1. pengantar fisika kuantum

27
LOGO Pengantar Fisika Kuantum Sukainil Ahzan, S.Pd., M.Si Dwi Pangga, S.Pd., M.Si Bab I

Upload: sigitiarius-sagitariuz

Post on 24-Oct-2015

178 views

Category:

Documents


51 download

DESCRIPTION

materi fisika kuantum

TRANSCRIPT

LOGO

Pengantar Fisika Kuantum

Sukainil Ahzan, S.Pd., M.Si

Dwi Pangga, S.Pd., M.Si

Bab I

Fisika Klasik

Mekanika klasik diformulasikan oleh Newton, selajutnya dikembangkan oleh Lagrange dan Hamiltonian

MK sukses dalam menjelaskan gerak dinamis benda2 makro, teori gelombang cahaya (Fresnel), TeoriGelombang EM (Maxwell)

Namun pada akhir abad 19 teori klasik runtuh karena tidak dapat menjelaskan beberapa fenomena radiasi-materi

Lahirnya Kuantum

Beberapa contoh fenomena yang melahirkan mekanika kuantum

1. Spektrum Radiasi benda hitam

2. Efek foto listrik

3. Panas jenis zat padat

4. Dualisme Gelombang partikel

5. Spektrum atom Hidorgen

Hanya dapat dijelaskan dengan teori baru pada abad ke-20 yang disebut Teori Kuantum

Klasik vs Kuantum

No KlasikKuantum

1.Ukuran materi secara umum 10-2 m = 10-8 m 10-2 m = 10-8 m

2.Menggunakan mekanika Newton mekanika Einstein

3Menelaah benda-benda yang berkelajuan v rendah (v << c)

v tinggi (v c)

4Mempunyai obyek pengukuran yang observable, misalnya tekanan, suhu, volume dapat di ukur secara serentak dan akurat

Tidak observable

No KlasikKuantum

5Besaran observable dapat dikalikan secara komutatif A.B = B.A

komutatif A.B B.A

6Dimensi ruang keadaan yang digunakan berhingga

Takhingga

7Spektrum nilai semuanya kontinyu Diskrit

8.Tidak memerlukan ruang hilbert dalam analisisnya

memerlukan

1. Radiasi benda hitam

Benda hitam ideal adalah suatu benda yang menyerap semua radiasi EM yang mengenainya

Frekuensi (v)

Teori klasik yg dirumuskan oleh Rayleigh dan Jeans hanya sesuai untuk frekuensi kecil dan gagal untuk frekuensi besar

kTc

TvE3

8),(

Penyimpangan Teori Rayleigh-Jeans pada frekuensi besar dikenal dengan bencana Ultraungu

E (

v , T

) Rayleiggh-Jeans

T1

T2T1 >T2

Gambar 1. Distribusi Benda Hitam

eksperimen

k = konstanta Boltzman = 1,38 x 10-23 J/K

1. Radiasi benda hitam

Hasil eksperimen yang menarik adalah distribusi energi atau spektrum energi dari radiasi benda hitam bergantung pada cahaya dan temperatur

Teori PlanckSesuai dengan hasil eksperimen, dengan h adalah kosntatan Plack (h = 6,63 x 10-34 J/s)

1

8),(

/

3

3

kThve

v

c

hTvE

Frekuensi (v)

E (

v , T

) Rayleiggh-Jeans

Planck

h = konstanta plank = 6,63 x 10-34 J.s

2. Efek Fotolistrik

Pada tahun 1887 Heinrich melakukan esperimen penyinaran plat katoda dengan aneka cahaya dan sebagai hasilnya elektron dipancarkan dari plat katoda

V

A

Secara klalsik, sebenarnya peristiwa terpancarnya elektron dari permukaan logam yang disinari adalah hal yang wajar

Namun ada beberapa hal yang tidak bisa dijelaskan dgn fisika klasik.

2. Efek foto listrik

Beberapa hal yang tidak dapat dijelaskan klasik:1. Distribusi energi elektron

yang terpancar (fotoelektron) tidak bergantung dari intensitas cahaya

2. Tidak ada keterlambatan waktu antara datangnya cahaya pada permukaan logam dan terpancarnya elektron

3. Energi foto elektron bergantung pada frekuensi cahaya yang digunakan

K = E - Wo

K

Frekuensi ( v )

Menurut Einstein energi yang sampai pada permukaan logam menjadi energi yang terlokalisasi E = n h v n= 1,2,3,...Dimana energi cahaya tsb dinamakan foton /kuanta (paket cahaya)

3. Panas Jenis Zat Padat

Teori klasik meramalkan bahwa kapasitas panas pada volume tetap tidak bergantung pada suhu

moleKkalRT

uC

VV ./63

Secara klasik panas jenis per mole sama untuk semua zat pada semua suhu.

