Cahaya, menurut Teori Gelombang
ISI KULIAH
• Teori-teori refraksi dan kecepatan cahaya
• Perambatan gelombang periodik
• Teori Gelombang Young dan Frensnel
• Warna
• Elektrostatik
• Elektrifikasi oleh gesekan
• Model terkini dari elektrifikasi
• Insulator dan Konduktor
• Elektroskop
• Hukum Coulomb untuk elektrostatik
• Medan elektrostatik
• Garis-garis gaya
• Beda potensial listrik
• Pemakaian konsep potensial
• Elektrokimia
KONSEP REFRAKSI (DESCARTES)
•
Pada tahun 1637, Rene Descartes dalam bukunya Optics
menyatakan bahwa perambatan cahaya mirip dengan
perambatan impuls mekanik pada tongkat yang digunakan
orang buta mengetahui obyek didepannya.
•
Bola tenis digunakan untuk menggambarkan konsep
KONSEP REFRAKSI (HUYGENS)
KONSEP REFRAKSI
PERAMBATAN GELOMBANG PERIODIK
Perambatan gelombang transversal pada tali
Interferensi dari dua gelombang yang sama namun bergerak ke arah berlawanan, menghasilkan gelombang baru
SOME EXAMPLES :
TEORI GELOMBANG OLEH YOUNG DAN FRESNEL
POISSON BRIGHT SPOT
(a) (b)
Berkas cahaya yang belum terpolarisasi (getaran ke semua arah pada bidang yang tegak lurus dengan arah penjalaran) melewati kristal (tourmaline contohnya), yang mana akan menghilangkan komponen horisontal dati getaran, dan hanya menyisakan komponen vertikalnya.
WARNA
Elektrostatik
PENDAHULUAN
• Di abad ke-19, ilmuwan banyak
mengeksplorasi sifat-sifat fsik atom (gaya mekanik, momentum, energi kinetik,
tabrakan elastis, dll)
• Setelah elektron ditemukan, di abad ke-20, para ilmuwan mulai beralih untuk meneliti mengenai muatan, potensial listrik dan medan listrik.
• Menengok sejarah perkembangan ilmu listrik statis, Benyamin Franklin (1706-1790) adalah ilmuwan Amerika yang mendalami fenomena kelistrikan (penangkal petir adl salah satu temuannya).
• Di Philadelphia, Franklin membuat klub debat, yang nantinya menjadi American Philoshophical Society
• Franklin juga membantu mendirikan Universitas Pennsylvania (dimana,
ELEKTRIFIKASI MELALUI GESEKAN
Kata
electricity
berasal dari bahasa Yunani,
electron
(berarti amber), yang
pada masa Yunani, ketika batu amber digesekkan pada pakaian akan
menimbulkan listrik statis.
• Tongkat kaca yang digesekkan dengan kain sutra, akan saling menarik tanpa pengaruh gaya gravitasi.
• Dua tongkat kaca yang digesek pada kain sutra akan tolak menolak.
• Tongkat resin (atau karet, amber) yang digesekkan pada baju sutra. Tongkat tsb akan tarik menarik dgn sutra, namun tolak menolak dengan tongkat kaca
• Dua tongkat resin digesek pada sutra, ternyata tongkat resin tersebut akan tolak menolak
• Eksperimen lebih lanjut, tidak ada yang menunjukkan kain sutra
ditolak oleh material yang baru saja digesekkan (diberi muatan), dan sebaliknya.
• Dua benda yang netral dapat saling mengisi muatan dengan cara
gesekan, namun harus dengan muatan yang berlawanan
• Hanya terdapat dua jenis muatan yang dapat berinteraksi, positif (+) dan negatif (-). Muatan positif
HUKUM KONSERVASI MUATAN
Hukum konservasi muatan (“
conservation of charge
”)
MODEL TERKINI DARI ELEKTROFIKASI
Semua benda, baik padat, cair maupun gas adalah atomik pada
struktur dasarnya. Tiap atomnya, pada umumnya dapat kita anggap
bermuatan netral, namun sebenarnya atom sendiri tersusun dari inti
yang sangat positif muatannya (sebagai pusat atom yang hampir
menyamai massa total atom tersebut dengan diameter 10
-14m),
dikelilingi oleh elektron bermuatan negatif dengan jarak yang relatif
jauh
(10
-10m). Semua elektron adalah sama, dan sangat ringan dibanding
MODEL TERKINI DARI ELEKTROFIKASI (CONTD.)
INSULATOR DAN KONDUKTOR
Melalui eksperimen, material dapat dibedakan
menjadi dua jenis
Melalui eksperimen, material dapat dibedakan
menjadi dua jenis
Material yang dapat menahan
muatan ketika diletakkan ke
suatu tempat dimana muatan
berada sebelumnya
Material yang dapat menahan
muatan ketika diletakkan ke
suatu tempat dimana muatan
berada sebelumnya
Material yang, ketika diletakkan pada material lain yang bermuatan akan saling tolak menolak, dan
mengalirkan serta
mendistribusikan semua muatan yang ada, dimanapun material tersebut diletakkan
Material yang, ketika diletakkan pada material lain yang bermuatan akan saling tolak menolak, dan
mengalirkan serta
mendistribusikan semua muatan yang ada, dimanapun material tersebut diletakkan
INSULATOR
INSULATOR
KONDUKTOR
KONDUKTOR
INSULATOR DAN KONDUKTOR (CONTD.)
