In the year 1919, a virtually unknown German mathematician named Theodor Kaluza suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea. He proposed that our universe might actually have more than the three dimensions that we are all aware of. That is in addition to left, right, back, forth and up, down, Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space that for some reason we don't yet see. Now, when someone makes a bold and bizarre idea, sometimes that's all it is -- bold and bizarre, but it has nothing to do with the world around us. This particular idea, however -- although we don't yet know whether it's right or wrong, and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years, may tell us whether it's right or wrong -- this idea has had a major impact on physics in the last century and continues to inform a lot of cutting-edge research.
So I'd like to tell you something about the story of these extra dimensions. So where do we go? To begin we need a little bit of back story. Go to 1907. This is a year when Einstein is basking in the glow of having discovered the special theory of relativity and decides to take on a new project -- to try to understand fully the grand, pervasive force of gravity. And in that moment, there are many people around who thought that that project had already been resolved. Newton had given the world a theory of gravity in the late 1600s that works well, describes the motion of planets, the motion of the moon and so forth, the motion of apocryphal of apples falling from trees, hitting people on the head. All of that could be described using Newton's work.
But Einstein realized that Newton had left something out of the story, because even Newton had written that although he understood how to calculate the effect of gravity, he'd been unable to figure out how it really works. How is it that the Sun, 93 million miles away, somehow it affects the motion of the earth? How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence? And that is a task to which Einstein set himself -- to figure out how gravity works. And let me show you what it is that he found. So Einstein found that the medium that transmits gravity is space itself. The idea goes like this: imagine space is a substrate of all there is.
Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present. But if there is matter in the environment, such as the Sun, it causes the fabric of space to warp, to curve. And that communicates the force of gravity. Even the earth warps space around it. Now look at the moon. The moon is kept in orbit, according to these ideas, because it rolls along a valley in the curved environment that the sun and the moon and the earth can all create by virtue of their presence. We go to a full-frame view of this. The earth itself is kept in orbit because it rolls along a valley in the environment that's curved because of the sun's presence. That is this new idea about how gravity actually works.
Now, this idea was tested in 1919 through astronomical observations. It really works. It describes the data. And this gained Einstein prominence around the world. And that is what got Kaluza thinking. He, like Einstein, was in search of what we call a "unified theory." That's one theory that might be able to describe all of nature's forces from one set of ideas, one set of principles, one master equation, if you will. So Kaluza said to himself, Einstein has been able to describe gravity in terms of warps and curves in space -- in fact, space and time, to be more precise. Maybe I can play the same game with the other known force, which was, at that time, known as the electromagnetic force -- we know of others today, but at that time that was the only other one people were thinking about. You know, the force responsible for electricity and magnetic attraction and so forth.
So Kaluza says, maybe I can play the same game and describe electromagnetic force in terms of warps and curves. That raised a question: warps and curves in what? Einstein had already used up space and time, warps and curves, to describe gravity. There didn't seem to be anything else to warp or curve. So Kaluza said, well, maybe there are more dimensions of space. He said, if I want to describe one more force, maybe I need one more dimension. So he imagined that the world had four dimensions of space, not three, and imagined that electromagnetism was warps and curves in that fourth dimension. Now here's the thing: when he wrote down the equations describing warps and curves in a universe with four space dimensions, not three, he found the old equations that Einstein had already derived in three dimensions -- those were for gravity -- but he found one more equation because of the one more dimension. And when he looked at that equation. It was none other than the equation that scientists had long known to describe the electromagnetic force. Amazing -- it just popped out. He was so excited by this realization that he ran around his house screaming, "Victory!" -- that he had found the unified theory.
Now clearly, Kaluza was a man who took theory very seriously. He, in fact -- there is a story that when he wanted to learn how to swim, he read a book, a treatise on swimming -- (Laughter) -- then dove into the ocean. This is a man who would risk his life on theory. Now, but for those of us who are a little bit more practically-minded, two questions immediately arise from his observation. Number one: if there are more dimensions in space, where are they? We don't seem to see them. And number two: does this theory really work in detail, when you try to apply it to the world around us? Now the first question was answered in 1926 by a fellow named Oskar Klein. He suggested that dimensions might come in two varieties -- there might be big, easy-to-see dimensions, but there might also be tiny, curled-up dimensions, curled up so small, even though they're all around us, that we don't see them.
Let me show you that one visually. So imagine you're looking at something like a cable supporting a traffic light. It's in Manhattan. You're in Central Park -- it's kind of irrelevant -- but the cable looks one dimensional from a distant viewpoint, but you and I all know that it does have some thickness. It's very hard to see it, though, from far away. But if we zoom in and take the perspective of, say, a little ant walking around -- little ants are so small that they can access all of the dimensions -- the long dimension, but also this clockwise, counter-clockwise direction. And I hope you appreciate this. It took so long to get these ants to do this.
(Laughter)
But this illustrates the fact that dimensions can be of two sorts: big and small. And the idea that maybe the big dimensions around us are the ones that we can easily see, but there might be additional dimensions curled up, sort of like the circular part of that cable, so small that they have so far remained invisible. Let me show you what that would look like. So if we take a look, say, at space itself -- I can only show, of course, two dimensions on a screen. Some of you guys will fix that one day, but anything that's not flat on a screen is a new dimension, goes smaller, smaller, smaller, and way down in the microscopic depths of space itself -- this is the idea: you could have additional curled up dimensions.
