Jisim dan tenaga

Pengenalan
Cabang sains yang digelar fizik (English-physics) ialah cabang sains yang membincangkan mengenai kesemua fenomena-fenomena alam yang melibatkan sama ada benda hidup mahupun bukan hidup, dari yang nyata seperti atom dan jisim dan juga ghaib seperti tenaga dan gelombang.

Untuk tujuan tersebut, pengelasan ke atas isi alam diperlukan bagi memudahkan usaha penyelidikan dilakukan. Dari pengelasan ini, maka terbentuklah konsep yang digelar lembaga (English-entity).

Lembaga
Lembaga (English-entity) ialah apa sahaja yang menghuni dan mengisi alam ini, sama ada hidup dan bukan hidup, nyata (English-real) dan juga ghaib (English-invisible). Dengan kata lain, lembaga digelar ‘benda-benda yang baharu’. Dalam istilah Islam, lembaga ialah apa sahaja yang menempati alam ini sama ada yang nyata mahupun yang ghaib, yang dinamakan ‘makhluk’. Maka Tuhan (Allah) bukanlah sama seperti lembaga dan tidak termasuk dalam pengelasan ini (rujuk sifat 20 yang keempat – bersalahan dengan segala yang baharu atau lembaga.)

Falsafah Yunani dan Rom kuno telah lama membuat pengelasan ini, maka ketika zaman keemasan Islam (English-Islamic Golden Age) sekitar abad ke-7 hingga 15 Masihi, apabila pengelasan-pengelasan ini mula sampai kepada pengetahuan umat Islam yang menterjemah karya-karya Yunani dan Rom, mereka mula dikelirukan apabila cuba mengaitkan ilmu sains dengan akidah Islam. Dari itu, Sifat 20 diperkenalkan oleh dua orang imam teologi (akidah) iaitu Imam Abu Hasan Al-Asyaa’ri dan Imam Abu Mansur Al-Maturidi sebagai satu panduan yang ringkas dan padat dengan tujuan mengelakkan umat Islam dari terkeliru apabila mengaitkan falsafah saintifik dengan akidah Islam. Dengan itu, Islam masih menerima ilmu sains dan pada masa yang sama, melindungi akidah saintis-saintisnya pada masa itu dari terpesong.

Untuk peringatan sebelum pergi lebih jauh, perkataan ‘lembaga’ bukanlah merujuk kepada ‘hantu’ dalam artikel ini, tetapi merujuk kepada suatu konsep yang lebih luas yang merangkumi keseluruhan isi alam termasuk ‘hantu’.

Mengikut pengelasan fizik, dalam alam ini wujud dua jenis ‘lembaga’, iaitu benda yang boleh dilihat, dirasa dan dipegang iaitu jisim (atau lembaga nyata), dan juga benda yang tidak boleh dilihat, dirasa, dikesan dan dipegang, TETAPI kita merasai kewujudannya iaitu tenaga (atau lembaga ghaib).

Kesemua objek hidup dan bukan hidup dalam alam ini, yang memiliki berat, menempati ruang, adalah jisim (English-mass). Ini ialah jenis lembaga yang pertama. Contoh jisim ialah angin, zarah, debu, kertas, batu, manusia, haiwan, pokok, awan, bumi, planet dan apa sahaja yang menghuni alam ini dalam bentuk nyata.


sumber: http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1086.html
Debu-debu bintang (zarah-zarah yang akan melahirkan bintang baru) yang dipanggil ‘nebula’ ialah jisim.

Lembaga yang kedua, ialah tenaga. Kesemua jenis objek hidup dan bukan hidup dalam alam ini yang tidak boleh dilihat, dirasa dan dipegang, ialah tenaga. Contoh tenaga ialah gelombang radio, haba, cahaya, bunyi, dan apa sahaja yang memberikan keupayaan kepada jisim yang rehat ( tidak melakukan apa-apa gerakan) untuk ia bergerak.


sumber:http://hacknmod.com/hack/diy-1mw-pulse-laser-gun/
Laser ialah sejenis tenaga dengan ketumpatan kuasa (tenaga per unit luas atau fluks tenaga) yang tinggi.

Tenaga dan lembaga paranormal
Konsep lembaga paranormal (English-paranormal entity) diperkenalkan oleh saintis Barat bagi menjelaskan kewujudan ‘hantu’, ‘qarin’ atau ‘bayangan-bayangan’, di mana, hantu yang merupakan makhluk ‘ghaib’ diTEORIkan sebagai ‘gumpalan tenaga’ (English-cluster of energy) yang tidak menempati sebarang jisim’ atau kadangkala, takrifan jisim dikecualikan untuk udara biasa (kerana jika tidak, maka ‘lembaga paranormal’ hanya merujuk kepada ‘hantu-hantu’ yang berada di ruang angkasa yang tiada udara). Pendek kata, saintis Barat cuba berTEORI dengan mengatakan bahawa jasad manusia, haiwan dan pokok ialah jisim, manakala hantu dan makhluk-makhluk ghaib, bahkan roh-roh yang menempati jasad haiwan, manusia dan tumbuhan, ialah tenaga. Namun teori sebegini tidak perlu diperbincangkan secara lanjut kerana ia hanya sekadar teori yang tidak tentu betul salahnya dan masih dikaji.

