Skip to main content

Entri yang Diunggulkan

Perpindahan Kalor: Konduksi, Konveksi, dan Radiasi

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering merasakan panas dari matahari, radiator, atau api unggun. Tapi, pernahkah kamu bertanya-tanya bagaimana kalor sebenarnya berpindah? Dalam fisika, perpindahan kalor terjadi melalui tiga cara yaitu: konduksi, konveksi, dan radiasi. Setiap proses ini memiliki mekanisme uniknya sendiri dan penting untuk banyak aplikasi kehidupan sehari-hari, mulai dari teknologi rumah tangga hingga iklim global. 1. Konduksi: Perpindahan Kalor Melalui Kontak Langsung Konduksi adalah proses di mana kalor berpindah melalui kontak langsung antara partikel-partikel dalam suatu bahan, terutama dalam zat padat. Saat satu bagian dari benda dipanaskan, partikel-partikel di area tersebut mulai bergetar lebih cepat dan mentransfer energi kinetik mereka ke partikel-partikel tetangga. Dengan cara ini, kalor menyebar dari satu ujung benda padat ke ujung lainnya. Pada logam, proses ini terjadi dengan sangat cepat karena adanya elektron bebas yang membantu membawa kalor dari area y

NANOMATERIAL

Saat ini piranti-piranti elektronik semakin canggih dan berukuran kecil. Laptop misalnya, dulu ukurannya besar dan memiliki banyak keterbatasan dalam menjalankan suatu program, dan saat ini kita banyak menjumpai laptop dengan ukuran kecil namun dengan fungsi kerja yang jauh lebih baik. Handphone juga demikian, dulu ukuran cukup besar, berat dan fitur yang terbatas, saat ini kita banyak menjumpai handphone yang kecil dan semakin canggih. Tidak hanya terbatas di bidang elektronika saja, di bidang kesehatan misalnya obat-obatan untuk mengobati penyakit yang sulit disembuhkanpun terus berkembang. Pada bidang lingkungan kita bisa menemukan berbagai material canggih untuk mengatasi permasalahan tersebut, seperti zeolit nanopartikel dan bentonite. Perkembangan piranti-piranti elektronik yang canggih dan semakin kecil, obat-obatan, serta perkembangan teknologi di berbagai bidang tersebut tidak lepas dari peranan ilmuan material yang terus mengembangkan nanomaterial.

Nanomaterial adalah material/bahan yang ukuran partikelnya berada pada orde 1 - 1000 nm. Pada umumnya ukuran partikel nanomaterial berada pada daerah 1 - 100 nm. Kita dapat membayangkan apabila kita memiki kubus yang kita pandang sebagai nanomaterial, maka kita akan memilliki kubus dengan sisi-sisi 1 nm. Kemudian apabila kita membandingkan ukuran material nanomaterial, maka kita dapat membayangkan sebuah bola sepak yang bebas di dalam bola bumi. Bola sepak memilik ukuran diameter sekitar 22 cm, sementara bola bumi memiliki diameter 12.713 km. Sangat besar bukan perbedaannya? Contoh nanomaterial diantaranya adalah nano silika, carbon nanotube, carbon dots, graphene, ZnO nanopartikel dll. Nanomaterial juga terdapat secara alami di alam, misalnya pada bulu merak, kaki cicak, sayap kupu-kupu,serta daun talas.
Gambar 1. Contoh nanomaterial dan analoginya dengan kubus dan bola  (sumber; dokumen penulis)

Berdasarkan bentuk geometrinya kita akan mengenal nanomaterial dengan dimensi 1-D, 2-D dan 3-D. Bahkan, untuk partikel yang berukuran kurang dari 10 nm kita mengenalnya dengan istilah nanomaterial berdimensi rendah, mungkin kita juga pernah mendengar istilah nanodots material.

Mengapa harus nanomaterial?

Ukuran partikel yang sangat kecil membawa perubahan sifat fisis dari nanomaterial. Sifat fisis tersebut misalnya kuat tarik tekan dan kuat tarik, sifat kelistrikan, sifat kemagnetan, modulus elastik, kemampuan terdifusi (koefisien difusi). Untuk nanomaterial kristal perubahan ukuran partikel yang semakin kecil akan merubah sifat partikel seperti tampak pada Gambar 2.
Gambar 2. Pengaruh ukuran partikel yang semakin kecil terhadap sifat fisis nanomaterial  
↑ (meningkat), ↓ (menurun); (sumber : Suryanarayana, C. 2002) 
Selain itu bentuk partikel dari nanomaterial juga dapat menentukan sifat fisis dari material meskipun berasal dari bahan dasar yang sama. Sifat fisis nanomaterial yang bergantung pada struktur dan ukuran partikel, dari segi ilmu pengetahuan sangat bermanfaat dan menarik untuk terus digali oleh para ilmuan. 

