FISIKA MODERN

Gelombang Elektromagnetik Pancaran Elektromagnetik (EM) berperilaku sebagai gelombang Semua gelombang EM merambat di ruang hampa dengan kecepatan yang sama, yaitu sebesar “kecepatan cahaya”, c = 3,0  108 m/s persamaan gelombangnya, c = f 

Radio FM dan Televisi (TV) MACAM GELOMBANG EM Radio FM dan Televisi (TV) Frekuansi radio FM seluruhnya berada pada daerah frekuensi TV. Untuk keperluan siaran TV diperlukan antena yang sangat tinggi karena antara antena pemancar dan antena penerima diperlukan pancaran langsung. Jika antena pemancar tidak cukup tinggi maka pancarannya tidak akan dapat melewati gedung yang tinggi atau melewati bukit.

Gelombang Mikro (microwave) MACAM GELOMBANG EM Gelombang Mikro (microwave) Bagian EM ini dinamakan gelombang mikro karena penjang gelombang yang lebih pendek dibandingkan dengan gelombang radio. Gelombang pendek memiliki aplikasi yang sangat luas untuk komunikasi misalnya transmisi telepon jarak jauh dan sistem radar. Kecepatan obyek seperti mobil dapt diukur dengan mengamati pergeseran Doppler dari gelombang mikro yang dipantulkan. Gelombang mikro telah secara luas digunakan untuk memasak. Molekul air pada makanan beresonansi pada frekuensi di daerah gelombang mikro. Makanan akan dengan mudah menyerap energi gelombang mikro sehingga secara efektif dapat digunakan untuk memasak.

Gelombang Radio AM (amplitudo modulation) MACAM GELOMBANG EM Gelombang Radio AM (amplitudo modulation) Pada bagian frekuensi terendah ini digunakan untuk transmisi radio. Karena kemudahannya untuk dibangkitkan, frekuensi ini paling awal dikembangkan. Radio Gelombang Pendek Sesuai dengan namanya bagian EM ini memiliki gelombang yang lebih pendek dibandingkan radio komersial lainnya. Gelombang pendek digunakan untuk tujuan komunikasi misalnya oleh polisi atau masyarakat. Transmisi gelombang pendek mudah terhalang namun dapat dipantulkan oleh atmosfer untuk menghindari rintangan di darat.

Radiasi Inframerah (infrared) MACAM GELOMBANG EM Radiasi Inframerah (infrared) Inframerah berarti memiliki frekuensi di bawah cahaya merah. Gelombang ini dapat dihasilkan dari proses pemanasan dan merupakan gelombang EM yang terpenting dalam proses pemindahan panas. Kulit manusia dapat menyerap hampir seluruh sinar inframerah dan dirasakan sebagai kehangatan. Bagian yang penting dari sinar matahari adalah berupa radiasi elektromagnetik.

Sinar Tampak (visible light) MACAM GELOMBANG EM Sinar Tampak (visible light) Sinar tampak memiliki spektrum yang sempit dimana gelombang EM ini dapat ditangkap oleh mata manusia normal. Sinar merah memiliki frekuensi terendah atau memiliki panjang gelombang terpanjang diantara sinar tampak, sedangkan sinar ungu mempunyai frekuensi tertinggi dan panjang gelombang terpendek.

Radiasi Ultraviolet (UV) MACAM GELOMBANG EM Radiasi Ultraviolet (UV) Radiasi ultraviolet dapat membakar kulit dan mengakibatkan kanker kulit. Radiasi ini dapat menyebabkan terjadinya reaksi kimia pada kulit sehingga menghasilkan vitamin D. Radiasi UV sebagian besar diserap oleh bagian atmosfer yang disebut ozon.

MACAM GELOMBANG EM Sinar-X Sinar ini dapat dihasilkan pada gas yang sangat panas seperti pada permukaan matahari. Sinar-X dapat terjadi pada tabung katode (CRT) saat berkas elektron menumbuk layar. Karena sifat sinar-X yang merusak, maka televisi, osiloskop, layar monitor komputer dan sebagainya dilindungi sedemikian rupa sehingga tidak membahayakan pemakainya. Sinar-X dengan energi tinggi banyak digunakan untuk karakterisasi material dan diagnosa medis.

