besaran vektor - fisika itu gampang, asyik … · web view4.2 mendeskripsikan pemanfaatan...

Kompetensi Dasar3.1 Menganalisis ecara kualitatif ejala kuantum yang mencakup hakikat dan sifatsifat radiasi benda hitam

serta penerapannya

Materi Pembelajaran :Radiasi benda hitam dan dualisme partikel-gelomang cahaya

Indikator1. Mendeskripsikan fenomena radiasi benda hitam2. Mendeskripsikan hipotesis Planck tentang kuantum cahaya3. Menerapkan perilaku radiasi benda hitam untuk menjelaskan gejala pemanasan gelobal (misalnya

pada efek rumah kaca)

1. Benda Hitam

Teori kuantum dimulai dengan fenomena radiasi benda hitam. Apabila suatubenda dipanaskan maka akan tampak mengeluarkan radiasi (misalnya ditandai denganterpancarnya cahaya yang berwarna-warni).

Radiasi Kalor

Permukaan suatu benda pada suhu mutlak T akan memancarkan energi kalor setiap satuan waktu sebesar

W = energi kalor tiap satuan waktu persatuan luas, satuannya joule ; s . mZ atau watt/m2.

Bahan Ajar Fisika Kelas XII Semester Genap (I) halaman- -

1

Jadi persamaan diatas menunjukkan perambatan energi kalor melalui radiasi gelombang elektromagnetik. Dari persamaan tersebut, apabila luas permukaan benda seluas A.m 2 maka energi tiap satuan waktu atau daya yang dipancarkan oleh permukaan suatu benda.

Harga e tergantung daripada sifat permukaan benda. lintuk benda hitam sempurna harga e = l, benda semacam ini merupakan pemancar energi kalor yang paling baik dan tentunya juga merupakan penyerap kalor yang paling baik.

Soal :Suatu permukaan benda hitam sempurna bersuhu 127 °C. Berapakah energi kalor persatuan waktu yang terpancar dari permukaan benda tersebut.

Penyelesaian:


2

Hukum pergeseran Wien

Percobaan-percobaan untuk mengamati distribusi stektrum gelombang yang dipancarkan oleh suatu benda telah dilakukan oleh Wien, yang dikenal sebagai rumus pergeseran Wien.Wien memperoleh hubungan antara panjang gelombang pada intensitas pada intensitas pancar yang maksimum dengan suhu mutlak benda sebagai:

Bila dii_buat grafik aubungan antara intensitas pancar terhadap frekuensi setiap terjadi kenaikan suhu, puncak-puncaknya bergeser ke kanan, ke arah frekuensi yang lebih besar. Sedangkan hubungan antara intensitas pancar terhadap panjang gelombang setiap terjadi kenaikan suhu puncak-puncaknya bergeser ke kiri, ke arah panjang gelombang yang lebih kecil.


3

2. Konsep Foton

Pada tahun 1901, Max Planck mengemukakan suatu hipotesa yang bunyinya :

'Energi gelombang elektromagnet dipancarkan dan dlserap oleh }ahan sebagai satuan-satuan aiskrit yang disehut fbton, yang besarnya hf denga_n f frekuensi gelombang etektromagnetik dan h tetapan Planck' :

Jadi menurut Planck gelombang elektromagnetik yang terpancar akan berbentuk paket-paket, untuk gelombang dengan frekuensi f, pancaran itu berbentuk paket-paket energi yang disebut foton masing-masing dengan encrgi hf.Persamaan energi foton

E = h.f

Paket-paket energi atau foton ini juga dapat bersifat sebagai mareri, yang dibuktikan dengan adanya gejala fotolistrik dan gejala compton


4

3. Gejala Foto Listrik

Bila berkas cahaya dikenakan pada keping katoda dalam tabung ruang hampa yang dihubungkan dengan sumber tegangan searah, maka akan tampak adanya arus yang mengalir dalam rangkaian. Ini menunjukkan adanya elektron yang lepas dari permukaan katoda menuju anoda sehingga jarum Galvanomer akan menyimpang dari kedudukan setimbangnya, atau terjadi arus listrik dalam rangkaian.

Peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan katoda (Logam) oleh pengaruh energi foton dari luar disebut dengan gejala foto listrik atau gejala foto elektron.

Tinjau gambar diatas- Sebelum katoda disinari dengan berkas cahaya tidak ada arus yang lewat galvanometer.- Setelah katoda disinari dengan berkas cahaya, ada arus listrik lewat galvanometer.- Ini berarti ada elektron yang terlepas dari permukaan katoda menuju anoda, aliran elektron-

elektron inilah yang menimbulkan arus listrik. - Elektron yang terlepas dari permukaan katoda pada peristiwa efek foto listrik ini disebut foto

elektron. Bahan Ajar Fisika Kelas XII Semester Genap (I) halaman- -

5

Supaya dapat terjadi efek foto listrik, maka berkas cahaya dari luar tersebut harus memenuhi beberapa persyaratan :

Frekuensi berkas cahaya yang menyinari katoda harus lebih besar dari frekuensi ambang bahan. Atau panjang gelombang berkas cahaya yang menyinari katoda harus lebih kecil dari pai.jang gelombang ambang bahan katoda.

Frekuensi ambang (fo)Yang dimaksudkan dengan frekuensi ambang adalah frekuensi terkecil yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam.

Panjang gelombang ambang (λO)Adalah parijang gelombang terbesar yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam. Logam-logam yang berlainan jenis akan mempunyai frekuensi ambang dan panjang gelombang yang berbeda pula.

Hasil-hasil pengamatan tidak dapat diterangkan dengan teori gelombang dari cahaya. Pada teori gelombang, pancaran energi dilakukan secara kontinu, oleh karena itu diharapkan bahwa dengan memperbesar intensitas cahaya penyinaran, energi kinetik foto elektron juga akan bertambah. Ini bertentangan dengan pengamatan, beda tegangan antara katoda dan anoda sebanding dengan energi kinetik maksimum dan sama sekali tidak dipengaruhi oleh intensitas penyinaran.

Maka pada tahun 1905 Albert Einstein menjelaskan gejala-gejala ini dengan menggunakan hipotesa Planck. Cahaya yang disinari pada keping logarr. adalah merupakan paket-paket foton dengan energi sebesar hf. Bila suatu foton diserap oleh bahan maka seluruh paket energinya diserahkan kepada saiah satu elektron yang ada di permukaan keping logam. Bila hf cukup besar maka sebagian dari energi itu, yaitu hfo digunakan untuk melepaskan elektron dari ikatannya, sisanya akan muncul sebagai energi kinetik elektron.


6

Perumusannya :

Bila berkas cahaya yang mengenai permukaan logam katoda mempunyai energi foton hf dan energi ambang bahan katodanya hfo maka elektron akan terlepas dari permukaan logam dengan energi kinetik :

Ek = hf – hfo

Ek = energi kinetik elektron yang terlepas.hf = energi foton berkas cahaya dari luar.hfo = energi ambang bahan logam katoda.

Jadi sisa energi sebesar (hf- hfo) dipakai untuk melepaskan elektron dari permukaan logam, yang dipergunakan menjadi energi kinetik elektron.

Dari penjelasan Einstein didapatkan :

(1) Bila h.f = h.{o maka Ek = 0, untuk f <fo elektron tidak akan lepas dari ikatan ion permukaan bahan logam.

(2) Beda potensial antara katoda dengan anoda (V) sebanding dengan energi kinetik elektron yang terlepas.Jadi eV = Eke = muatan elektronV = beda tegangan antara katoda dengan anodaEk = energi kinetik elektron yang terlepas

(3) Untuk cahaya dengan frekuensi f, kenaikan intensitas penyinaran hanya berarti kenaikan jumlah foton yang masing-masing mempunyai energi h{. Karena satu foton hanya dapat diserap oleh satu elektron, maka kenaikan jumlah foton ini sama sekali tidak mempengaruhi besamya Ek, melainkan hanya menambah jumlah elektron yang terlepas dari permukaan keping logam.

