang koma pindahkan.

Contohnya

a) 123.000.000.000.000.000

  • Koma bergerak 14 spasi ke kiri.
  • Koefisiennya adalah 1,23 x
  • basis 10 dipangkatkan menjadi 14
  • Jawaban = 1,23 x 10 14

b) 900.000.000.000.000.000.000 = 9,0 x 10 20.

c) 52500 = 5,25 x 10 4.

Jumlah yang sangat kecil

Dalam hal jumlah yang sangat kecil:

  • titik desimal bergerak ke kanan sebanyak ruang hingga mencapai kanan digit pertama.
  • Koefisien ditulis, diikuti oleh tanda multiplikasi.
  • Basis 10 ditulis dengan eksponen negatif yang sama dengan jumlah spasi tempat koma bergerak.

Contohnya

a) 0,0000000000654

  • Koma bergerak 11 spasi ke kanan.
  • Koefisien 6.54 ditulis.
  • Basis 10 dipangkat menjadi setidaknya 11
  • Jawaban = 6,54 x 10 -11.

b) 0,00000007 = 7,0 x 10-8.

c) 0,0003987 = 3,987 x 10 -4.

Manfaat notasi ilmiah itu

Fenomena paling menarik di Alam Semesta bukan pada skala manusia. Misalnya, ketika Thomas Young (1773-1829) menemukan bahwa cahaya adalah gelombang, tidak ada notasi ilmiah. Pada saat itu, ia harus menulis bahwa getaran gelombang adalah 1/500 dari sepersejuta dari sepersejuta detik. Akan jauh lebih mudah dan nyaman untuk menulis 2,0 x 10 -15 s.

Diperkirakan ada sekitar 5 juta triliun triliun bakteri di Bumi, ini adalah 5 diikuti oleh tiga puluh nol. Dalam notasi ilmiah hanya dinyatakan sebagai 5 x 10 30.

Contoh notasi ilmiah

Notasi ilmiah banyak digunakan di bidang ilmiah. Kasus lambang angka ekstrim di bawah ini.

Bilangan Avogadro.

Bilangan Avogadro mewakili jumlah partikel dalam satu mol zat. Ini sama dengan:

602.200.000.000.000.000.000.000.000.000 dan berbunyi enam ratus dua ribu dua ratus triliun!

Dalam notasi ilmiah angka ini ditulis sebagai:

6.022 x 1023.

Muatan listrik dasar.

Baik proton dan elektron memiliki muatan yang nilainya adalah:

0,000000000000000016 coulomb.

Dalam notasi ilmiah angka ini ditulis sebagai:

1,6 x 10-19.

Massa proton.

Proton memiliki massa sama dengan:

0,00000000000000000000000166 gram.

Dalam notasi ilmiah angka ini ditulis sebagai:

1,66 x 10-24.

Ringkasan

Notasi ilmiah dikembangkan untuk membantu matematikawan, ilmuwan, dan lainnya ketika bekerja dengan bilangan yang sangat besar atau sangat kecil. Notasi ilmiah mengikuti format tertentu di mana suatu bilangan dinyatakan sebagai produk dari bilangan yang lebih besar atau sama dengan satu dan kurang dari 10 dan pangkat 10. Formatnya ditulis sebagai y x 10n, di mana y, n adalah bilangan bulat.

Untuk mengalikan angka dalam notasi ilmiah, kita menambahkan eksponen. Untuk membagi, kita kurangi pangkatnya.

Efek fotolistrik adalah emisi elektron dari logam ketika radiasi elektromagnetik (cahaya tampak atau ultraviolet, secara umum) terpengaruh padanya.

Efek fotolistrik ditemukan dan dijelaskan oleh Heinrich Hertz pada tahun 1887, mengamati bahwa busur yang melompat antara dua elektroda yang terhubung ke tegangan tinggi mencapai jarak yang lebih jauh ketika diterangi dengan cahaya ultraviolet daripada ketika dibiarkan dalam kegelapan.

Penjelasan teoretis dibuat oleh Albert Einstein, yang diterbitkan pada tahun 1905 artikel revolusioner “Heuristics of the generation and conversion of light“, mendasarkan perumusan fotoelektriknya pada perluasan karya pada kuanta Max Planck. Kemudian Robert Andrews Millikan menghabiskan sepuluh tahun bereksperimen untuk membuktikan bahwa teori Einstein tidak benar, untuk akhirnya menyimpulkan bahwa itu benar.

Sejarah

Pengamatan pertama dari efek fotolistrik dilakukan oleh Heinrich Hertz pada tahun 1887 dalam eksperimennya pada produksi dan penerimaan gelombang elektromagnetik. Penerimanya terdiri dari koil di mana percikan dapat diproduksi sebagai produk penerimaan gelombang elektromagnetik. Untuk mengamati lebih baik percikan, Hertz mengunci gagangnya di kotak hitam.

Namun, panjang maksimum percikan berkurang dalam kasus ini dibandingkan dengan pengamatan bunga api sebelumnya. Memang, penyerapan sinar ultraviolet memfasilitasi lompatan elektron dan intensitas percikan listrik yang dihasilkan di penerima. Hertz menerbitkan sebuah artikel dengan hasilnya tanpa mencoba menjelaskan fenomena yang diamati.

Pada tahun 1897, fisikawan Inggris Joseph John Thomson menyelidiki sinar katoda. Dipengaruhi oleh karya James Clerk Maxwell, Thomson menyimpulkan bahwa sinar katoda terdiri dari aliran partikel bermuatan negatif yang ia sebut sel-sel dan sekarang dikenal sebagai elektron.

Thomson menggunakan pelat logam yang tertutup dalam tabung hampa udara sebagai katoda yang memaparkannya pada cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Thomson berpikir bahwa medan elektromagnetik frekuensi variabel menghasilkan resonansi dengan medan listrik atom dan bahwa jika mereka mencapai amplitudo yang cukup, emisi “sel” subatomik dari muatan listrik dan karena itu aliran arus listrik dapat terjadi.

Intensitas arus listrik ini bervariasi dengan intensitas cahaya. Peningkatan intensitas cahaya yang lebih besar menghasilkan peningkatan arus yang lebih besar. Radiasi frekuensi yang lebih tinggi menghasilkan emisi partikel dengan energi kinetik yang lebih besar.

Pada tahun 1902 Philipp von Lenard melakukan pengamatan efek fotolistrik di mana variasi energi elektron dengan frekuensi cahaya datang.

Energi kinetik elektron dapat diukur dari perbedaan potensial yang diperlukan untuk menghentikannya dalam tabung sinar katoda. Radiasi ultraviolet diperlukan, misalnya, potensial pengereman lebih besar dari radiasi dengan panjang gelombang lebih panjang. Eksperimen Lenard hanya menghasilkan data kualitatif mengingat sulitnya peralatan instrumental tempat ia bekerja.

