Sepakbola dan Pendeteksi Cahaya

Friday, May 28th 2010

Judulnya diambil dari dua hal yang sepertinya tidak ada hubungannya namun coba dihubung-hubungkan dalam rangka memudahkan penjelasan (bukan pembingungan) cara kerja dari suatu pendeteksi cahaya atau bahasa kerennya, photodetector. Mengapa pengandaiannya dengan sepakbola? Karena sebentar lagi Piala Dunia 2010 dimulai.

Agak bingung juga mau dimulai dari mana, tapi saya kira cukup bersahabat kalau saya mulai saja dari klasifikasi materi/bahan berdasarkan sifatnya dalam menghantarkan listrik. Ada konduktor, semikonduktor, dan insulator. Konduktor adalah penghantar listrik yang baik, seperti kawat timah pada kabel contohnya, besi dan juga baja. Biasanya selain baik dalam menghantarkan listrik, dia juga bagus dalam menghantarkan panas. Berkebalikan dengan insulator. Insulator merupakan penghantar listrik yang buruk. Sebut saja kertas, kayu, plastik, dan kaca. Di antara kedua sifat itu, ada yang namanya semikonduktor. Sifatnya bisa sebagai insulator dan juga sebagai konduktor, bergantung pada situasi dan kondisi.

Sifat dari semikonduktor yang unik ini, membuat dia memiliki banyak sekali kegunaan. Dia bisa digunakan sebagai sumber cahaya (LED : Light Emitting Diode), sebagai penyearah arus, sebagai saklar, dan juga dapat digunakan untuk mendeteksi cahaya. Kali ini yang akan saya ceritakan adalah tentang sifat unik semikonduktor (pada umumnya menggunakan Silikon) sebagai pendeteksi cahaya. Bagaimana cahaya dideteksi? Jawaban singkatnya, cahaya harus diubah dulu bentuknya menjadi arus listrik. Bagaimana cara mengubahnya? Bayangkan sebuah pertandingan sepakbola.

Dalam pertandingan sepakbola, ada pemain, ada lapangan bola, dan juga ada fans, atau supporter, atau penonton. Yah, kalau mau disebut semua sih bisa saja, ada wasit lah, ada pelatih lah, ada gawang, ada anak gawang, dan lain-lain, namun sesungguhnya yang saya perlukan dalam penjelasan kali ini adalah pemainnya itu sendiri, lapangan bolanya dan juga dukungan suara dari supporter.

Julukan pemain ke-12 sering kali dialamatkan untuk supporter. Mengapa? Karena walaupun dia tidak ikut masuk ke dalam lapangan, supporter sering menjadi faktor X dari kemenangan sebuah tim. Supporter lah yang membuat para pemain bersemangat, lupa bahwa dia sebetulnya sudah kehabisan energi untuk berlari. Para pemain menjadi berusaha sekuat tenaga untuk menyenangkan hati supporter yang telah membelanya. Pemain tim idaman aktif mengejar bola dan selalu bergerak tanpa henti, seakan-akan energi suara dan teriakan supporter mereka diserap oleh kaki-kaki para pemainnya, dan juga memperpanjang nafas para pemainnya yang hampir habis.

Peristiwa ini mirip halnya dengan sebuah pendeteksi cahaya. Pada sekeping Silikon, terdapat elektron-elektron yang memiliki ikatan kovalen (bisa diibaratkan sebuah wadah berisi bola-bola kecil yang terikat satu sama lain). Lupakan tentang kata kovalen, pada intinya ikatan ini membuat si elektron malas bergerak. Ibaratnya, dia pemain bola yang malas berlari. Lalu suatu saat, si keping Silikon ini mendapatkan cahaya. Asal cahayanya bisa dari mana-mana, bisa dari lampu atau pun dari sinar matahari. Sinar ini memiliki apa yang disebut dengan energi optik (optical energy). Ketika cahaya tersebut menimpa Silikon, sebagian cahaya itu diserap, sebagian lainnya dipantulkan. Energi optik dari cahaya yang diserap oleh Silikon ini membuat elektron-elektron di dalamnya memiliki energi yang lebih untuk melepaskan ikatan kovalennya, dan siap untuk bergerak. Masih ingat tentang para pemain yang mendapatkan energi tambahan dari teriakan supporter, kan?

Saat si elektron-elektron berubah dari keadaan terikat menjadi elektron-elektron bebas ini lah, Silikon yang tadinya bersifat sebagai insulator berubah sifatnya menjadi konduktor. Si elektron-elektron yang muncul dari penyerapan energi optik ini lah yang nantinya akan bertindak sebagai arus listrik.