Bila yang diketahui adalah panjang gelombang ambaal; lagam dan panjang gelcmbang berkas cahaya dari War, persamaannya dapat menjadi :


7

Supaya dapat terjadi efek foto listrik, maka dari persamaan di atas haruslah λ<λ0

SoalFrekuensi ambang suatu bahan logam sebesar 8 x 1014 Hz, logam tersebut disinari dengan berkas cahaya yang mempunyai 1015 Hz. Tentukanlah besarnya energi kinetik elektron yang terlepas dari permukaan logam tersebut.

Penyelesaian :


8

4. Gejala Compton.

Pada tahun 1923 Compton mempelajari gejala-gejala tumbuhan antara foton dan elektron. Berkas gelombang elektromagnetik yang bersumber pada bahan radioaktif dikenakan pada keping tipis berilium. Kemudian pada arah-arah tertentu dipasang alat pengamat (detektor) elektron dan foton yang diatur agar hanya dapat mengamati pasangan elektron dan foton yang datang secara serentak. Compton mendapatkan suatu kesimpulan bahwa paket-paket energi gelombang elektro magnetik itu dapat berfungsi sebagai partikel dengan momentum.

jadi sudah tidak disangsikan lagi bahwa cahaya memiliki sifat kembar sebagai gelombang dan sebagai partikel.

Sketsa percobaan tumbukan foton dengan elektron oleh Compton.


9

Setelah terjadi tumbukan antara foton dengan elektron maka foton kehilangan energi sebesar (hf - hf ), dalam hal ini f ' <f sedangkan panjang gelombang setelah bertumbukan akan bertambah besar, yaitu Aλ' > λ. Bila penyimpangan arah foton setelah bertumbukan B terhadap arahnya semula, maka

hubungan antara λ dan λ' memenuhi hubungan:

Soal

Berapakah momentum dari seberkas cahaya yang mempunyai frekuensi 1012 Hz. Bila diketahui kecepatan cahaya 3.108 m/s dan konstanta Planck h = 6,63. 10-'34 joule . detik.

Penyelesaian :


10

5. Pengujian Sifat Gelombang Materi

Apabila cahaya dapat bersifat sebagai gelombang dan sebagai partikel, maka pada tahun 1924 Louis de Broglie adalah orang yang pertama mengajukan hypotesa bahwa partikel seperti elektron juga dapat bersifat sebagai gelombang. Jadi dalam hal ini partikel (materi) akan dapat juga bersifat sebagai gelombang.

Menurut de Broglie hubungan antara panjang gelombang partikel (λ) dan momentumnya (P) diturunkan dari persamaan Compton, persamaan :

Hypotesa yang diajukan oleh Louis de Broglie ini diuji kebenarannya oleh Davisson dan Germer pada tahun 1927 dengan memilih elektron sebagai partikel dalam eksperimennya. Dan hasilnya meyakinkan bahwa apa yang lazimnya kita kenal sebagai materi, yaitu elektron, juga dapat menunjukkan sifat gelombang, tepat seperti yang diramalkan dalam hypotesa de Broglie.


11

6. Efek Rumah Kaca Masalah : apakah efek rumah kaca tersebut?

Alat dan Bahan yang Digunakan :

Kotak sepatu l Tanah l 2 buah termometer l Pembungkus makanan dari plastik tak berwarna (kertas wrap) l Pengatur waktu

Prosedur:1. Isi kotak sepatu setengahnya dengan tanah. 2. Letakkan termometer di atas permukaan tanah. Letakkan termometer ke dua di luar kotak. 3. Tutup kotak yang terbuka dengan selapis plastik pembungkus. 4. Baca suhu pada kedua termometer. 5. Tempatkan kotak dan termometer ke dua bersebelahan di luar rumah yang banyak dikenai

cahaya matahari. 6. Catat pembacaan dari kedua termometer setiap 15 menit selama satu jam. Catat pembacaan

setiap satu jam selama 4 jam.

Hasil : Semua atau sebagian besar pembacaan temperatur memperlihatkan bahwa temperatur dalam plastik yang menutupi kotak lebih tinggi dibandingkan temperatur di luar kotak

Mengapa?Sebuah struktur yang dirancang untuk memberikan sebuah perlindungan, lingkungan yang terkontrol untuk menumbuhkan tanaman di dalam ruangan disebut greenhouse (rumah kaca). Rumah kaca ini terbuat dari kaca atau material lain yang membiarkan cahaya matahari masuk. Kotak dalam eksperimen ini merupakan contoh sebuah rumah kaca.

Energi matahari merupakan radiasi elektromagnet. Energi ini dipancarkan oleh matahari dan datang dalam bentuk gelombang dengan panjang gelombang yang bervariasi. Radiasi panjang gelombang-pendek dari matahari melewati pembungkus plastik yang menutupi kotak. Sebagian besar energi ini


12

diserap tanah dan sisi-sisi kotak kardus sehingga menyebabkan panasnya naik. Radiasi panjang gelombang-panjang, disebut radiasi infra merah (gelombang panas), dilepaskan oleh tanah dan sisi-sisi kotak kardus.

Sebagian ilmuwan berpikir bahwa radiasi panjang gelombang-pendek memasuki kotak melalui plastik dan berubah menjadi radiasi panjang gelombang-panjang, atau gelombang panas, yang kemudian terperangkap dalam plastik. Ilmuwan lain percaya bahwa penyebabnya karena rumah kaca tertutup, sehingga udara panas terperangkap di dalamnya.

Selagi tidak ada udara dingin yang memasuki kotak, temperatur dalam rumah kaca tetap bertambah. Atmosfir bumi, memerangkap radiasi panjang gelombang-panjang. Komposisi gas di udara lebih kurang 78 % nitrogen, 21% oksigen, dan 1% terdiri dari campuran gas seperti uap air, karbon dioksida dan karbon monoksida dan lain-lain.

Seperti plastik yang menutupi kotak dalam eksperimen ini, atmosfir melewatkan energi matahari melalui permukaan bumi. Panas permukaan menjadi naik dan memberikan radiasi panjang gelombang-panjang. Sebagian besar dari gelombang panas ini diserap oleh uap air (air dalam fase gas) dan karbon dioksida (gas yang dihasilkan oleh pembakaran dan dikeluarkan oleh hewan) di atmosfir yang terendah.

Gas di atmosfir ini mengirimkan sebagian besar gelombang panas ini kembali ke bumi, yang menyebabkan permukaan bumi secara berangsur-angsur menjadi panas. Rumah kaca dan atmosfir bumi kedua-duanya menangkap panas dari matahari. Oleh sebab itu, panas bumi ini disebut efek rumah kaca.