Pada tahun 1905 Albert Einstein mengusulkan deskripsi matematis dari fenomena ini yang tampaknya bekerja dengan benar dan di mana emisi elektron dihasilkan oleh penyerapan kuanta cahaya yang kemudian disebut foton. Dalam sebuah artikel berjudul “Pandangan heuristik tentang produksi dan transformasi cahaya,” ia menunjukkan bagaimana gagasan partikel cahaya diskrit dapat menjelaskan efek fotolistrik dan adanya frekuensi karakteristik untuk setiap bahan di bawah ini yang tidak Itu tidak berpengaruh. Untuk penjelasan tentang efek fotolistrik ini Einstein akan menerima Hadiah Nobel dalam Fisika pada tahun 1921.

Karya Einstein meramalkan bahwa energi yang digunakan elektron untuk melepaskan diri dari materi meningkat secara linier dengan frekuensi cahaya datang. Anehnya, aspek ini belum diamati dalam pengalaman sebelumnya tentang efek fotolistrik. Demonstrasi eksperimental dari aspek ini dilakukan pada tahun 1915 oleh fisikawan Amerika Robert Andrews Millikan.

Penjelasan

Efek FotolistrikFoton sinar cahaya memiliki karakteristik energi yang ditentukan oleh frekuensi cahaya. Dalam proses fotoemisi, jika sebuah elektron menyerap energi foton dan yang terakhir memiliki lebih banyak energi daripada fungsi kerja, elektron akan terkoyak dari materi. Jika energi foton terlalu rendah, elektron tidak dapat lepas dari permukaan material. Meningkatkan intensitas sinar tidak mengubah energi foton penyusun, hanya jumlah foton yang berubah. Akibatnya, energi elektron yang dipancarkan tidak tergantung pada intensitas cahaya, tetapi pada energi masing-masing foton.

Elektron dapat menyerap energi dari foton ketika mereka diiradiasi, tetapi mengikuti prinsip “semua atau tidak sama sekali”. Semua energi foton harus diserap dan digunakan untuk melepaskan elektron dari ikatan atom, atau energi itu dipancarkan kembali. Jika energi foton diserap, satu bagian melepaskan elektron dari atom dan sisanya berkontribusi pada energi kinetik elektron sebagai partikel bebas.

Einstein tidak berniat untuk mempelajari penyebab efek di mana elektron dari logam tertentu, karena radiasi cahaya, dapat meninggalkan logam dengan energi kinetik. Dia mencoba menjelaskan perilaku radiasi, yang disebabkan oleh intensitas radiasi kejadian, mengetahui jumlah elektron yang meninggalkan logam, dan frekuensi yang sama, yang sebanding dengan energi yang mendorong partikel-partikel ini.

Hukum emisi fotolistrik

  • Untuk logam tertentu dan frekuensi radiasi kejadian, jumlah fotoelektron yang dipancarkan berbanding lurus dengan intensitas cahaya.
  • Untuk setiap logam yang diberikan, ada frekuensi minimum tertentu dari radiasi kejadian di bawah ini yang tidak dapat dipancarkan fotoelektron. Frekuensi ini disebut frekuensi cutoff, juga dikenal sebagai “Frekuensi Ambang Batas.”
  • Di atas frekuensi cutoff, energi kinetik maksimum dari fotoelketron yang dipancarkan tidak tergantung dari intensitas cahaya yang datang, tetapi tergantung pada frekuensi cahaya yang masuk.
  • Emisi fotoelektron dilakukan secara instan, terlepas dari intensitas cahaya. Fakta ini kontras dengan teori Fisika Klasik yang saya harapkan akan ada penundaan tertentu antara penyerapan energi dan emisi elektron, kurang dari satu nanodetik.

Rumus matematika

Untuk menganalisis efek fotolistrik secara kuantitatif dengan menggunakan metode yang diturunkan oleh Einstein, perlu dipertimbangkan persamaan berikut:

Energi foton yang diserap = Energi yang dibutuhkan untuk melepaskan 1 elektron + energi kinetik dari elektron yang dipancarkan.

Secara aljabar itu dapat diekspresikan dengan rumus berikut:

Di mana (h) adalah konstanta Planck, (ƒo) adalah frekuensi cutoff atau frekuensi minimum foton untuk terjadinya efek fotolistrik, Φ adalah fungsi kerja, atau energi minimum yang diperlukan untuk membawa elektron level Fermi di luar materi dan Ek adalah energi kinetik maksimum elektron yang diamati secara eksperimental.

Jika energi foton (hƒ) tidak lebih besar dari fungsi kerja (Φ), tidak ada elektron yang akan dipancarkan.

Dalam beberapa bahan persamaan ini menggambarkan perilaku efek fotolistrik dengan cara perkiraan. Ini karena kondisi permukaan tidak sempurna (kontaminasi permukaan luar yang tidak seragam).

Fondasi fisik dari fenomena tersebut

Planck telah menyimpulkan bahwa transfer energi antara materi dan radiasi dalam benda hitam terjadi melalui paket energi. Namun, dia tidak mau mengakui bahwa energi radiasi yang pernah terlepas dari materi juga bergerak seperti partikel. Dengan kata lain, ia terus mempertimbangkan radiasi yang merambat sebagai gelombang klasik.

Pada tahun 1905, Albert Einstein melangkah lebih jauh dengan sepenuhnya menjelaskan karakteristik efek fotolistrik. Untuk melakukan ini, ia melanjutkan gagasan tentang kuantum energi Planck, mendalilkan bahwa:

Radiasi elektromagnetik terdiri dari paket energi atau foton. Setiap foton membawa energi (E = v.h), di mana (v) adalah frekuensi radiasi dan (h) adalah konstanta Planck.

Ketika foton menyerang logam, ia mentransfer semua energinya ke salah satu elektron. Jika energi ini cukup untuk memutus ikatan elektron dengan logam, maka elektron dilepaskan. Jika foton membawa lebih banyak energi daripada yang diperlukan, kelebihan ini diubah menjadi energi kinetik elektron:

Teori ini dengan sempurna menjelaskan fakta-fakta yang diamati berikut ini:

Jika frekuensi radiasi rendah (seperti dalam cahaya tampak), foton tidak membawa energi yang cukup untuk memulai elektron, bahkan jika intensitas cahaya atau waktu jatuh itu meningkat. Untuk setiap jenis bahan ada frekuensi minimum di bawah ini yang tidak terjadi efek fotolistrik.

Jika frekuensi radiasi cukup untuk efek fotolistrik terjadi, peningkatan intensitas membuat jumlah elektron dimulai (maka arus akan lebih tinggi), tetapi tidak mempengaruhi kecepatan elektron. Meningkatkan intensitas cahaya sama dengan meningkatkan jumlah foton, tetapi tanpa meningkatkan energi yang dibawa masing-masing.