Here is a little shape of a circle -- so small that we don't see them. But if you were a little ultra microscopic ant walking around, you could walk in the big dimensions that we all know about -- that's like the grid part -- but you could also access the tiny curled-up dimension that's so small that we can't see it with the naked eye or even with any of our most refined equipment. But deeply tucked into the fabric of space itself, the idea is there could be more dimensions, as we see there. Now that's an explanation about how the universe could have more dimensions than the ones that we see. But what about the second question that I asked: does the theory actually work when you try to apply it to the real world?
Well, it turns out that Einstein and Kaluza and many others worked on trying to refine this framework and apply it to the physics of the universe as was understood at the time, and in detail it didn't work. In detail, for instance, they couldn't get the mass of the electron to work out correctly in this theory. So many people worked on it, but by the 40s, certainly by the 50s, this strange but very compelling idea of how to unify the laws of physics had gone away. Until something wonderful happened in our age. In our era, a new approach to unify the laws of physics is being pursued by physicists such as myself, many others around the world, it's called Superstring Theory, as you were indicating. And the wonderful thing is that superstring theory has nothing to do at first sight with this idea of extra dimensions, but when we study superstring theory, we find that it resurrects the idea in a sparkling new form.
So let me just tell you how that goes. Superstring theory -- what is it? Well, it's a theory that tries to answer the question: what are the basic fundamental indivisible uncuttable constituents making up everything in the world around us? The idea is like this. So imagine we look at a familiar object, just a candle in a holder, and imagine that we want to figure out what it is made of. So we go on a journey deep inside the object and examine the constituents. So deep inside -- we all know you go sufficiently far down, you have atoms. We also all know that atoms are not the end of the story. They have little electrons that swarm around a central nucleus with neutrons and protons. Even the neutrons and protons have smaller particles inside of them known as quarks. That is where conventional ideas stop.
Here is the new idea of string theory. Deep inside any of these particles, there is something else. This something else is this dancing filament of energy. It looks like a vibrating string -- that's where the idea string theory comes from. And just like the vibrating strings that you just saw in a cello can vibrate in different patterns, these can also vibrate in different patterns. They don't produce different musical notes. Rather, they produce the different particles making up the world around us. So if these ideas are correct, this is what the ultra-microscopic landscape of the universe looks like. It's built up of a huge number of these little tiny filaments of vibrating energy, vibrating in different frequencies. The different frequencies produce the different particles. The different particles are responsible for all the richness in the world around us.
And there you see unification, because matter particles, electrons and quarks, radiation particles, photons, gravitons, are all built up from one entity. So matter and the forces of nature all are put together under the rubric of vibrating strings. And that's what we mean by a unified theory. Now here is the catch. When you study the mathematics of string theory, you find that it doesn't work in a universe that just has three dimensions of space. It doesn't work in a universe with four dimensions of space, nor five, nor six. Finally, you can study the equations, and show that it works only in a universe that has 10 dimensions of space and one dimension of time. It leads us right back to this idea of Kaluza and Klein -- that our world, when appropriately described, has more dimensions than the ones that we see.
Now you might think about that and say, well, OK, you know, if you have extra dimensions, and they're really tightly curled up, yeah, perhaps we won't see them if they're small enough. But if there's a little tiny civilization of green people walking around down there, and you make them small enough and we won't see them either, that is true. One of the other predictions of string theory -- no, that's not one of the other predictions of string theory.
(Laughter)
But it raises the question: are we just trying to hide away these extra dimensions, or do they tell us something about the world? In the remaining time, I'd like to tell you two features of them. First is, many of us believe that these extra dimensions hold the answer to what perhaps is the deepest question in theoretical physics, theoretical science. And that question is this: when we look around the world, as scientists have done for the last hundred years, there appear to be about 20 numbers that really describe our universe. These are numbers like the mass of the particles, like electrons and quarks, the strength of gravity, the strength of the electromagnetic force -- a list of about 20 numbers that have been measured with incredible precision, but nobody has an explanation for why the numbers have the particular values that they do.
Now, does string theory offer an answer? Not yet. But we believe the answer for why those numbers have the values they do may rely on the form of the extra dimensions. And the wonderful thing is, if those numbers had any other values than the known ones, the universe, as we know it, wouldn't exist. This is a deep question. Why are those numbers so finely tuned to allow stars to shine and planets to form, when we recognize that if you fiddle with those numbers -- if I had 20 dials up here and I let you come up and fiddle with those numbers, almost any fiddling makes the universe disappear. So can we explain those 20 numbers? And string theory suggests that those 20 numbers have to do with the extra dimensions. Let me show you how. So when we talk about the extra dimensions in string theory, it's not one extra dimension, as in the older ideas of Kaluza and Klein. This is what string theory says about the extra dimensions. They have a very rich intertwined geometry.
This is an example of something known as a Calabi-Yau shape -- name isn't all that important. But as you can see, the extra dimensions fold in on themselves and intertwine in a very interesting shape, interesting structure. And the idea is that if this is what the extra dimensions look like, then the microscopic landscape of our universe all around us would look like this on the tiniest of scales. When you swing your hand, you'd be moving around these extra dimensions over and over again, but they're so small that we wouldn't know it. So what is the physical implication, though, relevant to those 20 numbers?
Consider this. If you look at the instrument, a French horn, notice that the vibrations of the airstreams are affected by the shape of the instrument. Now in string theory, all the numbers are reflections of the way strings can vibrate. So just as those airstreams are affected by the twists and turns in the instrument, strings themselves will be affected by the vibrational patterns in the geometry within which they are moving. So let me bring some strings into the story. And if you watch these little fellows vibrating around -- they'll be there in a second -- right there, notice that they way they vibrate is affected by the geometry of the extra dimensions.