13

Contoh Soal

1. Sebuah pemancar radio bekerja pada daerah f"rekuensi 30 KHz dan 6 MHz, maka siaran radio tersebut dapat kita tangkap pada sebuah radio dengan panjang gelornbang:A.103 m dan S in D. 104 m dan 50 mB.103 m dan 50 m E, 105 m dan 500 m C.104 m dan 5 m

2. Dua buah benda terbuat dari bahan yang sama, masing-masing suhuuya 27 °C dan 127°C maka perbandingan energi kalon yang dipancarkan oielr kedua benda adalah:A.27 : 12"7 D. 81 : 256B.27 : 254 E. 81 : 265 C.81 : 254

3. Suhu permukaan suatu benda 483 K, maka menurut hukum pergeseran wien panjang gelombang pada intensitas maksimum yang dipancarkan oleh permukaan benda itu :A. 6 μm D. 3 μmB. 5 μm E. 2 μm C. 4 μm

4. Frekwensi ambang suatu bahan 1,5 1016 HZ . Bila bahan tersebut disinari dengan sinar yang mempunyai frekwensi 2.1016 Hz. besarnya energi kinetik elektron yang terlepas dari permukaan logam tersebut adalah :

A. 41,2 eV D. 10,3 eVB .20,6 eV E 5,2 eV. C 13,6 eV

5. Ektron bergerak dengan kecepatan 0.5 C, bila massa electron tersebut 9. 10 -31 Tentukan panjang gelombang electron menurut De Broglie

A. 0,048 Ao D. 0,962 Ao

B. 0,096 Ao E. 1,458 A°o

C. 0,486 Ao


14

Soal-soal Latihan

1. Sebuah benda hitam sempurna luas permukaannya 10 cm2 bersuhu 1000 K. Maka besarnya energi yang dipancarkan dalam 1 detik adalah …

2. Pada peristiwa efek foto listrik, makin besar intensitas cahaya penyinarannya, maka :(A) Makin besar energi kinetik elektron yang

terlepas (B) Makin besar kecepatan etektron yang

terlepas (C) Makin banyak elek.tron yang terlepas(D) Kecepatan dan jumlah elektron yang

terlepas bertambah (E) Energi yang terserap oleh bahan makin

besar

3. Energi foton suatu gelombang elektromagnetik tergantung pada :(A) Kecepatannya(B) Amplitudonya(C) lntensitasnya(D) Suhunya. (E) Panjang gelombangnya


15

4 Dua buah benda terbuat dari bahan yang sama masing-masing suhunya 300 K dan 600 K. Berapakah perbandingan energi yang dipancarkan oleh kedua permukaan benda tersebut

.

5. Bila suhu permukaan matahari 6000 K, jari jarinya 7 X 108 meter dan bila dianggap koefisien emisivitasnya sama dengan benda hitam sempurna, tentukanlah:

(a) Energi tiap satuan waktu persatuan luas yang dipancarkan.

(b) Daya yang dipancarkan setiap saat.(c) Dalam waktu satu hari berapa energi

yang dipancarkan


16

Kompetensi Dasar3.2 Mendeskripsikan perkembangan teori atom

Materi Pembelajaran :Teori atom Thomson, Rutherford, Niels Bohr dan Mekanika Kuantum

Indikator1. Mendeskripsikan karakteristik teori atom Thomson, Rutherford, Niels Bohr, dan mekanika kuantum2. Menghitung perubahan energi electron yang mengalami eksitasi3. Menghitung panjang gelombang terbesar dan terkecil pada deret Lyman, Balmer, dan Paschen pada spectrum

atom hidrogen

1. Model Atom Menurut Thomson

Sehubungan dengan penemuan elektron oleh JJ. Thomson yang menjadi bagian dari atom, maka J J. Thomson mengeluarkan suatu model atom pada tahun 1904. Menurut JJ. Thomson atom itu mempunyai muatan positif yang terbagi merata keseluruh isi atom. Muatan ini dinetralkan oleh elektron-elektron yang tersebar diantara muatan atom itu.

2. Hamburan Rutherford Bahan Ajar Fisika Kelas XII Semester Genap (I) halaman- -

17

Ernest Rutherford mengadakan suatu percobaan dengan menembakkan part~7ce1-part&el alfa pada suatu lempengan emas yang sangat tipis, yaitu seteba10,01 mm atau kira-kira setebal 2000 atom.

Apabila model atom Thomson itu benar, maka partikel-partMcel alfa tidak akan dihamburkan pada waktu mengenai lempengan emas. Partflcel alfa dengan energi yang sangat besar dengan massa yang jauh lebih besar dari massa elektron diharapkan akan bergerak lurus, tak terganggu oleh elektron dan muatan positif atom emas yang menyebar disekitar elektron. Ternyata partilcel-partikel alfa yang dipergunakan dalam percobaan itu tidak seluruhnya dapat menembus lempengan emas secara lurus, tetapi beberapa diantaranya ada yang dibelokkan, bahkan ada yang dikembalikan dengan membentuk sudut antara 90° sampai 180°. Hal ini menunjukkan bahwa muatan positif dari atom tidak menyebar, tetapi mengumpul pada suatu tempat dalam tiap-tiap atom, sehingga dapat menghamburkan part ikel-partlel alfa pada saat menumbuk atom-atom tersebut.

Percobaan inilah yang mendorong Rutherford pada tahun 1911 untuk menyusun model atom yang baru.

2.1 Model Atom Menurut Rutherford Bahan Ajar Fisika Kelas XII Semester Genap (I) halaman- -

18

Menurut Rutherford muatan positif dan sebagian besar massa atom akan berkumpul pada suatu titik, yaitu terpusat di tengah-tengah atom. Pusat ini disebut inti atom. Di luar ini, pada jarak yang relatif jauh ada elektron-elektron yang berputar dalam lintasan-lintasan tertentu, seperti planet-planet yang bergerak seperti susunan tata surya.

Atom secara keseluruhan bersifat netral. Muatan inti adalah posit if dan besarnya sama dengan besar muatan elektron-elektron yang mengitarinya. Inti atom dengan elektron saling tarik menarik, ini menyebabkan adanya gaya sentripetai pada elektron yang menyebabkan lintasan elektron tetap seperti gaya gravitasi dalam tatasurya. Inti hidrogen bermuatan satu muatan elementer, karena terdapat sebuah elektron yang mengelilinginya, inti helium bermr:atan dua muatan elementer dan inti oksigen bermuatan delapan muatan elementer.

Pada suatu reaksi kimia, inti atom tidak mengalazni perubahan. hanya elektron pada lintasan-lizltasan luar saling mempengaruhi.

2.2 Pengujian model Atom Rutherford Bahan Ajar Fisika Kelas XII Semester Genap (I) halaman- -

19

Model atom Thomson diuji dengan hamburan pa;tikel alfa. demikian juga model atom Rutherford periu diuji apakalh sesuai dengan kenyataan-kenyataan yang harus berlaku.

Menurut Rutherford elektron bergerak rnengeiilingi inti yang, bermuatan positif. Untuk atom hidrogen dapat kita lihat seperti gambar berikut:

Gaya tarik antara inti dan elektron adalah :

gaya tarik ini sama besar dengan gaya sentripetal yang bekerja pada elek;ron tersebut

sehingga besarnya energi kinetik elektron pada jari jari lintasan r adalah :


20

Sedangkan besarnya energi potensial elektron _yang bermuatan -e pada j arak r dari inti.

Energi yang dimiliki oleh elektron bertanda negatii. Bila r kecil maka E kecil, dan energi yang dimiliiki oleh elektron makin besar bila r makin besar atau bila elektron makin jauh dari inti.

Karena elektron bermuatan listnk maka selama bergerak akan menimbulkan arus listrik. Akan terjadi medan magnet yang berubah-ubah. Medan magnet ini akan dapat nenimbulkan medan listrik yang berubah-ubah juga. Elektron yang bergerak mengelilingi inti itu akan menimbulkan gelombang elektromagnetik jadi elektron-elektron itu akan memancarkan energi.


21

Kelemahan-kelemahan model atom Rutherford.

(1) Karena dalam lintasannya elektron memancarkan energi, maka energi elektron akan berkurang, jari jari lintasannya akan mengecil. Lintasannya tidak lagi merupakan lingkaran dengan jari jari yang sama, tetapi merupakan putaran berpilin yang selalu mendekati inti dan akhirnya elektron akan jatuh dan bersatu dengan inti. Jadi atom itu tidak stabil.