Menurut teori klasik, akan ada waktu tunda antara kedatangan radiasi dan emisi elektron pertama. Karena energi didistribusikan secara merata di bagian depan gelombang datang, diperlukan setidaknya beberapa ratus detik untuk mentransfer energi yang diperlukan. Teori Einstein, di sisi lain, memprediksi bahwa: Radiasi frekuensi yang memadai, meskipun intensitasnya sangat rendah, menghasilkan emisi elektron secara instan.

Sepuluh tahun eksperimen berlalu sampai teori baru itu dikuatkan dan diterima. Nilai h (h₌ 6,626×10 ^-34 Js, di mana J adalah Joule dan s, kedua) ditentukan dari pengalaman efek fotolistrik dan ditemukan sangat cocok dengan nilai yang ditemukan oleh Planck dari spektrum radiasi benda hitam Sejak saat itu para fisikawan menerima itu, meskipun cahaya merambat seolah-olah itu adalah gelombang, ketika berinteraksi dengan materi (dalam proses penyerapan dan emisi) ia berperilaku seperti seberkas partikel. Perilaku mengejutkan ini adalah apa yang disebut sifat ganda cahaya. Ini menunjukkan bahwa ide-ide yang muncul dari dunia makroskopis tidak dapat diterapkan pada dunia mungil yang tak terbayangkan.

Dualitas Gelombang-Partikel

Efek fotolistrik adalah salah satu efek fisik pertama yang mengungkapkan karakteristik dualitas gelombang-partikel dari mekanika kuantum. Cahaya berperilaku seperti gelombang dan dapat menghasilkan interferensi dan difraksi seperti pada percobaan celah ganda Thomas Young, tetapi ia bertukar energi secara diam-diam dalam paket energi, foton, yang energinya bergantung pada frekuensi radiasi elektromagnetik. Gagasan klasik tentang penyerapan radiasi elektromagnetik oleh elektron menyarankan agar energi diserap terus menerus. Penjelasan seperti itu ditemukan dalam buku-buku klasik seperti buku Millikan tentang Elektron atau yang ditulis oleh Compton dan Allison tentang teori dan eksperimen dengan sinar-X. Ide-ide ini dengan cepat diganti setelah penjelasan kuantum dari Albert Einstein.

Kegunaan Efek fotolistrik hari ini

Efek fotolistrik adalah dasar dari produksi energi listrik oleh radiasi matahari dan penggunaan energi energi matahari. Efek fotolistrik juga digunakan untuk pembuatan sel yang digunakan dalam pendeteksi nyala boiler dari pabrik termoelektrik besar. Efek ini juga merupakan prinsip pengoperasian sensor yang digunakan dalam kamera digital. Ini juga digunakan dalam dioda fotosensitif seperti yang digunakan dalam sel fotovoltaik dan dalam elektroskop atau elektrometer. Saat ini, bahan fotosensitif yang paling umum digunakan adalah, selain dari yang berasal dari tembaga (sekarang digunakan lebih sedikit), silikon, yang menghasilkan arus listrik yang lebih besar.

Efek fotolistrik juga dimanifestasikan dalam benda yang terpapar sinar matahari untuk waktu yang lama. Misalnya, partikel debu pada permukaan bulan memperoleh muatan positif karena dampak foton. Partikel bermuatan saling tolak dengan naik dari permukaan dan membentuk atmosfer redup. Satelit ruang angkasa juga memperoleh muatan listrik positif pada permukaan yang diterangi dan negatif di daerah yang gelap, sehingga perlu untuk memperhitungkan efek akumulasi muatan ini dalam desainnya.

Sejak penemuan prototipe pertama di awal abad ke-20, mikroskop elektron telah memungkinkan kita untuk mengintip dunia mikromolekul lebih dalam dari sebelumnya. Dengan menembakkan “berkas” elektron terkonsentrasi pada sampel (baik penampang tipis dalam kasus mikroskop elektron transmisi atau sampel tiga dimensi dalam kasus pemindaian mikroskop elektron) dalam ruang hampa, struktur biologis dan kimia dapat terungkap semakin jelas, dan sejumlah variasi teknik utama telah dikembangkan dalam beberapa dekade terakhir.

Tetapi mereka juga tidak bisa memberikan gambar tiga dimensi yang memadai. Mikroskop elektron dikembangkan untuk mengatasi keterbatasan ini. Mereka memungkinkan ilmuwan untuk meneliti benda-benda yang jauh lebih kecil daripada yang dimungkinkan untuk dilihat dengan mikroskop cahaya dan memberikan gambar tiga dimensi yang tajam dari mereka.

Keuntungan mikroskop elektron

Mikroskop elektron memiliki beberapa kelebihan utama. Ini termasuk:

  • Pembesaran dan resolusi yang lebih tinggi – karena elektron daripada gelombang cahaya digunakan, ini dapat digunakan untuk menganalisis struktur yang tidak dapat dilihat dengan cara lain. Resolusi gambar mikroskop elektron berada dalam kisaran hingga 0,2 nm, yang 1000x lebih detail daripada mikroskop cahaya. Ukuran objek yang dapat dilihat ilmuwan melalui mikroskop cahaya terbatas pada panjang gelombang cahaya tampak terkecil, yaitu kira-kira 0,4 mikrometer. Benda dengan diameter lebih kecil dari ini tidak akan memantulkan cahaya dan oleh karena itu tidak terlihat oleh instrumen berbasis cahaya. Beberapa contoh benda kecil seperti atom individu, molekul, dan partikel virus. Mikroskop elektron dapat menghasilkan gambar dari benda-benda ini karena tidak bergantung pada cahaya dari spektrum yang terlihat agar tercermin olehnya. Sebagai gantinya, elektron energi tinggi diaplikasikan pada sampel untuk dipelajari, dan perilaku elektron ini – bagaimana pantulannya dan dibelokkan oleh objek – terdeteksi dan digunakan untuk menghasilkan gambar.
  • Beragam aplikasi – Mikroskop elektron memiliki beragam aplikasi di berbagai bidang penelitian termasuk teknologi, industri, ilmu biomedis dan kimia. Contoh aplikasi termasuk inspeksi semikonduktor, pembuatan chip komputer, kontrol kualitas dan jaminan, analisis struktur atom, dan pengembangan obat.
  • Gambar berkualitas tinggi – Dengan pelatihan yang tepat, operator mikroskop elektron dapat menggunakan sistem untuk menghasilkan gambar struktur yang sangat detail dan berkualitas tinggi, mengungkapkan struktur kompleks dan halus yang mungkin sulit direproduksi oleh teknik lain.
  • Peningkatan Kedalaman Lapangan. Kemampuan mikroskop cahaya untuk membentuk gambar tiga dimensi dari objek yang sangat kecil terbatas. Ini karena mikroskop cahaya hanya bisa fokus pada satu tingkat ruang pada satu waktu. Melihat mikroorganisme yang relatif besar di bawah mikroskop semacam itu menunjukkan efek ini: Satu lapisan organisme akan menjadi fokus, namun lapisan lainnya akan kabur dari fokus, dan mereka bahkan dapat mengganggu bagian gambar yang terfokus. Mikroskop elektron menawarkan kedalaman bidang yang lebih besar daripada yang dilakukan mikroskop cahaya, yang berarti bahwa beberapa lapisan dua dimensi dari suatu benda dapat menjadi fokus sekaligus, memberikan gambaran keseluruhan dalam kualitas tiga dimensi.
  • Pembesaran yang Lebih Baik. Mikroskop cahaya yang umum dapat memperbesar hanya pada beberapa tingkat diskrit. Misalnya, mikroskop kelas SMA yang umum dapat memperbesar benda pada tingkat 10x, 100x, dan 400x, tanpa ada angka di antaranya. Seharusnya tidak mengherankan bahwa mungkin ada benda mikroskopis yang paling banyak dilihat pada perbesaran 50x atau 300x, namun ini tidak dapat diraih dengan mikroskop semacam itu. Mikroskop elektron, di sisi lain, menawarkan rentang perbesaran yang mulus. Mereka mampu melakukan ini karena sifat “lensa” mereka, yang merupakan elektromagnet dengan pasokan listriknya dapat disesuaikan untuk memperlancar dengan lancar lintasan elektron yang menuju ke detektor untuk membentuk gambar.