Maka dirumuskan di sini bahawa menurut fizik, makhluk (benda hidup dan bukan hidup) yang menghuni alam ini terbahagi kepada dua kumpulan besar; JISIM (English-mass) dan TENAGA (English-energy).

Tindak balas antara jisim dan tenaga
Apabila suatu jisim memiliki tenaga, pelbagai pergerakan seperti getaran, pecutan dan putaran dapat dilakukan.

Tenaga tidak boleh dicipta dan dimusnahkan, tetapi boleh berubah-ubah bentuk. Ini ialah prinsip keabadian tenaga atau Hukum Termodinamik Pertama.

Contoh-contoh tenaga ialah tenaga haba, tenaga kinetik (tenaga pergerakan), tenaga keupayaan graviti, tenaga keupayaan kimia, dan tenaga bunyi.

Tenaga sebagai entiti yang tersendiri
Tenaga wujud sebagai lembaga yang tersendiri; di mana ia secara keseluruhannya wujud secara berbeza dari satu lagi lembaga dalam alam ini iaitu ‘jisim’. Apabila jisim memperolehi tenaga, ia akan melakukan pelbagai pergerakan.

Bagi zarah yang bergetar apabila mendapat tenaga, ia akan menghasilkn tenaga bunyi. Bagi zarah yang memancarkan haba apabila mendapat tenaga, ia akan menghasilkan tenaga haba.

Tenaga sebagai gelombang
Tenaga yang tidak mengisi mana-mana jisim akan sentiasa merambat dalam ruang kosong dalam bentuk GELOMBANG. Semua jenis tenaga, sama ada tenaga haba, tenaga bunyi dan tenaga cahaya, kesemuanya merambat dalam bentuk gelombang, walaupun tenaga tersebut mungkin tidak kelihatan seperti gelombang jika diamati pada pandangan kasar (contohnya tenaga haba).


sumber:http://urbanlegends.about.com/library/bl_tsunami_picture.htm
Tsunami terhasil apabila tenaga daripada gegaran gempa bumi dipindahkan kepada jisim (air laut).

Tenaga dipindahkan dari satu kedudukan ke satu kedudukan yang lain dengan merentas DUA JENIS perantaraan, iaitu ZARAH (JISIM) atau RUANG KOSONG (VAKUM):

Jika tenaga hanya boleh merambat melalui zarah-zarah ( seperti zarah udara) maka tenaga akan bergerak dalam bentuk gelombang yang terhasil dari getaran zarah-zarah tersebut. Sebagai contoh gelombang bunyi.

Jika tenaga boleh merambat melalui ruang kosong (ruang hampagas) maka tenaga tersebut akan bergerak dalam bentuk gelombang yang terhasil dari getaran medan magnet dan medan elektrik yang dibekalkan dari sumber tenaga tersebut pada kedudukan asalnya sebelum ia merambat. Tidak ada zarah yang bergetar yang membawa gelombang tersebut.

Sebarang tenaga yang boleh merambat merentas ruang kosong atau hampagas ( tanpa sebarang zarah walaupun zarah udara) memiliki kebarangkalian yang besar untuk wujud sebagai gelombang elektromagnet. Ini kerana semua jenis gelombang elektromagnet tidak memerlukan zarah untuk bergerak, di mana ia boleh merentas hampagas. Namun begitu, gelombang elektromagnet juga BOLEH merambat (English-propagating) menggunakan zarah, meskipun zarah TIDAK DIPERLUKAN.

Apakah jenis-jenis tenaga yang boleh merambat melalui ruang kosong? Di sini penulis senaraikan beberapa contoh;
a) Tenaga haba – tenaga haba dari cahaya matahari merambat merentas ruang kosong di antara bumi dengan matahari. Nama lain bagi tenaga haba ialah gelombang infra-merah (English-infrared).
b) Tenaga cahaya- tenaga cahaya dari cahaya matahari juga merambat merentas ruang kosong di antara bumi dengan matahari.
c) Tenaga gelombang radio- gelombang radio seperti gelombang mikro dipancarkan merentas ruang kosong di antara bumi dengan satelit.

Tenaga-tenaga di atas juga boleh merambat menggunakan zarah sebagaimana gelombang bunyi. Berikut dijelaskan satu persatu ;
a) Tenaga haba- tenaga haba merentas logam panas dengan berpindah dari satu hujung logam ke satu hujung yang lain menggunakan getaran zarah-zarah dalam logam
b) Tenaga cahaya- tenaga cahaya merentas bahan lutsinar (English-transparent) seperti kaca, dengan menggetarkan zarah-zarah di dalam kaca
c) Tenaga gelombang radio- tenaga gelombang radio bergerak masuk ke dalam sistem antena dengan menggetarkan zarah-zarah dalam logam yang membina antena tersebut.


sumber:http://urbanlegends.about.com/library/bl_tsunami_picture.htm
Tindak balas perlakuran nuklear (English-nuclear fusion reaction) dari teras matahari melibatkan dua jenis unsur utama; helium dan hidrogen. Tindak balas ini menghasilkan pelbagai jenis tenaga dalam bentuk gelombang elektromagnet; iaitu gelombang ultraungu,sinar gamma, gelombang inframerah, gelombang cahaya dan gelombang radio. Gelombang ultraungu dan sinar gamma yang berbahaya kepada hidupan di bumi ditapis oleh lapisan atmosfera.

