KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas kehendak-Nya Storyboard Multimedia Interaktif Adaptif Pendahuluan Fisika Zat Padat sebagai bagian dari disertasi doktor dengan judul ”Pengembangan Model Multimedia Interaktif Adaptif Pendahuluan Fisika Zat Padat Untuk Meningkatkan Penguasaan Konsep dan Keterampilan Berpikir Kritis Mahasiswa Calon Guru”. Dalam penyusunan Storyboard Model Multimedia Interaktif Adaptif ini, berbagai hambatan dan kesulitan dihadapi penulis, namun berkat bimbingan, nasehat, dorongan, dan sumbangan pemikiran dari berbagai pihak, Alhamdulillah semua bisa diatasi. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan terutama kepada Ibu Prof. Dr. Liliasari, M.Pd. sebagai promotor, Bapak Dr.Eng. Agus Setiawan, M.Si sebagai ko-promotor dan Bapak Paulus Cahyono Tjiang, Ph.D sebagai anggota tim promotor, yang telah memberikan arahan dan saran kepada penulis selama penyusunan Storyboard Multimedia Interaktif Adaptif ini. Di samping itu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Dadi Rusdiana, M.Si., Dr. Ijang Rohman, M.Si., dan Dr. Wahono Widodo, M.Si., yang telah bersedia memberikan saran dan masukan dalam penyempurnaan model multimedia interaktif adaptif pendahuluan fisika zat padat yang dikembangkan. Penulis menyadari memiliki keterbatasan dalam penyusunan Storyboard Multimedia Interaktif Adaptif ini, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik-saran dari 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas kehendak-Nya
Storyboard Multimedia Interaktif Adaptif Pendahuluan Fisika Zat Padat sebagai bagian
dari disertasi doktor dengan judul ”Pengembangan Model Multimedia Interaktif Adaptif
Pendahuluan Fisika Zat Padat Untuk Meningkatkan Penguasaan Konsep dan
Keterampilan Berpikir Kritis Mahasiswa Calon Guru”. Dalam penyusunan
Storyboard Model Multimedia Interaktif Adaptif ini, berbagai hambatan dan kesulitan
dihadapi penulis, namun berkat bimbingan, nasehat, dorongan, dan sumbangan
pemikiran dari berbagai pihak, Alhamdulillah semua bisa diatasi. Oleh karena itu,
penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan terutama kepada Ibu Prof. Dr.
Liliasari, M.Pd. sebagai promotor, Bapak Dr.Eng. Agus Setiawan, M.Si sebagai ko-
promotor dan Bapak Paulus Cahyono Tjiang, Ph.D sebagai anggota tim promotor, yang
telah memberikan arahan dan saran kepada penulis selama penyusunan Storyboard
Multimedia Interaktif Adaptif ini. Di samping itu, penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada Bapak Dr. Dadi Rusdiana, M.Si., Dr. Ijang Rohman, M.Si., dan Dr.
Wahono Widodo, M.Si., yang telah bersedia memberikan saran dan masukan dalam
penyempurnaan model multimedia interaktif adaptif pendahuluan fisika zat padat yang
dikembangkan. Penulis menyadari memiliki keterbatasan dalam penyusunan Storyboard
Multimedia Interaktif Adaptif ini, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik-saran
dari semua pihak demi perbaikan bahan ajar ini. Semoga Storyboard Multimedia
Interaktif Adaptif ini memberikan manfaat dan berkontribusi bagi perkuliahaan
pendahuluan fisika zat padat di LPTK.
Bandung, Februari 2012
Penyusun
(Ketang Wiyono)
1
DAFTAR ISI
Halaman
Kata Pengantar.................................................................................................. 1
Daftar Isi........................................................................................................... 2
Struktur Kristal................................................................................................. 3
Difraksi Sinar-X oleh Kristal............................................................................ 25
Ikatan dalam Kristal.......................................................................................... 35
Elektron Bebas dalam Kristal.......................................................................... 42
Teori Pita Energi............................................................................................... 53
berkaitan dengan zat padat Sub judul muncul dengan
animasi 3 D
Animasi gambar yang berkaitan dengan zat padat Sub judul muncul dengan animasi 3 D
Untuk login tuliskan nama dan NIM
Untuk login tuliskan nama dan NIM
Terdapat intrumen gaya belajar yang secara otmatis akan dapat mengoreksi hasilnya dan langsung mengelompokkannya
Instrumen tes gaya belajar yang berjumlah 20 butir soal Terdapat intrumen gaya belajar yang secara otmatis akan dapat mengoreksi hasilnya dan langsung mengelompokkannya
4
Petunjuk
Kompetensi
Silabus dan SAP
Tes Gaya Belajar
Login
Nama : …………..
NIM :…………….
Deskripsi Tampilan Keterangan Terdapat enam kelompok
gaya belajar. Gaya belajar mahasiswa
yang bersangkutan adalah yang aktif (warnanya berbeda)
Hasil tes gaya belajar : Terdapat enam kelompok gaya belajar. Gaya belajar mahasiswa yang bersangkutan adalah yang
aktif (warnanya berbeda)
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
STRUKTUR KRISTAL1.1.Mendefinisikan struktur kristal .
Struktur Kristal Kristal adalah zat padat yang mempunyai keteraturan
atom berjangkauan panjang. Sebaliknya, zat padat yang tidak memiliki keteraturan
demikian disebut bahan amorf atau bukan-kristal.
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
5
Auditorial
KinestetikVisual
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Struktur kristal Struktur amorf
1.2. Mengidentifikasi cacat kristal Cacat Kristal Kebanyakan material kristalin memiliki berbagai jenis
cacat kristalografis. Jenis dan struktur cacat-cacat tersebut dapat berefek besar pada sifat-sifat material tersebut.
Cacat kristal ini besar kemungkinannya untuk terjadi selama proses pertumbuhan kristal, proses pemurnian atau proses laku (treatment), dan bahkan seringkali cacat kristal sengaja diciptakan untuk menghasilkan sifat-sifat tertentu.
Cacat kristal dapat dibedakan menjadi : cacat titik, cacat garis, cacat bidang dan cacat ruang.
Cacat Titik Cacat titik adalah ketaksempurnaan kristal yang terjadi
pada suatu titik kisi tertentu. Cacat tersebut dapat berupa : kekosongan (vacancy) sisipan (interstitial) takmurnian (impurity) cacat Schottky cacat Frenkel
Formasi cacat titik : a. kosongan, dan b. sisipan
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
Cacat Garis Cacat garis adalah cacat yang terjadi pada sederetan titik
kisi yang bersambung dan membentuk suatu garis (dislokasi). Jenis dislokasi yang dikenal adalah dislokasi tepi dan dislokasi ulir.