So if we knew exactly what the extra dimensions look like -- we don't yet, but if we did -- we should be able to calculate the allowed notes, the allowed vibrational patterns. And if we could calculate the allowed vibrational patterns, we should be able to calculate those 20 numbers. And if the answer that we get from our calculations agrees with the values of those numbers that have been determined through detailed and precise experimentation, this in many ways would be the first fundamental explanation for why the structure of the universe is the way it is. Now, the second issue that I want to finish up with is: how might we test for these extra dimensions more directly? Is this just an interesting mathematical structure that might be able to explain some previously unexplained features of the world, or can we actually test for these extra dimensions? And we think -- and this is, I think, very exciting -- that in the next five years or so we may be able to test for the existence of these extra dimensions.
Here's how it goes. In CERN, Geneva, Switzerland, a machine is being built called the Large Hadron Collider. It's a machine that will send particles around a tunnel, opposite directions, near the speed of light. Every so often those particles will be aimed at each other, so there's a head-on collision. The hope is that if the collision has enough energy, it may eject some of the debris from the collision from our dimensions, forcing it to enter into the other dimensions. How will we know it? Well, we'll measure the amount of energy after the collision, compare it to the amount of energy before, and if there's less energy after the collision than before, this will be evidence that the energy has drifted away. And if it drifts away in the right pattern that we can calculate, this will be evidence that the extra dimensions are there.
Let me show you that idea visually. So imagine we have a certain kind of particle called a graviton -- that's the kind of debris we expect to be ejected out if the extra dimensions are real. But here's how the experiment will go. You take these particles. You slam them together. You slam them together, and if we are right, some of the energy of that collision will go into debris that flies off into these extra dimensions. So this is the kind of experiment that we'll be looking at in the next five, seven to 10 years or so. And if this experiment bears fruit, if we see that kind of particle ejected by noticing that there's less energy in our dimensions than when we began, this will show that the extra dimensions are real.
And to me this is a really remarkable story, and a remarkable opportunity. Going back to Newton with absolute space -- didn't provide anything but an arena, a stage in which the events of the universe take place. Einstein comes along and says, well, space and time can warp and curve, that's what gravity is. And now string theory comes along and says, yes, gravity, quantum mechanics, electromagnetism -- all together in one package, but only if the universe has more dimensions than the ones that we see. And this is an experiment that may test for them in our lifetime. Amazing possibility. Thank you very much.
Minggu, 27 Februari 2011
Minggu, 02 Januari 2011
Pembangkit Listrik Perangkap Panas Matahari (Kolam Surya)
Pembangkit Listrik Perangkap Panas Matahari (Kolam Surya)
A. Kolam Surya
Selain menggunakan energi matahari melalui sel surya terdapat cara lain untuk mengubah energy matahari menjadi energy listrik yaitu dengan menggunakan kolam surya. Kolam surya adalah kolam air garam yang berfungsi untuk mengumpulkan energi panas matahari dan energi panas yang dihasilkan akan dikonversikan lagi kedalam bentuk energi listrik. Teknoligi ini merupakan teknologi mendasar dan sangat mudah digunakan dengan lahan yang cukup dan design yang tepat. Ukurannya pun bervariasi tergantung dari kebutuhannya. Teknologi kolam surya sangat tepat sekali digunakan di daerah yang memiliki sinar matahari yang banyak. Dan yang pasti teknologi ini merupakan teknologi yang ramah lingkungan dan bebas polusi.
B. Prinsip Kerja Kolam Surya
Pada dasarnya air dibawah terik matahari dapat menyerap panas matahari secara alami. Ketika energi panas matahari masuk kedalam air, air akan menjadi panas dan bagian air yang panas densitasnya akan turun karena terjadi pemuian pada air sehingga air yang panas akan naik kepermukaan dan air yang lebih dingin akan berada didasar. Akibat adanya kontak antara air panas dan udara permukaan terjadi pelepasan kalor secara konduksi dan konveksi pada air panas tadi sehingga kalor pada air terbuang sia-sia.
Akan tetapi manusia tidak kekurangan akal, agar panas didalam air tadi tidak terbuang sia-sia maka dimasukanlah garam kedalam air. Telah diketahui bahwa air yang lebih panas dapat melarutkan garam lebih baik dibandingkan air dingin. Ketika air yang diberi garam dipanaskan garam akan mudah larut didalam air sehingga air panas yang tadinya ringan akan menjadi lebih berat karena larutan garam membuat densitas air menjadi lebih berat dan air yang lebih dingin akan naik ke permukaan karena lebih ringan.
Dari air garam yang dipanasi, akan terbentuk tiga zona air. Surface Zone yaitu bagian permukaan air yang memiliki sedikit kandungan garam. Insulating Zone yaitu bagian air yamg memiliki kandungan garam lebih tinggi dibandingkan Surface Zone. Dan bagian dasar air yang disebut Storage Zone. Pada bagian Storage Zone inilah air paling panas berada dan dibagian ini juga energi panas dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik. Untuk mengikat panas lebih tinggi biasanya pada permukaan kolam dilapisi dengan benda berwarna hitam agar panas yang sampai pada permukaan kolam bisa diserap seluruhnya. Dengan pemanasan terus menerus dari matahari air pada bagian Storage Zone bisa mencapai suhu 178 derajat Farenheit.
