Hikayat Ilmiah Si Lampu Pijar



Dulu, sewaktu aku masih kecil, kampungku: Manipi, belum punya listrik. Jika petang sudah masuk, dan alam mulai remang-remang, maka Bapakku akan duduk di lantai dengan sebuah lampu petromaks di depannya. Dinyalakannya lampu itu dengan cara menyulut bagian tengah lampu tempat dimana terikat apa yang di kampungku di sebut “kos lampu”. Maka seketika api menyala, menyambar-nyambar. Seperti obor. Jika maksud Bapakku dengan lampu petromaks itu adalah untuk penerangan, maka bagiku tak perlu lampu petromaks. Cukup pakai obor saja. Sebatang bambu beruas, diisi minyak tanah, lalu bagian atasnya disumpal dengan perca-perca kain atau serabut kelapa lantas disulut api. Hasilnya sama.

Tapi apa yang dilakukan oleh Bapakku tidak sampai di situ. Kedua kakinya menjepit lampu petromaks itu. Kemudian dengan tangannya, sebuah batangan di badan lampu itu ditariknya lalu didorongnya berulang-ulang. Bapak mengocok minyak lampu petromaks itu berkali-kali. Pekerjaan mengocok-ocok ini cukup lama dilakukan. Cukup membuat Bapakku bersimbah peluh. Tapi tak berselang lama kemudian, nyala api pun padam. Yang tersisa kini adalah sinar putih terang yang menyinari ruangan rumah kami sekeluarga. Maka jadilah lampu petromaks itu pengganti sementara sumber cahaya matahari yang sudah beristirahat di peraduannya. Sumber cahaya yang hanya mampu menyinari sebagian kecil ruangan rumah.

Cerita di atas adalah sepenggal kecil fragmen masa kecilku. Sekarang listrik bukan hal baru lagi di Manipi. Bahkan sudah usang. Untuk urusan penerangan di dalam rumah, sekarang kita tinggal menekan sebuah saklar di dinding dan seketika sebuah perkakas teknologi yang menggantung di langit-langit rumah, yang disebut lampu pijar listrik, akan memancarkan cahaya terang benderang menyinari ruangan. Lampu pijar listrik ini menggantikan peran lampu petromaks yang memerlukan tenaga dan waktu ekstra untuk menyalakannya. Atau peran obor yang meninggalkan jelaga di langit-langit rumah.

Sungguh hebat lampu jenis ini. Praktis dan mudah. Salah satu bukti prestasi teknologi umat manusia. Siapa yang telah begitu berjasa memikirkan dan membuatnya? Bagaimana bisa alat semacam itu dapat memancarkan cahaya?

Adalah dua orang Inggris, Sir Joseph Swan dan Sir Thomas Alpha Edison merupakan pemegang hak paten atas alat semacam itu pada tahun yang hampir bersamaan (masing-masing pada tahun 1878 dan 1879), dan dalam kurun waktu 25 tahun selanjutnya, ribuan orang di seluruh dunia telah menggunakan lampu ini di rumah-rumah mereka. Kampungku, Manipi, jauh—bahkan sangat jauh—lebih belakangan menikmatinya.

Bagaimana lampu pijar ini dapat menerangi ruangan di rumah-rumah kita? Ini adalah bagian dari ilmu fisika.

Fisika Cahaya

Cahaya adalah sebuah bentuk energi yang dapat dilepaskan oleh sebuah atom. Cahaya terdiri atas paket-paket energi yang mirip partikel karena memiliki momentum dan energi namun tidak memiliki massa. Paket-paket energi ini disebut foton cahaya dan merupakan unit paling dasar dari cahaya.

Atom akan melepaskan foton cahaya ketika elektron-elektronnya berada dalam keadaan tereksitasi. Sebagaimana kita sudah tahu bahwa elektron merupakan sebuah partikel yang bermuatan negatif yang bergerak di seputar inti atom. Inti atom ini bermuatan positif. Sebuah elektron atom memiliki tingkat-tingkat energi yang berbeda-beda, yang bergantung pada sejumlah faktor, di antaranya kecepatan dan jaraknya dari inti atom. Elektron-elektron yang memiliki energi yang berbeda-beda menempati orbital yang berbeda-beda pula. Secara umum, elektron yang memiliki energi yang lebih tinggi dapat berpindah ke orbital yang semakin jauh dari inti atom. Saat atom menerima atau kehilangan sejumlah energi, maka perubahan energi ini akan memicu terjadinya perpindahan elektron. Jika sejumlah energi diterima oleh atom, elektron akan berpindah ke tingkat orbital yang lebih tinggi (orbital yang semakin jauh dari inti atom). Elektron ini hanya dapat bertahan selama beberapa saat di orbital baru itu, hanya sepersekian detik, bahkan hampir hanya seketika, lalu kemudian elektron tersebut akan kembali ke orbital awalnya. Saat elektron kembali ke orbital awalnya, maka elektron ini akan melepaskan energi dalam bentuk foton, dalam sejumlah kasus berupa foton cahaya.