Formasi cacat garis : a. dislokasi tepi, dan b. dislokasi ulir
Cacat Bidang Pada bahan polikristal, zat padat tersusun oleh kristal-
kristal kecil yang disebut butir (grain). Setiap butir dapat berukuran mulai dari nanometer hingga mikrometer. Pada setiap butir atom-atom tersusun pada arah tertentu, dan arah keteraturan atom ini bervariasi dari satu butir ke butir lain. Pada daerah antar butir, terjadi transisi arah keteraturan atom, dan ini menimbulkan cacat pada daerah batas butir, sehingga disebut cacat batas butir.
Cacat Ruang Cacat ruang dapat berupa pori-pori (voids) atau salah
susun (stacking fault). Pada kristal kubus mampat (CCP), atom-atom membentuk susunan berlapis ..... A-B-C-A-B-C-A-B-C-..... Apabila salah satu lapisan hilang (A, B atau C) terbentuklah cacat salah susun.
7
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
1.3.Mendefinisikan kisi kristal dan basis.
Kisi Kritasl dan Basis Semua struktur kristal dapat digambarkan atau dijelaskan
dalam istilah-istilah Lattice (kisi) dan sebuah basis yang ditempelkan pada titik kisi
Lattice (kisi) adalah sebuah susunan titik-titik yang teratur dan periodik dalam ruang
Basis adalah sekumpulan atom-atom yang berada disekitar titik kisi. Jumlah atom dalam sebuah basis adalah 1 buah atom atau lebih
Sebuah operasii translasi kisi didefinisikan sebagai perpindahan dari sebuah kristal oleh sebuah vektor translasi kristal :
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
1.4. Membedakan sel konvensional dan sel primitif kristal.
Sel konvensional dan sel primitif kristal Sel satuan yang hanya mempunyai satu titik kisi disebut
sel sel primitif (CP), sel tersebut mempunyai volume yang paling kecil, sedangkan sel non-primitif volumenya merupakan kelipatan dari volume sel primitif
Cara menentukan sel primitif :
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
8
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
1.5.Menggambarkan 3 bentuk kisi 2 imensi.
Kisi 2 Dimensi Kisi bujur sangkar
Kisi segi panjang berpusat
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
9
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Kisi Heksagonal
1.6. Menjelaskan 7 sistem kisi 3 dimensi
Tujuh Sistem Kristal 3 D Berdasarkan sumbu kristal dan serta sudut kristal
dan γ terdapat tujuh sistem krital.
10
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
1.7.Menggambarkan 14 bentuk kisi 3 dimensi.
Empat Belas Bentuk Krital 3 D Dari tujuh sistem kristal tersebut dapat dibagi lagi
kedalam empat belas macam kisi bravais.
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
Jumlah titik lattice pada sel primitif = 8 x =1 buah
Jumlah titik lattice pada sel konvensioanl = (8 x ) + 1
= 2 buah
Kubus Pusat Muka (Face Center Cubic = FCC)
Sel primitif ≠ sel konvensional
Jumlah titik lattice pada sel primitif = 8 x =1 buah
Jumlah titik lattice pada sel konvensioanl = (8 x ) +
(6 x ) = 4 buah
13
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Untuk menghitung volume dari sel primitif maka digunakan persamaan :
1.8. Menentukan indeks sebuah bidang kristal
Indek Bidang Kristal Arah kristal dituliskan sebagai vektor :
, dengan : dan
masing-masing merupakan proyeksi vektor R ke arah sumbu a, b dan c.
Jika dan merupakan bilangan bulat maka notasi
arah kristal tersebut adalah , sedangkan jika
atau merupakan bilangan pecahan maka bilangan tersebut dikalikan dengan faktor kelipatan terkecilnya sehingga menjadi bilangan bulat semua.
Jika arah proyeksi vektor R ke arah sumbu a, b atau c berlawanan dengan arah a,b atau c maka arah yang berlawanan tersebut diberi simbul garis atas ( ).
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
14
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Ketika sel satuan mempunyai simetri rotasi sama, maka ada beberapa arah kristal yang ekivalen, contoh arah ekivalen untuk sistem kubus adalah
. Semua arah yang ekivalen diberi simbol
Sistem Indeks MillerDigunakan untuk menyatakan bidang kristal (indeks bidang), dengan aturan :
Tentukan titik potong antara bidang yang bersangkutan
dengan sumbu-sumbu /sumbu-sumbu
primitif atau konvensinal dalam satuan konstanta lattice (a1, a2, a3)
Tentukan kebalikan (reciproc) dari bilangan diatas dan kemudian tentukan tiga bilangan bulat (terkecil) yang mempunyai perbandingan sama, indeks (h k l)
15
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Contoh :
Bidang ABC memotong sumbu-sumbu di 2a1; di
2a2; di 3a3
Maka kebalikan bilangan tersebut adalah
Ketiga bilangan tersebut memiliki perbandingan yang sama dengan cara :
o ( ) x 6 = (3 3 2)
Bilangan (3 3 2) tidak lain adalah bilangan indeks Miller yang disimbolkan dengan (h k l)
Jika salah satu dari bilangan tersebut negative, maka indeks bilangan tersebut dapat ditulis dengan tanda strip di atasnya. Contoh (-3 3 2) maka indeks Millernya di tulis
( 3 2).
16
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Kubus sederhana ( sel primitif = sel konvensional)Bidang ABFE
Kubus Pusat Muka (sel primitif ≠ sel konvensional)Bidang ABEF
17
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
18
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
1.9.Menghitung jarak antar bidang Indeks Millers
Jarak antar Bidang Indeks Millers Notasi jarak antar bidang dari indek Millers sama adalah
dhkl , rumus untuk menghitung dhkl tergantung dari struktur kristalnya. Struktur kristal yang sisi-sisinya saling tegak lurus seperti pada gambar :
Berdasarkan rumus trigonometri ada hubungan antara dan yaitu:
Jika kedua persamaan diatas di substitusikan akan
menjadi:
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
19
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
sehingga :
karena
maka persamaan menjadi :
dengan n adalah jarak antar bidang ke n. Untuk struktur kubus panjang kisi-kisinya sama yaitu a,
maka jarak antar bidang terdekatnya (n=1) adalah :
20
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Sedangkan struktur tetragonal jarak antar bidang terdekatnya
1.10. Memberikan contoh struktur kristal
Contoh struktur kristal Struktur Sodium Chlorida (NaCl)
Struktur kristal molekul NaCl atau garam dapur berbentuk kristal kubus pusat muka (Face Centered Cubic) dan struktur kristalnya merupakan kristal ion, karena struktur kristal tersebut terdiri dari ion Na+ dan ion Cl- seperti ditunjukkan pada gambar :
Posisi Ion Na+ berada di : 000 ; ½ ½ 0 ; ½0½ ; 0½ ½ , sedangkan ion Cl- berada di : ½ ½ ½ ; 00½ ; 0½0 ; ½ 00. Jarak antar Ion Na+ dan Cl-adalah setengah panjang kisi kubus masing -masing Ion Na+ dikelilingi oleh enam Ion Cl- terdekat. Basis dari kristal NaCl adalah Na+ pada posisi 000 dan Cl- pada posisi ½ ½ ½ . Struktur kristal jenis NaCl ini juga dimiliki antara lain oleh molekul-molekul : LiH, MgO, MnO, AgBr, PbS, KCl, KB
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
21
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Struktur Cesium Chlorida ( CsCl)
Struktur kristal CsCl berbentuk kubus pusat badan (body centered cubic) seperti ditunjukkan pada gambar :
Jarak antara Ion Cs+ dan ion Cl- adalah setengah diagonal
kubus dan basis dari struktur kristal CsCl adalah
ion Cs+ pada posisi 000 dan ion Cl- pada posisi ½ ½ ½ . Ion Cl- dikelilingi oleg delapan ion Cs=. Struktur kristal jenis CsCl dipunyai juga antara lain pada kristal BeCu, AlNi, CuZn. CuPd, AgMg, LiHg
Struktur Hexagonal Close-Packed (HCP)
Struktur HCP mempunyai sel primitive kisi hexagonal, tetapi dengan dua basis, yaitu pada posisi 000 dan
seperti ditunjukkan
pada gambar :
22
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Struktur HCP ideal perbandinga kisi .