Dari pernyataan-pernyataan di atas, penulis menyimpulkan bahawa:
“ Dalam alam ini terdapat dua jenis gelombang; satu yang boleh merambat HANYA melalui zarah, dan satu lagi yang boleh merambat MELALUI ZARAH DAN RUANG HAMPAGAS ”

“ Mungkin wujud gelombang yang HANYA boleh merambat melalui HAMPAGAS tetapi TIDAK melalui zarah, namun penulis tidak mengetahui akan hal ini”

“Gelombang yang boleh merambat melalui zarah DAN ruang hampagas memiliki kebarangkalian yang besar untuk wujud sebagai gelombang elektromagnet”

Ketiga-tiga kesimpulan di atas bukanlah fakta, ia hanyalah teori penulis. Teori-teori ini merupakan teori lemah (English-weak theory) dan terbuka kepada kajian dan eksperimen lanjutan. Beberapa fakta sedia ada hampir-hampir membenarkan ketiga-tiga teori penulis di atas:

“Tenaga bunyi yang HANYA boleh merambat melalui zarah didapati BUKAN merupakan gelombang elektromagnet”

“Tenaga haba, tenaga cahaya dan gelombang radio didapati merupakan gelombang elektromagnet.”


sumber:http://www.lbl.gov/MicroWorlds/ALSTool/EMSpec/EMSpec2.html
Gelombang elektromagnet dikelaskan mengikut urutan frekuensi dan panjang gelombang dalam sebuah rajah spektrum menurut Hukum Maxwell.

Gelombang sebagai bentuk tenaga yang bergerak
Salah satu dari sifat gelombang ialah kita tidak tahu kedudukan sebenarnya dalam suatu ruang kerana ia sentiasa bergerak (gelombang ialah bentuk tenaga ketika ia bergerak atau merambat dalam ruang). Sedangkan untuk objek berjisim, kita dapat mengagak atau menentukan di mana kedudukannya pada satu-satu masa ketika bergerak mahupun pegun (tidak bergerak), sebagai contoh kedudukan kapal terbang di udara dapat dikesan dengan mudah oleh radar dan kedudukan rumah di sebuah taman perumahan.

Apabila tenaga menempati jisim berbanding ruang hampagas, ia akan bergerak sebagaimana gelombang; ataupun akan pegun. Contoh tenaga yang pegun ialah tenaga keupayaan graviti, di mana tenaga ini dimiliki oleh apa sahaja jisim yang diangkat dari muka bumi sebagai contoh, buah epal yang bergantungan di pokok. Buah epal memiliki tenaga keupayaan graviti, di mana tenaga ini pegun (tidak bergerak sebagaimana gelombang) pada pusat gravitinya. Jika ia dipotongkan tangkainya, tenaga ini akan dilepaskan dan buah epal akan gugur ke bumi.

Contoh tenaga yang merambat atau bergerak ketika di dalam jisim ialah tenaga haba, sebagai contoh, apabila kita meletakkan sebatang besi panas di dalam air sejuk. Tenaga haba dari besi panas akan merambat keluar menuju air sejuk. Perambatan haba ini ialah dalam bentuk gelombang, merentas objek berjisim iaitu besi panas. Joseph Fourier, seorang ahli matematik Perancis menggunakan anggapan bahawa haba ialah sejenis gelombang lalu menggunakan model gelombang bagi meramal pergerakan haba merentas jasad (pengaliran (English-conduction)) secara matematik. Dari situ, kaedah matematik beliau yg dikenali sebagai ‘Penukaran Fourier’ (English-Fourier transform) dicipta dan bukan sahaja mendapat perhatian dalam meramal pergerakan tenaga haba dalam jasad, malah juga dalam aplikasi-aplikasi lain yang melibatkan gelombang selain haba sebagai contoh, dalam bidang penerbangan dan ketenteraan (radar pengesan).


sumber:http://bio.classes.ucsc.edu/sinnames/fourier.html
Joseph Fourier (1768-1830), ahli fizik Perancis

Jisim tidak sama seperti tenaga; jisim sentiasa berada dalam keadaan pegun dan kaku, dan jisim hanya bergerak apabila terdapat tenaga yang menempatinya. Jisim yang kaku boleh diumpamakan seperti jasad atau tubuh manusia yang mati; apabila ditempatkan roh atau tenaga ke dalam jisim, atau mungkin ditempatkan ‘makhluk halus’ seperti jin ke dalam jasad tersebut dalam kes sihir dan rasuk, maka jasad akan bergerak.