C. Penggunaan Kolam Surya
Pada bagian berikut diilustrasikan penggunaan kolam surya untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik. Air asin (hot brine) pada pada storage zone masuk kedalam evaporator, di dalam evaporator terdapat organic working fluid (fluida kerja organik) yang memiliki titik didih dibawah temperatur hot brain. Karena terjadi pertukaran kalor antara hot brain dengan Organic working fluid, maka Organic working fluid tersebut akan menguap dan masuk kedalam turbin pada tekanan tertentu dan memutar turbin. Dari putaran turbin tersebut generator menghasilkan listrik yang dapat dimanfaatkan.
Setelah melalui turbin, Organic working fluid tersebut akan mengalir kedalam condenser. didalam condenser terdapat air dingin (cold water) yang berasal dari kolam surya pada bagian surface zone dimana air dingin ini memiliki suhu relative rendah terhadap titik didik Organic working fluid. Sehingga ketika Organic working fluid masuk kedalam condenser maka Organic working fluid akan berubah fasa dari gas menjadi cair akibat adanya pertukaran kalor. Organic working fluid cair kemudian akan dialirkan kembali ke dalam tabung bagian evaporator untuk digunakan kembali memutar turbin. Begitu seterusnya siklus ini berjalan sampai dihasilkan energi listrik yang cukup banyak untuk mengisi baterai.
Pada aplikasi lain dari kolam surya ini seperti di israel misalnya, memiliki luas 7000 m2 dengan temperatur air pada storage zone bisa mencapai 90 0C dan dapat menghasilkan daya listrik sebesar 150 kW
sumber:
majalahenergi.com/forum/energi-baru-dan-terbarukan/energi-surya/pembangkit-listrik-perangkap-panas-matahari-kolam-surya
Rabu, 03 November 2010
Lempeng Tektonik
Bagian luar interior bumi dibagi menjadi litosfer dan astenosfer berdasarkan perbedaan mekanis dan cara terjadinya perpindahan panas. Litosfer lebih dingin dan kaku, sedangkan astenosfer lebih panas dan secara mekanik lemah. Selain itu, litosfer kehilangan panasnya melalui proses konduksi, sedangkan astenosfer juga memindahkan panas melalui konveksi dan memiliki gradien suhu yang hampir adiabatik. Litosfer sendiri mencakup kerak dan juga sebagian dari mantel. Suatu bagian mantel bisa saja menjadi bagian dari litosfer atau astenosfer pada waktu yang berbeda, tergantung dari suhu, tekanan, dan kekuatan gesernya. Prinsip kunci lempeng tektonik adalah bahwa litosfer terpisah menjadi lempeng-lempeng tektonik yang berbeda-beda. Lempeng ini bergerak menumpang di atas astenosfer yang mempunyai viskoelastisitas sehingga bersifat seperti fluida. Pergerakan lempeng biasanya bisa mencapai 10-40 mm/a hingga mencapai 160 mm/a.
Lempeng-lempeng ini tebalnya sekitar 100 km dan terdiri atas mantel litosferik yang di atasnya dilapisi dengan hamparan salah satu dari dua jenis material kerak. Yang pertama adalah kerak samudera atau yang sering disebut dengan "sima", gabungan dari silikon dan magnesium. Jenis yang kedua yaitu kerak benua yang sering disebut "sial", gabungan dari silikon dan aluminium. Kedua jenis kerak ini berbeda dari segi ketebalan di mana kerak benua memiliki ketebalan yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan kerak samudera. Ketebalan kerak benua mencapai 30-50 km sedangkan kerak samudera hanya 5-10 km.
Dua lempeng akan bertemu di sepanjang batas lempeng, yaitu daerah di mana aktivitas geologis umumnya terjadi seperti gempa bumi dan pembentukan kenampakan topografis seperti gunung, gunung berapi, dan palung samudera. Lempeng tektonik bisa merupakan kerak benua atau samudera, tetapi biasanya satu lempeng terdiri atas keduanya. Misalnya, Lempeng Afrika mencakup benua itu sendiri dan sebagian dasar Samudera Atlantik dan Hindia. Perbedaan antara kerak benua dan samudera ialah berdasarkan kepadatan material pembentuknya. Kerak samudera lebih padat daripada kerak benua dikarenakan perbedaan perbandingan jumlah berbagai elemen, khususnya silikon. Kerak samudera lebih padat karena komposisinya yang mengandung lebih sedikit silikon dan lebih banyak materi yang berat. Kerak samudera umumnya berada di bawah permukaan laut seperti sebagian besar Lempeng Pasifik, sedangkan kerak benua timbul ke atas permukaan laut, mengikuti sebuah prinsip yang dikenal dengan isostasi.
Jenis-jenis Batas Lempeng
Ada tiga jenis batas lempeng yang berbeda dari cara lempengan tersebut bergerak relatif terhadap satu sama lain. Tiga jenis ini masing-masing berhubungan dengan fenomena yang berbeda di permukaan. Tiga jenis batas lempeng tersebut adalah:
1. Batas transform
Terjadi jika lempeng bergerak dan mengalami gesekan satu sama lain secara menyamping di sepanjang sesar transform. Gerakan relatif kedua lempeng bisa sinistral (ke kiri di sisi yang berlawanan dengan pengamat) ataupun dekstral (ke kanan di sisi yang berlawanan dengan pengamat). Contoh sesar jenis ini adalah Sesar San Andreas di California.
2. Batas divergen/konstruktif
Terjadi ketika dua lempeng bergerak menjauh satu sama lain. Mid-oceanic ridge dan zona retakan yang aktif adalah contoh batas divergen.