Jumlah atom tetangga terdekat sebanyak 12 atom dan struktur tersebut merupakan salah satu struktur yang paling padat (sama padat dengan struktur FCC). Perbandingan volume atom dengan volume selnya (atomic fraction) = 74 %.
Struktur Intan
Struktur kristal intan sama dengan struktur kristal FCC dengan 4 atom di dalamnya pada posisi
, seperti ditunjukkan
pada gambar :
23
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Dalam satu satuan konvensional sel terdiri dari 8 atom yaitu ½ atom pada masing-masing 6 bidang muka kubus, 1/8 atom pada masing-masing 8 pojok kubus dan 4 atom di dalam kubus.
Struktur Zinc Sulfide ( ZnS)Struktur ZnS merupakan struktur kristal ion yang bentuknya sama dengan struktur kristal intan, dimana ion Zn++ pada posisi 000, 0½ ½, ½ 0 ½ , ½ ½ 0 dan posisi
dari ion S- pada posisi
.
Ada empat molekul ZnS per sel konvensional, Beberapa contoh struktur kristal jenis ZnS adalah CuF,
SiC, CuCl, GaP, Zn Se, GaAs
2. DIFRAKSI SINAR X OLEH KRISTAL2.1. menjelaskan 2 jenis sumber sinar-x.
Sumber Sinar-X Untuk membangkitkan sinar X salah satu caranaya adalah
dengan menembakkan elektron yang berenergi kinetik tinggi pada suatu target anoda :
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol
24
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Pada saat menumbuk anoda electron-elektron akan melepaskan energi kinetiknya. Ternyata sebagian besar kira-kira 90% energi kinetik ini berubah menjadi energi panas yang akan menumbuk pada anoda.
Sedangkan sebagian kecil dari energi tersebut akan berubah menjadi gelombang elektromagnetik yang sering disebut sinar x . Sinar x yang terbentuk dengan cara seperti ini (pengereman elektron oleh anoda) disebut sinar x Bremstrahlung
Setelah elektron berada di Anoda jika elektron ini masih memiliki cukup energi maka elektron ini akan bergerak dengan kecepatan konstan dan akan menumbuk atom-atom di Anoda.
Jika energi kinetik electron ini sama dengan atau lebih besar dari pada energi eksitasi elektron-elektron pada atom-atom dalam anoda maka pada saat electron ini menumbuk atom pada anoda maka electron yang berada di dalam atom akan tereksitasi ke kulit yang memiliki energi lebih tinggi.
Untuk menjaga kesetabilan atom maka electron yang tereksitasi akan bertransisi dengan memancarkan energinya dalam bentuk foton gelombang elektromagnetik yang sering disebut sinar x karakteristik
Setelah elektron berada di Anoda jika elektron ini masih memiliki cukup energi maka elektron ini akan bergerak
navigasi
25
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
dengan kecepatan konstan dan akan menumbuk atom-atom di Anoda.
Jika energi kinetik electron ini sama dengan atau lebih besar dari pada energi eksitasi elektron-elektron pada atom-atom dalam anoda maka pada saat electron ini menumbuk atom pada anoda maka electron yang berada di dalam atom akan tereksitasi ke kulit yang memiliki energi lebih tinggi.
Untuk menjaga kesetabilan atom maka electron yang tereksitasi akan bertransisi dengan memancarkan energinya dalam bentuk foton gelombang elektromagnetik yang sering disebut sinar x karakteristik
Oleh karena tingkat-tingkat energi di dalam atom itu terkuantisasi maka sinar x yang dipancarkan akan memiliki panjang gelombang atau energy tertentu.
Misalnya, apabila sinar x ini timbul akibat transisi elektron dari kulit L ke kulit K maka sinar x ini akan memiliki energi sebesar E= EL- EK . Garis spektrum sinar x tersebut lazim dinamai Kα sehingga panjang gelombangnya menjadi λKα .
Nama-nama garis psektrum lainnya adalah Kβ = untuk transisi dari kulit M ke kulit KKγ = untuk transisi dari kulit N ke kulit K
26
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
2.2.menghitung sudut difraksi sinar-X
Sudut Difraksi Sinar-X Ketika sinar X monokromatik datang pada permukaan
kristal sinar tersebut akan dipantulkan. Akan tetapi pemantulan terjadi hanya ketika sudut datang
mempunyai harga tertentu. Besarnya sudut datang tersebut tergantung dari panjang
gelombang dan konstanta kisi kristal. Sehingga peristiwa tersebut dapat digunakan sebagai
salah satu model untuk menjelaskan pemantulan dan interferensi.
Berdasarkan gambar jarak selisih lintasan sinar pantul 1
dan 2 adalah dengan
dan
dengan d merupakan jarak antara 2 bidang pantul yang
berdekatan dan sudut antara sinar datang dan bidang
pantul.Substitusi persamaan (2.4) dalam persamaan (2.3)
didapatkan
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
27
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
sehingga interferensi konstruktif terjadi jika
dengan n = 1,2,3,…. berturut-turut menujukkan oder
pertama, ke dua, ke tiga dst.
Persamaan (2.6) pada umumnya disebut sebagai hukum
Bragg untuk mempelajari struktur kristal.
Jika panjang gelombang sinar-X () dapat ditentukan dari macam target tabung generator sinar-x dan dapat diukur dari percobaan ( sudut merupaka setengah sudut antara sinar datang dan sinar difraksi).
Menurut persamaan (2.6) peristiwa difraksi terjadi apabila <2d, sehingga untuk gelombang optik tidak dapat digunakan
2.3.menghitung jarak antara dua bidang yang berurutan.