Hukum keabadian jisim-tenaga Einstein
Albert Einstein, ahli fizik Jerman telah menggunakan kaedah persamaan siri kuasa dalam matematik(English- power series) dan persamaan kesan Doppler (English-Doppler effect) untuk gelombang, bagi menghubungkait jisim dan tenaga ke dalam satu persamaan yang ringkas, padat dan mudah. Menurut Einstein, jisim dan tenaga boleh saling bertukar antara satu sama lain.

Disebabkan jisim dan tenaga merupakan dua jenis lembaga yang berlainan (English-distinct), maka sebuah persamaan yang boleh menghubungkait kedua-duanya adalah satu ‘sumbangan’ yang tidak ternilai dalam kefahaman manusia mengenai fizik.

Persamaan Einstein tidak bermakna kesemua jisim yang dikaji boleh ditukarkan ke dalam bentuk tenaga; persamaan ini menerangkan berapa banyak jisim yang hilang ketika suatu jasad melepaskan sinaran atau gelombang. Apabila suatu jasad bertukar kepada tenaga ia tidak memusnahkan keseluruhannya jisimnya, bererti masih ada jisim yang ditinggalkan tanpa ditukarkan kepada tenaga. Ini ialah jisim rehat (English-rest mass) untuk jasad tersebut.

Kesimpulan
Artikel ini menjelaskan sifat-sifat jisim dan tenaga dan bagaimana ia dibezakan di dalam fizik menurut teori dan pandangan penulis berdasarkan beberapa siri kajian. Makhluk dalam alam ini terbahagi kepada dua jenis lembaga; iaitu jisim dan tenaga. Jisim sentiasa berada dalam keadaan kaku atau pegun, sedang tenaga sentiasa bergerak jika tidak menempati jisim, tetapi akan bergerak atau pegun jika menempati jisim.

Mekanisme belajar

Penulis suka mengkaji dan belajar, dan blog ini sememangnya diasaskan untuk menghimpunkan fakta-fakta sains dan bukan sains melalui cara penulis memahaminya. Oleh itu, kandungan blog ini meski memuatkan fakta-fakta mentah seperti di Wikipedia dan laman-laman web yang lain di internet, ia mungkin berbeza dari segi cara penerangannya, kerana penulis menulis mengikut cara penulis memahami. Sebagai contoh, entri ‘Tiub Magnetron’. Jika pembaca merujuk kepada laman-laman web lain, penerangannya ada melibatkan konsep ‘cas ruang’ atau ‘space charge’. Namun ketika penulis menulis tentangnya di blog ini, penulis menggunakan konsep ‘pusaran elektron’. Itu ialah cara penulis memahami bagaimana tiub magnetron bekerja, yang mungkin juga pada sesetengah orang konsep ini tampak lebih mudah dan kemas terutama kepada orang di luar bidang sains (yang tidak terlibat secara khusus dalam bidang sains sama ada dari segi pekerjaan mahupun belajar) atau ‘layman’.

Penulis tidak belajar dari membaca sahaja, bahkan juga dari memerhatikan keadaan dan orang-orang di sekitar penulis. Setelah lebih dua dekad menjengah alam dunia, dan lebih dua dekad berada di alam pengajian dari tadika sehingga alam pengajian tinggi, penulis rasa sudah tiba masanya untuk merumuskan apa dan bagaimana mekanisme belajar yang betul pada pandangan penulis. Lagipun menurut fakta sains, ‘prefrontal cortex’ atau bahagian analisis di dalam otak manusia akan matang dan berhenti bertumbuh selepas melepasi dua dekad hayat di dunia. Maka otak penulis mungkin tidak lagi bertumbuh dan mungkin juga sudah cukup ‘matang’ untuk membuat kesimpulan dari pengalaman-pengalaman lepas.

Dahulu, ketika kecil penulis hanya belajar kerana minat. Disebabkan minat, setiap apa yang diajar kepada penulis dan dibaca akan diingat dengan mudah. Penulis tidak menyedari ‘kewujudan’ minat, sehinggalah berada di bangku sekolah menengah, di mana pengkhususan dalam subjek yang diambil menyebabkan penulis menyedari bahawa apa yang menolak penulis untuk belajar selama ini ialah MINAT.

Kewujudan MINAT juga disedari penulis ketika ditugaskan oleh guru untuk menjadi pembimbing rakan sebaya (PRS). Penulis mengajarkan matematik tambahan kepada pelajar yang paling corot dalam kelas dan juga tingkatan (Pelajar Corot, PC), tetapi apa yang penulis nampak, PC masih bermasalah dalam menjawab soalan-soalan yang sama bentuk. Sedangkan jika PC menggunakan sedikit bahagian otaknya sahaja untuk BERFIKIR, mungkin sudah tidak lagi menjadi masalah jika terjumpa soalan-soalan yang sama bentuk. Dari situ, penulis mula membuat kesimpulan: tanpa MINAT, seseorang tidak akan BERFIKIR dan tidak akan terdorong untuk BERFIKIR. Tanpa BERFIKIR, seseorang tidak akan BELAJAR.

