Apa Sih Aplikasi Ilmu Fisika Untuk Menghadapi Pandemi? Ini dia Thermo Gun! Alat Prokes Yang Trendy Sejak Pandemi!

Sejak pandemi berawal dari Maret 2020 lalu, banyak dari aspek kehidupan yang sudah berubah tentunya. Salah satunya yang paling dapat kita rasakan adalah diterapkannya protokol kesehatan. Sering kali ketika kita berpergian ke suatu tempat, entah itu tempat wisata, rumah sakit, tempat ibadah, maupun perkantoran kita diharuskan untuk melakukan pengecekan suhu tubuh. Tentunya kita menjadi tidak asing lagi nih dengan alat ukur suhu yang satu ini nih. Iya dialah Thermal Gun!

Apasih Thermo Gun itu?

Thermo Gun pada dasarnya adalah alat ukur temperatur non-kontak yang menggunakan sinar infrared untuk mengukur temperatur benda. Berbeda dengan termometer biasa yang menggunakan prinsip perpindahan panas lewat sentuhan, thermo gun memanfaatkan sinar infrared yang dipancarkan oleh tiap benda. Karena prinsip pengukurannya yang tidak memerlukan kontak, makanya alat ini lebih sering digunakan sebagai alat protokol kesehatan karena dapat meminimalisir penyebaran virus Covid-19 lewat kontak.

Nah ternyata  oh tenyata alat yang sering banget kita temui ini punya banyak banget konsep fisika modern lho dibaliknya! Tapi sebelum itu kita korek lebih jauh, apa aja sih komponen-komponen dari Thermo Gun ini?

Komponen-komponen Utama Thermo Gun

Komponen utama dari Thermo Gun terdiri dari lensa, detektor, serta bagian processing dan display. Bagian yang paling penting adalah detektor, karena detektor yang berguna untuk menerima sinyal infrared dan menerjemahkannya sehingga dapat terbaca menjadi nilai temperatur setelah sinyal tersebut diolah oleh bagian processing sehingga dapat ditampilkan oleh bagian display menjadi sebuah angka yang dapat kita baca. Sementara itu, lensa pada mulut thermal gun untuk memfokuskan agar sinar infrared yang masuk dapat terfokuskan untuk mengenai detektor sehingga pembacaan lebih akurat.

Beberapa Thermo Gun juga menggunakan LASER pointer yang berfungsi untuk membantu penggunanya mengarahkan mulut thermo gun sehingga tepat dengan titik pengukuran. Jenis LASER yang umumnya digunakan pada thermo gun pun merupakan LASER yang aman yaitu LASER Kelas II. LASER jenis ini, merupakan cahaya tampak dan tidak akan menimbulkan kerusakan pada jaringan seperti kulit manusia karena memiliki daya berkisar antara 1 mW dan 5 mW. Selain itu, LASER jenis ini juga tidak dapat menembus jaringan kulit melebihi kedalaman 2 mm karena spektrum yang digunakan adalah gelombang tampak dengan rentang panjang gelombang 400 nm – 700 nm. Meskipun begitu LASER ini tetap berbahaya bagi penglihatan apabila terkena mata lebih dari 0,25 detik. Jadi harus tetap hati-hati ya guys jangan sampai kena mata!

Lalu Konsep Fisika Apa Aja Tuh yang Digunakan Untuk Membuat Thermo Gun?

Radiasi Benda Hitam

Pernah denger radiasi benda hitam kan? (Hah Apa tuh)? Singkatnya teori radiasi benda hitam menjelaskan bahwa semua benda yang memiliki temperatur berapapun di atas nol Kelvin akan memancarkan spektrum gelombang elektromagnetik, guys. Tubuh manusia yang menghasilkan panas dari metabolismenya juga dapat bertindak sebagai benda hitam, guys. Jadi, tanpa sadar sebenernya kita juga memancarkan gelombang elektromagnet, lho! Kemudian, gelombang yang dipancarkan oleh objek bertemperatur tadi akan merambat sebagai radiasi, baik di ruang hampa maupun di medium seperti udara, guys.