Kisi Resiprokal Mulai dengan kisi yang mempunyai vektor basis
dan , kita dapat mendifinisikan suatu himpunan baru
dari vektor basis yaitu dan yang memenuhi persamaan
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
28
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
dengan merupakan volume sel satuan.
Kita sekarang dapat menggunakan vektor dan sebagai basis dari kisi baru yang vektornya diberikan sebagai
dengan dan merupakan himpunan bilangan bulat. Kisi baru tersebut disebut sebagai kisi resiprokal, dan dan disebut sebagai vektor basis resiprokal.
Hubungan antara vektor basis resiprokal dan
dengan dan ditunjukkan pada gambar :
Vektor merupakan normal dari bidang yang dibentuk
oleh vektor dan , demikian juga untuk merupakan
normal dari bidang yang dibentuk oleh vektor dan
,serta merupakan normal dari bidang yang dibentuk
oleh vektor dan . Jika vektor basis dan membentuk set orthogonal,
maka dan juga orthogonal, dengan sejajar
29
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
dengan , sejajar dengan , demikian juga sejajar
dengan . Hubungan matematika berikut adalah berguna dalam
hubungan dengan kisi resiprokal
baris pertama pada persamaan diatas , sebagai contoh, dapat dibuktikan sebagai berikut:
Untuk membuktikan , kita mensubstitusikan persamaan baris pertama persamaan (2.37) ke dalam persamaan tersebut, sehingga ditemukan
, Ke dua persamaan
berikutnya yaitu , untuk membuktikan
persaan tersebut kita tahu bahwa Vektor adalah tegak
lurus bidang yang dibentuk oleh vektor dan ,
sehingga dot product antara vektor dengan maupun
sama dengan nol.
30
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Kisi dan kisi resiprokal untuk kisi kristal satu demensi
Kisi resiprokal untuk kisi dua demensi
3. GAYA DAN ENERGI IKAT3.1. menghitung besarnya gaya dan energi ikat atom
Gaya dan Energi Ikat Secara matematis hubungan antara energi ikat dan gaya
adalah
Untuk sistem atom
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
31
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
dimana EN, EA dan ER masing-masing adalah energi netto, energi tarik dan energi tolak bagi dua atom yang terisolasi dan berdekatan.
3.2. menjelaskan berbagai ikatan dalam kristal
Ikatan Ion Biasanya ditemukan pada senyawa yang dibangun oleh
unsur logam dan bukan logam. Atom logam akan memberikan elektron valensinya ke
atom-atom non logam. Pada proses ini semua atom akan menjadi stabil atau
mempunyai konfigurasi gas mulia dan bermuatan listrik, yaitu atom-atom ini menjadi ion.
Sodium klorida (NaCl) adalah material ion klasik. Atom sodium bisa mendapatkan stuktur elektron neon (dan muatan positif tunggal) dengan menyerahkan satu elektron valensi 3s ke atom klorin.
Setelah penyerahan elektron ini, ion klorin akan bermuatan negatif dan dengan konfigurasi elektron menyerupai argon,
Pada sodium klorida, semua sodium dan klorin berada dalam bentuk ion.
Jenis ikatan ini digambarkan secara skematik sebagai berikut :
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
32
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Gaya ikat tarik menarik adalah coloumbik; yaitu ion positif dan negatif tarik menarik satu sama lain karena adanya muatan listrik netto.
Untuk dua ion yang terisolasi, energi tarik EA adalah fungsi jarak atom sesuai dengan
dan dengan analogi yang sama, energi tolak adalah :
Pada perumusan diatas, A, B dan n adalah konstanta yang harganya tergantung pada masing-masing sistem ion. Harga n kira-kira 8.
Material ion mempunyai karakteristik keras dan rapuh, secara listrik dan termal adalah isolator
Ikatan Kovalen Pada ikatan kovalen, konfigurasi elektron stabil diperoleh
33
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
dengan membagi elektron antara atom yang berdekatan. Dua atom yang berikatan kovalen masing-masing akan
menyumbangkan minimal satu elektron keikatan, dan elektron yang dipakai bersama bisa di anggap dipunyai bersama oleh kedua atom.
Ikatan kovalen digambarkan secara skematik sebagai berikut :
Untuk molekul metana (CH4). Atom karbon mempunyai empat elektron valensi, sedangkan setiap atom hidrogen mempunyai sebuah elektron valensi.
Setiap atom hidrogen bisa mendapatkan konfigurasi elektron helium (dua elektron valensi 1s) ketika atom karbon membaginya dengan satu elektron.
Karbon sekarang mempunyai empat tambahan elektron, satu dari setiap hidrogen sehingga total elektron valensi menjadi delapan, dan struktur elektronnya adalah neon.
Ikatan Logam Ikatan logam, jenis ikatan primer terakhir, ditemukan
pada logam dan paduannya. Material logam mempunyai
34
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
satu, dua atau paling banyak tiga elektron valensi. Dengan model ini, elektron valensi tidak terikat kepada
atom tertentu pada bahan padat namun lebih kurang ia akan bebas hanyut/bergerak melewati keseluruhan logam.
Elektron ini bisa dianggap dimiliki oleh logam secara keseluruhan, atau membentuk “lautan elektron” atau “awan elektron.
Ikatan ini bisa lemah atau kuat, jangkauan energinya antara 68 kJ/mol (0,7 ev/atom) untuk raksa hingga 850 kJ/mol (8.8 ev/atom) untuk wolfram.
Temperatur leleh masing-masing berturut-turut adalah–39dan3410 0C (–38 dan 61700F)
Ikatan van der waals Ikatan sekunder, van der Waals atau fisik adalah lemah
jika dibandingkan dengan ikatan primer atau kimia; energi ikat biasanya dalam kisaran 10 kJ/mol (0,1 ev/atom).
Ikatan sekunder timbul antara semua atom atau molekul, tapi keberadaannya tidak jelas jika salah satu dari ketiga jenis ikatan primer ada.
Ikatan sekunder dibuktikan oleh gas mulia, yang
35
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
mempunyai struktur elektron yang stabil, dan juga diantara molekul yang strukturnya berikatan kovalen.
Gaya ikatan sekunder timbul dari dipol atom atau molekul.
Pada dasarnya sebuah dipol listrik timbul jika ada jarak pisah antara bagian positif dan negatif dari sebuah atom atau molekul.
Ikatan di hasilkan dari gaya tarik-menarik coulombik antara ujung positif sebuah dipol dan bagian negatif dari dipol yang berdekatan.
Interaksi dipol terjadi antara dipol-dipol terimbas, antara dipol terimbas dengan molekul polar (yang mempunyai dipol permanen), dan antara molekul-molekul polar.
Ikatan hidrogen, jenis khusus dari ikatan sekunder, ditemukan pada beberapa molekul dimana hidrogen sebagai salah satu komponen.
