Ketika berbicara tentang muatan listrik, maka salah satu yang akan banyak dibahas adalah tentang elektron yang mana memiliki peranan penting dalam terjadinya aliran listrik.
Elektron sendiri merupakan partikel subatom yang bermuatan negatif. Selain itu, unsur subatom ini juga disebut dengan partikel elementer. Hal tersebut karena elektron tidak memiliki komponen atau sub struktur dasar yang diketahui.
Daftar ISI
Apa itu Elektron?
Elektron, atau sering juga ditulis dengan e-, merupakan partikel elementer yang tidak memiliki komponen atau sub strukturnya tidak diketahui. Selain itu, partikel ini memiliki massa 1/1836 proton.
Elektron memiliki anti partikelir yang disebut dengan positron. Positron sendiri mirip dengan elektron hanya saja memiliki muatan positif. Jika elektron dan positron bertabrakan, maka keduanya akan menyebar atau dimusnahkan sepenuhnya sehingga akan menciptakan sepasang atau lebih foton gamma.
Elektron termasuk ke dalam generasi pertama dari keluarga lepton. Sama dengan semua materi lainnya, partikel bermuatan negatif ini juga memiliki sifat dan gelombang, yang membuat mereka bisa bertabrakan dengan partikel lain dan terdispersi seperti cahaya.
Dalam banyak fenomena seperti listrik, magnet, konduksi termal, partikel bermuatan negatif akan memainkan peranan yang sangat penting. Pergerakannya yang bersifat relatif akan menghasilkan medan magnet dan jalur elektron juga akan dibelokkan oleh medan magnet luar. Ketika gerakan elektron dipercepat, maka ia juga bisa menyerap atau memancarkan energi dalam bentuk foton.
Secara teori, kebanyakan partikel bermuatan negatif yang ada di alam semesta ini dihasilkan dalam ledakan besar atau big bang. Meski demikian, elektron juga bisa dihasilkan oleh peluruhan beta isotop radioaktif serta dalam tumbukan energi tinggi, misalnya ketika sinar kosmik masuk ke dalam atmosfer.
Elektron sendiri bisa dihancurkan dengan cara menghancurkan positron. Selain itu, partikel ini juga bisa diserap dengan cara nukleosintesis.
Saat ini, beberapa peralatan eksperimen modern sudah bisa digunakan untuk mengisi ataupun memantau elektron individu. Pemanfaatan partikel bermuatan negatif juga sudah banyak digunakan untuk banyak hal, misalnya terapi radiasi dan akselerator partikel.
Sifat Partikelnya
Elektron sendiri merupakan partikel penting dalam penyusunan atom. Dalam atom, ini merupakan partikel yang bermuatan negatif. Ada beberapa sifat yang dimiliki elektron, dan berikut adalah penjelasannya.
1. Merupakan Partikel Elementer
Secara struktur, elektron merupakan struktur paling kecil yang tidak bisa direduksi ataupun dipecah lagi menjadi komponen yang lebih kecil. Hal inilah yang membuat partikel tersebut juga dikenal dengan nama partikel elementer atau partikel dasar
2. Memiliki Muatan Negatif
Dalam struktur pembuatan atom, elektron adalah partikel yang memiliki muatan negatif. Muatan dari elektron sendiri adalah -1 atau kebalikan dari proton.
3. Massa yang Kecil
Sifat dari partikel bermuatan negatif lainnya adalah memiliki nilai massa yang kecil. Massanya sendiri sekitar 9,1093837 x 10-31 kilogram. Bahkan, beratnya 2000 kali lebih ringan jika dibandingkan dengan proton. Hal ini membuat elektron tidak memberikan kontribusi apapun terhadap total massa dari sebuah atom.
4. Bisa Ditemukan dalam Orbital Atom
Elektron tidak bisa ditemukan di dalam inti atom ataupun nukleus. Namun, partikel ini bisa ditemukan pada ruang di sekitar inti atom atau yang biasa disebut dengan orbital.
Pada orbital ini, elektron akan mengorbit pada inti atom dengan energi yang berbeda. Jika merujuk pada prinsip ketidakpastian Heisenberg, posisi elektron dalam atom tidak bisa ditentukan dengan pasti.
5. Spin
Sifat lainnya adalah spin atau berputar. Partikel bermuatan negatif ini mampu berputar karena memiliki momentum sudut intrinsik dan juga momentum magnetik. Perputaran pada partikel ini biasa disebut dengan spin elektron.
Tiap elektron akan memiliki sudut kuantum sendiri. Tiap partikelnya juga hanya akan memiliki dua kemungkinan arah putaran, yakni searah dengan medan magnet atau menjauhi medan magnet. Kedua arah tersebut akan selalu mengarah pada orbital atom.
Dalam satu orbital yang sama hanya akan diisi oleh dua atom, di mana masing-masing akan memiliki arah putaran yang berlawanan. Konsekuensi ini sendiri dikenal dengan asas larangan Pauli.
Sejarah Penemuan dan Pengembangan Elektron
Banyak orang berpendapat bahwa JJ Thomson merupakan orang yang pertama kali memperkenalkan elektron. Setelah itu, perkembangan terhadap partikel tersebut terus terjadi. Berikut adalah sejarah dan perkembangan elektron sampai saat ini.