Kekurangan mikroskop elektron

Namun, ada beberapa kelemahan yang mungkin berarti bahwa teknik lain, terutama mikroskop cahaya dan mikroskop super-resolusi, lebih menguntungkan bagi peneliti. Ini termasuk:

  • Ketidakmampuan untuk menganalisis spesimen hidup – Karena elektron mudah dihamburkan oleh molekul lain di udara, sampel harus dianalisis dalam ruang hampa. Ini berarti bahwa spesimen hidup tidak dapat dipelajari dengan teknik ini. Ini berarti bahwa interaksi biologis tidak dapat diamati dengan baik, yang membatasi penerapan mikroskop elektron dalam penelitian biologi.
  • Gambar hitam putih – Hanya gambar hitam putih yang dapat dihasilkan oleh mikroskop elektron. Gambar harus diwarnai secara salah.
  • Artefak – Ini mungkin ada dalam gambar yang dihasilkan. Artefak yang tersisa dari persiapan sampel dan memerlukan pengetahuan khusus tentang teknik persiapan sampel untuk menghindari.
  • Biaya – Mikroskop elektron adalah peralatan yang sangat terspesialisasi. Karena sebagian besar proyek memiliki anggaran terbatas, penggunaan mikroskop elektron dalam penelitian mungkin terbukti merugikan. Namun, biaya operasional dapat serupa dengan alternatif seperti mikroskop cahaya confocal, sehingga investasi dalam mikroskop elektron dasar masih layak dipertimbangkan bahkan jika masalah anggaran merupakan faktor utama dalam keputusan untuk tidak menggunakan teknologi.
  • Ukuran – Terlepas dari keunggulan teknologi selama bertahun-tahun, mikroskop elektron masih merupakan peralatan besar dan besar yang membutuhkan banyak ruang di laboratorium. Selain itu, karena mikroskop elektron sangat sensitif, medan magnet dan getaran yang disebabkan oleh peralatan laboratorium lain dapat mengganggu pengoperasiannya. Pertimbangan harus diberikan untuk ini jika peneliti ingin memasang mikroskop elektron di laboratorium mereka.
  • Pelatihan – Operator spesialis diperlukan untuk mengoperasikan mikroskop elektron, dan ini dapat menjalani pelatihan bertahun-tahun untuk menggunakan teknologi ini dengan benar.

Sistem satuan metrik distandarisasi pada tahun 1799. Dibuat di Prancis, sistem metrik sekarang merupakan sistem pengukuran internasional. Sistem ini didasarkan pada meter (satuan panjang) dan kilogram (satuan massa). Sistem telah berubah dari waktu ke waktu, namun masih merupakan sistem pengukuran terpopuler yang digunakan di dunia.

Apa itu Sistem Metrik?

Sistem metrik adalah sistem pengukuran yang menggunkan meter dan kilogram sebagai satuan dasar, di mana kelipatan atau subkelipatan dari satuan yang sifatnya sama mengikuti skala desimal. Sistem ini, diperluas dan direformasi, telah memunculkan Sistem Satuan Internasional.

Tujuan dan karakteristik

Tujuan dari sistem metrik adalah penyatuan dan rasionalisasi satuan pengukuran, dan kelipatan dan subkelipatannya. Karakteristik yang harus dimiliki satuan-satuan ini: netralitas, universalitas, praktis dan mudah direproduksi.

Berbagai Satuan Metrik

Gram adalah satuan pertama yang didefinisikan sebagai satuan massa. Sistem metrik mengadopsi kilogram sebagai satuan massa standar (gram berukuran 1 / 1.000 kilogram). Satuan standar volume adalah liter. Satu liter sama dengan 1.000 sentimeter kubik dalam pengukuran volume. Satuan luas adalah are.

Ukuran 10

Sistem metrik didasarkan pada ukuran 10. Hal ini memungkinkan konversi dari satuan yang berbeda lebih mudah – cukup memindahkan tanda desimal ke kiri atau ke kanan. Misalnya, 1 milimeter sama dengan 0,001 meter; sentimeter, yang merupakan satuan 0,1 lebih besar dari milimeter, adalah 0,01 meter.

Sejarah & Evolusi

Setelah diadopsi pada tahun 1799, sistem metrik mulai mengalami beberapa perubahan. Banyak negara pada awalnya menentang terhadap sistem ini; itu adalah Belgia, Luksemburg dan Belanda yang baru menggunakannya pada tahun 1820. Pada tahun 1850, para ilmuwan di seluruh dunia mulai merevolusi sistem metrik. Sejak saat itu sampai tahun 1900, adopsi sistem metrik tumbuh secara eksponensial, termasuk sebagian besar Eropa dan Amerika Latin.

Pada tahun 1875, sebagian besar negara industri – termasuk Amerika Serikat, namun bukan Inggris Raya – menandatangani Perjanjian Meter. Perjanjian ini menciptakan Biro Internasional Bobot dan Ukuran, yang sekarang disebut Sistem Satuan Internasional.

Besaran pokok dan turunan

Sistem metrik asli memiliki dua besaran pokok dan besaran turunan lainnya lahir dari mereka:

  • Satuan pengukuran panjang, meter (dari bahasa Yunani: ukuran) diadopsi, didefinisikan sebagai bagian sepuluh juta dari kuadran meridian bumi, yang polanya direproduksi pada batang platinum.
  • Ukuran massa, kilogram diadopsi, didefinisikan dari berat desimeter kubik (dm³) air murni pada kepadatan maksimumnya13 (sekitar 4 ° C) dan diwujudkan dalam kilogram standar, silinder dan juga platinum.