Energy potensial antara dua atom gas inert yang terpisah pada jarak R adalah :
Potensial ini disebut potensial Lennard-Jones. Besaran dan adalah parameter yang dapat ditentukan dari
eksperimen.4. ELEKTRON BEBAS Elektron bebas teks yang bukan kata ditambahkan
36
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
DALAM LOGAM 4.1. Menjelaskan konsep electron bebas
Setiap material tersusun oleh atom-atom dan setiap atom
mengandung elektron elektron. Pada material logam ada
elektron yang terikat dan ada juga elektron yang bebas.
Elektron yang terikat dalam atom maupun yang terikat
dalam ikatan antar atom disebut electron terikat
sedangkan electron yang bebas bergerak di seluruh
Kristal logam yang disebabkan oleh suatu hal misalnya
beda potensial disebut electron bebas.
kunci dikurangi ditambahkan penjelasan
teks dan gambar 2D dengan audio
animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
4.2. Menjelaskan model electron bebas klasik
Model Elektron bebas klasik Dalam model electron bebas klasik, electron dianggap
sebagai patikel gas ideal. Elektron valensi yang dimiliki oleh setiap atom logam,
akan menjadi elektron bebas bila atom-atom tersebut membentuk Kristal logam.
Sebagai contoh, perhatikan atom natrium (11Na) dengan konfigurasi elektron dalam orbital atom sebagai berikut :
11Na : 1s2-2s2-2p6-3s1
Orbital atom yang terisi penuh elektron bersama-sama inti atom membentuk teras atom (core).
Dalam kristal logam, teras-teras atom saling berkaitan, dan elektron valensi menjadi elektron bebas. Secara
umum bila suatu logam mempunyai rapat massa
tersusun oleh atom-atom dengan elektron valensi Z, dan massa atom yang bersangkutan M, maka konsentrasi elektron bebas pada logam tesebut adalah:
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
37
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
NA adalah bilangan Avogadro. 4.3. Menjelaskan dengan model hantaran listrik
Hantaran Listrik Pada dasarnya dalam kawat penghantar terdapat aliran
elektron dalam jumlah yang sangat besar, jika jumlah elektron yang bergerak ke kanan dan ke kiri sama besar maka seolah-olah tidak terjadi apa-apa.
Namun jika ujung sebelah kanan kawat menarik elektron sedangkan ujung sebelah kiri melepaskannya maka akan terjadi aliran elektron ke kanan (tapi ingat, dalam hal ini disepakati bahwa arah arus ke kiri).
Aliran elektron inilah yang selanjutnya disebut arus listrik.
Akan mudah menganalogikan aliran listrik dengan aliran air. Misalkan kita mempunyai 2 tabung yang dihubungkan dengan pipa seperti pada gambar berikut :
Konsep yang sama akan berlaku untuk aliran elektron pada suatu penghantar.
Yang menentukan seberapa besar arus yang mengalir adalah besarnya beda potensial (dinyatakan dengan satuan volt). Jadi untuk sebuah konduktor semakin besar beda potensial akan semakin besar pula arus yang mengalir.
38
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Dari konsep ini bisa ditentukan besaran-besaran fisika yang lain seperti rapat arus yang didefinisikan sebagai besarnya arus listrik yang mengalir setiap satu satuan luas
penampang .
Besar hambatan kawat penghantar dengan ρ
menyatakan resistivitas listrik bahan kawat dan dapat dituliskan dalam hubungannya dengan konduktivitas listrik ρ = 1/σ.
Mekanisme elektron menghantarkan Arus listrik.
Elektron bergerak dipercepat ke arah kanan sebagai akibat penerapan medan listrik ke arah kiri. Dalam gerakannya elektron menumbuk dan dihamburkan oleh atom-atom.
Tumbukan dengan atom-atom ini menimbulkan gaya hambat yang dialami elektron, yang akan mengimbangi gaya medan listrik pada elektron.
Keadaan demikian dapat diungkapkan melalui persamaan
39
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
dengan menyatakan massa efektif elektron, v
kecepatan elektron, e muatan elektron, t waktu dan
waktu relaksasi tumbukan (waktu antara dua kali tumbukan berurutan).
Suku kedua ruas kanan pada persamaan di atas merupakan gaya hambat seperti “gaya gesek” stokes pada percobaan pengukuran Viskositas cairan.
Jika besarnya gaya hambat dan gaya listrik adalah seimbang maka akan menghasilkan keadaan yang stasioner dimana electron bergerak dengan kecepatan konstan. Pada keadan ini diperoleh persamaan:
Sehingga dari persamaan di atas diperoleh:
Kecepatan ini disebut kecepatan alir (drift velocity)
4.4. Menghitung besarnya rapat arus drift
Arus Drift Jika suatu medan listrik dikenakan pada suatu konduktor
maka akan menghasilkan gaya pada elektron dan lubang sehingga pembawa muatan tersebut akan mengalami
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan
40
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
percepatan dan gerakan. Gerakan akibat medan listrik disebut drift. Jika kita memiliki muatan volume positif dengan
kerapatan ρ, bergerak dengan kecepatan drift vd , maka rapat arus drift diberikan oleh persamaan:
dimana J dalam satuan coul cm-2 det-1 atau ampere cm-2.
Dengan memepertimbangkan mobilitas elektron maka diperoleh persmaan :
Terlihat bahwa arus drift elektron juga searah dengan medan listrik walaupun gerakan elektron berlawanan arah dengan medan listrik.
dengan audio beberapa tombol navigasi
4.5. Menjelaskan konsep resistivitas listrik
Resistivitas listrik Kebalikan dari konduktivitas listrik adalah resistivitas
listrik. Resistivitas listrik merupakan karakteristik (sifat) suatu
bahan. Resistivitas ini di sebabkan oleh tumbukan electron oleh penghambur yang dapat disebabkan oleh dua faktor:
1. Karena vibrasi kisi atau tumbukan dengan fonon2. Tumbukan dengan atom-atom pengotor
(impuritas) Atom pada kristal mempunyai energi termal dimana di
atas temperatur nol absolut mengakibatkan atom bergetar secara acak disekitar posisinya dalam kristal.
Getaran tersebut akan mengakibatkan gangguan pada fungsi potensial periodik sempurnanya.
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
41
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
(T) dapat diturunkan berdasarkan teori kinetik gas dan
memiliki bentuk :
4.6. menjelaskan konsep kapasitas panas
Kapasitas panas Kapasitas panas didefinisikan sebagai energi panas yang
di butuhkan untuk menaikan temperature suatu zat sebesar satu drajat.
Pada suhu yang lebih besar dari 0oK logam mengandung fonon. Oleh karena itu capasitas panas logam didefinisikan sebagai jumlah kapasitas panas elektron ditambah jumlah kapasitas panas fonon.
