PHOTODIODE DAN PHOTOTRANSISTOR
1. Tujuan
Mengetahui pengaruh cahaya terhadap sensor photodiode.
2. Materi
13.1
PENGERTIAN LAJU REAKSI
LAJU REAKSI ADALAH PERUBAHAN KONSENTRASI DARI REAKTAN ATAUPUN PRODUK PER SATU SATUAN WAKTU. UNTUK REAKSI DENGAN REAKTAN A DAN B MENGHASILKAN PRODUK C DAN D SEPERTI PADA RUMUS PERSAMAAN REAKSI BERIKUT, SEIRING WAKTU JUMLAH MOLEKUL REAKTAN A DAN B AKAN BERKURANG DAN JUMLAH MOLEKUL PRODUK C DAN D AKAN BERTAMBAH, DAN RUMUS LAJU REAKSI (V) YAITU:
TANDA NEGATIF PADA LAJU PERUBAHAN KONSENTRASI REAKTAN A DAN B (REAKTAN) DITUJUKAN AGAR NILAINYA POSITIF, SEBAGAIMANA LAJU REAKSI ADALAH BESARAN YANG NILAINYA HARUS SELALU POSITIF. SATUANNYA ADALAH M S-1 ATAU MOL L-1 S-1.
TEORI TUMBUKAN
TEORI TUMBUKAN MENYATAKAN BAHWA PARTIKEL-PARTIKEL REAKTAN HARUS SALING BERTUMBUKAN UNTUK BEREAKSI. TUMBUKAN ANTAR PARTIKEL REAKTAN YANG BERHASIL MENGHASILKAN REAKSI DISEBUT TUMBUKAN EFEKTIF. ENERGI MINIMUM YANG HARUS DIMILIKI OLEH PARTIKEL REAKTAN UNTUK BERTUMBUKAN EFEKTIF DISEBUT ENERGI AKTIVASI (EA). PADA DASARNYA, LAJU REAKSI BERGANTUNG PADA:
1. Orientasi (arah) tumbukan partikel
PADA REAKSI UMUMNYA, PARTIKEL HARUS DALAM ORIENTASI YANG TERTENTU KETIKA BERTUMBUKAN AGAR TUMBUKAN YANG TERJADI EFEKTIF MENGHASILKAN REAKSI. SEBAGAI CONTOH, PERHATIKAN BEBERAPA TUMBUKAN YANG MUNGKIN TERJADI ANTARA MOLEKUL GAS NO DAN MOLEKUL GAS NO3 DALAM REAKSI:
NO(G) + NO3(G) → 2NO2(G)
ILUSTRASI PENTINGNYA ORIENTASI DARI TUMBUKAN
(SUMBER: SILBERBERG, MARTIN S. 2009. CHEMISTRY: THE MOLECULAR NATURE OF MATTER AND CHANGE (5TH EDITION). NEW YORK: MCGRAW HILL)
2. Frekuensi terjadinya tumbukan partikel
SEMAKIN SERING TERJADINYA TUMBUKAN PARTIKEL (FREKUENSI TUMBUKAN TINGGI) MAKA SEMAKIN BESAR PELUANG TERJADINYA TUMBUKAN EFEKTIF SEHINGGA LAJU REAKSI JUGA MENJADI SEMAKIN CEPAT.
3. Energi partikel reaktan yang bertumbukan
ENERGI PARTIKEL REAKTAN YANG BERTUMBUKAN HARUS MELAMPAUI ENERGI AKTIVASI, YAKNI ENERGI PENGHALANG TERJADINYA REAKSI, SEHINGGA REAKSI DAPAT TERJADI. BILA ENERGI AKTIVASI SEMAKIN RENDAH, MAKA LAJU REAKSINYA AKAN SEMAKIN CEPAT.