Dari besaran-besaran dasar ini, yang lain diturunkan, tergantung pada yang pokok:

  • Satuan volume cairan: liter, setara dengan desimeter kubik (1 dm³).
  • Satuan volume benda padat: stereo, sama dengan kubus dengan sisi satu meter (1 m³).
  • Satuan permukaan: luas, setara dengan bujur sangkar dengan sisi sepuluh meter (1 bendungan²).
  • Selain itu, mata uang nasional baru diperkenalkan di Prancis, franc, setara dengan 4,5 g perak murni, yang juga desimal (dibagi menjadi seratus sen).

Sistem Modern

Sistem metrik modern disebut Sistem Satuan Internasional, atau SI, dan dikembangkan oleh para ilmuwan di seluruh dunia. Adopsi baru ini memiliki definisi yang lebih tepat dari masing-masing satuan.

Sistem Pengukuran Lainnya

Sistem pengukuran tambahan telah dikembangkan sebagai hasil penciptaan sistem metrik. Ini termasuk sistem CGS yang didasarkan pada sentimeter untuk panjang, gram untuk massa dan sekon untuk waktu. Ini menggunakan satuan ukuran lebih kecil daripada sistem MKS, yang didasarkan pada meter panjang, kilogram massa dan waktu dalam sekon.

Istilah kecepatan terminal dipahami sebagai kecepatan yang dicapai suatu benda saat jatuh bebas melalui fluida. Meskipun kecepatan terminal dapat diterapkan pada fluida / benda apa pun, contoh fluida yang paling dikenal adalah udara dan objek tipikal adalah skydiver.

Kecepatan Terminal – Point utama

  • Kecepatan terminal adalah nilai maksimum kecepatan yang dapat dicapai suatu benda saat bergerak dalam medium yang menghilangkan energi (biasanya cairan atau gas).
  • Biasanya, seseorang perlu memecahkan dinamika untuk mempelajari evolusi posisi, kecepatan, dan percepatan setiap saat untuk mempelajari batas untuk waktu yang lama. Namun, dalam beberapa situasi, seseorang dapat menggunakan hukum pertama Newton untuk menghitung nilai kecepatan terminal.
  • Mekanisme di balik munculnya kecepatan terminal dapat ditelusuri kembali ke keseimbangan antara energi yang diperoleh benda dalam gerakannya dan energi yang dihamburkan oleh medium.
  • Gaya yang menghilangkan energi dan selalu bekerja melawan gerakan disebut gaya hambat.

Pada 14 Oktober 2012, Felix Baumgartner, seorang skydiver Austria, melompat dari ketinggian 39.068 meter di atas permukaan bumi. Tujuannya adalah menjadi penerjun payung pertama yang jatuh dengan kecepatan lebih tinggi dari kecepatan suara.

Dia harus melompat dari ketinggian yang begitu tinggi karena hukum gravitasi Newton tidak berlaku di atmosfer bumi: kita harus memperhitungkan kontribusi gesekan udara. Jika tidak ada gesekan udara, percepatan yang disebabkan oleh medan gravitasi bumi akan terus meningkatkan kecepatan benda jatuh.

Namun, ketika gaya yang menahan gerakan benda muncul, ada kecepatan maksimum yang dapat dicapai benda dengan kondisi awalnya: kecepatan terminal atau kecepatan terminal.

Apa itu kecepatan terminal?

Dalam dinamika fluida, kecepatan terminal atau kecepatan akhir adalah kecepatan maksimum yang dicapai benda yang bergerak dalam fluida tak terbatas di bawah aksi gaya konstan. Contohnya adalah kasus batas kecepatan yang dicapai oleh seorang penerjun payung saat terjun bebas yang jatuh dari ketinggian yang cukup.

Bedanya dengan jatuh bebas adalah dalam hal ini ada gaya gesekan fluida yang sebanding dengan kecepatan benda, yang akan mencapai titik batas kecepatan di mana gaya dorong bersama dengan gaya gesekan sama dengan gaya berat benda itu sendiri.

Definisi:
Kecepatan terminal adalah kecepatan maksimum yang dapat dicapai oleh suatu benda yang bergerak melalui media disipatif, yaitu media yang menyebarkan energi.

Dalam banyak pengaturan, kita menemukan bahwa kecepatan terminal dapat diganti dengan istilah ‘kelajuan terminal’ karena arah gerakannya tetap atau diketahui, dan kami hanya peduli dengan besarnya kecepatan.

Misalnya, ketika kita mempertimbangkan kecepatan terminal suatu benda yang jatuh ke bumi yang dipengaruhi oleh gesekan udara, kita tahu bahwa arah gerakannya adalah radial terhadap bumi dan karenanya tidak perlu ditentukan.

Kata sifat ‘terminal’ menandakan bahwa kecepatan adalah kecepatan maksimum yang dapat dicapai benda, tetapi itu tidak berarti bahwa benda akan selalu mencapai nilai ini.

Apakah mereka melakukannya tergantung pada properti sistem dan kondisi awal objek. Selain itu, sementara kita mungkin berpikir bahwa benda-benda dalam sistem disipatif akan meningkatkan kecepatannya dan perlahan mendekati nilai terminal, mereka juga dapat memulai dengan kecepatan yang lebih besar daripada kecepatan terminal, dalam hal ini mereka akan mencapainya dari atas daripada dari bawah. .

Rumus

Kecepatan terminal adalah besaran asimtotik yang tidak dapat dihitung dengan cara sederhana karena detailnya sangat bergantung pada detail dinamika setiap kasus. Kita dapat mencoba memberikan perkiraan kinematik dan energi, yang mungkin berlaku untuk beberapa situasi, tetapi kita biasanya memerlukan masukan dinamika (evolusi sistem setiap saat).

Seseorang yang jatuh mencapai kecepatan terminalnya ketika jumlah gesekan (Fd) yang dihasilkan oleh tubuhnya (bersama dengan efek gaya apung yang terkait jika ada), mencapai nilai yang sama dengan gaya gaya gravitasi (Fg) yang bekerja di dalam dia. Gesekan adalah vektor dari arah yang sama tetapi arah berlawanan dengan tarikan gravitasi.

Secara umum sering dikatakan jumlah gaya adalah nol karena kedua gaya disamakan. Fg adalah energi potensial benda yang dipertanyakan, yang tidak lebih dari massa kali gravitasi (mxg). Fd adalah gesekan bedan dalam cairan. Rumus ini sama dengan yang kita temukan ketika berbicara tentang gesekan di pesawat terbang. Cd adalah koefisien (tidak berdimensi) dari gesekan benda yang dimaksud. Setiap benda atau bentuk aerodinamis memiliki Cd tertentu.Kecepatan Terminal

Jika kita mengambil v, rumus kecepatan terminal adalah:

Dimana rho adalah kepadatan udara, A luas yang diproyeksikan oleh penerjun payung dan Cd koefisien gesek atau gesekan.

Daya apung jauh lebih terlihat dalam cairan padat. Kita tahu tentang dia oleh Archimedes.