Sementara itu kapasita panas elektron didefinisikan
sebagai perubahan energy setiapa satu satuan suhu
dan energy elektron pada suhu T adalah
sehingga kapasitas panas elektron
.
Sementara itu kapasitas panas fonon :
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
42
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Dan kapsitas panas logam :
Hasil eksperimen untuk semua zat padat diperoleh nilai kapasitas panas 3R.
Sementara berdasarkan model elektron bebas klasik ini di
peroleh nilai R sehingga model elektron bebas klasik
tidak dapat menerangkan kapasitas panas logam. Menurut model elektron bebas kuantum energi rata-rata
elektron pada suhu T :
Dari definisi suhu fermi :
Dan kapasitas panas elektron :
Sehingga diperoleh kapasitas panas elektron
4.7. menjelaskan konsep konduktivitas padas
Konduktivitas panas Energi termis di transfer dari satu tempat ke tempat lain
lewat tiga proses yaitu konduksi,konveksi dan radiasi. Pada konduksi energi termis ditransfer lewat interaksi
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan
43
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
antar atom-atom atau molekul walaupun atom-atom dan molekulnya sendiri tidak berpindah.
Pada suatu logam jika salah satu ujung dipanaskan maka atom-atom di ujung yang dipanaskan bergetar dengan energy yang lebih besar dibandingkan atom-atom pada ujung yang lebih dingin.
Karena interaksi atom-atom yang lebih energetik dengan sekitarnya energi dipindahkan sepanjang batang oleh elektron-elektron bebas yang bergerak diseluruh logam, sambil menerima dan member energi termis ketika bertumbukan dengan atom logam.
Aliran energi panas batang yang terdapat perbedaan suhu.dinyatakan oleh :
;
= gradien suhu
K = konduktivitas panas bahan logam Dalam bahan logam konduktivitas panas merupakan
jumlah dari konduksi panas elektron dan fonon sehingga dapat dituliskan :
dengan : dan
dengan audio beberapa tombol navigasi
44
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Karena umumnya : , maka :
5. PITA ENERGI ZAT PADAT 5.1. Menjelaskan konsep teori pita energi zat padat dan implikasinya
Teori pita zat padat Apabila jarak dua atom yang identik seperti atom natrium
jauh sekali maka tingkat energi masing-masing tidak terpengaruh oleh kehadiran tingkat energi lainnya, dan kita dapat membayangkan atom-atomnya berdiri sendiri.
Electron 3s dari setiap atom akan memiliki energi tunggal terhadap intinya.
Jika kedua atomnya kita dekatkan fungsi gelombang mereka mulai bertumpang tindih dan interaksi antara kedua atom menyebabkan terbentuknya dua tingkat 3s bergantung pada apakah kedua fungsi gelombang dijumlahkan atau dikurangkan. Ini tidak lain adalah efek yang bertanggung jawab bagi ikatan molekuler .
Kita dapat membedakan tiga jenis bahan logam berdasarkan jumlah elektron pada pita-pita energinya.1. Konduktor hal ini terjadi bila pita konduksi terisi
sebagian(setengah jumlah elektron) sedangkan pita valensinya di bawahnya terisi penuh dan energi gap nya sangat kecil bahkan dapat dipandang seperti terjadi tumpang tindih antar pita valensi dan pita konduksinya sehingga memiliki sejumlah elektron
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
45
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
bebas yang siap menghantarkan listrik.2. Isolator. Hal ini terjadi bila pita konduksi kosong dan
pita valensi di bawahnya terisi penuh serta memilki energi gap yang sangat lebar.
3. Semikonduktor. Hal ini terjadi bila pita konduksi kosong dan pita valensi di bawahnya terisi penuh serta energi gapnya berada diantara konduktor dan isolator. Akibatnya pada suhu rendah dia bersifat isolator tetapi pada suhu tinggi sebagian elektron memilki energi yang cukup untuk berpindah ke pita konduksi sehingga bersifat sebagai konduktor
5.2. menjelaskan persamaan rapat keadaan menurut fungsi Fermi-Dirac
Rapat keadan (density of state) Distribusi elektron pada pita konduksi dan lubang pada
pita valensi diberikan oleh distribusi Fermi-Dirac
;
Dengan ρc(E) dan ρv(E) adalah fungsi rapat keadaan
(density of states) pada pita konduksi dan pita valensi. fn
(E) dan fp (E) adalah fungsi distribusi Fermi-Dirac elektron pada pitakonduksi dan hole pada pita valensi.
Fungsi rapat keadaan untuk elektron dan lubang masing-masing diberikan diberikan oleh:
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
46
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Persamaan di atas menggambarkan jumlah keadaan kuantum yang tersedia pada pita konduksi dan pada pita valensi per interval satuan volume per satuan energi, mc* dan mv* berturut-turut adalah rapat keadaan massa efektif elektron dan lubang, Ec dan Ev masing-masing adalah energi terendah pada pita konduksi dan pada bagian atas pita valensi dan h adalah konstanta Planck.
Fungsi Fermi-Dirac diberikan oleh
menunjukkan probabilitas bahwa suatu keadaaan yang tersedia (available state) dengan energi E ditempati oleh elektron,
Sedangkan
menunjukkan probabilitas bahwa suatu keadaan dengan energi E tidak ditempati elektron, yaitu ditempati lubang.
Dalam keadaan tidak setimbangan (non-equilibrium) energi Fermi EFn untuk elektron berbeda dengan energi Fermi EFp untuk lubang.
Namun demikian karena kita hanya membatasi pada kasus kesetimbangan (equilibrium) atau kesetimbangan
47
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
semu (quasi-equilibrium) kita asumsikan bahwa EFn = EFp
= EF. dari kedua persamaan di atas terdapat hubungan
adalah fungsi distribusi Fermi-Dirac untuk elektron di mana harganya saling melengkapi dengan fungsi distribusi Fermi-Dirac untuk lubang.
Dengan kata lain jumlah probabilitas suatu keadaan kuantum diisi oleh sebuah elektron dan probabilitas suatu keadaan tidak terisi elektron (diisi oleh lubang) harus sama dengan satu.
Pada persamaan di atas T adalah temperatur mutlak dan k adalah konstanta Boltzmann.
Biasanya banyak dipakai ekspresi perkalian kT dan dinyatakan dalam elektron volt (eV).
Karenanya rumus harga numerik berikut sering digunakan:
di mana T temperatur dalam skala Kelvin
Dengan memasukkan harga temperatur absolut kepersamaan di atas untuk suhu ruang (T=300K) diperoleh kT = 25,8 meV.
5.3. menjelaskan konsep pita energi semikonduktor
Pita energi semikonduktor Bahan semikonduktor memilki sifat kelistrikan antara
bahan konduktor dan isolator, dimana pada pita valensinya terisi penuh elektron sedangkan pada pita konduksinya kosong tetapi memilki energi gap yang kecil.