3. Batas konvergen/destruktif
Terjadi jika dua lempeng bergesekan mendekati satu sama lain sehingga membentuk zona subduksi jika salah satu lempeng bergerak di bawah yang lain, atau tabrakan benua jika kedua lempeng mengandung kerak benua. Palung laut yang dalam biasanya berada di zona subduksi, di mana potongan lempeng yang terhunjam mengandung banyak bersifat hidrat (mengandung air), sehingga kandungan air ini dilepaskan saat pemanasan terjadi bercampur dengan mantel dan menyebabkan pencairan sehingga menyebabkan aktivitas vulkanik. Contoh kasus ini dapat kita lihat di Pegunungan Andes di Amerika Selatan dan busur pulau Jepang.
Penyebab Pergerakan Lempeng Tektonik
Pergerakan lempeng tektonik bisa terjadi karena kepadatan relatif litosfer samudera dan karakter astenosfer yang relatif lemah. Pelepasan panas dari mantel telah didapati sebagai sumber asli dari energi yang menggerakkan tektonik lempeng. Meskipun begitu terdapat pandangan lain yang telah disetujui meski masih diperdebatkan, bahwa kelebihan kepadatan litosfer samudera yang membuatnya menyusup ke bawah di zona subduksi adalah sumber terkuat pergerakan lempeng. Pada waktu pembentukannya di mid ocean ridge, litosfer samudera pada mulanya memiliki kepadatan yang lebih rendah dari astenosfer di sekitarnya, tetapi kepadatan ini meningkat seiring dengan penuaan karena terjadinya pendinginan dan penebalan. Besarnya kepadatan litosfer yang lama relatif terhadap astenosfer di bawahnya memungkinkan terjadinya penyusupan ke mantel yang dalam di zona subduksi sehingga menjadi sumber sebagian besar kekuatan penggerak pergerakan lempeng.
Kelemahan astenosfer memungkinkan lempeng untuk bergerak secara mudah menuju ke arah zona subduksi. Meskipun subduksi dipercaya sebagai kekuatan terkuat penggerak pergerakan lempeng, masih ada gaya penggerak lain yang dibuktikan dengan adanya lempeng seperti lempeng Amerika Utara, juga lempeng Eurasia yang bergerak tetapi tidak mengalami subduksi di manapun. Sumber penggerak ini masih menjadi topik penelitian intensif dan diskusi di kalangan ilmuwan ilmu bumi.
Pencitraan dua dan tiga dimensi interior bumi menunjukkan adanya distribusi kepadatan yang heterogen secara lateral di seluruh mantel. Variasi dalam kepadatan ini bisa bersifat material (dari kimia batuan), mineral (dari variasi struktur mineral), atau termal (melalui ekspansi dan kontraksi termal dari energi panas). Manifestasi dari keheterogenan kepadatan secara lateral adalah konveksi mantel dari gaya apung. Dengan satu atau lain cara, energi ini harus dipindahkan ke litosfer supaya lempeng tektonik bisa bergerak. Ada dua jenis gaya yang utama dalam pengaruhnya ke pergerakan planet, yaitu friksi dan gravitasi.
Lempeng-lempeng Utama Bumi
Lempeng-lempeng tektonik utama dan klasifikasinya yaitu:
Lempeng Afrika, meliputi Afrika - Lempeng benua
Lempeng Antarktika, meliputi Antarktika - Lempeng benua
Lempeng Australia, meliputi Australia (tergabung dengan Lempeng India antara 50 sampai 55 juta tahun yang lalu) - Lempeng benua
Lempeng Eurasia, meliputi Asia dan Eropa - Lempeng benua
Lempeng Amerika Utara, meliputi Amerika Utara dan Siberia timur laut - Lempeng benua
Lempeng Amerika Selatan, meliputi Amerika Selatan - Lempeng benua
Lempeng Pasifik, meliputi Samudera Pasifik - Lempeng samudera
Lempeng-lempeng penting lain yang lebih kecil mencakup Lempeng India, Lempeng Arabia, Lempeng Karibia, Lempeng Juan de Fuca, Lempeng Cocos, Lempeng Nazca, Lempeng Filipina, dan Lempeng Scotia.
Pergerakan lempeng telah menyebabkan pembentukan dan pemecahan benua seiring berjalannya waktu, termasuk juga pembentukan superkontinen yang mencakup hampir semua atau semua benua. Superkontinen Rodinia diperkirakan terbentuk 1 miliar tahun yang lalu dan mencakup hampir semua atau semua benua di Bumi dan terpecah menjadi delapan benua sekitar 600 juta tahun yang lalu. Delapan benua ini selanjutnya tersusun kembali menjadi superkontinen lain yang disebut Pangaea yang pada akhirnya juga terpecah menjadi Laurasia (yang menjadi Amerika Utara dan Eurasia), dan Gondwana (yang menjadi benua sisanya).
Referensi
http://www.ucmp.berkeley.edu/geology/tectonics.html
http://www.platetectonics.com/
Gunung Berapi
Gunung berapi secara umum adalah suatu sistem saluran fluida panas (batuan dalam wujud cair atau lava) yang memanjang dari kedalaman sekitar 10 km di bawah permukaan bumi sampai ke permukaan bumi, termasuk endapan hasil akumulasi material yang dikeluarkan pada saat meletus. Berdasarkan tempat pembentukannya selain gunung berapi yang terbentuk diatas daratan terdapat beberapa jenis gunung berapi yang memiliki bentuk berbeda yaitu, gunung berapi bawah laut dan gunung berapi es. Gunung berapi bawah laut merupakan gunung berapi yang terbentuk di dasar laut dan memiliki puncak yang berada di bawah permukaan air laut, gunung berapi es biasa terjadi di daerah yang mempunyai musim dingin bersalju seperti di daerah artic.