(2) Apabila lintasan elektron makin mengecil, maka waktu putarnyapun akan mengecil. Frekuensi gelombang yang dipancarkannya akan menjadi bermacam-macam. Jadi atom hidrogen tidak akan menunjukkan suatu spektrum garis tertentu tetapi merupakan spektrum yang kontinu. Hal ini bertentangan dengan hasil pengamatan memakai spektrometer yang menurgukkan garis-garis khas hidrogen.

3 Spektrum Atom Hidrogen Dan Model Atom Menurut Bohr

3.1 Spektrum Atom Hidrogen

Pengamatan dengan spektrometer menunjukkan spektrum hidrogen terdiri dari deretan garis-garis yang terpisah-pisah menurut aturan tertentu. Aturan-aturan ini dikenal dengan deret Lyman, Balmer, Paschen, Bracket dan Pfund.

Sebuah elektron dapat berpindah dari lintasan tertentu ke lintasan lainnya. Lintasan-lintasan yang diperbolehkan itu menentukan energienergi elektron. Lintasan paling dekat dengan inti, yaitu lintasan dengan n = 1 yang merupakan keadaan normal atau keadaan paling stabil untuk atom yang bersangkutan, karena elektron mempunyai energi potensial yang paling rendah dalam keadaan ini.

Loncatan ke lintasan yang berikutnya, n = 2 atau ke n = 3. berarti ke keadaan energi yang lebih tinggi. Dalam keadaan ini atom ada dalam keadaan eksitasi atau tidak stabil. Pada saat elektron akan kembali ke keadaan normalnya, elektron tersebut akan memancarkan energi foton.

Energi foton yang dipancarkan oleh elektron itu ternyata berupa garis-garis spektrum sebagai .

akibat eksitasi, garis-garis spektrum ini sesuai dengan deret-deret yang diamati oleh Lyman, Balmer, Paschen, Bracket dan Pfund.


22

3.2 Model Atom Menurut Bohr.

Pada tahun 1913 Niels Bohr menyusun model atom hidrogen berdasarkan model atom Rutherford dan teori kuantum.

Model atom Borh berdasarkan dua postulat :

1. Elektron tidak dapat berputar sekitar inti melalui sembarang lintasan, tetapi hanya dapat melalui lintasan-lintasan tertentu saja tanpa membebaskan energi. Lintasan-lintasan itu mempunyai momentum arguler elektron :

2. Sebuah elektron akan menyerap atau memancarkan energi-enei bila berpindah dari lintasan tertentu ke lintasan lainnya. Beru energi foton yang besarnya hf.Bila transisi terjadi dari lintasan luar ke lintasan yang lebih di dala elektron tersebut akan memancarkan energi foton. Bila sebalikn akan menyerap energi.Perlu diingatkan kembali, makin besar bilangan kuantumnya mak besar energi elektron pada lintasan bilangan kuantum tersebut.

Dengan mengetahui jari jarinya dapat kita tentukan besarnya energi elektron pada masing-masing lintasannya :


23

4. Penerapan Model Atom Bohr pada Spektrum Atom Hidrogen

energi foton yang dipancarkan oleh elektron dalam bentuk ge lombang elektromagnetik itu mempunyai panjang gelombang yang dapat dirumuskan sebagai benkut:

Energi foton yang dipancarkan :

R, tetapan Rydberg.


24

nA = lintasan yang dituju dan nB dari lintasan luar.

(1) Untuk deret Lyman nA =1 dan nB =2, 3, 4, . . . . , . . (2).Untuk deret Batmer nA=2 dan nB=3. 4, 5 .......(3) Untuk deret Pazchen nA =3 dan nB =4, 5, 6,. . . . . . . (4) Untuk deret Bracket nA =4 dan nB=5, 6, 7........(5) Untuk deret Pfund nA = 5 dan nB = 6. 7 8. . . . . . .

Apabila hidrogen mendapatkan energi yang cukup maka elektronnya dapat diaktivasikan sampai ke lintasan n = tak terhingga , artinya terjadi ionisasi. Energi yang diperlukan disebut energi ionisasi.


25

Besarnya energi ionisasi dari masing-masing lintasan elektron memenuhi persamaan :

5. Elektron Volt (eV)

Satu eV adalah besarnya energi yang diperoleh bila sebuah elektron dipercepat dalam medan listrik melalui beda potensial satu Volt.

Kelemahan-kelemahan model atom Bohr- Lintasan elektron yang mengelilingi inti ternyata sangat rumit, lintasannya bukan berupa

lingkaran saja.- Model atom Bohr hanya dapat menerangkan model atom hidrogen, sedangkan untuk atom

berelektron banyak mempunyai perhitungan yang sangat sukar, sehingga sukar untuk diterangkan.

- Tidak dapat menerangkan pengaruh medan magnet terhadap spektrum atom, hal ini dapat diterangkan oleh Zee•man.

- Tidak dapat menerangkan kejadian-kejadian dalam ikatau kimia dengan baik.

Soal-Soal Latihan1. Manakah kenyataan berikut ini yang tidak

dapat dijelaskan oleh model atom


26

Rutherford.(A) Atom dapat terionisasi.(B) Elektron-elektron dapat

memancarkan energi.(C) Terhamburnya partikel-partikel

bermuatan bila melalui atom-atom.(D) Spektrum pancar atom berbentuk

garis-garis.(E) Partikel - partikel bermuatan

dapat melewati kumpulan atom-atom.

2. Energi ionisasi ialah energi yang diperlukan untuk memindahkan elektron-elektron dari lintasan normal ke lintasan dengan bilangan kuantuma. n = 0b. n = 1c. n = 2d. n = 3e. n = ~

3. Suatu atom hidrogen ada dalam keadaan normal bila elektronnya:

(A) Ada di inti atom(B) Lepas dari inti atom(C) Pada lintasan tertentu(D) Ada pada tingkat energi terendah(E) Ada pada tingkat energi tertinggi.

4. Bila tedadi transisi elektron dalam orbitnya, dari atom hidrogen maka energi terbesar yang dipancarkannya


27

ialah:(A) dari n = 2 ke n = 1(B) dari n = 3 ke n = 2(C) dari n = 4 ke n = 3(D) dari n = 4 ke n = 2(E) dari n = 5 ke n = 2

5. Besarnya energi yang dipancarkan bila terjadi transisi elektron dari lintasan n = 2 ke n = 1 adalah(A)1 eV (D) 4 eV(B)2 eV (E) 5 eV(C)3 eV

6. Percobaan Franck dan Hertz membuktikan bahwa:(A) Inti atom bermuatan positif.(B) Muatan elektron adalah muatan

elementer.(C) Spektrum yang dipancarkan atom

hidrogen berupa spektrum garis.(D) Energi atom berupa tingkat-tingkat

energi.(E) Elektron akan mengabsorpsi energi

bila terjadi transisi dari lintasan dasar ke lintasan lebih tinggi

7. . Terangkanlah secara singkat model atom- menurut

(a) Thomson


28

(b) Rutherford(c) Bohr

8. Berapakah besarnya:(a) Energi kinetik elektron pada lintasan n

= 1.(b) Energi potensial elektron pads lintasan

n = 1.Dari atom hidrogen menurut Bohr.

