Aplikasi Fisika Moderen dalam Kehidupan Sehari-hari

1). Aplikasi Kesetaraan Massa Energi

Dalam mengembangkan teorinya tentang relativitas, Einstein sampai kepada satu kesimpulan yang di kemudian hari menjadi begitu penting. Einstein menyimpulkan bahwa terdapat kesetaraan antara massa dan energi yang dirumuskan dalam persamaannya yang terkenal, yang sangat identik dengan dirinya

Persamaan ini menyiratkan adanya kaitan antara massa sebuah benda dan energinya, dimana dapat dikatakan bahwa massa dapat diubah menjadi energi.

Pada mulanya, kesetaraan massa dan energi belum menjadi prinsip penting. Sampai disadari bahwa terdapat hubungan antara gaya ikat inti dan defek massa di dalam inti atom. Jika prinsip kesetaraan massa dan energi ini diterapkan pada inti atom, bisa dikatakan bahwa massa yang hilang (defek massa) telah diubah menjadi energi untuk mengikat nukleon-nukleon di dalam inti atom. Jadi, defek massa bersesuaian dengan energi ikat inti.

Demikian halnya dengan reaksi nuklir, teramati berkurangnya sejumlah massa dalam reaksi nuklir dimana sebuah inti atom dapat diubah menjadi inti atom lain disertai dengan pelepasan energi yang sangat besar. Energi yang sangat besar yang dihasilkan dari reaksi nuklir berasal dari perubahan sejumlah massa inti yang bereaksi.

Energi Nuklir                          

Jadi, bisa disimpulkan bahwa energi nuklir dihasilkan dari perubahan sejumlah massa inti atom ketika berubah menjadi inti atom yang lain dalam reaksi nuklir.

Mekanisme di dalam inti atom melibatkan berkurangnya sejumlah massa dari inti atom yang diubah menjadi energi nuklir. Ketika inti atom bereaksi atau mengalami pembelahan dan berubah menjadi inti atom yang lain disertai pelepasan sejumlah partikel, sebagian massa inti atom menjadi berkurang yang ditandai dengan pelepasan energi yang besar dari dalam inti berupa panas atau energi kinetik. Dalam setiap mekanisme dimana massa berkurang maka telah terjadi perubahan massa menjadi energi nuklir. Hal ini sesuai dengan prinsip kesetaraan massa-energi.

Energi nuklir yang dihasilkan dalam mekanisme inti atom dan reaksi nuklir begitu besar. Ini tidak lepas dari kenyataan bahwa inti atom merupakan bagian dari atom sebagai penyusun materi, dimana jumlah atom di dalam materi adalah jumlah yang sangat besar yang diwakili oleh suatu bilangan yang dinamakan bilangan avogadro. Bilangan ini adalah bilangan yang sangat besar.

Bayangkan, 1 kg massa inti yang mengalami pembelahan dapat menghasilkan energi sebesar puluhan juta kilowatt jam (kWh). Ini sama saja dengan energi yang dapat digunakan untuk menyalakan lampu 100 W selama 30 ribu tahun, wow! Tidak heran jika efek dari bom nuklir demikian dahsyatnya, karena energi yang dihasilkan memang sangat besar.

Dengan jumlah energi yang demikian dahsyat, sebagaimana yang kita lihat dalam bom nuklir, energi nuklir menyimpan potensi yang luar biasa. Jika energi yang dahsyat ini dapat dikendalikan dan dimanfaatkan untuk keperluan yang lebih bijaksana, tentu potensi energi nuklir layak untuk dipertimbangkan dan dikembangkan sebagai salah satu alternatif sumber energi selain minyak bumi.

2). Aplikasi Fotolistrik

Sangat mengherankan jika kita mendengar bahwa aplikasi pertama efek fotolistrik berada dalam dunia hiburan. Dengan bantuan peralatan elektronika saat itu suara dubbing film direkam dalam bentuk sinyal optik di sepanjang pinggiran keping film. Pada saat film diputar, sinyal ini dibaca kembali melalui proses efek fotolistrik dan sinyal listriknya diperkuat dengan menggunakan amplifier tabung sehingga menghasilkan film bersuara.