Hukum Pergeseran Wien

Lalu gimana caranya kita mengukur temperatur dari spektrum gelombang elektromagnetik? Nah, hal ini dapat dilakukan dengan memanfaatkan Hukum Pergeseran Wien yang menyatakan bahwa panjang gelombang maksimum yang diradiasikan suatu objek, berbanding terbalik dengan temperatur objeknya. Artinya semakin panas objeknya maka panjang gelombang yang dihasilkan akan semakin pendek!

Thermopiles dan Konduksi Panas

Dari prinsip dasar tersebut, dibuatlah komponen paling utama dari Thermo Gun, yaitu detektor. Nah, detektor ini berfungsi untuk menerima gelombang elektromagnet yang dan mengubahnya menjadi bentuk sinyal elektronik seperti tegangan atau arus listrik. Detektor pun terdapat dua jenis yang berbeda tergantung rentang suhu yang akan diukur oleh pengguna Thermo Gun. Untuk objek bersuhu rendah seperti kulit manusia, digunakan detektor termal seperti thermopiles.

 

Apa tuh thermopiles? Nah, thermopiles pada dasarnya adalah alat yang terdiri dari suatu membran yang dapat menyerap radiasi panas yang menempel dengan sebuah sensor yang akan menghasilkan perubahan nilai tegangan ketika temperatur dari sensor tersebut berubah. Ketika membran menerima radiasi panas, temperaturnya akan berubah dan karena membran menempel dengan sensor maka akan terjadi perpindahan panas secara konduksi sehingga temperatur sensor juga berubah dan dihasilkan lah tegangan listrik. Tegangan listrik yang terdeteksi kemudian akan diolah oleh komponen processing dan sehingga dapat ditampilkan pada display menjadi tampilan angka yang dapat kita baca.

Efek Foto Listrik

Selain detektor termal, ada juga detektor kuantum, guys. Penggunaan detektor kuantum umumnya untuk mengukur objek dengan suhu yang sangat tinggi, seperti mesin-mesin besar yang ada di pabrik, guys. Detektor jenis ini bekerja dengan memanfaatkan Efek Fotolistrik, yaitu jika suatu cahaya atau gelombang EM menyinari logam, nanti elektron pada permukaan logam itu bisa loncat jika energi cahayanya cukup, guys. Nah, energi gelombang EM itu sendiri juga berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya. Artinya, semakin pendek panjang gelombangnya, energinya juga semakin tinggi, guys! Jadi semakin besar kemungkinan loncatan elektronnya terjadi.

Semikonduktor dan Pita Energi

Detektor kuantum, umumnya terbuat dari bahan semikonduktor nih, guys bukan logam konduktor biasa. Kenapa tuh? Hal ini karena properti unik pada dari semikonduktor yaitu pita energi dari elektronnya! Apa itu pita energi? Singkatnya pita energi elektron menggambarkan apakah elektron terluar pada molekul suatu bahan akan terikat kuat ke molekul bahannya atau mudah terlepas dan bergerak bebas.  

Terdapat dua jenis pita energi, yaitu pita valensi dan pita konduksi. Elektron yang energinya berada pada pita konduksi akan mudah untuk bergerak bebas pada permukaan bahan sehingga memungkinkan terjadinya perpindahan panas atau aliran listrik. Nah bahan-bahan dengan elektron seperti itu lah yang disebut konduktor! Sementara itu, elektron yang  energinya berada pada pita valensi akan terikat kuat dengan atomnya sehingga sulit untuk menghantarkan panas atau arus listrik. Bahan-bahan seperti ini yang kita sebut dengan isolator! Baik isolator maupun konduktor, keduanya memiliki pita valensi dan pita konduksi, namun terdapat jarak yang sangat jauh antara kedua pita ini sehingga elektron tidak bisa mengubah dirinya dari keadaan valensi menjadi keadaan konduksi dan sebaliknya.