13.2
HUKUM LAJU
Hukum laju (persamaan laju) menyatakan hubungan antara laju reaksi dengan konsentrasi dari reaktan dipangkatkan bilangan tertentu. Untuk reaksi:
aA + bB → cC + dD
Hukumnya adalah:
di mana nilai konstanta laju, k dan nilai x dan y ditentukan berdasarkan eksperimen, bukan berdasarkan koefisien stoikiometri persamaan reaksi setara. Untuk reaksi tersebut, dikatakan reaksi orde ke-x terhadap A, orde ke-y terhadap B, dan orde reaksi total sama dengan x + y.
Contoh soal:
Eksperimen | Laju reaksi awal (M s-1) | [NO2] awal (M) | [CO] awal (M) |
1 | 0,005 | 0,10 | 0,10 |
2 | 0,080 | 0,40 | 0,10 |
3 | 0,005 | 0,10 | 0,20 |
Berdasarkan data eksperimen reaksi di atas, tentukan:
- orde reaksi terhadap NO2
- orde reaksi terhadap CO
- orde reaksi total
- konstanta laju
- laju reaksi ketika [NO2] = 0,40 M dan [CO] = 0,40 M
Jawab:
Pertama, asumsikan bahwa hukum laju dari reaksi ini yaitu:
a. Untuk menghitung nilai x pada [NO2]x, kita perlu membandingkan data eksperimen 1 dan 2, di mana [NO2] bervariasi namun [CO] konstan.
atau
Diperoleh 16 = (4)x, dengan demikian x = 2. Jadi, orde reaksi terhadap NO2 = 2.
b. Untuk menghitung nilai y pada [CO]y, kita perlu membandingkan data eksperimen 1 dan 3, di mana [CO] bervariasi namun [NO2] konstan.
atau
Diperoleh 1 = (2)y, dengan demikian y = 0. Jadi, orde reaksi terhadap CO = 0.
c. Hukum laju reaksi ini yaitu . Orde reaksi keseluruhan = x + y = 2 + 0 = 2
d. Untuk menghitung konstanta laju, digunakan salah satu data eksperimen di atas, misalnya eksperimen 1.
e.
13.3
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
Faktor ini memungkinkan kita untuk mengontrol laju reaksi, yaitu memperlambat reaksi yang tidak diinginkan dan meningkatkan laju reaksi yang menguntungkan.
Berikut faktor – faktor yang mempengaruhi laju reaksi antara lain:
- Konsentrasi, semakin tinggi konsentrasi maka tumbukan antar molekul akan semakin sering terjadi dan reaksi akan berlangsung semakin cepat.
- Luas Permukaan Bidang Sentuh, semakin luas permukaan partikel maka frekuensi tumbukan kemungkinan akan semakin tinggi sehingga reaksi dapat berlangsung lebih cepat.
- Temperatur, laju reaksi akan semakin cepat bila suhunya naik.
- Katalisator, merupakan zat yang dapat mempercepat laju reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi.
Contoh Soal Laju Reaksi
Contoh 1
Kedalam ruang yang volumenya 2 liter, dimasukkan 4 mol gas HI yang kemudian terurai menjadi gas H2 dan I2.
Setelah 5 detik, dalam ruang tersebut terdapat 1 mol gas H2. Tentukan laju reaksi pembentukan gas H2 dan laju reaksi peruraian gas HI berturut-turut adalah…
Penyelesaian:
Contoh 2
Suatu reaksi kimia yang berlangsung pada suhu 30°C memerlukan waktu 40 detik. Setiap kenaikan suhu 10°C, reaksi akan lebih cepat dua kali dari semula. berapakah waktu yang diperlukan jika suhu dinaikkan menjadi 50°C.