Sehingga pada suhu yang tinggi elektron-elektron pada
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
48
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
pita valensi memiliki cukup energi untuk berpindah ke pita konduksi sehingga bersifat sebagai konduktor.
5.4. menjelaskan konsep konduktivitas listrik pada semikonduktor
Konduktivitas listrik Rapat arus drift dapat dituliskan sebagai:
Dimana σ disebut sebagai konduktivitas listrik semikonduktor dinyatakan dalam satuan (ohm cm)-1 dan merupakan fungsi dari konsentrasi lubang dan elektron dan mobilitas.
Kebalikan konduktivitas disebut resistivitas disimbulkan dengan ρ dan memiliki satuan ohm cm, dituliskan sebagai
Jika sebatang semikonduktor seperti pada seperti gambar dikenai beda potensial sehingga menghasilkan arus I maka kita dapat menuliskan rapat arus sebagai:
Serta medan listrik sebagai:
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
49
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Sekarang kita bisa menuliskan kembali persamaan rapat
arus sebagai:
Atau
Merupakan hukum ohm dalam semi konduktor resistansi merupakan fungsi dari resistivitas atau konduktivitas atau besarnya bergantung pada dimensi atau geometri dari semi konduktor.
5.5. menjelaskan konsep Efek Hall dalam menentukan tipe semikonduktor
Efek Hall Efek Hall digunakan untuk menentukan apakah suatu
semikonduktor bertipe-p atau bertipe-n dan digunakan untuk menentukan konsentrasi dan mobilitas pembawa muatan mayoritas.
Efek Hall timbul akibat adanya gaya pada muatan yang bergerak karena adanya medan listrik.
Gaya yang bekerja pada suatu partikel bermuatan q yang bergerak dengan dalam medan magnet diberikan oleh
teks yang bukan kata kunci dikurangi
ditambahkan penjelasan teks dan gambar 2D dengan audio
ditambahkan animasi dan simulasi
ditambahkan beberapa tombol navigasi
50
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
dimana cross product diambil antara kecepatan dan medan magnet sehingga vektor gaya akan tegak lurus keduanya.
Gambar diatas mengilustrasikan terjadinya efek Hall. Suatu semikonduktor dengan arus Ix ditempatkan dalam
medan magnet tegak lurus dengan arah arus. Dalam hal ini medan magnet dalam arah z. Aliran
elektron dan lubang dalam semikonduktor akan mengalami gaya seperti diperlihatkan dalam gambar.
Gaya pada elektron dan lubang pada arah –y. Pada semikonduktor tipe-p (po > no), mutan positif akan
terkumpul pada permukaan y = 0. Muatan ini akan menghasilkan medan listrik pada arah y
seperti ditunjukkan pada gambar. Dalam keadaan setimbang, gaya medan magnet akan
sama dengan gaya medan listrik. Kesetimbangan tersebut dapat dituliskan sebagai :
Dan menjadi
51
Pokok Bahasan dan Tujuan Pembelajaran
Visual Audiotorial Kinestetik
Medan listrik induksi pada arah y disebut “medan Hall”.
Medan Hall menghasilkan beda potensial yang disebut sebagai “tegangan Hall” dan dapat dituliskan sebagai
dimana EH diasumsikan berharga positif ke arah +y dan VH adalah positif dengan polaritas seperti diperlihatkan.
Pada semikonduktor tipe-p dimana lubang sebagai pembawa muatan mayoritas, tegangan Hall akan berharga positif seperti terdifinisikan pada gambar diatas
Pada semikonduktor tipe-n dimana elektron sebagai pembawa muatan mayoritas, tegangan Hall akan memiliki polaritas kebalikannya.
Polaritas inilah yang digunakan untuk menentukan apakah suatu semikonduktor bertipe-p atau bertipe-n.
52
RUBRIK PENILAIAN MMI ADAPTIF
A. RUBRIK ISI :
No Kriteria 1 2 3 Skor1 Kebenaran konsep : konsep-konsep yang
disajikan dalam MMI Adaptif seharusnya benarTerdapakonsep pada MMI Adaptif yang disajikan dengan tidak benar
Semua konsep yang disajikan pada MMI Adaptif sudah benar, tapi ada lebih dari satu konsep yang disajikan secara meragukan
MMI Adaptif telah menyajikan semua konsep dengan benar
2 Kedalaman konsep : MMI Adaptif menyajikan konsep dengan kedalaman Pendahuluan Fisika Zat Padat untuk mahasiswa calon guru
Kedalaman konsep pada MMI Adaptif untuk pendahuluan fisika zat padat mahasiswa calon guru terlalu dalam atau teralu dangkal
Secara umum kedalaman konsep pada MMI Adaptif sesuai pendahuluan fisika zat padat untuk mahasiswa calon guru, tetapi ada satu atau lebih subkonsep yang terlalu dalam atau terlalu dangkal
Secara umum kedalaman konsep pada MMI Adaptif telah sesuai dengan mata kuliah pendahuluan fisika zat padat untuk mahasiswa calon guru
3 Keluasan konsep : Konsep-konsep yang disajikan dalam MMI Adaptif disertai dengan contoh yang relevan
Aplikasi konsep yang disajikan dalam MMI Adaptif tidak menyentuh aspek penerapan pada mahasiswa calon guru fisika
Aplikasi konsep yang disajikan pada MMI Adaptif kurang menyentuh aspek penerapan pada mahasiswa calon guru fisika
Aplikasi konsep yang disajikan pada MMI Adaptif telah meyentuh secara mendalam penerapan pada mahasiswa calon guru fisika
4 Melatihkan cara pemecahan masalah : MMI Adaptif menunjukkan cara-cara pemecahan masalah disertai contoh dan latihan pemecahan masalah
MMI Adaptif tidak melatihkan langkah-langkah pemecahan masalah
MMI Adaptif kurang melatihkan langkah-langkah pemecahan masalah
MMI Adaptif telah melatihkan langkah-langkah pemecahan masalah
5 Struktur penyajian : penyajian konsep pada MMI Adaptif menggunakan struktur penyajian yang benar
MMI Adaptif tidak mengikuti struktur penyajian seprti kriteria
MMI Adaptif kurang mengikuti struktur penyajian seprti kriteria
MMI Adaptif telah mengikuti struktur penyajian seprti kriteria
6 Aliran penyajian : MMI Adaptif menyajikan MMI Adaptif tidak mengikuti MMI Adaptif kurang MMI Adaptif telah
53
informasi dengan bermakna, pemotongan informasi memperhatikan kebermaknaan
aliran penyajian seperti kriteria mengikuti aliran penyajian seperti kriteria