1. Johan William Hittorf dan Eugen Goldstein
Pada tahun 1869 merupakan awal penemuan dari elektron. Kedua ilmuwan ini menggunakan pancaran cahaya dari katoda sebagai bahan percobaan.
Menurut Johan William Hittorf, emisi cahaya akan meningkat ketika terjadi penurunan tekanan gas. Sementara itu, Eugene Goldstein yang masih menggunakan pancaran cahaya dari katoda menyatakan jika sinar pancaran tersebut akan menghasilkan bayangan. Hal itulah yang pada akhirnya dikenal dengan nama sinar katoda.
2. William Crookes
Setelah sinar katoda ditemukan pada 1870, seorang ilmuwan asal Inggris ini melakukan percobaan dengan membuat tabung sinar katoda vakum. Pada percobaan tersebut menunjukkan jika pergerakan sinar cahaya yang tampak dari dalam tabung tersebut membawa energi bergerak dari katoda ke anoda.
Dari penelitian tersebut, William Crookes juga menunjukkan jika sinarnya tampak memiliki muatan negatif, sehingga sinar katoda merupakan partikel yang bermuatan negatif. William Crookes menamai temuannya tersebut dengan nama bahan radian.
3. J.J Thomson
Selanjutnya, J.J Thomson dan juga dua orang rekannya yaitu John S Townsend dan juga HA Wilson, mencoba melakukan eksperimen untuk mengembangkan sinar katoda yang ditemukan William Crookes.
Pada penelitian ini mereka ingin menunjukkan jika sinar katoda merupakan sebuah partikel baru. Pada praktiknya, mereka melakukan tiga kali eksperimen dengan menguji efek medan magnet dan listrik dalam sinar katoda.
Hasil dari eksperimen ini adalah sinar katoda merupakan salah satu partikel yang membentuk atom dan memiliki muatan negatif. Meski demikian, orang yang pertama kali menamai sinar katoda dengan elektron bukanlah J.J Thomson melainkan George F. Fitzgerald. Dari sinilah kita mengenal elektron dalam proses pembentukan atom dan juga partikel sub atom.
4. Henry Becquerel
Kesimpulan tentang elektron yang merupakan salah satu penyusun atom sendiri sebenarnya baru dikemukakan pada 1900 oleh Henry Becquerel, seorang fisikawan asal Prancis.
Pada eksperimen yang ia lakukan, dirinya mengambil kesimpulan jika sinar beta yang dipancarkan oleh radium bisa dibelokkan oleh medan listrik. Selain itu, Henry Becquerel juga menyimpulkan jika rasio massa pada muatan sama dengan rasio massa pada sinar katoda.
Dari dua kesimpulan itulah Henry Becquerel juga menyatakan jika elektron merupakan bagian dari partikel yang menyusun atom.
5. Robert Andrews Millikan
Eksperimen dan juga pengembangan dari partikel subatom ini juga dilakukan oleh Robert Andrews Millikan. Pada percobaannya, ia ingin melakukan eksperimen dengan tujuan untuk mengukur elektron.
Metode penelitian yang dilakukannya menggunakan percobaan tetes minyak dan medan listrik. Medan listrik sendiri berguna untuk mencegah jatuhnya tetesan minyak yang memiliki muatan karena pengaruh gravitasi.
6. Charles Wilson
Charles Wilson juga merupakan salah seorang ilmuwan yang ikut mengembangkan penemuan partikel ini. Semua berawal dari fakta jika partikel yang memiliki muatan bisa bergerak dengan cepat dalam kondisi tertentu dan bisa menyebabkan munculnya partikel uap air karena kondensasi saturasi.
Dari hal itu, Charles Wilson akhirnya menciptakan ruang awan. Ruang awan ini merupakan tempat yang bisa menangkap semua jalur partikel dengan muatan listrik yang bergerak dengan kecepatan tinggi.
Peran Elektron dalam Kehidupan Sehari-hari
Selain menjadi partikel penyusun atom, elektron jika bergerak juga akan menghasilkan arus listrik. Selain itu, beberapa peran lain dari partikel bermuatan negatif yang juga bisa Anda rasakan sehari-hari antara lain:
- Elektron berperan dalam sistem kerja sinar X yang biasa digunakan untuk melakukan rontgen.
- Elektron biasa digunakan dalam mikroskop untuk melakukan manipulasi cahaya sehingga bisa menampilkan gambar dan juga menghasilkan resolusi yang lebih besar dan lebih jelas.
- Biasa digunakan dalam terapi radiasi yang berguna untuk membunuh sel kanker.
- Digunakan untuk membuat kembang api, di mana elektron akan membuat bunga api menjadi memiliki warna.
Sudah Lebih Mengenal dengan Elektron?
Selain dalam pembentukan atom, elektron juga berperan penting dalam arus listrik. Misalnya, elektron akan menciptakan medan magnet yang bisa menarik partikel bermuatan positif seperti proton dan menolak partikel bermuatan negatif lainnya. Kekuatan tarik menarik ini nantinya akan ditentukan oleh Hukum Coulomb.
Pergerakan dari partikel ini juga dapat menimbulkan medan magnet yang mana nantinya juga akan menghasilkan arus listrik.