Panjang gelombang cahaya yang dipancarkannya (panjang gelombang ini menentukan warna cahayanya) bergantung pada seberapa besar energi yang dilepaskan, yang bergantung pada posisi tertentu elektron tersebut. Akibatnya, perbedaan susunan atom akan melepaskan susunan foton cahaya yang berbeda juga. Kata lainnya, warna dari cahaya yang dipancarkan ditentukan oleh jenis atom yang mengalami eksitasi.

Inilah mekanisme dasar pada hampir semua sumber cahaya sehingga dapat memancarkan cahaya. Perbedaan utama antara sumber-sumber cahaya tersebut hanyalah terletak pada proses mengeksitasikan atom-atomnya.

Cara Kerja Lampu Pijar


Lampu pijar sebenarnya memiliki susunan yang sederhana, seperti tampak pada gambar di bawah ini.



Pada bagian dasarnya terdapat dua buah kontak logam, yang dihubungkan ke terminal-terminal sumber listrik. Kontak logam ini dihubungkan dengan dua kawat tipis, yang selanjutnya menjadi tempat untuk mengikatkan sebuah logam tipis yang disebut filamen. Filamen ini terletak di tengah-tengah bohlam lampu yang ditegakkan dengan menggunakan semacam batang penyangga yang terbuat dari kaca. Kawat tipis dan filamen lampu ini ditempatkan dalam sebuah wadah tabung kaca yang diisi dengan gas yang bersifat inert misalnya argon.

Saat dihubungkan dengan sumber tegangan, arus listrik akan mengalir dari titik persambungan satu ke titik persambungan lain melalui kawat dan filamen. Pada sebuah konduktor padat, arus listrik ini ditimbulkan oleh pergerakan elektron-elektron bebas (yaitu elektron-elektron yang tidak terikat kuat dengan atomnya) dari daerah yang bermuatan positif ke daerah yang bermuatan negatif.

Ketika elektron-elektron ini bergerak melalui filamen, elektron-elektron ini akan menabrak atom-atom penyusun filamen. Tiap tumbukan yang terjadi saat elektron menabrak atom akan menimbulkan energi. Energi ini menyebabkan atom-atom filamen bergetar. Akibat getaran ini, maka atom-atom filamen akan menjadi panas. Semakin tipis filamennya akan semakin mudah panas.

Energi panas akan menyebabkan elektron yang terikat pada atom filamen terdorong untuk melompat ke tingkat energi yang lebih tinggi. Saat elektron ini kembali ke kedudukan awalnya, maka elektron akan melepaskan energi dalam bentuk foton. Atom-atom sebuah logam umumnya akan melepaskan foton cahaya inframerah, yang tidak terlihat secara kasat mata. Tetapi apabila atomnya dipanaskan hingga temperatur tertentu (sekitar 2.200 derajat Celcius seperti yang terjadi pada filamen lampu pijar), maka foton cahaya yang dipancarkannya akan berupa foton cahaya tampak.

Filamen dalam sebuah lampu pijar terbuat dari logam tungsten yang cukup panjang tetapi sangat tipis. Untuk sebuah lampu pijar 60 watt, panjang filamen tungstennya sekitar 2 meter dengan ketebalan seperseratusan inci. Tungsten ini digulung menjadi sebuah koil. Selanjutnya koil ini digulung lagi membentuk koil yang lebih besar sehingga terbentuk koil ganda. Dengan cara ini, filamen yang panjangnya kurang lebih 2 meter dapat dimasukkan ke dalam wadah bohlam yang sempit. Pada lampu pijar 60 watt panjang koil ini lebih kecil dari satu inci.

Tungsten merupakan pilihan bahan filamen yang paling banyak digunakan pada hampir semua lampu pijar. Mengapa?

Seperti diketahui, sebuah logam harus dipanaskan hingga pada temperatur yang sangat tinggi agar dapat memancarkan foton cahaya tampak. Pada temperatur yang sangat tinggi ini, hampir semua logam akan meleleh. Hal ini terjadi karena getaran dalam atom-atom logam akan merusak struktur ikatan padat antara atom-atom logam sehingga logam mencair. Pemakaian tungsten sebagai bahan filamen lampu pijar tak lain karena tungsten memiliki temperatur titik leleh yang luar biasa tingginya.