Penurunan kinematik

Pertama, mari kita pertimbangkan gaya tertentu yang menyebabkan suatu sistem bergerak. Kita dapat mempertimbangkan kombinasi kekuatan yang kompleks, tetapi di sini kita akan membatasi diri pada kasus di mana kita memiliki total gaya yang dihasilkan:

Di sini, FT adalah gaya total, sedangkan Fi adalah semua gaya yang bekerja yang dijumlahkan sebagai vektor.

Gaya yang dihasilkan jika benda jatuh ke bumi adalah gaya gravitasi. Kami sekarang mempertimbangkan apa yang biasanya dikenal sebagai gaya hambat, yang tidak lain adalah gaya yang dihasilkan yang menangkap sifat disipatif medium. Karena gaya ini menghamburkan energi, ia ‘memberi makan’ energi kinetik benda dan dengan demikian menentang gerakan mereka, mencoba mengurangi kecepatannya.

Kunci untuk memahami cara menghitung kecepatan terminal terletak pada hukum gerak pertama Newton. Hukum ini, yang berlaku untuk semua sistem fisik, menyatakan bahwa gerakan suatu benda tidak terpengaruh jika tidak ada gaya total yang bekerja padanya. Jika benda tidak bergerak, benda itu akan tetap diam, sedangkan jika benda itu bergerak, benda itu akan terus bergerak dengan kecepatan konstan.

Secara matematis, ini sama dengan menyamakan gaya total yang bekerja pada benda dan gaya seret, yang memungkinkan kita untuk memecahkan nilai kecepatan tertentu. Itu adalah:

Untuk menyelesaikan persamaan ini, kita memerlukan input dinamis dari bentuk eksak dari gaya total dan gaya hambat. Kami akan mengeksplorasi beberapa contoh perhitungan eksplisit di bagian terakhir.

Contoh

Sebuah benda jatuh bebas, di atmosfer, berakselerasi karena gravitasi. Tetapi percepatan total semakin kecil, karena gaya gesekan bertambah dengan kecepatan, membuat percepatan menjadi nol. Ada saatnya ketika gaya gesekan sama dengan gaya gravitasi, dan benda jatuh dengan kecepatan konstan. Untuk manusia yang jatuh bebas, dalam posisi horizontal, dengan tungkai diluruskan, Kecepatan Terminal kira-kira 55 m / s (198 km / jam) dan untuk jatuh 8,88 m / s (31,97 km / jam), tergantung pada ukuran.

Pertimbangan energik

Mempertimbangkan hukum pertama Newton, jelas dengan definisi bahwa ketika gaya total sama dengan nol, kecepatan akhir akan tercapai. Ini adalah situasi yang mungkin ketika kita memiliki kekuatan yang menghasilkan gerakan dan kekuatan yang menentangnya (gaya tarik). Meskipun ide di balik hukum pertama Newton adalah intuitif dan logis (sistem yang tidak terpengaruh tidak berubah), kami akan mencoba menurunkan konsep kecepatan terminal dari pertimbangan energi murni.

Media disipatif, seperti yang telah kami katakan, adalah media yang menyebarkan energi tubuh dengan mengurangi kecepatannya, sehingga mengurangi energi kinetiknya. Jika sebuah gaya menghasilkan gerakan, sebuah objek di bawah pengaruhnya akan terus berakselerasi dan secara teoritis akan mencapai kecepatan tak terbatas pada waktu tak terbatas. Namun, pada media disipatif, hal ini tidak boleh terjadi karena ada kehilangan energi menuju media yang mencegah energi kinetik melebihi nilai tertentu.

Jika kita dapat memodelkan hilangnya energi dari ekspresi gaya hambat, kita hanya perlu menyamakannya dengan perolehan energi kinetik benda karena gerakan yang menghasilkan gaya. Ternyata beberapa dari hubungan ini juga dapat ditemukan dengan menggunakan hukum kedua Newton tentang gerak, yang menghubungkan gaya dengan perubahan momentum, suatu besaran yang sangat terkait dengan energi kinetik.

Sumber energi konvensional terutama batubara dan minyak bumi tidak hanya menyebabkan kerusakan lingkungan yang tidak dapat diperbaiki tetapi juga menjadi sangat mahal. Energi alternatif menawarkan solusi untuk meningkatnya permintaan energi tetapi juga menimbulkan sejumlah tantangan.

Apa itu Energi alternatif?

Energi alternatif adalah energi yang tidak berasal dari bahan bakar fosil, sehingga menghasilkan sedikit atau bahkan tidak ada gas rumah kaca seperti karbon dioksida (CO2). Artinya, energi yang dihasilkan dari sumber alternatif tidak berkontribusi terhadap efek rumah kaca yang menyebabkan perubahan iklim. Anda dapat menjelajahi emisi CO2 menggunakan MapMaker Interactive di sini.

Residential solar panels in Germany. Credit: Wikimedia Commons/ Sideka Solartechnik.Sumber energi ini disebut sebagai “alternatif” karena mewakili alternatif untuk batu bara, minyak, dan gas alam, yang telah menjadi sumber energi paling umum sejak Revolusi Industri. Bahan bakar fosil ini mengeluarkan CO2 tingkat tinggi ketika dibakar untuk menghasilkan energi dan listrik.

Energi alternatif, bagaimanapun, tidak boleh disamakan dengan energi terbarukan, meskipun banyak sumber energi terbarukan juga dapat dianggap sebagai alternatif. Tenaga surya, misalnya, bersifat terbarukan dan alternatif karena akan selalu melimpah dan tidak mengeluarkan gas rumah kaca.

Tenaga nuklir, bagaimanapun, adalah alternatif tetapi tidak terbarukan, karena menggunakan uranium, sumber daya yang terbatas. Pelajari lebih lanjut tentang energi terbarukan menggunakan MapMaker Interactive di sini.

Peta ini menunjukkan persentase rata-rata penggunaan energi total suatu negara yang berasal dari sumber alternatif antara tahun 2006-2010. Energi alternatif di sini meliputi energi hidroelektrik, energi matahari, energi panas bumi, energi angin, energi nuklir, dan energi biomassa. Data tersebut berasal dari Bank Dunia.

Penting untuk dicatat bahwa sementara Bank Dunia menganggap energi nuklir sebagai sumber energi alternatif, tidak semua pakar kebijakan energi setuju tentang bagaimana mengkategorikan energi nuklir.

Definisi:

Secara alami, ada beberapa perdebatan tentang apa arti “energi alternatif” dan apa yang dapat diterapkan. Di satu sisi, istilah tersebut dapat merujuk pada bentuk energi yang tidak meningkatkan jejak karbon manusia. Dalam hal ini, dapat mencakup hal-hal seperti fasilitas nuklir, pembangkit listrik tenaga air, dan bahkan hal-hal seperti gas alam dan “batubara bersih”.