ELEKTROSKOP
Leaf
Electroscope
HUKUM COULOMB UNTUK ELEKTROSTATIS
�
=
�
��
��
��
�Dengan,
F
Gaya tarik menarik/tolak menolak
k
eKoefsien proporsionalitas (tergantung
medium)
q
1, q
2Muatan relatif untuk benda 1 dan benda 2
MEDAN ELEKTROSTATIS
Vektor gaya listrik dari benda bermuatan listrik sederhana. Di sekitar benda bermuatan positif (a),
dan di sekitar benda bermuatan berlawanan (b)
������
=
�����
��� ������������� ����� �
h
�
Tiga karakteristik penting dari konsep intensitas kelistrikan (E):
•
Magnitudo dari E pada titik P dapat ditentukan dengan
melakukan percobaan muatan.
•
Arah E pada P, secara konvensi, adalah sama dengan arah gaya
pada percobaan muatan positif pada P.
•
Satuan dari E adalah satuan dari gaya/muatan, biasanya dalam
GARIS-GARIS GAYA
Garis-garis gaya listrik oleh muatan tunggal (a), dan oleh muatan berpasangan (b)
Gambar di atas menunjukkan benda kecil bermuatan positif yang
berada pada kondisi yang berbeda. Semua gaya selain gaya listrik
diabaikann, dan inersia benda juga diabaikan. Dari situ nampak
bahwa arah dari gaya (digambarkan oleh garis dengan anak panah)
mengikuti arah gaya yang bekerja pada q di setiap titik sepanjang
garis tersebut, dan menurut Faraday, kita dapat menyebut garis ini
sebagai
garis gaya
.
BEDA POTENSIAL (V)
Kualitatif
Kuantitat
if
Beda potensial VAB antara dua titik A dan B adalah perbandingan yang didapatkan ketika muatan positif q berpindah dari B ke A dibagi dengan besar besar muatan q. Secara defnisi 1 joule.coulomb
= 1 volt.
Ketika kita membandingkan beda potensial antara A dan B akan
lebih mudah daripada
menentukan potensial dari A (gambar di atas), karena tidak adanya titik referensi. Karena itu, bumi digunakan sbg titik referensi (benda besar dan tak bermuatan)
�
��
=
�
�(
�
/
�
�)
−
�
�(
�
/
�
�)
PENGGUNAAN KONSEP POTENSIAL
�
�
=
�
�(
�
/
�
�)
• Jika tanda (jenis) muatan Q diikutsertakan dalam perhitungan, VA akan muncul dalam tanda + atau – yang benar.
• Dikarenakan satuan ke adalah N-m2/coulomb2, satuan V
A adalah
N-m/coulomb. Hal ini konsisten pada pernyataan sebelumnya dimana dinyatakan beda potensial memiliki satuan joules/coul, karena 1 joule = 1 N-m
• Seperti konsep usaha itu sendiri, potensial adalah besaran skalar, karenanya operasi penambahan sederhanadapat dilakukan untuk menghitung potensial total di setiap titik pada keadaan yang memiliki lebih dari satu titik muatan. Oleh karena itu, sebuah titik yang berada di antara muatan berpasangan yang memiliki jarak yang sama dan muatan yang sama akan memiliki potensial sebesar 0 relatif terhadap bumi (namun gayanya tidak nol!)
PENGGUNAAN KONSEP POTENSIAL (CONTD.)
�
�
=
�
�(
�
/
�
�)
• Kita dapat dengan mudah menentukan energi potensial dari sebuah titik muatan q pada jarak rA dari sebuah titik muatan Q.
• Kita tahu bahwa gaya listrik FE pada muatan diantara dua plat yang sama namun berlawanan muatan adalah konstan (gambar di atas). Konsekwensinya, intensitas elektrisitas E juga konstan.
karena FE/q=E, maka:
��
=(
�
¿¿
�
(
�
/
�
�))
×
�
¿
�
�
×
�
=
�
×
�
/s
ELEKTROKIMIA
Gambar di atas menunjukkan migrasi ion-ion ke arah elektroda pada proses elektrolisis. Elektrolisis adalah efek arus dekomposisi pada larutan/cairan tertentu. Arus listrik terbukti dapat menjadi alat untuk memisahkan molekul menjadi elemen-elemnnya yang tidak dapat dipisahkan dengan cara kimia/fsika. Gambar di atas menunjukkan proses elektrolisis pada larutan NaCl, dimana sodium (Na) akan menuju ke elektroda negatif, sementara gelembung gas klorida berada pada elektroda positif. Penentuan massa elemen yang dilepaskan pada prose elektrolisis dirumuskan sbb:
������������������������� �������������(�)=������ ��������������(�������)
96500(����� −��.��)