Penulis telah menemukan BELAJAR dengan MINAT menggunakan ‘jambatan’ BERFIKIR, tetapi definisi BELAJAR masih kabur. Penulis memerlukan pengalaman tambahan untuk mendapat definisi BELAJAR yang lebih luas. Selain itu, penulis tidak tahu apa yang boleh mendatangkan MINAT. Disebabkan itu, penulis berputus asa sekiranya orang yang diajar tidak mempunyai MINAT terhadap apa yang penulis ajar. Ini berlaku, di mana PC yang diceritakan tadi ditolak mentah-mentah oleh penulis ketika dia menanyakan soalan matematik tambahan (setelah diajarkan soalan lain yang sama bentuk), lalu penulis digelar KEDEKUT ILMU. Mengapa penulis menolak? Kerana penulis jemu mengajar benda yang SAMA, sedangkan orang yang diajar tiada MINAT. Kalau tiada minat, ajarlah soalan yang sama berulang kali, memang takkan ada kesan, dan juga membuang MASA yang sepatutnya penulis tumpukan untuk diri sendiri. Dari itu, penulis berputus asa kepada sesiapa yang mahu belajar dari penulis tetapi tiada MINAT.

Di universiti, penulis berkenalan dengan seorang pelajar yang amat bermasalah. Kini sudah dua tahun penulis bekerja dengan pelajar ini sebagai satu kumpulan. Sikap pelajar ini ialah dia suka bertanya soalan-soalan yang tidak menggambarkan kematangannya sebagai pelajar universiti, dan dia tiada MINAT terhadap apa yang dipelajarinya. Ya, penulis bertemu dengan sejenis manusia yang penulis AMAT berputus asa untuk diajarkan. Disebabkan penulis masih belum bertemu dengan definisi BELAJAR, maka penulis ingin tahu bagaimana cara orang yang tiada MINAT seperti pelajar ini BELAJAR.

Begini. Katakan anda ialah ketua kumpulan yang mengandungi pelajar jenis ini. Anda tugaskan dia dengan satu tugasan, sebagai contoh, siapkan satu perenggan untuk laporan projek. Kemudian dia akan bertanya anda beberapa soalan. Dia tidak akan berFIKIR dahulu sebelum bertanya, tetapi dia akan bertanya soalan-soalan untuk diFIKIRkan oleh anda! Anda ber’fungsi’ sebagai ‘OTAK’ orang jenis ini, dan anda juga mungkin, ketika menjawab, secara tidak langsung sudah ‘merangka’ isi-isi perenggan tersebut untuk dia tuliskan! Jadi soalan-soalan tersebut akan berbunyi seperti soalan-soalan budak-budak. Ini kerana budak-budak bertanya soalan bukan untuk JAWAPAN, mereka bertanya untuk mendapatkan PERHATIAN. Jadi andalah jurufikirnya.

Selain itu, pelajar jenis ini juga akan hanya BUAT APA YANG DISURUH SAHAJA. Jika kita memberikan tugasan dengan arahan yang salah, maka KESALAHAN tersebut akan kekal sehinggalah kita menyedarinya apabila pelajar ini menghantar tugasan tersebut yang telah ‘disiapkan’ kepada kita. Mengapa? Kerana ‘otak’ pelajar ini ialah kita, maka dia tidak akan berfikir ketika menyelesaikan tugasan tersebut menyebabkan kesalahan dalam arahannya tidak dapat dikesan. Akhirnya, kita terpaksa menyelesaikan semula tugasan tersebut sendiri dan ini membuang masa. Dari itu juga, memberi tugasan kepada orang jenis ini memerlukan kita untuk berfikir dua tiga kali kerana jika berada dalam organisasi yang besar, risikonya juga BESAR. Arahan-arahan yang diberikan kepada orang jenis ini mesti juga sempurna, ‘perfect’, tiada cacat cela, agar nanti tiada loji penapisan minyak dan kilang kimia yang meletup mahupun terbakar. Ini amat menyeksakan.

Terima kasih kepada pelajar tersebut, kini penulis lebih memahami definisi BELAJAR dan beza definisi BELAJAR antara orang yang ada MINAT dan tiada MINAT. Rugilah kepada mereka yang menarik dari dari berkumpulan dengan pelajar ini!

Belajar, secara umumnya, ialah proses memadankan gaya pemikiran kita dengan gaya pemikiran orang lain, untuk mencapai tahap yang jika diterjemah dari istilah sains, ialah tahap resonans atau ‘gema’. Dengan bersepadannya gaya pemikiran kita dan orang lain, maka pemindahan ‘tenaga’ atau ‘ilmu’ dapat dilakukan dengan mudah dan lancar sebagaimana radio yang berada dalam keadaan resonans dengan stesen pemancar, di mana pemindahan isyarat bunyi dapat dilakukan dengan mudah kerana ketika resonans, berlaku kesepadanan ‘impedans’ radio dan impedans pemancar. Kita akan mendapat ‘tenaga maksimum’ dari ‘sumber’, di mana kita akan faham dengan semaksimum mungkin dari orang yang mengajar.