Pengetahuan mengenai sifat fisika material sangat bermanfaat untuk menggali potensi aplikasi material. Misalnya pada obat nanomaterial. Seperti yang telah kita ketahui semakin kecil ukuran nanomaterial kemampuan terdifusinya akan semakin meningkat sehingga apabila obat nanomaterial diaplikasikan akan cepat terdifusi di dalam tubuh dibandingkan obat biasa yang artinya proses penyembuhan penyakit akan lebih cepat dan efisien. Kita tentunya juga sudah tidak asing lagi dengan material Carbon Nanotube (CNTs). Material ini memiliki kekuat tarik dan kekerasan yang jauh lebih kuat dibandingkan baja. Keunggulan lainnya adalah material ini lebih ringan sehingga sangat berpotensi diaplikasan pada pesawat terbang dan luar angkasa.
Gambar 3. Aplikasi CNTs pada pesawat terbang dan pesawat luar angkasa

Kemudian pada partikel nanomagnetik yaitu pada material Ï’-Fe2O3, Köytepe & Seçkin, 2008 memaparkan semakin kecil ukuran partikel sifat kemagnetan bahannya yaitu kurva histerisisnya semakin lebar sehingga apabila diaplikasikan sebagai memori penyimpanan akan semakin baik. Sifat barupun dapat muncul saat nanomaterial berkurang ukuran partikelnya. Misalnya reduksi grafit hingga berukuran nanodots partikel akan mengubah sifat konduktor pada grafit menjadi semikonduktor. Bahkan material nanodots hasil reduksi grafit tersebut memunculkan sifat baru yaitu fotolumenesensi yang sama sekali tidak ditampakkan oleh grafit (Wang & Hu, 2014).

Bagaimana cara membuat nanomaterial ?

Teknik untuk membuat nanomaterial biasanya kita kenal sebagai proses sintesis nanomaterial.Untuk menyintesis nanomaterial secara umum kita dapat membaginya menjadi dua buah proses yaitu proses top-down dan proses bottom-up. Secara sederhana proses top-down dapat kita artikan sebagai proses reduksi bahan  (pengurangan ukuran partikel) menjadi nanomaterial. Adapun proses bottom-up dapat kita artikan sebagai proses sintesis nanomaterial dari fasa molekuler (misalnya cairan) hingga membentuk nanomaterial misalnya nanokristal. Kedua proses tersebut dapat dilakukan secara fisika maupun kimia. Secara fisika misalnya laser ablation, penggerusan ultra (milling), gelombang bunyi kejut (sonication). Adapun proses kimia misalnya hydrothermal, precipition, proses elektrokimia, oksidasi kimia, dll. Berbagai metode terus berkembang untuk mengembangkan nanomaterial, hal ini memberikan peluang bagi kita untuk ikut berkontribusi mengembangkannya.

SEMOGA BERMANFAAT :D

Referensi:
Suryanarayan. C., 2002, The structure and properties of nanocrystalline materials: issues and concerns, JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society, 54(9): 24-27

 Köytepe, S., & T. Seçkin, 2008, Molecular design of Fe3O4-containing polyimide as a route to nanomagnetic materials. Industrial & Engineering Chemistry Research, 47(12): 4123-4130

 Wang, Y., & A. Hu, 2014, Carbon quantum dots: synthesis, properties and applications, Journal of Materials Chemistry C, 2(34):  6921-6939.

Labels:

Artikel Populer

Latihan Soal KSN babak penyisihan SMP 2023

Soal 1.   Bayangkan seutas kabel vertikal dialiri arus listrik dari bawah ke atas. Kabel tersebut berada dalam daerah medan magnetik seragam, yang arahnya dari utara ke selatan. Akibatnya, pada kawat itu bekerja gaya magnetik, sehingga kabel melengkung  ke arah .... A. Timur B. Barat C. Utara D. Selatan Solusi: Untuk menyelesaikan soal ini kita perlu menggunakan kaidah tangan kanan. Arah ibu jari kita arah arus dan arah empat tangan lainnya adalah arah medan, serta arah telapak tangan kita adalah arah gaya listrik. Jawaban (A) Soal 2. Seseorang menggeser sebuah balok pada sebuah bidang datar dengan gaya konstan 2 N sejajar bidang. Kecepatan balok berubah dari 1 m/s menjadi 9 m/s dalam 2 detik. Apabila antara balok dan bidang tidak ada gesekan, usaha yang dilakukan orang itu adalah .... (A) 16 J (B) 20 J (C) 22 J (D) 25 J Solusi: Jelas bahwa benda usaha yang dialami benda setara dengan gaya dan perpindahan, yaitu: \(W=FS\) Gaya telah diketahui pada soal, sehingga kita perlu mencari perp
Read more

Gerak Proyektil (Gerak Peluru)