Kompetensi Dasar


29

3.3 Memformulasikan teori relativitas khusus untuk waktu, panjang, dan massa, serta kesetaraan massa dengan energi yang diterapkan dalam teknologi

Materi Pembelajaran :Relativitas waktu, panjang, dan massa serta kesetaraan massa dan energi

Indikator1. Memformulasikan relativitas khusus untuk massa, panjang dan waktu

2. Menganalisis relativitas panjang, waktu, massa, energi, dan momentum3. Mendeskripsikan penerapan kesetaraan massa dan energi pada teknologi nuklir

1. Relativitas

Jika kita perhatikan berapa macam gelornbang yang kita kenal, nyata bagi kita akan adanya medium, untuk tiap gelombang tersebut. Pada abad ke-19, orang menyebut ether, sebagar medium yang ada pada ruang hampa. Pada tahun 1887, Michelson dan Morley rnengadakan eksperimen yang bermaksud untuk mengukur kecepatan aliran ether. Kesimpulan percobaan yang dilakukan Michelson dan Morley;

- tidak dapat mengamati adanya ether- Kecepatan cahaya sama dalam septa arah. tidak tergantung dari gerak bumi.

2. Teori Relativitas khusus

Albert Einstein mengajukan teori relativitas khusus yang dikenal sebagai Postulat Einstein yaitu:

1. Kecepatan benda-benda yang bergerak hanya dapat diberikan secara relatif terhadap benda yang lain.

2. Hukum penjumlahan kecepatan tidak herlaku untuk cahaya. Kecepatan cahaya di alam semesta dalam segala arah selalu sama, tidak bergantung pada gerak sumbernya ataupun gerak pengamatnya.


30

3. Penjumlahan kecepatan relatif.Jika dua kecepatan vi dan v2 dijumlahkan, hasil yang diperoleh adalah:

Contoh soal

1. Sebuah partikel elementer yang disebut neutrino bergerak dengan kecepatan cahaya u = c. Sebuah pengamat bergerak dengan kecepatan v ke arah neutrino. Terhadap pengamat, berapa kecepatan neutrino?

Pembahasan:

2. Andaikan bahwa kecepatan dua pesawat jet (terhadap tanah) yang saling mendekati adalah u = 3200 km/jam dan v = 1600 km/jam. Berapa kecepatan pesawat pertama diukur oleh pesawat kedua?


31

Pembahasan:

3. Postulat Einstein adalah ....(1) massa benda tak konstan(2) waktu diam dan waktu bergerak tidak sama (3) panjang diam panjang bergerak tidak sama (4) kecepatan cahaya dalam vakum yang dipancarkan oleh sumber diam dan sumber bergerak

adalah sama

Pembahasan:

4. Dilatasi waktu


32

Selang waktu dipengaruhi oleh gerak relatif. Sebuah jam yang bergerak terhadap seorang pengamat menunjukkan detikan yang lebih cepat daripada detikan, jika jam tersebut berhenti (diam) terhadap dia sendiri.Bila beda waktu Δt' dalam kerangka 0' (yang bergerak), diukur oleh pengamat yang ada dalam kerangka 0 (diam), maka pengamat di 0 akan mencatat;

selalu lebih besar dari satu, makawaktu yang diamati 0, yaitu Δt mempunyai harga lebih besar dari waktu yang diamati oleh 0', yaitu Δt'.

Jadi dapat disimpulkan bahwa waktu yang diukur oleh sebuah jam dalam kerangka bergerak menjadi mulur bila diamati dari kerangka diam. Peristiwa ini disebut dilatasi waktu.

Sekarang bila beda waktu Δt untuk kejadian di dalam kerangka 0 (diam), jika diamati dari kerangka 0' (yang bergerak) sebagai:

Peristiwa yang terjadi di kerangka 0 (diam) juga akan tampak mulur jika diamati dari kerangka 0' (bergerak).

5. Kenisbian panjang


33

Karena adanya dilatasi waktu yang dipengaruhi oleh gerak relatif maka akan berpengaruh juga pengukuran panjang benda. Panjang suatu benda yang bergerak akan tampak lebih pendek bila diamati dari kerangka 0 (diam). Demikian juga sebaliknya benda pada kerangka 0 (diam) diamati dari kerangka 0' (bergerak) akan tampak lebih pendek.

Sebuah benda panjangnya L bergerak dengan kecepatan v terhadap seorang pengamat yang diam, maka panjang benda yang diamati oleh mengamat tersebut.

Jadi benda yang bergerak akan tampak lebih pendek bila diukur dari kerangka diam. Peristiwa ini disebut Kontraksi Lorentz.

Contoh soal1. Andaikan kita melihat satu meter tongkat yang bergerak sejajar dengan tongkat dengan

kecepatan 60% dari kecepatan cahaya. Berapa panjang tongkat menurut pengamatan?

Pembahasan:


34

2. Menurut orang yang berada di Starship USS Enterprise, panjang pesawat tersebut adalah 100 m. Bila pesawat tersebut melintasi bumi dengan laju 0,8 c, tentukan berapa panjang Enterprise bila diukur dari Bumi?

Pembahasan:

3. Jarak antara gunung A dan gunung B bila diukur orang di Bumi adalah L = 100 km. Berapa harga jarak antara kedua gunung tersebut bila diukur dari pesawat angkasa USS Enterprise yang lagi bergerak dengan laju 0,8 c.\

Pembahasan :


35

6. Massa relativitas

Jika suatu benda bergerak dengan laju u mendekati kecepatan cahaya (c) maka massanya selalu lebih besar daripada massa diamnya.

Jika mo = massa benda dalam keadaan diam, dan M = massa benda tersebut yang bergerak dengan laju u

Dengan demikian dapat disimpulkan, jika laju benda jauh lebih . kecil dari c maka m = m o (massa benda dianggap tetap).

Jika laju benda lebih besar dari c maka merupakan bilangan imajiner, sedangkan massa imajiner tidak ada artinya. Oleh karena itu diambil pembatasan: Laju paling tinggi yang dapat dicapai oleh benda = c (kecepatan cahaya di ruang hampa).

Partikel-partikel yang dapat bergerak dengan laju mendekati c misalnya: elektron, proton, netron dan sebagainya.

Dalam kehidupan sehari-hari (soal-soal mekanika) laju benda jauh lebih kecil dari c, maka massa benda dianggap tetap.

Contoh soal


36

1.Hitunglah massa suatu elektron yang bergerak dengan kecepatan setengah kecepatan cahaya.

Pembahasan:

2.Berapa massa elektron yang kecepatannya v = 0,99999992 c.

Pembahasan:

7. Asas kesetaraan massa dan energi


37

Apabila sebuah benda yang bermassa m berubah seluruhnya menjadi energi, maka besarnya energi yang terjadi tersebut adalah:

E = mc2

dengan:m = massa benda (kg)c = kecepatan cahaya (m/det)E = energi (joule)

Perubahan massa menjadi energi, misalnya: Sumber energi matahari, bintang, bom atom dan sebagainya.

Dalam mekanika relativistik, energi kinetik suatu benda yang massanya m (massa yang diukur waktu benda itu berhenti) dan kecepatannya u, bukan lagi %z mu2, melainkan:

Contoh soal Bahan Ajar Fisika Kelas XII Semester Genap (I) halaman- -

38

1. Setiap detik di matahari terjadi perubahan 4 X 109 materi menjadi energi radiasi. Bila laju cahaya dalam vakum adalah 3 X 10'0 cm/det daya yang dipancarkan oleh matahari adalahPembahasan:

2. Tentukanlah Energi yang diperlukan untuk memberi suatu elektron suatu kecepatan 0,9 c, bergerak dari posisi diam. Pembahasan:

2. Suatu partikel tertentu mempunyai suatu energi kinetik sama dengan energi diam. Berapa kecepatan partikel ini? Pembahasan:


39

Latihan Soal

1. Jika c adalah laju cahaya di udara, maka agar massa benda menjadi 125 persennya massa diam, benda harus digerakkan pada kelajuan ....