Gunung berapi terdapat di seluruh dunia, tetapi lokasi gunung berapi yang paling dikenali adalah gunung berapi yang berada di sepanjang busur Cincin Api Pasifik. Gunung berapi terdapat dalam beberapa bentuk sepanjang masa hidupnya. Gunung berapi yang aktif mungkin berubah menjadi separuh aktif, istirahat, sebelum akhirnya menjadi tidak aktif atau mati. Bagaimanapun gunung berapi mampu istirahat dalam waktu 610 tahun sebelum berubah menjadi aktif kembali. Oleh karena itu, sulit untuk menentukan keadaan sebenarnya daripada suatu gunung berapi itu, apakah gunung berapi itu berada dalam keadaan istirahat atau telah mati.
Apabila gunung berapi meletus, magma yang terkandung di dalam kamar magmar di bawah gunung berapi meletus keluar sebagai lahar atau lava. Selain daripada aliran lava, kehancuran oleh gunung berapi disebabkan melalui berbagai cara seperti berikut:
•Aliran lava.
•Letusan gunung berapi.
•Aliran lumpur.
•Abu.
•Kebakaran hutan.
•Gas beracun.
•Gelombang tsunami.
•Gempa bumi.
Bagian-bagian dari gunung berapi
Gunung berapi terdiri dari beberapa bagian sebagai berikut:
•Kawah utama
Merupakan lubang pelepasan tempat keluarnya magma dari dalam tubuh gunung
•Lava
Batuan cair dengan temperature 700 0c yang keluar dari tubuh gunung berapi dan mengalir menuruni lereng gunung.
•Kamar magma
Merupakan kolam batuan cair yang berada di bawah permukaan bumi, kerapatan batuan di dalam kamar magma lebih renggang daripada batuan mantel sekitarnya. Saat magma mengalir keluar melalui celah mantel dan sampai di permukaan maka erupsi akan terjadi.
• Kawah sekunder
Merupakan kawah yang terbentuk di sekitar kawah utama pada gunung berapi besar.
•Crater
Merupakan depresi menyerupai lingkaran pada permukaan tanah akibat aktivitas vulkanis yang terjadi di bawah kawah.
•Aliran piroklastik
Terdiri atas gas dan batuan panas yang meluncur yang meluncur dengan cepat menuruni lereng gunung berapi. Suhu gas dapat mencapai 10000 c dengan kecepatan hingga 700km/jam.
•Awan abu
Terdiri atas batuan lumat dan kaca yang terbentuk pada saat erupsi. Berukuran kecil dan bersuhu sangat panas, awan abu ini dapat terbawa oleh udara hingga radius beberapa kilometer.
•Cone
Merupakan bagian gunung yang berbetuk seperti kerucut yang tercipta dari aliran lava pada lereng yang keluar dari kawah dan mengalami pendinginan.
Jenis-jenis Gunung Berapi Berdasarkan Bentuknya
1.Stratovolcano
Tersusun dari batuan hasil letusan dengan tipe letusan berubah-ubah sehingga dapat menghasilkan susunan yang berlapis-lapis dari beberapa jenis batuan, sehingga membentuk suatu kerucut besar (raksasa), kadang-kadang bentuknya tidak beraturan, karena letusan terjadi sudah beberapa ratus kali. Gunung Merapi merupakan jenis ini.
2.Perisai
Tersusun dari batuan aliran lava yang pada saat diendapkan masih cair, sehingga tidak sempat membentuk suatu kerucut yang tinggi (curam), bentuknya akan berlereng landai, dan susunannya terdiri dari batuan yang bersifat basaltik. Contoh bentuk gunung berapi ini terdapat di kepulauan Hawai.
3.Cinder Cone
Merupakan gunung berapi yang abu dan pecahan kecil batuan vulkaniknya menyebar di sekeliling gunung. Sebagian besar gunung jenis ini membentuk mangkuk di puncaknya. Jarang yang tingginya di atas 500 meter dari tanah di sekitarnya.
4.Kaldera
Gunung berapi jenis ini terbentuk dari ledakan yang sangat kuat yang melempar ujung atas gunung sehingga membentuk cekungan. Gunung Bromo merupakan jenis ini.
Referensi
Proses Lahirnya Gunung Berapi
Di dalam lapisan selimut bumi tersebut terdapat lapisan yang dikenal dengan astenosfer (asthenosphere) yang bersifat cair kental dengan suhu mencapai ribuan derajat celcius. Lempeng-lempeng tektonik bumi bergerak mengambang di atas cairan astenosfer yang kental dan panas dan selalu berinteraksi satu sama lain. Kecepatan pergerakan lempeng-lempeng bumi ini antara 1 centimeter sampai dengan 13 centimeter setiap tahunnya dengan arah tertentu untuk setiap lempengnya.
Pertemuan antara lempeng-lempeng tektonik tesebut dapat berupa subduksi (penunjaman), seperti antara lempeng Indo-Australia yang menunjam ke lempeng Eurasia, atau saling tarik menarik (divergensi), atau saling bergeser. Daerah penunjaman dua lempeng bumi inilah yang disebut dengan zona subduksi. Daerah batas antar lempeng ditandai dengan adanya palung, punggungan samudera (deretan gunung dan pegunungan di laut) dan pengunungan yang sejajar pantai yang tercipta akibat proses subduksi lempeng tektonik, seperti pegunungan Bukit Barisan di Sumatera.