MACAM GELOMBANG EM Sinar Gamma Sinar ini merupakan satu-satunya gelombang EM yang hanya dapat dihasilkan oleh inti atom. Sinar ini dapat memiliki frekuensi yang lebih tinggi dan panjang gelombang yang lebih pendek dibandingkan dengan senar-X. Seperti halnya sinar-X, sinar ini juga membahayakan kesehatan. Sinar ini juga digunakan untuk dignosa medis.

MACAM GELOMBANG EM Spektrum gelombang elektromagnetik memperlihatkan klasifikasi kelompok radiasi EM sebagai fungsi dari panjang gelombang dan frekuensi.

Foton Paket gelombang EM lebih dikenal dengan foton yang memiliki energi sebesar, dimana h = 6,63  10-34 J s adalah konstanta Planck dan f adalah frekuensi gelombang EM.

FOTON Radiasi EM berupa (a) beberapa foton dengan panjang gelombang dan frekuensi yang sama dan (b) foton tunggal dengan panjang gelombang yang lebih besar dan frekuensi yang lebih rendah dibandingkan dengan bagian (a).

Efek Foto Listrik Efek foto listrik merupakan peristiwa terlepasnya elektron dari suatu material akibat adanya foton. Elektron yang terlepas dapat dikumpulkan pada suatu penghantar sehingga dapat menghasilkan arus listrik . Besarnya arus yang mengalir akan sebanding dengan besarnya intensitas foton.

EFEK FOTO LISTRIK Secara umum prinsip terjadinya efek foto listrik dapat dijelaskan sebagai berikut, Radiasi gelombang EM yang jatuh pada permukaan suatu material dapat melepaskan elektron dari material. Elektron tidak akan terlepas jika frekuensi (atau energi) gelombang EM lebih kecil dari batas nilai energi ambang material yang dikenai gelombang EM. Banyaknya elektron yang terlepas per satuan waktu berbanding lurus dengan besarnya intensitas radiasi EM, asalkan frekuensinya di atas harga energi ambang material. Energi dari elektron yang terlepas tergantung dari frekuensi radiasi EM dan tidak tergantung pada intensitasnya.

EFEK FOTO LISTRIK Elektron yang terlepas dari material akibat adanya rediasi EM disebut fotoelektron dan bergerak dengan energi kinetik sebesar, dimana KEe adalah energi kinetik elektron yang terlepas, Ef adalah energi radiasi foton dan  adalah fungsi kerja material yang merupakan besarnya energi terendah yang diperlukan untuk melepaskan ikatan elektron

Aplikasi Radiasi EM di Bidang Medis Gelombang Radio Di bidang kesehatan, gelombang radio digunakan untuk memonitor electrocardiogram (ERG) di rumah sakit. Setiap jantung pasien dimonitor dengan transmiter radio yang memancarkan isyarat ECG ke pusat monitor. Dengan demikian satu orang dapat memonitor beberapa pasien dengan hanya menggunakan sebuah layar monitor. Setiap pasien memancarkan satu gelombang radio dengan frekuensi yang spesifik sehingga tidak terjadi pencampuran isyarat. Gelombang radio yang digunakan memiliki intensitas yang rendah atau memiliki energi yang rendah sehingga tidak membahayakan.

APLIKASI RADIASI EM DI BIDANG MEDIS Gelombang Mikro Dalam bidang medis gelombang mikro yang digunakan untuk pemanasan dalam yang disebut microwave diathermy. Molekul air dalam lapisan kulit menyerap sebagian frekuensi dari gelombang mikro. Energi gelombang mikro diubah menjadi energi panas berakibat pada panasnya lapisan kulit. Energi foton gelombang mikro berharga sangat rendah sehingga diperlukan intensitas yang tinggi. Gelombang mikro dapat menembus ke dalam tubuh lebih dalam dibandingkan gelombang infra merah.