Bebrapa zat padat memenuhi teori di atas, tapi tidak betul untuk suhu rendah T 0

Mengikuti planck , Einstein (1906 ) mengasumsikan suatu zat dapat digambarkan dengan sekumpulan osilator harmonik yang energinya hanya bisa diskrit (nhv)

2/

/2

13

T

TE

BV

VE

E

e

e

TNk

T

uC

Klasik

EksperimEinstein

6 R

CV

TGambar. Kapasitas molar Zat

bo

E

kh

Einsteinsuhu

/

4. Dualisme gelombang

Menurut fisika klasik Gelombang terpisah secara absalut dari materi, yang artinya keduanya mempunyai sifat dan perilaku yang khas dan tidak dapt saling menggantikan

Hal ini terbantah oleh:

1. Arthur Campton yang melakukan eksperimen penembakan sinar X terhadap bahan

2. Hipotesis de Broglie

Efek Compton

Campton mengusulkan:1. Foton mempunyai momentum sebagai partikel2. Proses hamburan adalah tumbukan elastis antara foton dan

elektron

cos1' cm

h

o

Hipotesis de Broglie

Partikel (seharusnya juga) mempunyai sifat Gelombang). Partikel bermasa m dan bergerak dengan laju v mempunyai panjang gelombang

p

h

mv

h

Dari kedua ilmuwan di atas disimpulkan bahwa, gelombang dapat bersifat partikel dan sebaliknya partikel dapat bersifat gelombang

Partikel Gelombang

4. Teori Atom klasik

Rutherford membuat model atom yang mengambil analogi tata surya yg mana planet-planet mengitari matahari. Hipotesisnya:

elektron atom hidrogen beredar di sekitar inti hanya 10-6 detik, kemudian ia jatuh ke dalam inti. Karena menurut pemahaman klasik elektron akan memancarkan energi selama mengitari inti

spektrum optik dari atom adalah spektrum kontinu

Mekanika klasik (Newton, Lagrange, Hamilton dll) sukses menjelaskan gerak dinamis benda-benda makroskopis. Cahaya sebagai gelombang (Fresnel, Maxwell, Hertz) sangat berhasil menjelaskan sifat-sifat cahaya.

Pada akhir abad 19, teori-teori klasik di atas tidak mampu memberikan penjelasan yang memuaskan bagi sejumlah fenomena “berskala-kecil” seperti sifat radiasi dan interaksi radiasi-materi.

Akibatnya, dasar-dasar fisika yang ada secara radikal diteliti-ulang lagi, dan dalam perempat pertama abad 20 muncul berbagai pengembangan teori seperti relativitas dan mekanika kuantum

4. Teori Atom BhorDua kesimpulan Rutherford tidak sesuai dengan hasil eksperimen Balmer yg berupa spektrum Diskrit. Sehingga Neils Bhor mengajukan model atom berikut:

1. Elektron bergerak mengelilingi inti dengan gerak melingkar serba sama dalam gaya Coulumb dan sesuai dengan hukum Newton

2. Orbit elektron yang diijinkan hanya orbit yg memungkinkan momentum sudut elektron adalah kelipatan bulat dari h/2, yaitu: L = mvr = bar.h

3. Jika elektron berada pada orbit yang diijinkan, elektron tidak memancarkan energi

4. Jika elektron meloncat dari lintasan ke-i menuju ke-j, maka foton dengan frekuensi v dipancarkan (Ei > Ej) atau diserap (Ei < Ej)

Latihan

1. Stasiun Radio berdaya 1 kW bekerja pada frekuensi 98 Mhz. Berapa jumlah foton perdetik yang dipancarkan sumber?

2. frekuensi ambang efek foto listrik dari logam 1,1 x 1015 Hz. Hitung energi kinetik elektron (dalam eV) bila cahaya berfrekuensi 1,1 x 1015 Hz di sinarkan pada permukaan tembaga

3. Berapakah tegangan yang harus dipasang pada sinar-X, supaya sinar-X yang terpancar panjang gelombangnya 1,5 amstrong

4. Berkassinar X dengan panjang gelombang 0,56 amstrong terhambur oleh elektron bebas ke arah 45 terhadap arah datangya. Berapakah panjang gelombang sinar-X yang digunakan

Click to edit title style

TitleThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.

TitleThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.

TitleThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.

Contents

Click to add Title in herePowerPoint Diagrams designed by ThemeGallery.

Click to add Title in herePowerPoint Diagrams designed by ThemeGallery.

Click to add Title in herePowerPoint Diagrams designed by ThemeGallery.

Click to add Title in herePowerPoint Diagrams designed by ThemeGallery.

3

2

4

1

LOGO

Thank You!www.themegallery.com

Click to edit title style

Text in here

Text in here

Text in here

Text in here

Text in here • ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.

• ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.

• ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.

• ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.

• ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.

Click to edit title style

Text1

Text2

Text3

Text4

Text5Text6

Click to edit title style

Text in here

ThemeGallery is a Design Digital Content

& Contents mall developed

by Guild Design Inc.

Add your text in here

Add your text in here

Add your text in here

ThemeGallery is a Design Digital Content

& Contents mall developed

by Guild Design Inc.

ThemeGallery is a Design Digital Content

& Contents mall developed

by Guild Design Inc.

Click to edit title style

Add Your TextAdd Your Text

Add Your Text

Add Your Text

Add Your Text

Add Your Text

Text

Click to edit title style

Phase 1Phase 1 Phase 2Phase 2 Phase 3Phase 3

ThemeGallery is a Design Digital

Content & Contents mall developed

by Guild Design Inc.

ThemeGallery is a Design Digital

Content & Contents mall developed

by Guild Design Inc.

ThemeGallery is a Design Digital

Content & Contents mall developed

by Guild Design Inc.