Jadi dalam proses belajar, proses BERTANYA ialah proses yang amat penting. Bertanya, ialah proses ‘memberitahu’ si pengajar bagaimana cara kita berfikir tentang perkara yang diajarkan, di mana pengajar setelah dimaklumkannya, akan cuba menyelaraskan cara pengajarannya sehingga benar-benar terselaras, resonans dengan cara berfikir orang yang diajar. Ini sama seperti menyelaraskan radio dengan stesen pemancar sehingga isyarat bunyi benar-benar jelas.Ketika mencari isyarat radio, kita memadankan impedans radio dengan impedans pemancar. Proses ini akan berlarutan dan berulang-ulang sehingga pelajar benar-benar faham, maka disebabkan itu, soalan yang banyak biasa diajukan dalam proses pembelajaran yang aktif. Akan tetapi soalan-soalan yang banyak juga mesti diselang-seli dengan FIKIR, kerana bertanya tanpa berfikir itu samalah seperti pelajar yang tiada minat atau seorang budak yang mungkin mahu si pengajar menjadi jurufikirnya.

Sekarang telah jelas pada penulis apa itu BELAJAR. Tetapi bagaimana mahu menimbulkan MINAT? Memang penulis telah berputus asa dengan orang yang tiada minat, tetapi kadangkala terdetik juga untuk memahami bagaimana minat boleh wujud. Guru penulis pernah menyatakan bahawa MINAT boleh dipupuk (nampak ada sedikit harapan di situ). Dari pengalaman juga penulis berpendapat MINAT boleh lahir dari faktor tekanan sekeliling, kekangan fizikal sebagai contoh kecacatan menghadkan pergerakan seseorang dan akhirnya mungkin dia meminati kerja-kerja seni sebagai contoh melukis, genetik, dan mungkin juga kerana seseorang itu SENANG dengan perkara yang diminatinya. Apapun, dalam kebanyakan kes yang penulis temui, rasa SENANG dengan apa yang diminati mewujudkan MINAT. Dan dari mana pula datang rasa senang tersebut? Ia datang dari dalam diri sendiri. Maka tepuk dada dan tanya diri sendiri.

Jadi jika anda seorang pelajar, tanyalah pada diri anda semula, adakah aku benar-benar SENANG dengan apa yang aku pelajari? Adakah aku memaksa diri sendiri supaya SENANG berada di sini? Kerana ketiadaan rasa SENANG ialah petanda bahawa anda tiada MINAT dengan apa yang dipelajari. Anda mungkin berada di situ, di institusi pengajian tinggi atas tekanan keluarga, atas tekanan hidup yang memandang tinggi segulung ijazah. Jika tiada MINAT, maka tiadalah dorongan untuk BERFIKIR. Jika tidak BERFIKIR, bagaimana mahu BELAJAR dengan berkesan? Maka semuanya bermula dari dalam diri sendiri.

Tiub hampagas (bahagian 3)- Magnetron

Magnetron ialah alat penghasil gelombang mikro yang digunakan dalam ketuhar gelombang mikro sehingga kini, dan pada radar-radar sebelum Perang Dunia Kedua.

Sebelum ini penulis telahpun menerangkan mengenai prinsip-prinsip asas bagaimana tiub hampagas berfungsi. Secara mudahnya, semua jenis tiub hampagas dihasilkan bagi membolehkan pengaliran elektron dikawal dari luar tiub. Elektron mengalir merentas ruang kurang udara (hampagas) di dalam tiub, dari katod ke anod.

Magnetron bertindak berasaskan satu prinsip utama; iaitu ’memaksa’ elektron kembali ke katod berbanding cara biasa yang dilakukan oleh kebanyakan tiub hampagas; membenarkan elektron mengalir dari katod ke anod. Dengan kata lain, magnetron berusaha menghalang elektron yang bertenaga tinggi yang dipancarkan oleh katod dari berhenti di anod, dan bertindak menolak elektron ini kembali ke katod, seperti memampatkan sebuah spring regangan.



Dengan menolak elektron kembali ke katod, tenaga akan dikeluarkan oleh elektron tersebut. Sepertimana spring regangan, apabila anda memampatkannya, suatu daya tolakan dari spring akan terhasil dan dapat dirasakan oleh tangan. Daya tolakan spring ini terhasil disebabkan oleh tenaga yang tersimpan di dalam spring tersebut, dikeluarkan sebagai daya yang menolak tangan ketika ia dimampatkan. Begitu juga dengan memaksa elektron bertenaga tinggi kembali ke katod, suatu tenaga akan dilepaskan oleh elektron ini. Tenaga ini ialah gelombang mikro.

Atau untuk perumpamaan lain, bayangkan elektron yang bertenaga tinggi ialah span yang menyerap air. Span ialah elektron, sementara air ialah tenaga yang dikandungnya. Dengan menekan span (menolak elektron kembali merapat ke katod), air (tenaga) akan dikeluarkan. Perkara yang sama juga berlaku dalam magnetron.

Sebelum menjelaskan magnetron dengan lebih lanjut, penulis akan menerangkan laluan masuk dan keluar tenaga melalui magnetron. Sila perhatikan rajah di bawah:



Merujuk kepada rajah di atas:

Magnetron digambarkan sebagai satu sistem.