mengikuti aliran penyajian seperti kriteria
7 Kabahasaan Tulis : penulisan teks dalam MMI Adaptif memperhatikan tata bahasa, ejaan, simbol dan rumus
Hampir semua halaman MMI Adaptif tidak memenuhi kriteria kabahasaan tulis
Hampir semua halaman MMI Adaptif telah memenuhi kriteria kabahasaan tulis
Semua halaman MMI Adaptif memenuhi kriteria kabahasaan tulis
8 Kebahasaan Narasi : pengucapan dalam MMI Adaptif telah memperhatikan tata pengucapan teks, nama, simbol dan rumus
Hampir semua halaman MMI Adaptif tidak memenuhi kriteria kabahasaan narasi
Hampir semua halaman MMI Adaptif telah memenuhi kriteria kabahasaan narasi
Semua halaman MMI Adaptif memenuhi kriteria kabahasaan narasi
RUBRIK TEKNIS :
No Kriteria 1 2 3 Skor1 Tautan (link) menu dan sub-menu : tautan
menu dan sub-menu berjalan dengan benarTerdapat menu atau sub-menu yang tidak bertautan dengan isinya saat di-klik
Terdapat menu atau sub-menu yang tidak bertautan dengan sempurna dengan isinya saat di-klik
Semua menu atau sub-menu yang telah bertautan dengan sempurna dengan isinya saat di-klik
2 Navigasi tautan (link) : tautan maju, mundur ke menu lainnya, tautan dengan file eksternal berjalan dengan benar
Terdapat navigasi yang tidak bertautan dengan halaman yang dimaksud saat di-klik
Terdapat navigasi yang tidak bertautan dengan sempurna halaman yang dimaksud saat di-klik
Semua navigasi yang telah bertautan dengan halaman yang dimaksud saat di-klik
3 Bantuan : halaman bantuan dapat diakses Menu “Petunjuk” tidak ada isinya atau tidak dapat diakses
Menu “Petunjuk” dapat diakses tetapi isinya tidak memadai
Menu “Petunjuk” dapat diakses dan isinya telah memadai
4 Pilihan jawaban pada soal : terdapat respon pilihan jawaban saat di-klik
Lebih dari 3 halaman yang tidak ada respon saat pilihan jawaban di-klik
Terdapat 3 halaman atau kurang yang tidak ada respon jawaban saat di-klik
Semua jawaban memberikan respon saat di-klik
5 Elemen-elemen media : teks, suara, grafik dan Lebih dari 3 halaman yang Terdapat 3 halaman atau Semua elemen-elemen media
54
video bekerja elemen medianya tidak bekerja dengan baik
kurang yang elemen halamannya tidak bekerja dengan baik
bekerja dengan baik
6 Keinteraktifan : MMI Adaptif telah menerapkan keinteraktifan dengan pengguna
MMI Adaptif tidak interaktif MMI Adaptif sudah relative interaktif, tetapi seharusnya masih dapat lebih interaktif lagi
MMI Adaptif sudah interaktif sesaui dengan kriteria
7 Keadaptifan : MMI Adaptif terhadap perbedaan gaya belajar mahasiswa
MMI Adaptif tidak adaptif terhadap perbedaan gaya belajar mahasiswa
MMI Adaptif kurang adaptif terhadap perbedaan gaya belajar mahasiswa
MMI Adaptif telah adaptif terhadap perbedaan gaya belajar mahasiswa
8 Kemudahan bagi pengguna : MMI Adaptif mudah digunakan, navigasi mengikuti kaidah umum
MMI Adaptif tidak mudah dipelajari oleh pengguna
Secara umum MMI Adaptif dapat dipelajari oleh pengguna
MMI Adaptif mudah dipelajari
RUBRIK PENYAJIAN :
No Kriteria 1 2 3 Skor1 Kejelasan : konsep, contoh dan asalah disajikan
dengan jelas dalam MMI AdaptifLebih dari 3 halaman MMI Adaptif yang tidak menyajikan secara jelas konsep, masalah dan contoh
Terdapat dari 3 halaman MMI Adaptif atau kurang yang tidak menyajikan secara jelas konsep, masalah dan contoh
Semua halaman MMI Adaptif menyajikan secara jelas konsep, masalah dan contoh
2 Relevansi : penyajian MMI Adaptif sesuai dengan tujuan penerapan konsep pendahuluan fisika zat padat
Penyajian MMI Adaptif tidak sesuai dengan tujuan penerapan konsep pendahuluan fisika zat padat
Penyajian MMI Adaptif kurang sesuai dengan tujuan penerapan konsep pendahuluan fisika zat padat
Penyajian MMI Adaptif telah sesuai dengan tujuan penerapan konsep pendahuluan fisika zat padat
3 Pengorganisasian : pengorganisasian penyajian konsep dalam MMI Adaptif logis dan sistematis
Pengorganisasian penyajian konsep dalam MMI Adaptif tidak logis dan tidak sistematis
Pengorganisasian penyajian konsep dalam MMI Adaptif kurang logis dankurang sistematis
Pengorganisasian penyajian konsep dalam MMI Adaptif logis dan sistematis
55
4 Kemenarikan : secara umum MMI Adaptif menarik untuk dipelajari
Secara umum MMI Adaptif tidak menarik untuk dipelajari
Secara umum MMI Adaptif kurang menarik untuk dipelajari
Secara umum MMI Adaptif menarik untuk dipelajari
5 Keyakinan : secara keseluruhan MMI Adaptif memberikan keyakinan bagi pengguna setelah mempelajarinya
Secara keseluruhan MMI Adaptif tidak memberikan keyakinan bagi pengguna setelah mempelajarinya
Secara keseluruhan MMI Adaptif kurang memberikan keyakinan bagi pengguna setelah mempelajarinya
Secara keseluruhan MMI Adaptif telah memberikan keyakinan bagi pengguna setelah mempelajarinya
6 Kepuasan : secara umum pengguna merasa puas setelah mempelajari MMI Adaptif
Secara umum pengguna merasa tidak puas setelah mempelajari MMI Adaptif
Secara umum pengguna merasa kurang puas setelah mempelajari MMI Adaptif
Secara umum pengguna merasa puas setelah mempelajari MMI Adaptif
7 Hasil : pengguna memperoleh hasil setelah mempelajari MMI Adaptif
Pengguna tidak memperoleh hasil setelah mempelajari MMI Adaptif
Pengguna kurang memperoleh hasil setelah mempelajari MMI Adaptif
Pengguna memperoleh hasil setelah mempelajari MMI Adaptif
8 Tindak lanjut : perlu untuk materi fisika lain yang bersifat abstrak untuk diajarkan dengan MMI Adaptif
Tidak perlu untuk materi fisika lain yang bersifat abstrak untuk diajarkan dengan MMI Adaptif
Kurang perlu untuk materi fisika lain yang bersifat abstrak untuk diajarkan dengan MMI Adaptif
Perlu untuk materi fisika lain yang bersifat abstrak untuk diajarkan dengan MMI Adaptif
Saran untuk perbaikan MMI Adaptif Pendahuluan Fisika Zat Padat :------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------