Jenis Energi Alternatif:

Sebenarnya, ada banyak jenis energi alternatif. Sekali lagi, definisi menjadi sedikit masalah, dan istilah tersebut telah digunakan di masa lalu untuk merujuk pada metode apa pun yang dianggap non-mainstream pada saat itu. Tetapi menerapkan istilah secara luas berarti alternatif untuk batu bara dan bahan bakar fosil, itu dapat mencakup salah satu atau semua hal berikut:

  • Pembangkit Listrik Tenaga Air: Ini mengacu pada energi yang dihasilkan oleh bendungan pembangkit listrik tenaga air, di mana air yang jatuh (yaitu sungai atau kanal) disalurkan melalui peralatan untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik.
  • Tenaga Nuklir: Energi yang dihasilkan melalui reaksi fisi lambat. Batang uranium atau elemen radioaktif lainnya memanaskan air untuk menghasilkan uap, yang pada gilirannya memutar turbin untuk menghasilkan listrik.
  • Tenaga Surya: Energi yang dimanfaatkan langsung dari Matahari, di mana sel fotovoltaik (biasanya terdiri dari substrat silikon, dan disusun dalam susunan besar) mengubah sinar matahari langsung menjadi energi listrik. Dalam beberapa kasus, panas yang dihasilkan oleh sinar matahari dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik juga, yang dikenal sebagai tenaga panas matahari.
  • Tenaga Angin: Energi yang dihasilkan oleh aliran udara, di mana turbin angin besar diputar oleh angin untuk menghasilkan listrik.
  • Tenaga Panas Bumi: Energi yang dihasilkan oleh panas dan uap yang dihasilkan oleh aktivitas geologi di kerak bumi. Dalam kebanyakan kasus, ini terdiri dari pipa yang ditempatkan di tanah di atas zona aktif geologis untuk menyalurkan uap melalui turbin, sehingga menghasilkan listrik.
  • Tidal Power: Energi yang dihasilkan oleh memanfaatkan pasang surut yang terletak di sekitar garis pantai. Di sini, perubahan pasang surut harian menyebabkan air mengalir bolak-balik melalui turbin, menghasilkan listrik yang kemudian ditransfer ke pembangkit listrik di sepanjang pantai.
  • Biomassa: Ini mengacu pada bahan bakar yang berasal dari tumbuhan dan sumber biologis – yaitu etanol, glukosa, ganggang, jamur, bakteri – yang dapat menggantikan bensin sebagai sumber bahan bakar.
  • Hidrogen: Energi yang berasal dari proses yang melibatkan gas hidrogen. Ini dapat mencakup catalytic converter, di mana molekul air dipecah dan disatukan kembali melalui elektrolisis; sel bahan bakar hidrogen, di mana gas digunakan untuk menyalakan mesin pembakaran internal atau dipanaskan dan digunakan untuk memutar turbin; atau fusi nuklir, di mana atom hidrogen melebur dalam kondisi terkendali untuk melepaskan energi dalam jumlah yang luar biasa.

Energi Alternatif dan Terbarukan:

Dalam banyak kasus, sumber energi alternatif juga terbarukan. Namun, istilah tersebut tidak sepenuhnya dapat dipertukarkan, karena fakta bahwa banyak bentuk energi alternatif bergantung pada sumber daya yang terbatas. Misalnya, tenaga nuklir mengandalkan uranium atau elemen berat lainnya yang harus ditambang.

Sementara itu, tenaga angin, matahari, pasang surut, panas bumi, dan hidroelektrik semuanya bergantung pada sumber yang sepenuhnya terbarukan. Sinar Matahari adalah sumber energi yang paling melimpah dari semuanya dan, meskipun dibatasi oleh cuaca dan pola diurnal, bersifat abadi – dan karenanya tidak habis-habisnya dari sudut pandang industri. Angin juga konstan, berkat rotasi Bumi dan perubahan tekanan di atmosfer kita.

Perkembangan:

Saat ini, energi alternatif masih sangat banyak dalam masa pertumbuhan. Namun, gambaran ini berubah dengan cepat, karena kombinasi tekanan politik, bencana ekologis di seluruh dunia (kekeringan, kelaparan, banjir, aktivitas badai), dan peningkatan teknologi energi terbarukan.

Misalnya, hingga tahun 2015, kebutuhan energi dunia masih didominasi oleh sumber-sumber seperti batu bara (41,3%) dan gas bumi (21,7%). Pembangkit listrik tenaga air dan nuklir masing-masing merupakan 16,3% dan 10,6%, sementara “energi terbarukan” (yaitu matahari, angin, biomassa, dll.) hanya 5,7%.

Ini merupakan perubahan yang signifikan dari tahun 2013, ketika konsumsi global minyak, batu bara dan gas alam masing-masing adalah 31,1%, 28,9%, dan 21,4%. Tenaga nuklir dan tenaga air terdiri dari 4,8% dan 2,45, sedangkan sumber terbarukan hanya 1,2%.

Selain itu, terjadi peningkatan jumlah kesepakatan internasional mengenai pembatasan penggunaan bahan bakar fosil dan pengembangan sumber energi alternatif. Ini termasuk Arahan Energi Terbarukan yang ditandatangani oleh Uni Eropa pada tahun 2009, yang menetapkan tujuan untuk penggunaan energi terbarukan untuk semua negara anggota untuk tahun 2020.

Pada dasarnya, perjanjian tersebut menyatakan bahwa UE memenuhi setidaknya 20% dari total kebutuhan energinya dengan energi terbarukan pada tahun 2020, dan bahwa setidaknya 10% bahan bakar transportasi mereka berasal dari sumber terbarukan pada tahun 2020. Pada bulan November 2016, Komisi Eropa merevisi ini target, menetapkan bahwa minimal 27% dari kebutuhan energi UE berasal dari energi terbarukan pada tahun 2030.

Pada tahun 2015, Konvensi Kerangka Kerja PBB tentang Perubahan Iklim (UNFCCC) bertemu di Paris untuk menghasilkan kerangka kerja untuk mitigasi gas rumah kaca dan pembiayaan energi alternatif yang akan berlaku pada tahun 2020. Hal ini menyebabkan Perjanjian Paris, yang diadopsi pada 12 Desember 2015 dan dibuka untuk penandatanganan pada 22 April (Hari Bumi), 2016, di Markas Besar PBB di New York.

Keuntungan Energi Alternatif

1. Manfaat lingkungan.

Emisi karbon rendah atau nol tidak diragukan lagi merupakan keunggulan utama energi alternatif dibandingkan bahan bakar fosil. Tenaga surya dan angin hampir menghasilkan nol emisi karbon, sementara kayu menyediakan energi yang berkelanjutan, ramah lingkungan dan murah untuk pemanasan, tentu saja dengan syarat bahwa kayu bakar bersumber dari hutan yang dikelola secara lestari dan dibakar di tungku pembakaran kayu yang efisien.