Tenaga yang masuk ke dalam sistem terdiri dari dua jenis: tenaga dari pemanas filamen, dan tenaga elektrik bervoltan tinggi dari katod ke anod yang dibekalkan oleh bateri atau transformer injak naik, iaitu transformer ketuhar gelombang mikro yang popular dalam kalangan penghobi elektronik.

Tenaga yang keluar dari sistem terdiri dari dua jenis; tenaga gelombang mikro dan tenaga elektrik.

Menurut Hukum Termodinamik Pertama (prinsip keabadian tenaga), jumlah tenaga yang masuk mesti sama dengan jumlah tenaga yang keluar. Maka tidak akan ada tenaga yang hilang.

Tetapi menurut Hukum Termodinamik Kedua, tenaga yang masuk mesti terpecah dua; satu kepada tenaga yang bermanfaat dan satu lagi kepada tenaga yang tidak bermanfaat. Oleh itu, tenaga yang masuk MESTI terpecah kepada dua bentuk; satu kepada tenaga bermanfaat (gelombang mikro) dan satu lagi kepada tenaga tidak bermanfaat (tenaga elektrik yang membawa elektron yang berbaki yang tidak kembali ke katod ke anod). Jika Hukum Termodinamik Kedua tidak dipatuhi, elektron berperlakuan seperti sebuah ‘enjin sempurna’, dan gelombang mikro tidak akan terhasil kerana tenaga yang masuk tidak terpecah dua sebaliknya bertukar sepenuhnya kepada tenaga elektrik, iaitu semua elektron ditolak ke anod dan tidak ada satupun elektron yang berjaya dikembalikan ke katod.

Rajah di bawah pula menunjukkan rekabentuk asal dan paling asas sebuah magnetron. Rekabentuk ini ialah rekabentuk pertama magnetron yang dicipta oleh Albert Hull, ahli fizik Amerika pada tahun 1921.



Dalam rekabentuk tersebut, magnet diletakkan supaya medannya selari dengan arah pergerakan elektron. Medan magnet atau kawasan di mana daya magnet bertindak, menghasilkan daya yang berserenjang (English-perpendicular) dengan arah pergerakan elektron. Untuk memahaminya, bayangkan elektron bergerak mengikut garisan pada satu kertas yang leper dan rata. Jika arah medan magnet menghala tegak menembusi kertas, daya yang memesongkan pergerakan elektron ialah pada atas kertas, sama seperti elektron, TETAPI berserenjang dengan arah elektron tersebut. Lihat rajah di bawah:



Di dalam magnetron, katod diletakkan di tengah-tengah gelang anod seperti dalam rajah di bawah. Kedua-duanya kemudian diletakkan dalam sebuah tiub hampagas. Elektron bergerak dari katod ke anod, dan ditunjukkan oleh garis alur elektron. Apabila magnet diletakkan di atas susunan ini, medan magnet yang menembusi satah leper atau ‘kertas’ (sebagaimana perumpamaan yang digunakan sebelum ini) akan menghasilkan satu daya yang menolak elektron, 90 darjah tegak dari laluan asalnya. Dengan garis medan magnet yang banyak, elektron akan terus dipesong-pesongkan, kekal pada 90 darjah tegak dari arah sebelumnya untuk setiap pesongan, sehingga menghasilkan satu gerakan yang berbentuk PUSARAN. Dengan kata lain, magnet MEMUSARKAN elektron di sekeliling katod, di dalam ruang kurang udara di antara katod dan anod.

Apabila saiz pusaran ini cukup kecil, elektron akan KEMBALI ke katod. Di sini menerangkan bagaimana elektron ‘dipaksa’ kembali ke katod menggunakan medan magnet seperti yang diterangkan pada awal tadi. Dengan kembalinya elektron ke katod, maka sejenis tenaga akan dilepaskan. Tenaga ini ialah gelombang mikro.


Lengkungan-lengkungan berwarna menunjukkan laluan elektron dari katod ke dinding gelang anod.
a) Merah- elektron bergerak tanpa magnet
b) Biru ( kedua-dua lengkungan)- elektron bergerak dengan medan magnet yang sederhana. Sebahagian besar menuju ke anod dan hanya sebahagian kecil berjaya dikembalikan ke katod. Gelombang mikro terhasil dalam kuantiti yang sedikit.
c) Jingga- elektron bergerak hampir-hampir mendekati anod. Bilangan elektron yang berjaya dikembalikan ke katod lebih besar dari kes b). Oleh itu, gelombang mikro yang lebih besar dihasilkan.
d) Hijau- elektron di bawah medan magnet yang kuat. Gelombang mikro dihasilkan dengan kuantiti yang tertinggi. Inilah yang mahu dicapai oleh mana-mana pengeluar ketuhar gelombang mikro bagi menjimatkan kos tenaga.

Mengapa elektron yang dirapatkan dengan katod menghasilkan tenaga?

