Energi Ikat

FISIKA INTI


(makalah)


Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Fisika Inti yang Dibimbing oleh Ibu Dra. Susilawati M. Si, Ph. D


JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA
IKIP MATARAM
2010
SATUAN ACARA PERKULIAHAN

Mata Kuliah : Fisika Inti / 3 SKS
Semester : VII
Status Mata Kuliah : Wajib
Prasyarat : Fisika Modern
Sistem Penilaian : oleh dosen MK
Kriteria Penilaian : oleh dosen MK
Tujuan Mata Kuliah : - Mahasiswa mampu menjelaskan konsep energi ikat
- Mahasiswa mampu menggunakan rumus energi ikat
Materi Kuliah : Energi Ikat
Ilustrasi Pembelajaran : Persentase kelompok dan pemberian contoh soal
(Rencana pelaksanaan MK
Selengkapnya oleh dosen MK)




















ENERGI IKAT INTI

A. Pendahuluan

Berdasarkan penemuan-penemuan dan eksperimen-eksperimen yang dilakukan pada abad ke-16 sampai abad ke-20 dapatlah diketahuai bahwa atom bukanlah materi tunggal seperti yang dikatakan Democritus. Secara garis besar atom terdiri dari nukleon (inti atom) dan elektron. Tidaklah benar jika kita mengatakan nucleon atau inti atom hanya terdiri dari proton dan neutron saja. Melainkan terdapat partikel lain yang menyusun partikel atom seperti deutrino. Jari-jari atom adalah 10-8 cm dan jari-jari inti 10-12 cm. Tetapi ada satu hal yang mengejutkan, walaupun ukuran inti sangat kecil tetapi massa inti mencakup 99,95% massa total suatu atom.
Mustahil bagi manusia untuk memahami dan membanyangkan ukuran sekecil ini. Oleh karena itu, mari kita memahaminya dengan contoh. Katakanlah kita ingin menghitung seluruh atom dalam sebutir garam dan anggaplah bahwa kita dapat menghitung satu miliar atom per detik. Meskipun kita sangat cekatan, akan dibutuhkan lebih dari lima ratus tahun untuk menghitung jumlah atom dalam sebutir garam .
Pada perkembangan selanjutnya, para ilmuwan menemukan bahwa nukleon yang boleh kita anggap terdiri dari proton dan neutron sesungguhnya tersusun dari pertikel yang lebih kecil lagi yang dinamakan quark. Ukuran quark adalah 10-18 m. Sehingga untuk ukuran yang sekecil ini tidak bisa kita anggap sebagai materi tapi cukup dinyatakan dalam bentuk energi. Hal lain yang tak kalah menakjubkan adalah ternyata elektron ketika mengelilingi inti berputar dengan kecepatan 1.000 Km/s.
Dunia atom merupakan ranah yang unik untuk dikaji dan memiliki kompleksitas pengamatan tersendiri. Berdasarkan hasil temuan yang telah disinggung, maka sampailah kita pada sebuah pertanyaan besar, apakah yang menyebabkan inti atom menjadi stabil?, karena diketahui bahwa dalam inti atom terdapat penyusun lain.


B. Partikel Penyusun Atom

Kita telah mengetahui bahwa dalam sebuah atom terdapat proton, neutron dan elektron. Jumlah partikel penyusun tersebut, berbeda-beda pada atom satu dengan yang lainnya. Untuk mempermudah dalam membaca jumlah proton, neutron dan elektron sebuah atom, maka digambarkan dalam sebuah simbol berikut

Dengan
X : lambang unsur
A : nomor massa
Z : nomor atom

A = nomor massa
Z = nomor atom
Z = jumlah proton
Z = jumlah elektron
(A-Z) = jumlah netron
X = nuklida