Lalu semikonduktor elektronnya gimana? Ada dimana pita energinya? Nah, inilah yang bikin semikonduktor spesial. Sama seperti isolator dan konduktor, semikonduktor juga memiliki kedua pita energi namun jarak kedua pita tersebut berdekatan! Artinya elektron dari pita valensi dapat pindah ke pita konduksi sehingga sifat isolatornya dapat berubah menjadi konduktor! Gimana caranya elektronnya bisa pindah? Dengan menerima energi tentunya saat menerima panas atau menyerap gelombang elektromagnet seperti pada efek fotolistrik. Elektron yang berpindah ke pita konduksi karena menyerap gelombang EM nantinya akan menjadi arus listrik dan arus ini lah yang akan diolah oleh komponen processing pada Thermo Gun sehingga dapat terbaca menjadi nilai angka pada komponen display Thermo Gun.

Kesimpulan

Kurang lebih begitulah ceritanya ilmu fisika apalagi fisika modern yang selama ini mungkin kita masih bingung, “apa sih aplikasinya di dunia nyata?” ternyata menyumbang kontribusi besar selama masa pandemi ini. Dengan memahami konsep fisika dibalik cara kerja thermo gun ini pun kita bisa terhindar dari hoaks yang mengatakan bahwa alat ini dapat memancarkan radiasi yang dapat merusak otak, padahal kenyataannya alat ini malah menyerap radiasi! Selain itu, thermo gun ini adalah contoh bahwa dengan pemahaman konsep fisika yang baik adalah gerbang menuju industri yang krusial karena alat sederhana seperti thermo gun pada masa pandemi ini sangat dibutuhkan dimanapun!

Daftar Referensi

1. Permana, S. K., Soal Hoax Thermo Gun Bahayakan Otak, Ahli Saraf UGM Angkat Bicara, detikHealth, (27 Juli 2020). (https://health.detik.com/berita-detikhealth/d-5109180/soal-hoax-thermo-gun-bahayakan-otak-ahli-saraf-ugm-angkat-bicara)
2. Gyorki, J. R., Understanding the Infrared Temperature Sensor, Sensor Tips, (14 September 2009). (https://www.sensortips.com/temperature/infrared-temperature-sensor/#:~:text=A%20typical%20infrared%20thermometer%20consists,outside%20the%20desired%20wavelength%20band)
3. Beiser A., Concept of Modern Physics, 6^th ed., McGraw-Hill Higher Education, 57-61, 2003.
4. Krane, K. Modern Physics, 3^rd ed., John Wiley & Sons, Inc., 80-87, 2012.
5. Hardy, J. D., The Radiation of Heat from the Human Body III. The Human Skin as Black-Body Radiator, 1934.
6. Optris Infrared Sensing, LCC., Basic Principles of Non-Contact Temperature Measurement, 15-18, (n.d).
7. Fraden, J., Handbook of Modern Sensors: Physics, Design, and Applications, 5^th ed., Springer, 525-558, 2016.
8. Avci, Pinar & Gupta, Asheesh & Sadasivam, Magesh & Vecchio, Daniela & Pam, Zeev & Pam, Nadav & Hamblin, Michael. (2013). Low-Level Laser (Light) Therapy (LLLT) in skin: stimulating, healing, restoring. Seminars in cutaneous medicine and surgery. 32. 41-52
9. Laser Safety Facts, Laser Classes, Laser Safety Facts, (n.d). https://www.lasersafetyfacts.com/laserclasses.html
10. Bionics Scientific Technologies, Digital Infrared Thermometer Gun, Non Contact Infrared Thermometer (IR) Gun, (n.d). https://bionicsscientific.com/measuring-meters/digital-infrared-thermometer-gun.html