Elektron, katod dan anod masing-masing memiliki cas (English-charge). Elektron bercas negatif, katod bercas negatif dan anod bercas positif. Sepertimana yang diterangkan sebelum ini, secara semulajadinya, elektron akan tertarik kepada anod, dan tertolak jika ia berada di katod akibat cas-cas ini. Jika kita cuba merapatkan elektron yang secara semulajadinya tertolak apabila didekatkan (iaitu merapatkan elektron dengan katod), maka hasilnya sama sebagainya menekan suatu objek yang kenyal seperti spring dan span menurut perumpamaan pada awal artikel ini. Tenaga akan dilepaskan sebagai daya yang menolak tangan yang menekan.

Perbandingan antara magnetron dan wayar elektrik biasa.

Disebabkan magnetron mengalirkan elektron sebagaimana bahan-bahan pengalir seperti wayar elektrik, maka mengapa tidak satu perumpamaan yang mengaitkan kedua-duanya dihasilkan?

Apabila tenaga elektrik dibekalkan kepada elektron merentas wayar elektrik, tenaga tersebut akan terpecah dua; satu kepada tenaga elektrik ( sama seperti yang dibekalkan) dan satu lagi ialah tenaga haba dan lain-lain bentuk tenaga. Pecahan ini wujud disebabkan ketidaksempurnaan dalam wayar yang dinamakan rintangan (English-resistance).

Ini menepati Hukum Termodinamik Kedua seperti yang telah dibincangkan sebelum ini yang menyatakan bahawa tidak ada mesin atau jentera sempurna di dunia ini; iaitu; tenaga yang dibekalkan kepada setiap jentera di dunia akan pasti terpecah dua; satu kepada tenaga bermanfaat, dan satu lagi ialah tenaga yang tidak bermanfaat. Maka, wayar yang boleh diumpamakan sebagai ‘mesin’, akan mengeluarkan tenaga elektrik yang dibekalkan satu kepada tenaga elektrik yang mengalirkan elektron merentasinya dan satu lagi kepada tenaga tidak bermanfaat iaitu haba,bunyi dan sebagainya.

Apakah kaitan dan persamaannya dengan magnetron? Ruang kurang udara di antara katod dan anod dalam magnetron boleh diumpamakan sebagai wayar elektrik. Rintangan terhadap pengaliran elektron datang dari dua punca; rintangan akibat dari gas-gas yang masih tertinggal di dalam ruangan tersebut, dan MEDAN MAGNET dari magnet yang diletakkan di atasnya. Disebabkan ruang kurang udara memiliki rintangan yang rendah, maka rintangan dalam kes magnetron bolehlah dianggap HANYA dihasilkan oleh medan magnet.

Tenaga yang dibekalkan kepada elektron ialah jumlah tenaga dari pemanas filamen dan tenaga elektrik dari bateri. Jumlah tenaga ini akan terpecah dua disebabkan ‘rintangan’ atau medan magnet yang memesongkan elektron (penerangan telah dilakukan sebelum ini), satu kepada tenaga elektrik dan satu lagi kepada GELOMBANG MIKRO. Oleh itu, TIDAK SEMUA elektron kembali ke katod dan menghasilkan gelombang mikro. Sebahagiannya mendapat tenaga elektrik dan bergerak menuju anod. Oleh itu juga, magnetron MENEPATI hukum termodinamik kedua dan bertindak sebagai ‘jentera’ tidak sempurna, dan gelombang mikro yang terhasil ialah tenaga bermanfaat, sementara tenaga elektrik pula tidak bermanfaat.



Pengeluar-pengeluar ketuhar gelombang mikro berusaha meningkatkan peratusan tenaga gelombang mikro (tenaga bermanfaat) dari magnetron dengan mengubahsuai rekabentuk ‘gelang dan rod’ magnetron. Rekabentuk gelang dan rod ialah rekabentuk asal magnetron pertama yang dicipta oleh ahli fizik Amerika, Albert Hull pada 1921. Kini, ketuhar gelombang mikro menggunakan rekabentuk magnetron yang dicipta oleh John Randall dan Harry Boot yang menggunakan pengayun berlubang (English-cavity resonator), di mana peratusan tenaga gelombang mikro dapat ditingkatkan sehingga 80% dan mampu menjimatkan kos tenaga.


Rekabentuk magnetron berlubang (English-cavity magnetron) oleh Randall dan Boot.
sumber:http://www.xstreamscience.org/H_Glaze/Addendum.htm

Mengapa tenaga yang terhasil dari pengembalian elektron ke katod ialah gelombang mikro, bukan tenaga lain?

Jawapan kepada persoalan ini agak rumit dan memerlukan pengetahuan fizik kuantum. Penulis merasakan untuk memudahkan pemahaman, maka penjelasan fizik kuantum tidak akan ditulis di sini. Jika para pembaca ingin mengetahui dengan lebih lanjut, maka pengetahuan mengenai cabang fizik ini diperlukan. Penjelasan fizik kuantum juga digunakan bagi menjelaskan mengapa sinar-X dihasilkan apabila elektron menghentam sasaran logam. Fizik kuantum ialah cabang fizik yang mengkaji sifat-sifat elektron dan zarah-zarah subatomik yang lain seperti quark, muon dan sebagainya yang mana perilaku zarah-zarah ini amat berbeza dengan perilaku jasad-jasad makro (besar).

Untuk bahagian berikutnya penulis akan menerangkan mengenai tiub sinar X.