Penyelesaian:
Contoh 3
Jika pada reaksi N2 + H2 → NH3, kecepatan reaksi berdasarkan N2 dinyatakan sebagai xN dan berdasarkan H2 dinyatakan sebagai xH maka persamaan yang tepat adalah…
Penyelesaian:
Jadi, persamaan reaksi yang tepat untuk mengambarkan reaksi tersebut adalah xN=xH
Photodiode
- Silikon (Si) : Arus Gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 400nm hingga 1000nm (terbaik di jarak 800nm – 900nm)
- Germanium (Ge) : Arus Gelap lebih tinggi, berkecepatan rendah, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900nm – 1600nm (terbaik di jarak 1400nm – 1500nm)
- Indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) : Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 1000nm – 1350nm (terbaik di jarak 1100nm – 1300nm)
- Indium gallium arsenide (InGaAs) : Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900nm – 1700nm (terbaik di jarak 1300nm – 1600nm)
Bentuk dan Simbol Photodiode (Dioda Foto)
Prinsip Kerja Photodiode (Dioda Foto)
Model Pengoperasian Photodiode (Dioda Foto)
- Model Photovoltaic
Seperti Sel Surya (Solar Sel), Photodiode juga dapat menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Namun tegangan dan arus listrik yang dihasilkannya sangat kecil dan tidak cukup untuk menyala sebuah lampu maupun perangkat elektronika.
- Model Photoconductive
Karakteristik photodioda
- Arus linier bergantung pad intensitas cahaya
- Respons frekuensi bergantung pada bahan (Si 900 nm, gas 1500 nm, Ge 2000 nm)
- Digunakan sebagai sumber arus
Phototransistor
- Phototransistor menghasilkan arus yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan photodiode.
- Phototransistor relatif lebih murah, lebih sederhana dan lebih kecil sehingga mudah untuk diintegrasikan ke berbagai rangkaian elektronika.
- Phototransistor memiliki respon yang cepat dan mampu menghasilkan output yang hampir mendekati instan.
- Phototransistor dapat menghasilkan tegangan, sedangkan photoresistor tidak bisa.
- Phototransistor yang terbuat dari Silikon tidak dapat menangani tegangan yang melebihi 1000Volt
- Phototransistor sangat rentan terhadap lonjakan listrik yang mendadak (electric surge).
- Phototransistor tidak memungkin elektron bergerak sebebas perangkat lainnya (contoh: Tabung elektron).
- Dalam rangkaian jika menerima cahaya akan berfungsi sebagai resistan
- Dapat menerima penerimaan cahaya yang redup
- Respon waktu cukup cepat
- Apabila tidak menerima cahaya maka tidak akan menghantarkan arus
- Output phototransistor bergantung pada cahaya yang masuk
3. Komponen Rangkaian
- Led
- Resistor
- Photodiode
- Transistor
5. Prinsip Kerja
- Pada saat malam hari (saat photo diode tidak terkena cahaya), photodiode akan memiliki tahanan yang sangat besar sehingga transistor q1 akan switches off dan transistor q2 akan switches on, sehingga arus listrik tidak akan melewati transistor q1. Transistor q1 mengalami switches off karna pada terminal basis bernilai nol dan tidak arus emitor sehingga saklar dapat dikatakan off. Dan arus mengalir kearah led dan masuk menuju terminal kolektor, arus juga mengalir masuk dari terminal basis sehingga transistor q2 akan dalam keadaan switches on dan arus kembali lagi arah sumber arus.
- Pada saat siang hari ( saat photodiode terkena cahaya), photodiode akan memiliki tahanan yang sangat kecil . Kondisi ini akan menyebabkan arus listrik akan mengalir kearah terminal basis transistor q2, arus listrik akan masuk mengalir ke arah terminal emitter dan transistor q1 akan mengalami switches on. Sehingga tidak ada arus yang mengalir ke arah basis terminal basis sehingga transistor q2 mengalami switches off menyebabkan tidak ada arus yang akan mengalir ke arah LED.
7. Link Download
Link video [Disini]
Link rangkaian [Disini]
Link HTML [Disini]
Link datasheet [Disini]
Tidak ada komentar:
Posting Komentar