Pada saat proses subduksi terjadi, lempeng tektonik yang memiliki massa lebih ringan akan terangkat naik ke atas dan membentuk dataran tinggi serta gunung sedangkan lempeng tektonik yang memiliki massa lebih berat akan menghujam ke dalam astenosfer. Lempeng tektonik yang menghujam astenosfer tersebut akan mengalami tekanan dan pemanasan dengan suhu yang sangat tinggi sehingga mengalami pelelehan. Beberapa dari batuan lempeng tektonik yang meleleh atau disebut juga magma tersebut akan naik ke atas, kembali ke permukaan bumi. Pada saat proses naik ke atas ini magma tersebut juga akan melelehkan kerak bumi yang dilewatinya. Pada saat magma tersebut mencapai permukaan sebuah gunung berapi akan terbentuk dan akan terus melakukan aktivitas vulkanik selama di dalamnya masih terdapat aliran magma.
Dalam perjalanannya seiring dengan waktu tumbukan antar lempeng tektonik tersebut akan terus berlanjut. Seiring dengan berlanjutnya proses subduksi antar lempeng tersebut maka jumlah magma yang berada di dalam gunung berapi pun akan semakin meningkat. Selain mengalami peningkatan magma, di daerah pertemuan antar lempeng bumi pada waktu tertentu akan terjadi penumpukkan energi akibat tekanan antar lempeng yang menyebabkan instabilitas. Karena bebatuan pada daerah tersebut tidak mampu lagi menahan tekanan, maka bebatuan tersebut bisa patah sambil melepaskan energi. Pelepasan energi tersebut menjalar ke permukaan bumi dengan gelombang vertical dan horizontal yang menggoyangkan semua yang ada di permukaan bumi. Inilah yang kemudian kita rasakan sebagai goncangan besar atau gempa bumi. Selain menyebabkan instabilitas pada permukaan bumi, tekanan akibat tumbukan antar lempeng tersebut juga akan menekan aliran magma di perut bumi sehingga menyebabkan peningkatan aliran magma.
Akibat peningkatan aliran magma tersebut maka jumlah aliran magma yang naik ke permukaan bumi pun juga akan mengalami peningkatan. Peningkatan aliran magma ke permukaan bumi tersebut akan menyebabkan peningkatan aktivitas vulkasnis pada gunung berapi yang dapat muncul dalam berbagai bentuk. Salah satu bentuk peningkatan aktivitas vulkanis tersebut dapat berupa erupsi gunung berapi.
Referensi
Selasa, 02 November 2010
Light Emiting Diode (LED)
LED
Dioda cahaya atau lebih dikenal dengan sebutan LED (Light Emiting Diode) adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju.
Fungsi Fisikal
Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan - elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon.
Emisi Cahaya
Panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan, dan oleh karena itu warnanya, tergantung dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n junction. Sebuah dioda normal, biasanya terbuat dari silikon atau germanium, memancarkan cahaya tampak inframerah dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk sebuah LED memiliki selisih pita energi antara cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat.
Polarisasi
Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. Chip LED mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya.
Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya.
Tegangan maju
Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik dioda yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju. Tegangan yang diperlukan sebuah dioda untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf).
Sirkuit LED
Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisi seri maupun paralel. Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang perlu diperhatikan menjadi jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini.
Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit karena tiap LED mempunyai tegangan maju (Vf) yang berbeda. Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang diberikan oleh sumber daya listrik tidak cukup untuk membangkitkan chip LED, maka beberapa LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah.
Pada umumnya, LED yang ingin disusun secara seri harus mempunyai tegangan maju yang sama atau paling tidak tak berbeda jauh supaya rangkaian LED ini dapat bekerja secara baik.
Substrat LED
Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan merah dibuat dengan gallium arsenide. Perkembagan dalam ilmu material telah memungkinkan produksi alat dengan panjang gelombang yang lebih pendek, menghasilkan cahaya dengan warna bervariasi. LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi, menghasilkan warna sebagai berikut:
• aluminium gallium arsenide (AlGaAs) - merah dan inframerah
• gallium aluminium phosphide - hijau
• gallium arsenide/phosphide (GaAsP) - merah, oranye-merah, oranye, dan kuning
• gallium nitride (GaN) - hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru
• gallium phosphide (GaP) - merah, kuning, dan hijau
• zinc selenide (ZnSe) - biru
• indium gallium nitride (InGaN) - hijau kebiruan dan biru
• indium gallium aluminium phosphide - oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau
• silicon carbide (SiC) - biru
• diamond (C) - ultraviolet
• silicon (Si) - biru (dalam pengembangan)
• sapphire (Al2O3) - biru
LED biru dan putih
Sebuah GaN LED ultraviolet
LED biru pertama yang dapat mencapai keterangan komersial menggunakan substrat galium nitrida yang ditemukan oleh Shuji Nakamura tahun 1993 sewaktu berkarir di Nichia Corporation di Jepang. LED ini kemudian populer di penghujung tahun 90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan ke LED merah dan hijau yang telah ada sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih.
LED dengan cahaya putih sekarang ini mayoritas dibuat dengan cara melapisi substrat galium nitrida (GaN) dengan fosfor kuning. Karena warna kuning merangsang penerima warna merah dan hijau di mata manusia, kombinasi antara warna kuning dari fosfor dan warna biru dari substrat akan memberikan kesan warna putih bagi mata manusia.