APLIKASI RADIASI EM DI BIDANG MEDIS-GELOMBANG MIKRO Diathermy dengan menggunakan (a) gelombang mikro dan (b) gelombang infra merah dari lampu pemanas (Urone, 1986).

APLIKASI RADIASI EM DI BIDANG MEDIS Radiasi Inframerah Seperti halnya gelombang mikro, radiasi inframerah digunakan juga untuk diathermy. Sebagian besar radiasi inframerah yang datang pada kulit akan diserap lapisan kulit bagian luar. Bagian dalam kulit akan mengalami pemanasan dari aliran darah, dapat digunakan untuk mendiagnosa dengan teknik thermography. Dengan metode thermography dapat dibuat potret keadaan tubuh pada daerah inframerah sehingga dapat mendeteksi adanya perbedaan temperatur sebagai indikasi keadaan medis pasien, misalnya terdapat tumor atau terjadi aliran darah yang tidak normal.

APLIKASI RADIASI EM DI BIDANG MEDIS Cahaya Tampak Aplikasi cahaya tampak di bidang medis dapat dilakukan dengan cara yang sangat sederhana disebut transillumination, yaitu dengan cara menyinari bagian tubuh tertentu. Pasien ditempatkan di ruangan gelap sehingga bagian tubuh yang disinari akan nampak kemerah-merahan. Dengan melihat intensitas cahaya yang diteruskan akan dapat dianalisa apakah suatu gumpalan misalnya, bersifat padat atau bersifat cair. Ini dapat memberikan indikasi tipe tumor. Beberapa panjang gelombang sinar tampak dapat diserap secara selektif oleh suatu permukaan. Suatu contoh, permukaan tahi lalat lebih banyak menyerap gelombang warna hijau dibandingkan permukaan kulit normal. Dengan demikian dimungkinkan untuk menghilangkan tahi lalat dengan penyinaran warna hijau dengan intensitas tinggi.

APLIKASI RADIASI EM DI BIDANG MEDIS-CAHAYA TAMPAK Aplikasi penyerapan warna secara selektif digunakan dalam pembedahan dengan sinar laser. Laser dengan panjang gelombang tertentu dapat difokuskan dengan intensitas yang sangat tinggi. Laser dengan panjang gelombang tertentu dapat dipilih sehingga sinar yang dilepaskan secara selektif dapat diserap oleh darah sehingga terjadi pemanasan dan membakar pembuluh darah. Bayi yang baru terlahir utamanya yang terlahir prematur, sering mengalami sakit kuning akibat liver mengeluarkan bilirubin dalam darah secara berlebihan. Bilirubin adalah sampah yang dikeluarkan saat bayi mengalami proses penurunan sel darah merah. Proses penyembuhan dari sakit kuning dapat dipercepat dengan menyinari bayi dengan sinar tampak utamanya ultra violet (UV), yaitu dengan cahaya fluorecent. Saat dilakukan penyinaran biasanya mata bayi ditutup untuk menghindari efek dari penyinaran UV.

Penyinaran flourocent pada bayi penderita sakit kuning (Urone, 1986). APLIKASI RADIASI EM DI BIDANG MEDIS-CAHAYA TAMPAK Penyinaran flourocent pada bayi penderita sakit kuning (Urone, 1986).

APLIKASI RADIASI EM DI BIDANG MEDIS Radiasi Ultraviolet Energi yang dimiliki oleh foton UV cukup besar untuk merusak senyawa organik, dengan demikian UV dapat digunakan untuk membunuh kuman dalam proses sterilisasi. Penetrasi UV tidak terlalu dalam sehingga sangat cocok untuk sterilisasi permukaan instrument. Radiasi UV biasa digunakan untuk perawatan kulit dengan menggunakan sumber “lampu matahari”. Energi foton UV dapat memberikan inisiasi terjadinya reaksi kimia seperti terproduksinya vitamin D. Radiasi UV ke permukaan kulit secara berlebihan dapat mengakibatkan kanker kulit.