2. Peningkatan keamanan energi.

Bahan bakar fosil didistribusikan secara tidak merata dan membuat ekonomi global bergantung pada beberapa negara pengekspor. Pemanfaatan energi alternatif dengan demikian secara signifikan mengurangi ketergantungan dari pasokan energi internasional yang pada gilirannya meningkatkan ketahanan energi dengan menyediakan pasokan energi yang stabil dan hemat biaya.

3. Keberlanjutan.

Berbeda dengan jenis energi tradisional yang tidak terbarukan, bentuk energi alternatif bersifat terbarukan yang berarti menawarkan pasokan energi yang berkelanjutan dan stabil dalam jangka panjang. Matahari tidak akan berhenti bersinar, angin tidak akan berhenti bertiup, pohon yang ditebang untuk kayu dapat dengan mudah diganti, dll.

Kekurangan Energi Alternatif

1. Harga tinggi.

Sayangnya, teknologi yang memanfaatkan sumber energi alternatif masih relatif mahal. Hal ini tentu saja memiliki pengaruh besar pada harga energi yang pada gilirannya menimbulkan kekhawatiran tentang dampak ekonomi yang merugikan. Segmen industri yang besar sangat bergantung pada energi murah agar mampu bersaing dengan ketatnya persaingan global.

2. Efisiensi rendah.

Teknologi energi alternatif relatif baru di kantor dan tidak terlalu efisien. Hal ini menimbulkan masalah dengan kelayakan karena investasi mungkin tidak kembali, bahkan dalam jangka panjang. Akibatnya, minat investor swasta terhadap teknologi hijau tetap relatif rendah, sementara Pemerintah hanya dapat membiayai sejumlah investasi pada satu waktu.

Masalah dengan stabilitas sistem. Sektor energi tidak hanya mencari solusi alternatif untuk menurunkan emisi karbon dioksida tetapi juga untuk memenuhi permintaan energi yang meningkat. Agar sistem pasokan energi tetap stabil, pasokan sangat penting untuk memenuhi permintaan. Dan dengan teknologi saat ini yang tersedia, jenis energi alternatif – terutama yang paling diinginkan seperti energi matahari – tidak dapat menghasilkan energi yang cukup untuk memenuhi permintaan.

Aliran fluida dapat dibagi menjadi dua jenis yang berbeda: aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran laminar terjadi ketika fluida mengalir dalam lapisan paralel yang sangat kecil tanpa gangguan di antara mereka. Dalam aliran laminar, lapisan fluida meluncur secara paralel, tanpa pusaran, pusaran, atau arus normal pada aliran itu sendiri. Jenis aliran ini disebut juga sebagai aliran streamline karena dicirikan oleh streamline yang tidak bersilangan.

Apa itu Aliran Laminar?

Aliran laminar adalah gerakan fluida dimana setiap partikel dalam fluida mengikuti lintasan yang sama dengan partikel sebelumnya.  Dalam dinamika fluida, aliran laminar dicirikan oleh lintasan partikel fluida yang halus atau teratur, berbeda dengan aliran turbulen, yang dicirikan oleh pergerakan partikel fluida yang tidak teratur. Fluida mengalir dalam lapisan paralel (dengan pencampuran lateral minimal), tanpa interupsi antar lapisan. Oleh karena itu, aliran laminar disebut juga aliran aerodinamis atau aliran viskos.

Ketika fluida mengalir melalui saluran tertutup seperti pipa atau antara dua pelat datar, salah satu dari dua jenis aliran dapat terjadi (aliran laminar atau aliran turbulen) tergantung pada kecepatan, viskositas fluida dan ukuran pipa. (atau dalam bilangan Reynolds). Aliran laminar cenderung terjadi pada kecepatan rendah dan viskositas tinggi.

Apa itu Aliran laminar?

Aliran laminar adalah khas cairan pada kecepatan rendah atau viskositas tinggi, sedangkan viskositas rendah, kecepatan tinggi atau aliran fluida aliran tinggi sering turbulen. Bilangan Reynolds adalah parameter tak berdimensi penting dalam persamaan yang menjelaskan dalam kondisi apa aliran akan laminar atau turbulen.

Dalam kasus fluida yang bergerak dalam tabung penampang melingkar, aliran persisten akan laminar di bawah bilangan Reynolds kritis sekitar 2040. Untuk bilangan Reynolds yang lebih tinggi, aliran turbulen dapat dipertahankan tanpa batas. Namun, bilangan Reynolds yang membatasi aliran turbulen dan laminar bergantung pada geometri sistem dan, lebih jauh lagi, transisi dari aliran laminar ke turbulen umumnya sensitif terhadap noise dan ketidaksempurnaan dalam sistem.

Apa itu Aliran turbulen?

Dalam dinamika fluida, aliran turbulen dicirikan oleh pergerakan partikel yang tidak teratur (bisa dikatakan kacau) dari fluida. Tidak seperti aliran laminar, fluida tidak mengalir dalam lapisan paralel, pencampuran lateral sangat tinggi, dan ada celah di antara lapisan. Turbulensi juga ditandai dengan resirkulasi, pusaran, dan keacakan yang nyata. Pada aliran turbulen, kecepatan fluida pada suatu titik mengalami perubahan terus menerus baik besar maupun arahnya.

Pengetahuan rinci tentang perilaku aliran turbulen penting dalam rekayasa, karena sebagian besar aliran industri, terutama dalam rekayasa nuklir, adalah turbulen. Sayangnya, sifat turbulensi yang sangat terputus-putus dan tidak teratur memperumit semua analisis. Bahkan, turbulensi sering dikatakan sebagai “masalah terakhir yang belum terpecahkan dalam fisika matematika klasik”.

Alat utama yang tersedia untuk analisis adalah analisis CFD. CFD adalah cabang mekanika fluida yang menggunakan analisis numerik dan algoritma untuk memecahkan dan menganalisis masalah yang melibatkan aliran fluida turbulen. Telah diterima secara luas bahwa persamaan Navier-Stokes (atau persamaan Navier-Stokes yang disederhanakan yang dirata-ratakan oleh Reynolds) mampu menunjukkan solusi turbulen, dan persamaan ini pada dasarnya adalah dasar dari semua kode CFD.

Sejarah

Perbedaan antara rezim laminar dan turbulen pertama kali dipelajari dan diteorikan oleh Osborne Reynolds pada paruh kedua abad ke-19. Publikasi pertamanya1 tentang topik ini dianggap sebagai tonggak sejarah dalam studi dinamika fluida.

Karya ini didasarkan pada percobaan yang digunakan oleh Reynolds untuk menunjukkan transisi dari laminar ke rezim turbulen.

Percobaan terdiri dari memeriksa perilaku aliran air dalam pipa kaca besar. Untuk memvisualisasikan aliran, Reynolds menyuntikkan urat kecil air yang diwarnai ke dalam aliran dan mengamati perilakunya pada laju aliran yang berbeda. Ketika kecepatannya rendah, lapisan yang diwarnai tetap berbeda di sepanjang pipa. Ketika kecepatan ditingkatkan, vena pecah dan menyebar ke seluruh penampang tabung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.