Aplikasi paling populer di kalangan akademis adalah tabung foto-pengganda (photomultiplier tube). Dengan menggunakan tabung ini hampir semua spektrum radiasi elektromagnetik dapat diamati. Tabung ini memiliki efisiensi yang sangat tinggi, bahkan ia sanggup mendeteksi foton tunggal sekalipun. Dengan menggunakan tabung ini, kelompok peneliti Superkamiokande di Jepang berhasil menyelidiki massa neutrino yang akhirnya dianugrahi hadiah Nobel pada tahun 2002. Di samping itu efek fotolistrik eksternal juga dapat dimanfaatkan untuk tujuan spektroskopi melalui peralatan yang bernama photoelectron spectroscopy atau PES.

Efek fotolistrik internal memiliki aplikasi yang lebih menyentuh masyarakat. Ambil contoh foto-diode atau foto-transistor yang bermanfaat sebagai sensor cahaya berkecepatan tinggi. Bahkan, dalam komunikasi serat optik transmisi sebesar 40 Gigabit perdetik yang setara dengan pulsa cahaya sepanjang 10 pikodetik (10-11 detik) masih dapat dibaca oleh sebuah foto-diode.

Sel surya yang sangat kita kenal manfaatnya dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik melalui efek fotolistrik internal. Sebuah semikonduktor yang disinari dengan cahaya tampak akan memisahkan elektron dan hole. Kelebihan elektron di satu sisi yang disertai dengan kelebihan hole di sisi lain akan menimbulkan beda potensial yang jika dialirkan menuju beban akan menghasilkan arus listrik.

Akhir-akhir ini kita dibanjiri oleh produk-produk elektronik yang dilengkapi dengan kamera CCD (charge coupled device). Sebut saja kamera pada ponsel, kamera digital dengan resolusi hingga 12 Megapiksel, atau pemindai kode-batang (barcode) yang dipakai diseluruh supermarket, kesemuanya memanfaatkan efek fotolistrik internal dalam mengubah citra yang dikehendaki menjadi data-data elektronik yang selanjutnya dapat diproses oleh komputer.

3). Aplikasi Sinar-X

Radiasi sinar-X merupakan suatu gelombang elektromagnetik dengan gelombang pendek Gelombang elektromagnetik banyak jenisnya antara lain sinar lampu, ultra violet, infra merah, gelombang radio, dan TV. Sinar-X mempunyai daya tembus yang cukup tinggi terhadap bahan yang dilaluinya. Dengan demikian sinar-X dapat dimanfaatkan sebagai alat diagnosis dan terapi di bidang kedokteran nuklir. Perangkat sinar-X untuk diagnosis disebut dengan photo Rontgen sedangkan yang untuk terapi disebut Linec (Linier Accelerator). Dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka photo Rontgen dapat di tingkatkan fungsinya lebih luas yaitu melalui alat baru yang disebut dengan CT. Scan (Computed Tomography Scan). Adanya peralatan peralatan yang menggunakan sinar-X maka akan membantu dalam mendiagnosis dan pengobatan (terapi) suatu penyakit, sehingga dapat meningkatkan kesehatan masyarakat. Untuk di tingkat daerah peralatan yang menggunakan sinar-X masih terbatas hanya pada pesawat Rontgen. Karena pesawat radioterapi membutuhkan catu daya listrik yang cukup besar, pada hal sumber listrik di daerah relatip masih rendah. Oleh sebab itu pembahasan disini lebih dititik beratkan pada penggunaan sinar-X untuk pesawat Rontgen. Kata kunci : sinar-X, Photo Rontgen, CT-scan, Linac.