APLIKASI RADIASI EM DI BIDANG MEDIS Sinar-X Mesin penghasil sinar-X berupa tabung dengan berkas elektron diarahkan pada logam target seperti diuraikan di atas menghasilkan spektrum. Untuk keperluan medis, besarnya tegangan dapat diatur sehingga intensitas atau energi yang dihasilkan akan sesuai dengan tegangan yang diberikan Spektrum sinar-X dihasilkan oleh 50-keV elektron menumbuk target molibdenum. Dua puncak tajam menunjukkan karakteristik sinar-X yang terjadi saat elektron mengisi kekosongan pada lintasan terdalam (K) molibdenum. Dua puncak yang berbeda dihasilkan oleh elektron dari lintasan yang berbeda yang jatuh pada lintasan K (Sternheim dan Kane 1991).

APLIKASI RADIASI EM DI BIDANG MEDIS – SINAR X Diagnosa dengan sinar-X dilakukan dengan mengamati bayangan yang terbentuk pada film. Bagian bayangan yang lebih gelap menunjukkan tingkat kerapatan yang lebih dari bagian tubuh. Dengan demikian bayangan yang terbentuk dapat digunakan untuk melihat adanya kelainan pada bagian tubuh misalnya terjadinya keretakan tulang atau melihat tingkat kepadatan gigi. Mesin sinar-X sedang digunakan untuk memotret gigi. Pada pasien dipasang pelindung untuk menahan sinar-X yang tersebar (Urone, 1986).

APLIKASI RADIASI EM DI BIDANG MEDIS – SINAR X (a) Hasil pemotretan dengan sinar-X menunjukkan terjadinya kepatahan pada fibula dan (b) hasil pemotretan sinar-X pada tubuh bagian tengah (Urone, 1986)

Tomografi Tomografi adalah teknik untuk mendapatkan gambar tiga dimensi dengan kualitas gambar yang baik. Teknik ini kebanyakan menggunakan sinar-X dengan sebuah alat disebut computerized tomography (CT) scanner. Gambar tiga dimensi dari organ tubuh diperoleh dengan memutar tabung sinar-X sekeliling tubuh pasien dan menggunakan sejumlah ditektor kemudian rekonstruksi dilakukan oleh komputer

Tomografi Konstruksi peralatan CT Scanner untuk menghasilkan gambar tiga dimensi. Tabung sinar-X dapat diputar 360o disekitar bagian organ tubuh yang didiagnosa dan data yang diperoleh diolah oleh komputer (Urone, 1986).

Radio Aktivitas dan Fisika Nuklir Radiasi Alpha, Beta, Gamma)

Jangkauan Radiasi adalah ukuran seberapa jauh suatu radiasi dapat merambat pada suatu material sebelum kehilangan semua energinya. Faktor terpenting: Besar Muatan, Kecepatan merambat, dan Tingkat kerapatan elektron.

Detektor Radiasi

Komposisi Nuklir Suatu atom dengan penyusunnya biasa disimbullkan : X : simbol atom A : (massa atom) merupakan jumlah proton dan netron pada inti Z : (nomor atom) menyatakan jumlah proton pada inti

Contoh adalah inti hidrogen atau proton adalah inti helium (dengan dua proton dan dua netron), atau partikel . adalah inti besi dengan 26 proton dan 30 netron adalah dua inti uranium yang berbeda Isotop

Terapi dengan Radiasi Inti Terapi dengan radiasi ionisasi disebut juga sebagai “radioterapi Radioterapi telah secara luas digunakan untuk pengobatan kanker Teknik ini digunakan karena dengan radioterapi sel kanker dapat dengan cepat terpecah dan sensitif terhadap radiasi ionisasi.

Perlakuan tumor dengan 60Co Perlakuan tumor dengan 60Co. Efek pada bagian tubuh yang normal dikurangi dengan memutar pasien terpusat pada tumor (Urone, 1986).

Fasilitas terapi radiasi 60Co (Sternheim dan Kane 1991)

SELESAI Sampai Jumpa dalam UAS