2. Pada saat bergerak panjano sebuah pesa„at menjadi ½ dari panjang pesawat itu dalam keadaan diam. Jika c = kecepatan cahava maka kecepatan pesau-at itu relatif terhadap pengamat yang diam adalah ...

3. Apabila benda bergerak dengan kecepatan 0,8 C, maka presentase pertambahan massa benda tersebut adalah .... (C = laju cahaya)

4. Sebuah roket waktu diam di bumi mempunyai panjang 100 m. Roket tersebut bergerak dengan kecepatan 0,8 C (C = kecepatan cahaya dalam vakum). Menurut orang


40

di bumi panjang roket tersebut selama bergerak adalah ....

5. Awak pesawat ruang angkasa tidur telentang membujur searah dengan panjang pesawat. Pesawat bergerak arah mendatar dengan kecepatan O,SM. Hasil pengamatan dari bumi tinggi awak pesawat 1 m. Jika c adalah laju cahaya di udara maka tinggi awak pesawat sebenarnya adalah ....

Kompetensi Dasar4.1 Mengidentifikasi karakteristik inti atom dan radioaktivitas

Materi Pembelajaran :


41

Inti atom dan Radioaktivitas, Konsep nuklida dan energi ikat inti, Kesatabilan inti dan peluruhanAktifitas radiasi, Waktu paro, Energi reaksi fusi dan fisi

Indikator1. Mendeskripsikan karakteristik inti atom

2. Mendeskripsikan karakteristik radioaktivitas3. Mendeskripsikan prinsip kesetaraan massa dan energi pada konsep energi ikat intii

1. Struktur Inti

Inti atom terdiri dari:- proton (bermuatan positif)- neutron (tak bermuatan)

massa proton = massa netronmassa atom terpusat pada intinya atau massa atom = massa intinya.

massa proton = 1,67252 X 10-27kgmassa neutron = 1,67482 X 10-27 kgmassa electron = 9,1083 X 10-31 kg.muatan elektron = 1,6 X 10-19 coulomb.

Nomor atom = Z adalah:


42

1. Nomor tempat unsur dalam susunan berkala.2. Jumlah proton di dalam inti = jumlah muatan positif di dalam inti.3. Jumlah elektron di kulit (untuk atom netral).

Nomor massa = A adalah;

1. Jumlah proton'+ neutron dalam inti (proton + neutron ; nukleon)2. Bilangari bulat. yang terdekat dengan massa atom (dalam.sma.)

misalnya:atom Na massanya = 22.94 sma maka nomor massanya = 22

Jumlah neutron dalam inti = A - Z.Nomor massa suatu inti selalu lebih besar daripada nomor atornnya, kecuali atom 1 H1 yang mempunyai nomor massa sama dengan nomor atom.

2. Spektrometer massa

Untuk mengukur massa ion positif di dalam pipa lucutan dipergunakan sebuah alat yang disebut spektrometer massa di antaranya adalah spektrometer massa dari Aston.Bagian muka terdiri dari sebuah tabung lucutan, di mana ion positif digerakkan dengan cepat sekali dalam medan listrik yang sangat kuat.


43

Pada cara Aston, kecepatan v dapat dilenyapkan seperti berikut: Misalnya selisih potensial antara kedua elektroda V, maka tenga-tenaga yang diperoleh ion itu:

3. Isotop

Isotop adalah atom-atom dari suatu unsur yang mempunyai nomor atom (Z) sama tapi nomor massanya (A) berbeda.

Jadi isotop suatu unsur:- Sifat kimianya sama (karena sifat kimia ditentukan oleh elektron-elektron, terutama elektron

terluar).- Sifat alam- (fisis) berbeda (karena sifat alam ditentukan oleh inti, mis: titik beku, titik didih, sifat

listrik, sifat magnet, waktu paruh dan sebagainya).


44

Isobar adalah atom-atom dari suatu unsur yang mempunyai nomor massa (A) sama tetapi nomor atomnya berbeda.

Contoh: 90 Th 234 dan 92 U 234

Isoton adalah suatu unsur di mana jumlah neutron dalam intinya sama.Isotop radioaktif dengan sendirinya intinya memancarkan sinar α dan β disertai sinar γSifat inti radioaktif tidak dipengaruhi oleh tekanans suhu.

maka inti yang terjadi:- Jumlah proton bertambah 1 = nomor atom bertambah 1.- Sedangkan nomor massanya tetap.


45

Kalau disebut sinar β saja maksudnya adalah elektron.

Radioisotop (isotop yang radioaktif) terbagai atas: 1) Radioisotop alamiah.2) Radioisotop buatan (dibuat di Reaktor atom).

4. Energi ikat inti

Satuan massa atom = smaDefinisi: 1 sma = 1/12 massa 1 atom 6C 12 Telah didapatkan bahwa:massa 1 neutron = 1,00866544 smamassa 1 atom H = 1,00782522 smamassa 1 atom 8O16 = 15,994915 sma.

Kita tahu 1 atom, H' terdiri dari: 1 elektron dan 1 proton, maka : 8 atom, H l terdiri dari: 8 proton; 8 elektron dan (16-8) neutron. Jadi 8 atom H + 8 neutron = 8 elektron + 8 proton + 8 neutron.Hal ini setara dengan susunan 1 atom 8016, yang terdiri dari 8 proton + 8 elektron + 8 neutron.Maka dapat dianggap 1 atom oksigen 8O 16 terbentuk dari 8 atom H + 8 neutron.

massa 8 atom H = 8. (1,00782522) smamassa 8 neutron = 8. (1,00866544) sma ------------------------------------------------------------massa 8 atom H + 8 neutron = 16,137010 sma

Sedangkan massa 1 atom oksigen 8 O 16 = 15,994915 sma.


46

Ternyata massa oksigen lebih ringan dari jumlah massa partikel _ pembentuknya. Jadi pada waktu pembentukan atom oksigen ada massa yang hilang menjadi energi.Dari rumus kesetaraan massa energi:

E = mc 2

Dan diketahui 1 sma = 931,4. 106 e.v. = 931,4 MeV

Jadi energi ikatan pada inti O

Ei = (16,137010 - 15,994915) . (931,4 MeV) = (0,142095). (931,4 MeV) = 132,34728 MeV

Contoh soalMassa neutron, proton dan partikel alpha masing-masing 1,008 sma, 1,007 sma dan 4,002 sma. Jika 1 sma = 931 MeV, maka tenaga ikat partikel alpha adalath ....

Pembahasan

5. Radioaktivitas


47

Peristiwa ini ditemukan oleh Becquerel pada unsur-unsur Uranium. Ternyata unsur Uranium setelah diselidiki memancarkan sinar radioaktif yang terdiri dari 3 macam yaitu: sinar α, β dan γ

Unsur-unsur yang dapat memancarkan sinar radioaktif ini tidak hanya Uranium, tetapi juga unsur-unsur lainnya.Unsur-unsur tersebut, disebut unsur radioaktif, yang mengalami perubahan sepontan dalam intinya, disebut transformasi inti. Dalam reaksi ini dihasilkan juga neutron-neutron yang dapat melanjutkan proses pembelahan selanjutnya, sehingga dapat terjadi pembelahan secara terus-menerus yang disebut sebagai reaksi berantai.

Penyelidikan selanjutnya dilakukan oleh suami isteri Pierre Curie dan Marie Curie. Puluhan unsur lain yang menunjukkan gejala radiasi dalam tahun-tahun berikutnya ditemukan, gejala radiasi ini disebut radioaktivitas.Seberkas sinar radioaktif bila dilewatkan pada sebuah bahan dengan ketebalan X, yang dapat menahan intensitas berkas tersebutj maka intensitas yang dilewatkan akan memenuhi persamaan:

Io = intensitas sinar radioaktif sebelum melewati keping. I = intensitas sinar radioaktif setelah melewati keepingX = tebal kepingnyae = bilangan natural, e = 2,71828p =koefisien pelemahan oleh bahan keeping


48

x disebut dengan HVL = half value layer, yaitu tebal keping yang membuat intensitas menjadi setengah dari intensitas awalnya.