Walaupun demikian tetap ada masalah mengenai pemakaian tungsten ini. Saat mencapai temperatur yang sangat tinggi dan kondisi tertentu terpenuhi, logam tungsten akan menimbulkan percikan bunga-bunga api. Ini berpotensi menimbulkan kebakaran jika bereaksi dengan oksigen. Oleh karena itu, untuk menghindari hal yang tidak diinginkan ini, maka filamen lampu pijar diletakkan dalam sebuah wadah kaca yang divakumkan.

Pemvakuman ini sebenarnya punya efek buruk terhadap usia lampu. Hal ini ditimbulkan oleh peristiwa evaporasi atom tungsten. Pada temperatur yang sangat tinggi, getaran atom-atom tungsten cukup kuat sehingga dapat menyebabkan beberapa atomnya terlepas dari ikatan antar atom-atomnya. Atom yang terlepas ini akan melayang-layang di udara. Pada keadaan vakum, atom tungsten yang terlepas akan terlontar ke bawah dan berkumpul mengendap di dasar kaca lampu. Semakin banyak atom tungsten yang mengalami evaporasi maka filamen tungsten akan menjadi rusak. Di sisi lain endapan atom tungsten di dasar lampu akan semakin banyak sehingga akan menjadi hitam. Hal ini tentu mengurangi usia lampu pijar. Oleh karena itu, wadah kaca lampu pijar sesungguhnya tidak vakum tetapi diisi dengan gas yang bersifat inert seperti gas argon. Dengan adanya gas ini, maka pada saat atom tungsten mengalami evaporasi, atom tersebut akan bertumbukan dengan atom argon sehingga terpental kembali ke arah filamen dan bergabung kembali membentuk struktur padat seperti semula. Karena gas yang bersifat inert ini tidak dapat bereaksi dengan unsur-unsur lainnya, maka tetap tidak ada kemungkinan terjadi kebakaran.

Nah, demikianlah hikayat bagaimana lampu pijar ini dapat bekerja. Sebuah sumber cahaya yang murah, efektif, dan mudah digunakan. Walaupun demikian, tampaknya lampu ini tidaklah terlalu efisien. Hampir sebagian besar energi yang dihasilkannya dilepaskan dalam bentuk panas. Panas ini melepaskan foton-foton cahaya inframerah. Hanya sekitar 10 persen dari foton cahaya yang dihasilkannya yang berada dalam spektrum cahaya tampak. Tentu saja ini berarti pemborosan energi listrik.

Apakah ada jenis sumber cahaya lain, yang murah, efektif, dan mudah dipakai, yang dapat kita gunakan untuk menerangi rumah-rumah kita tanpa pemborosan energi listrik yang terlalu besar seperti lampu pijar?

Jawabnya: Ada! Tetapi tunggulah. Suatu saat kita akan mengulas lampu jenis ini. Tetaplah bertandang ke blog ini!



Hikayat Ilmiah Si Lampu Pijar Hikayat Ilmiah Si Lampu Pijar Reviewed by Momang Yusuf on 12/23/2008 05:03:00 PM Rating: 5

6 komentar:

  1. makasi banyak ya mas Mhomank sangat bermanfaat sekali buat saya, tapi kok gambar animasi mari belajar fisika setelah sy copy kayak pindah ya,kan aslinya hrs ada atau sy salah copy,dikoreksi ya mas.

    BalasHapus
  2. musa tandiarrang: terima kasih kembali Mas. Animasi yg Anda maksud itu sedang dipindahkan. Tadinya disimpan untuk didownload di geocities, tapi karena situs geocities sdh tutup, makanya file2nya banyak yg tidak bisa didownload lagi. Kalau Anda mau download animasi, silahkan kunjungi web: http://bugishq.blogspot.com. di situ banyak animasi yg dapat Anda download. Terimakasih, semoga sukses...

    BalasHapus
  3. trimakasih banyak ya....
    akhirnya, tugas ku terjawab di sini.....

    BalasHapus
  4. terima kasih atas infonya

    BalasHapus
  5. Perkenalkan, saya dari tim kumpulbagi. Saya ingin tau, apakah kiranya anda berencana untuk mengoleksi files menggunakan hosting yang baru?
    Jika ya, silahkan kunjungi website ini www.kumpulbagi.com untuk info selengkapnya.

    Di sana anda bisa dengan bebas share dan mendowload foto-foto keluarga dan trip, music, video, filem dll dalam jumlah dan waktu yang tidak terbatas, setelah registrasi terlebih dahulu. Gratis :)

    BalasHapus

Diberdayakan oleh Blogger.