LED putih juga dapat dibuat dengan cara melapisi fosfor biru, merah dan hijau di substrat ultraviolet dekat yang lebih kurang sama dengan cara kerja lampu fluoresen.
Metode terbaru untuk menciptakan cahaya putih dari LED adalah dengan tidak menggunakan fosfor sama sekali melainkan menggunakan substrat seng selenida yang dapat memancarkan cahaya biru dari area aktif dan cahaya kuning dari substrat itu sendiri.
Keuntungan Menggunakan LED
1. Tegangan operasi yang rendah.
2. Umur penggunaan yang panjang.
3. Penyaklaran (switching) sambung-putus (on-off) yang cepat.
Referensi
http://id.wikipedia.org/wiki/Dioda_cahaya
Malvino. 1985. Aproksimasi Rangkaian Semi Konduktor. Jakarta: Erlangga.
Seven Segment
Pengertian Seven Segmen
Seven Segment adalah suatu segmen-segmen yang digunakan menampilkan angka. Seven segment ini tersusun atas 7 batang led yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a s/d g yang disebut dot matrix. Setiap segmen ini terdiri dari 1 atau 2 Light Emitting Diode ( LED ). Seven Segment merupakan gabungan dari 7 buah LED (Light Emitting Diode) yang dirangkaikan membentuk suatu tampilan angka seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini.
A typical 7-segment LED display component, with decimal point.
The individual segments of a seven-segment display.
Prinsip Kerja
Prinsip kerja seven segmen ialah input biner pada switch dikonversikan masuk ke dalam decoder, baru kemudian decoder mengkonversi bilangan biner tersebut menjadi decimal, yang nantinya akan ditampilkan pada seven segment. Prinsip kerja seven segment ialah input biner pada switch dikonversikan masuk ke dalam decoder, baru kemudian decoder mengkonversi bilangan biner tersebut menjadi decimal, yang nantinya akan ditampilkan pada seven segment.
Pada rangkaian tersebut dapat anda perhatikan bagian seven segmen, karena seven segmen yang digunakan adalah common anoda, maka segmen tersebut dapat nyala apabila mendapat logika '0' pada bagian katoda. Dengan kata lain untuk menghidupkan seven segmen yang terkoneksi ke mikrokontroler port paralel maka harus dioutputkan logika '0'.Sehingga pada contoh tersebut, agar dapat ditampilkan angka 3 pada seven segmen maka port P0 harus mengeluarkan data 00110000b. Untuk angka SATU (1) maka satu sisi yang aktif dengan 2 segment yaitu b dan c. Untuk angka NOL (0) maka empat sisi yang aktif dengan 6 segment yaitu a,b,c,d,e dan f.
Tabel berikut ini memberikan bilangan hexadecimal untuk menampilakan angka 0 sampai 9:
Digit gfedcba abcdefg a b c d e f G
0 0x3F 0x7E on on on on on on Off
1 0x06 0x30 off on on off off off Off
2 0x5B 0x6D on on off on on off On
3 0x4F 0x79 on on on on off off On
4 0x66 0x33 off on on off off on On
5 0x6D 0x5B on off on on off on On
6 0x7D 0x5F on off on on on on On
7 0x07 0x70 on on on off off off off
8 0x7F 0x7F on on on on on on on
9 0x6F 0x7B on on on on off on on
Jenis-Jenis Seven Segment
Seven segmen, merupakan sekumpulan LED yang dibangun sedemikian rupa sehingga menyerupai digit, seven segmen ada dua macam: common anoda dan common katoda.
1. COMMON ANODA
Disini, semua anoda dari diode disatukan secara parallel dan semua itu dihubungkan ke VCC dan kemudian LED dihubungkan melalui tahanan pembatas arus keluar dari penggerak. Karena dihubungkan ke VCC, maka COMMON ANODA ini berada pada kondisi AKTIF HIGH.
2. COMMON KATODA
Disini semua katoda disatukan secara parallel dan dihubungkan ke GROUND. Karena seluruh katoda dihubungkan ke GROUND, maka COMMON KATODA ini berada pada kondisi AKTIF LOW.
Seven Segment terdiri dari 2 jenis, yaitu Common Katode (kaki katoda dihubungkan bersama) dan Common Anode (kaki anoda dihubungkan bersama).
Penyusun dari COMMON
1. Decoder yaitu suatu alat yang berfungsi mengubah/ mengkoversi input bilangan biner menjadi decimal.
2. Encoder yaitu suatu alat yang berfungsi mengubah/ mengkoversi input bilangan desimal menjadi biner.
3. Multiplexer adalah Suatu rangkaian kombinasi yang ouputnya mempunyai logika sama dengan jalur input yang ditunjuk pada selector. Multiplexer ini memiliki banyak input dan memiliki satu output. Prinsip kerjanya sama dengan saklar pemilih dai 2n buah inputdipilih melalui n buah jalur pemilih (DATA SELECT).
4. Demultiplexer adalah suatu rangkain kombinasi yang bersifat berkebalikan dari multiplexer. Rangkaian ini memiliki satu input dan memiliki banyak keluaran (output). Rangkaian ini akan menghasilkan output high (1) pada jalur yang sesuai dengan yang ditunjuk oleh selector.
Referensi
http://elektronika-elektronika.blogspot.com/2007/02/menuliskan-angka-atau-huruf-ke-7-segmen.html
http://haniifa.wordpress.com/2009/08/
Malvino. 1985. Aproximasi Rangkaian Semikonduktor. Jakarta
Langganan:
Postingan (Atom)