Suatu hari Cesc Fabregras dan Neymar Jr. mencetak goal yang sangat cantik dengan mencungkil bola sehingga mengecoh kiper yang terlanjur salah posisi. Bola melaju pelan, akan tetapi cukup tinggi untuk mengecoh kiper yang salah posisi. Lintasan bola berbentuk melengkung yang kita kenal dengan gerak proyektil atau gerak peluru. Apakah itu gerak peluru? Gerak proyektil atau gerak peluru adalah gerak dengan lintasan melengkung berbentuk kurva parabola. Karena lintasan yang melengkung ini, gerak proyektil termasuk di dalam gerak dua dimensi. Maksud dari gerak dua dimensi adalah gerak benda dapat diproyeksikan pada arah horizontal dan vertikal. Secara fisika, pada arah horizontal, tidak ada gaya mempengaruhinya sehingga benda bergerak dengan kecepatan konstan. Sebaliknya pada arah vertikal gaya gravitasi menarik benda kebawah sehingga benda bergerak dengan kecepatan yang tidak konstan. Persamaan gerak benda pada sumbu x dapat dinyatakan sebagai berikut: \(x=v_{o}sin\theta\tim
Read more

Pemuaian Termal: Menggali Lebih Dalam tentang Perilaku Materi saat Berubah Suhu

Pemuaian termal adalah fenomena penting dalam ilmu fisika yang melibatkan perubahan dimensi suatu benda akibat perubahan suhu. Konsep ini memiliki implikasi signifikan dalam kehidupan sehari-hari, rekayasa, dan teknologi. Artikel ini akan membahas konsep pemuaian termal, jenis-jenis pemuaian termal, dan aplikasinya dalam berbagai aspek kehidupan. Gambar 1. Aplikasi pemuaian termal dijembatan Konsep Dasar Pemuaian Termal Pemuaian termal terjadi karena partikel-partikel dalam zat memiliki energi kinetik yang meningkat saat suhu naik. Akibatnya, partikel-partikel ini bergerak dengan amplitudo yang lebih besar, dan jarak antara mereka pun meningkat. Fenomena ini dapat dijelaskan melalui hukum perpindahan panas dan hukum dasar termodinamika. Jenis-Jenis Pemuaian Termal Pemuaian termal dapat dibagi menjadi beberapa jenis, yaitu: 1. Pemuaian Linier: Ini terjadi ketika objek memanjang dalam satu dimensi. Contoh yang umum adalah rel kereta api yang memanjang saat cuaca panas. 2. Pemuaian Luas:
Read more

Pembahasan Soal OSN SD Bagian Fisika Tahun 2024

Soal 1. Andi, Budi, dan Cahyo melakukan lomba lari 200 m saat pengambilan nilai pada mata pelajaran Olah Raga. Andi berlari dengan kecepatan tetap sebesar 10 m/s hingga garis finish. Budi berlari dengan kecepatan tetap 8 m/s selama 5 detik pertama, kemudian mempercepat larinya dengan percepatan \(1 m/s^2\) selama 4 detik, dan akhirnya berlari dengan kecepatan tetap hingga garis finish. Cahyo berlari dengan kecepatan 8 m/s untuk 100 meter pertama dan kemudian berlari dengan kecepatan 12 m/s. Pernyataan manakah berikut ini yang benar? A. Andi memenangkan perlombaan B. Budi memenangkan perlombaan C. Cahyo memenangkan perlombaan D. Andi dan Budi akan mencapai garis finish bersamaan Jawaban: Jarak tempuh s=200 m Pada pertandingan balap lari maka waktu yang tercepat adalah pemenangnya . Andi: Andi bergerak konstan, maka waktu tempuh Andi adalah \(t=s/v= 200/10= 20s\), atau 20 detik. Budi: Budi berlari dengan kecepatan konstan 8 m/s selama 5 detik, jarak yang ditempuh andi pada waktu ini ada
Read more

Gerak Lurus Beraturan

Pada kegiatan sehari-hari kita mendapati benda bergerak, mulai dari diri kita yang berjalan, orang lain berjalan, mobil bergerak di jalan raya, hingga pesawat yang terbang di udara. Gerak benda didefinisikan sebagai perubahan posisi suatu benda. Perubahan posisi ini didefinisikan apabila terjadi perbedaan lokasi terdapat koordinat referensi atau acuan. Benda dapat bergerak pada lintasan tertentu, seperti mobil bergerak pada jalan raya. Mobil tersebut dapat dipandang sebagai bendanya, sedangkan jalan raya dapat kita asumsikan sebagai lintasannya. Apabila ukuran benda jauh lebih kecil dibandingkan ukuran lintasannya, maka benda tersebut maka dapat kita pandang sebagai sebuah partikel. Pada kasus mobil yang bergerak pada jalan raya, maka mobil ini dapat kita gantikan sebagai partikel yang bergerak pada sebuah lintasan. Hal ini disebabkan karena ukuran mobil jauh lebih kecil dibandingkan panjangnya jalan raya. Pada kasus makroskopis, dapat kita asumsikan bumi yang bergerak mengelilingi mat
Read more