6. Daya tembus sinar radioaktif

sinar α, β dan γ mempunyai daya tembus yang berbeda-beda Daya tembus γ > β > αJadi sinar gamma mempunyai kemampuan untuk menembus terbesar dibandingkan dengan dua jenis sinar yang lainnya.

7. Alat-alat deteksiSinar-sinar radioaktif seperti α, β, γ dan partikel-partikel lainnya seperti neutron, proton dan sebagainya tidak dapat kita amati dengan mata atau panca indera lainnya. Untuk dapat mengetahui adanya partikel-partikel tersebut dibuatlah alat yang disebut detektor.Di antara detektor-detektor tersebut adalah:


49

- Pencacah Geiger Mueller Dapat dipakai untuk mendeteksi α, β, γ .

- Kamar kabut Wilson Alat ini dapat dipakai untuk mengetahui partikel-partikel bermuatan, yang berupa jejak-jejak pada uap super jenuh.

- Emulsi Film Film yang diberi emulsi khusus dapat dipakai sebagai detektor untuk mengetahui adanya, sinar-sinar radioaktif.

- Detektor sintilasi Bila sinar radioaktif mengenai. detektor ini, maka suatu zat yang ditempatkan pada detektor ini akan dapat berpendar. Sintilasi artinya percikan/kedipan cahaya.

Contoh soal

1. Suatu inti zat radioaktif memancarkan partikel alfa, berarti intinya kehilangan ....(A) dua proton dan empat elektron (B) dua proton dan dua neutron(C) dua elektron dan empat neutron (D) dua proton dan empat neutron (E) dua elektron dan empat neutron

Pembahasan:

\


50

2. Suatu zat radioaktif alamiah dapat memancarkan ....(1) zarah alpha (3) zarah beta(2) sinar gamma (4) neutron

Pembahasan:

3. Atom Helium (He) terdiri dari .... ((A) 2 proton dan 2 neutron(B) 2 proton dan 2 elektron(C) 1 proton, 1 neutron dan 1 elektron (D) 2 proton, 1 neutron dan 1 elektron(E) 2 proton, 2 neutron dan 2 elektron.

Pembahasan;


51

8. Peluruhan Inti

Telah diketahui bahwa unsur-unsur radioaktif alam atau buatan selalu meluruh untuk mencapai keadaan stabilnya.Perumusan peluruhannya

Apabila diketahui waktu paruh suatu unsur Ty, maka persamaan peluruhan dapat menjadi:

Satuan keaktifan suatu unsur dalam SI adalah Becquerel. Dan untuk satuan-satuan yang lebih besar (hukum SI) dipakai satuan Currie

di mana : 1 Curie = 3,7 X 10 10 partikel/detik1 Becquerel= 1 partikel/detik.


52

Contoh soal1.Bila N° menyatakan jumlah atom-atom suatu bahan radioaktif pada saat permulaan

pengamatan, dan N menyatakan jumlah atom-atom yang masih aktif setelah n kali waktu paruh, maka hubungan yang benar antara besaran-besaran itu adalah ....Pembahsana :

2. Bila waktu paruh suatu unsur radioaktif besarnya T detik, maka setelah 4 detik unsur radioaktif tinggal ....

Pembahasan :

3. Suatu zat radioaktif meluruh dengan waktu paruh 20 hari. Agar zat radioaktif hanya tinggal 1/8 bagian saja dari jumlah asalnya; maka diperlukan waktu peluruhan . . . .

Pembahasan :

4.Sesudah dua jam, seperenam belas dari unsur mula-mula suatu unsur radioaktif tetap tinggal, maka waktu paruhnya ....

Pembahasan :


53

9. Reaksi IntiGejala, radioaktivitas adalah merupakan proses perubahan inti menjadi inti lain.

Pada setiap reaksi ini selalu berlaku: a. Hukum kekekalan momentum b. Hukum kekekalan nomor atom 'c. Hukum kekekalan nomor massad. Hukum kekekalan energi

10. Reaksi fisi

Adalah reaksi pembelahan inti menjadi inti-inti yang lebih ringan, yang disertai dengan pemancaran energi.


54

Misalnya: reaksi pada reaktor atom, reaksi peledakan born atom (nuklir).

Atom dapat juga terbentuk unsur-unsur lain. Reaksi fisi, bisa merupakan reaksi yang berantai, artinya dalam setiap reaksi jumlah neutron yang terbentuk seialu lebih banyak dari neutron sebelumnya.

11. Reaksi fusi `Adalah reaksi penggabungan beberapa inti ringan menjadi sebuah inti yang lebih berat. Reaksi fusi ini dapat terjadi di matahari; bintang dan pada peledakan bom hidrogen (H)

Contoh soall. Inti 7N14 ditembaki dengan partikel α dipancarkan proton. Inti apakah yang dihasilkan oleh

inti ini?Pembahasan:


55

2. Apabila inti 226 88Ra memancar zarah alpha dan sinar gamma, maka inti yang terjadi adalah ....

Pembahasan :

3.

4. Atom 7N14 ditembaki dengan partikel alpha, dan dalam proses itu sebuah proton dibebaskan. Reaksi inti termaksud menghasilkan:Pembahasan :

5. Proses di mana sebuah inti atom berat terpecah menjadi dua atom yang lebih ringan dikenal sebagai ....Pembahasan :


56

Latihan Soal

1. . Jika suatu netron dalam suatu inti berubah menjadi proton, maka inti itu memancarkan ....

2. Suatu zat radioaktif meluruh dengan waktu paruh 20 hari. Agar zat radioaktif hanya tinggal 118 bagian saja dari jumlah asalnya, maka diperlukannya waktu peluruhan ...,

3. . Bila N0 menyatakan jumlah atom-atom bahan radioaktif pada saat permulaan pengamatan dan N menyatakan jumlah atom-atom yang masih aktif setelah n kali waktu paruh; maka hubungan yang benar antara besaran-besaran itu adalah ....

4. Suatu zat radio aktif mernpunyai waktu paro 8 tahun. Pada satu saat 7/8 bagian zat itu telah meluruh (berdesintegrasi). Hal ni terjadi setelah … tahun

5. Setelah waktu 60 hari, zat radioaktif yang belum berdisintegrasi masih 8 bagian dari jumlah asalnya. Waktu paruh zat radioaktif tersebut adalah ..., (dalam hari)

6. 1 kg 218 84Pb memancarkan partikel

radio aktif dengan waktu paro 3 menit, menjadi 218

84Pb . Dalam waktu 1 jam massa 218

84Pb tinggal sekitar ..:.