Dalam hal ini, nomor atom (Z) menyatakan jumlah proton yang sama dengan jumlah elektron pada atom netral, sedangkan nomor massa (A) menyatakan jumlah proton dan neutron dalam inti atom. Inti Atom (Nukleus) adalah bagian yang bermuatan positif yang berada di pusat atom. Inti atom terdiri dari proton dan neutron, kecuali atom hidrogen.
Kita telah mengetahui bahwa elektron mempunyai muatan -1,6×10-19 C dan massa 9,1×10-31 kg, proton 1,6×10-19 C dan massa 1,67252×10-27 kg serta neutron tidak mempunyai muatan dan bermassa 1,67482×10-27 kg, sehingga massa atom ditentukan oleh massa proton dan neutron, hal ini karena massa elektron dapat diabaikan terhadap massa keduanya.
Adapun inti atom sering dikaitkan dengan istilah nukleon. Nukleon adalah suatu nama kolektif yang digunakan untuk merujuk pada neutron dan proton dalam fisika. Kedua partikel ini merupakan partikel penyusun inti atom dan sampai dengan tahun 1960 diduga sebagai partikel elementer. Namun, pada zaman sekarang, kedua partikel tersebut diketahui merupakan partikel komposit yang tersusun atas kuark.


C. Defek Massa dan Energi Ikat

Hasil pengukuran menunjukkan bahwa massa atom tertentu selalu lebih kecil dibandingkan dengan massa total dari netron, proton, dan elektron yang menyusun atom. Perbedaan antara massa atom dan penjumlahan total dari massa penyusun atom disebut massa defek.
Berdasarkan hasil pengukuran dengan spektrometer massa diperoleh bahwa massa inti lebih kecil dari jumlah massa partikel pembentuk inti. Berdasarkan hukum kesetaran massa-energi Einstein, berkurangnya massa inti atom, yang disebut defek massa, karena diubah menjadi energi ikat. Adapun hubungan defek massa dengan energi ikat sebagai berikut:

Selisih massa nukleon dengan massa inti atom disebut defek massa (mass defect)


Energi yang terjadi dalam inti atom disebut energi ikat inti (binding energy)


Defek massa



Maka defek massa :



Energi ikat inti dapat dihitung berdasarkan hokum kesetaraan massa-energi Einstein, yaitu:



Sehingga :



Dengan c adalah kecepatan cahaya (c = 3 x 108 m/s). Untuk keperluan praktis biasanya defek massa (∆m) dinyatakan dalam satuan sma dan energi (E) dalam satuan MeV dengan kesetaraan 1 sma = 931,5 MeV. Oleh karena itu, persamaan dapat ditulis menjadi: E = ∆m x 931,5 Mev/sma


D. Energi Ikat Inti dan Kesetabilan Inti

Besarnya energi ikat inti ternyata tidak selalu menggambarkan tingkat stabilitas inti, karena pada umumnya inti yang memiliki nucleon lebih besar memiliki tingkat stabilitas inti yang lebih rendah.Oleh karena itu, kita perlu menyatakan besaran energy yang terkait langsung dengan stabilitas inti, yaitu energi ikat per nukleon, yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan:



Semakin besar energi ikat inti suatu nukleon maka akan semakin besar kesetabilan inti yang dimiliki suatu atom dan sebaliknya.


E. Aplikasi Energi Ikat dalam Dunia Nuklir

Bergabungnya proton dan neutron dalam satu inti memerlukan energi ikat yang mampu mampu membuat dua partikel ini tetap stabil. Ini merupakan konsep energi ikat secara umum. Dalam perkembangannya, dunia atomik semakin dikembangkan, sehingga muncul ide pemisahan kedua partikel penyusun inti atom.
Terpisahnya proton dengan neutron oleh sebuah tembakan partikel menyebabkan terjadinya pelepasan energi ikat. Untuk memisahkan proton dengan neutron diperlukan energi yang setara dengan energi ikat inti tersebut. Contohnya deutron. Dengan menembakan foton sinar gama yang berenergi minimum 2,2 MeV mampu memisahkan proton dan neutron dalam inti deutron. Dimana energi ikat inti deutron sekitar 2,2 MeV.
Dalam pada itu, reaktor nuklir juga menggunakan prinsip yang sama, yakni memecah inti berat suatu atom menjadi beberapa bagian inti yang lebih kecil. Hal ini akan menimbulkan terlepasnya sejumlah energi yang cukup besar. Sehingga prinsip bom atom yang menggunakan uranium yaitu memisahkan proton dan neutron pada seluruh inti sehingga menghasilkan energi yang sangat besar dan mampu mengahancurkan satu kota dalam beberapa saat saja.