4). Aplikasi Efek Compton

Teleskop compton nuklir (nct) adalah γ ditanggung balon-ray-lembut (0,215mev) teleskop dirancang untukm engetahui sumber astrofisika dari garis emisi nuklir dan pola isasi γ-ray. Nct menggunakan sebuah array dari 12 detekto rpencitraan 3-d germanium (geds).sebuahprototipe 2-ged tentang dijadwalkan nct akanditerbangkan di musim semi 2004. Program nct dirancang untuk mengembangkan dan menguji teknologi dan teknik analisis penting untuk compton advanced hubble, selama belajar radiasi γ-ray dengan resolusi spektral yang sangat tinggi, resolusi sudut moderat, dan sensitivitas yang tinggi. Nct memiliki sebuah novel, desain ultra-kompak dioptimalkan untuk mempelajari garis emisi nuklir dalam kisaran 0,5-2 kritis mev,dan polarisasi dalam kisaran 0,2-0,5 mev. Penerbangan prototipe kritis akan menguji instrumen teknologi novel, teknik analisis, dan prosedur penolakan latarbelakang kami telah dikembangkan untuk telesko pberesolus itinggi compton. Dalam tulisa nini kami menyajikan gambara ninstrum enprototipe NCT.

5). Aplikasi Difraksi Elektron

Berkas elektron digunakan dalam proses pengelasan,yang mengizinkan rapatan energi sampai sebesar 10⁷ W·cm⁻² diterapkan pada sasaran sempit berdiameter 0,1–1,3 mm dan biasanya tidak memerlukan bahan isi. Teknik pengelasan ini harus dilakukan dalam kondisi vakum, sehingga berkas elektron tidak berinteraksi dengan gas sebelum mencapai target. Teknik ini dapat digunakan untuk menyatukan bahan-bahan konduktif yang tidak cocok dilas menggunakan teknik pengelasan biasa.

Litografi berkas elektron (EBL) merupakan suatu metode pengetsaan semikonduktor dengan resolusi lebih kecil dari satu mikron. Teknik ini berbiaya tinggi, lambat, dan perlu dioperasikan secara vakum dan cenderung mengakibatkan sebaran elektron pada padatan. Oleh karena sebaran ini, resolusinya terbatas pada 10 nm. Oleh karenanya, EBL utamanya digunakan pada produksi sejumlah kecil sirkuit terpadu yang terspesialisasi.

Pemrosesan berkas elektron digunakan untuk mengiradiasi material agar sifat-sifat fisikanya berubah ataupun untuk tujuan sterilisasi produk makanan dan medis. Dalam terapi radiasi berkas elektron dihasilkan oleh pemercepat liner untuk pengobatan tumor superfisial. Oleh karena berkas elektron hanya menembus kedalaman yang terbatas sebelum diserap, biasanya sampai dengan 5 cm untuk elektron berenergi 5–20 MeV, terapi elektron berguna untuk mengobati lesi kulit seperti karsinoma sel basal. Berkas elektron dapat digunakan untuk mensuplemen perawatan daerah-daerah yang telah diiradiasi oleh sinar-X.

Pemercepat partikel menggunakan medan listrik untuk membelokkan elektron dan antipartikelnya mencapai energi tinggi. Oleh karena partikel ini bergerak melalui medan magnetik, ia memancarkan radiasi sinkrotron. Intensitas radiasi ini bergantung pada spin, yang menyebabkan polarisasi berkas elektron (dikenal sebagai efek Sokolov-Ternov). Berkas elektron yang terpolarisasi ini dapat digunakan dalam berbagai eksperimen. Radiasi sinkotron juga dapat digunakan untuk pendinginan berkas elektron, yang menurunkan sebaran momentum partikel. Seketika partikel telah dipercepat sampai pada energi yang ditentukan, elektron dan positron ditumbukkan. Emisi energi yang dihasilkan oleh tumbukan tersebut dipantau menggunakan detektor partikel dan dipelajari dalam fisika partikel.

6). Aplikasi Radiasi Benda Hitam

Mengukur suhu-suhu bintang. Dengan mengukur intensitas radiasi yang dipancarkan oleh setiap bintang maka suhunya dapat diprediksi menggunakan hukum pergeseran Wien.