FISIKA MODERNGEJALA-GEJALA KUANTUM PART 1UNIVERSITAS MULAWARMAN2014

Kuantumcabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran atom dan subatom.

Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang, bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern.

Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinyu, tapi diskrit -- berupa 'paket' atau 'kuanta'.Konsep ini cukup revolusioner, karena bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.

Sejarah Fisika Kuantum1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. 1905 Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton.

1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda.

TEORI FOTONGelombang Elektromagnetik termasuk cahaya memiliki dwi-sifat (Dualisme)Dalam Vakum sifat gelombangnya yang lebih menonjol.Dalam interaksinya dengan atom atau molekul, berkas gelombang elektromagnetik berprilaku sebagai berkas korpuskuler (benda kecil)Berkas kecil tersebut disebut foton yang terdiri atas paket-paket energi (kuanta, jamaknya kuantum)Teori yang mempelajarinya disebut Teori Kuantum.

Energi FotonE h f hc / dimanaE = Energi Foton (J)h = Tetapan Planck (6,626 x 10-34 J.s)f = frekuensi radiasi (Hz)c = kecepatan cahaya (m/s)= panjang gelombang radiasi (m)Beberapa catatan:hc = 12,4 keV 1 = 10-10 m1eV = 1,602x10-19 J

Momentum FotonFoton adalah partikel tidak bermassa diamSeluruh massanya adalah hasil geraknya dengan kecepatan cmc2 = hfm = hf/c2Momentum foton (P) mc = hf/c = h/

Contoh Soal1. Hitung Energi foton cahaya infra merah 1240 nm!2. Supaya ikatan kimia dalam molekul kulit manusia dapat diputuskan diperlukan energi foton 3,5 eV. Sesuai dengan panjang gelombang manakah ini?3. Berapa panjang gelombang foton agar momentumnya sama dengan momentum elektron yang berkecepatan 2 x 105 m/s?

Efek Fotolistrik

Efek Foto ListrikEfek Foto listrik adalah peristiwa keluarnya elektron-elektron dari permukaan logam yang dikenai radiasi elektromagnetik (cahaya, sinar inframerah , sinar ultraviolet, dan lain-lain).Rumusan empiris EKmaks dan frekuensi f : E = Ekmaks + Wmin hf = EKmaks + hfoE = hf = isi energi dari masing-masing kuantum cahaya datang.EKmaks = energi kinetik foto elektron maksimumhfo =energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam yang disinari (Fungsi Kerja/ Wmin).

Efek Fotolistrik Pada Potassium

Fungsi Kerja Logam Fungsi kerja merupakan karakteristik yang melekat pada logam atau bahan tertentuMinimal memerlukan energi untuk melepas e bebas dari logam tersebutContoh pada logam CesiumEnergi ionisasi 3,9 eVFungsi kerja 1,7 3,3 eV

Contoh Soal1. Bila permukaan tembaga disinari cahaya tampak, apakah terjadi pembebasan elektron dari permukaan tembaga, jika diketahui fungsi kerja tembaga 4,4 eV2. Emiter dalam sebuah tabung fotolistrik memiliki panjang gelombang ambang 6000 . Tentukan panjang gelombang cahaya datang pada tabung itu jika tegangan henti cahaya ini 2,5 V !

Sinar XSinar-X ;Sinar X pertama kali ditemukan oleh Wihelm Roentgen pada tahun 1895.

Sifat-sifat sinar X adalah:Tidak dapat dilihat oleh mata, bergerak dalam lintasan lurus, dapat mempengaruhi film fotografi sama seperti cahaya tampak.Daya tembusnya lebih tinggi dari pada cahaya tampak, dapat menembus tubuh manusia, kayu serta beberapa lapis logam.Merupakan gelombang elektromagnetik dengan energi E = hf

Efek ComptonPada tahun 1923, Compton mengamati hamburan sinar-X oleh suatu sasaran dari grafit, ketika ia menembakan sinar-X monokromatik. Pada grafit tersebut ditemukan bahwa sinar-X yang terhambur mempunyai panjang gelombang lebih besar dari sinar-X aslinya. Compton menyimpulkan bahwa efek ini dapat difahami sebagai benturan antar foton-foton dengan elektron-elektron, dengan foton berperilaku seperti partikel.

Foton datang elektron target elektron hambur Foton hambur )Yang akhirnya dikenal dengan persamaan Compton.

Contoh Soal2. Dalam sebuah eksperimen Compton, sebuah elektron mencapai energi kinetik 0,100 MeV ketika sinar X berenergi 0,500 MeV menumbuknya. Tentukan panjang gelombang foton terhambur, jika pada mulanya elektron diam1. Hitunglah perubahan panjang gelombang sebuah sinar X dengan panjang gelombang 0,400 yang mengalami hamburan Compton 90o dari sebuah elektron.

Gelombang de BroglieLouis de Broglie pada tahun 1923 membuat suatu postulat yang sangat berani yaitu bahwa semua materi termasuk elektron mempunyai sifat gelombang. Broglie menggunakan rumus Einstein tentang momentum dan energi foton. Diperoleh panjang gelombang foton:

dengan: h = konstanta Planck = 6,63 x 10-34 Jsm = massa partikel (kg) v = kecepatan partikel (m/s)

Contoh SoalBerapa beda potensial yang diperlukan dalam mikroskop elektron agar elektronnya berpanjang gelombang 0,5?

Sebuah partikel bergerak dengan kecepatan 2 x 106 m/s. Berapakah panjang gelombang de Broglienya seandainya partikel itu: (a) elektron, (b) proton, dan (c) bola 0,2 kg.Hitung energi kinetik sebuah netron yang panjang gelombang de Broglienya 0,5?

TugasJelaskan proses penemuan sinar XDengan menggunakan prinsip energi relativistik, buktikan penurunan rumus efek compton!Kerjakan 3 soal dari contoh soal yang ada

MajuDekyNurulYohanes dewa