57

Kompetensi Dasar4.2 Mendeskripsikan pemanfaatan radioaktif dalam teknologi dan kehidupan seharihari

Materi Pembelajaran :Manfaat dan bahaya isotop radioaktif dalam bidang:,Kesehatan dan kedokteran,Pertanian, Industri, dan lain lain fisi

Indikator1. Mendeskripsikan karakteristik radioisotop

2. Mendeskripsikan pemanfaatan dalambidang kesehatan, industri, dan pertanian3. Mendeskripsikan skema reaktor nuklir dan manfaatnya

4. Mendeskripsikan penghitungan umur fosil atau batuan dengan menggunakan prinsip waktu paro5. Menunjukkan bahaya radioisotop dancara mengurangi resikonya

1. Teknologi Nuklir

Reaktor AtomPada bulan Januari 1939 telah ditemukan reaksi pembelahan nuklir oleh sarjana-sarjana Jerman Otto Hahn dan Fritz Straussman yang membuka pintu bagi perkembangan tenaga atom. Tiga tahun kemudian yaitu pada tanggal 2 Desember 1942 Enrico Fermi dapat membuktikan bahwa reaksi pembelahan nuklir berantai dapat dilaksanakan dan yang lebih penting lagi yaitu reaksi berantai tersebut dapat dikendalikan. Sedangkan reaktor atom atau reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi fisi berantai yang terkendali. Bom atom atau bom nuklir juga merupakan reaksi fisi nuklir berantai tapi tak terkendali. Sebuah reaktor merupakan sumber energi. Energi yang dilepaskan dalam sebuah reaktor nuklir timbul sebagai kalor, dan kalor ini diambil dengan mengalirkan zat cair atau gas sebagai pendingin melalui bagian dalam reaktor.

Reaktor nuklir menurut kegunaannya dapat digolongkan :(1) Reaktor daya,

yaitu reaktor yang dapat menghasilkan tenaga listrik.


58

(2) Reaktor penelitian,yaitu reaktor yang dipergunakan untuk penelitian-penelitian dibidangi material, fisika, kimia, biologi, kedokteran, pertanian, inciustri dan bidang-bidang ilmu pengetahuan dan teknologi lainnya.

(3) Produksi Isotop,yaitu reaktor yang dipergunakan untuk memproduksi radioisotop, radioisotop ini banyak dipergunakan dalam bidang kedokteran nuklir, farmasi, biologi dan industri.

Indonesia saat ini baru memiliki reaktor penelitian dan produksi isotop saja, yaitu di Bandung dan di Yogyakarta dengan nama reaktor Triga Mark II. (Triga = Trainning Research and Isotop production by General Atomic). Dan saat ini juga sedang dibangun sebuah reaktor nuklir di Serpong dengan nama reaktor MPR 30 (Multi Purpose Reactor dengan daya 30 Mwatt), reaktor ini juga untuk penelitian dan memproduksi isotop. Daya operasi maksimum reaktor Triga Mark II Bandung 1000 Kwatt (1 Mwatt), reaktor Triga di Yogyakarta dengan daya operasi maksimum 250 Kwatt. Tetapi daya yang dihasilkannya ini tidak dimanfaatkan, karena sesuai dengan fungsinya sebagai reaktor tempat latihan, penelitian dan memproduksi isotop.

Supaya reaktor dapat beroperasi dengan normal, maka diperlukan moderator dan zat pendingin. Moderator adalah suatu bahan yang intinya dapat menyerap energi neutron cepat yang datang sehingga menjadi neutron lambat. Karena di dalam reaktor atom supaya dapat terjadi reaksi fisi berantai diperlukan neutron lambat. Moderator selain sebagai memperlambat neutron, juga berfungsi sebagai pendingin.

Berdasarkan jenis pendinginnya, ada empat jenis reaktor. (1) Reaktor pendingin gas dengan moderator grafit. (2) Reaktor pendingin air ringan (H20)

reaktor air tekan (PWR)PWR= Pressurized Water Reactor - reaktor air didih (BWR)BWR = Boiling Water Reactor

(3) Reaktor pendingin air berat (D20) (4) Reaktor pendingin logam cair (sodium)


59

Sebagian besar reaktor komersial yaitu sebagai Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) yang ada sekarang ini mernpergunakan air ringan sebagai moderator dan sebagai pendinginnya, yaitu berupa reaktor PWR dan reaktor BWR. Tetapi reaktor air ringan (H20) tidak dapat inemakai uranium alamiah (U2 11) sebagai bahan bakarnya, tetapi memerlukan uranium yang kandungan U235 nya telah ditambahkan beberapa kali, yang disebut uranium yang diperkaya. Perbandingan U23$ dengan U 23s di alam sekitar 99 : 1. Jadi hanya sekitar 1% kurang uranium itu mengandung isotop U 235 Supaya dapat dipergunakan dalam reaktor air ringan perlu diperkaya.

Sedangkan reaktor air berat (DZO) dapat mempergunakan uranium alamiah (U 23$) sebagai bahan bakarnya.

Bagian-bagiannya :

(1) Bahan bakar Terdapat di dalam teras reaktor yang ditempatkan di dalam moderator atau pendingin.

(2) Teras reaktorIni merupakan tempat untuk penempatan bahan bakar, yaitu tempat berlangsungnya reaksi nuklir.


60

(3) Moderator/pendingin primerModerator berfungsi untuk menurunkan energi neutron, selain itu juga berfungsi sebagai pendingin primer dapat berupa air ringan atau air berat harus mempunyai sifat pemindah panas yang baik.

(4) Batang kendaliTerbuat dari bahan yang daya serap neutronnya sangat besar. Karena batang kendali ini berfungsi 'untuk mengendalikan jumlah populasi neutron yang terdapat di dalam reaksi, yang juga berarti mengendalikan jumlah reaksi fisi yang terjadi.

(5) PerisaiPerisai atau Schielding, berfungsi menahan radiasi. yang dihasilkan oleh inti-inti hasil fisi; supaya para pekerja dapat melakukan tugastugasnya di sekitar reaktor dengan aman.

(6) Pemindah panasBerfungsi untuk memindahkan panas dari pendingin primer ke pendingin' sekunder. Pendingin primer biasanya merupakan suatu rangkaian yang tertutup. Pendingin ini dikembalikan lagi ke reaktor setelah panasnya yang dibawa dari reaktor dipindahkan ke pendingin sekunder dengan pompa (8).

(7) Pendingin sekunderPendingin ini berupa air yang dialirkan keluar dari sistem reaktor, Jan didinginkan di luar reaktor.

Salah satu pemanfaatan energi nuklir secara besar-besaran adalah dalam bentuk Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), di mana energi nuklir digunakan untuk pembangkit tenaga listrik yang relatif murah aman dan tidak mencemarkan lingkungan.


61

Dalam reaktor air tekan (PWR), air yang mengalir melewati teras reaktor dipertahankan bertekanan tinggi, lebih dari 150 atmosfer, untuk mencegah terjadinya pendidihan pada air tangki yang suhu sekitar sekitar 320°C. Melalui penukar kalor, air ini akan dapat menghasilkan uap pada tabung pembangkit uap dan kemudian akan memutar turbin.

Sedangkan dalam reaktor air didih (BWR) tekanan lebih rendah, sekitar 70 atmosfer. Dalam tabung reaktor dapat terbentuk uap dan uap ini dipisahkan dikirim iangsung ke turbin tanpa memakai tabung

" pembangkit uap. Keuntungan BWR dibandingkan PWR adalah kesederhanaannya, tetapi memiliki kerugian yaitu dapat mencemarkan pendingin sekunder yang ditimbulkan oleh hasil fisi bila terjadi kebocoran pada batang bahan bakar dalam teras reaktor.

2. Radioisotop

(a) Pembuatan RadioisotopPada umumnya radioisotop yang dipergunakan dalam berbagai keperluan tidak terdapat di alam. Hal ini disebabkan waktu paruh dari nuklida aktif tersebut tidak cukup panjang. Maka dari itu radionuklida yang dibutuhkan harus dibuat dari radionuklida stabil alamiah dengan reaksi inti.


62

Untuk membuat radioisotop dalam jumlah yang besar cara yang banyak dipakai ialah menggunakan reaksi inti dengan neutron. Sebagai sumber neutronnya adalah reaktor inti.

(b) Penggunaan RadioisotopDewasa ini penggunaan radioisotop sudah meluas, seperti pada bidang-bidang kedokteran, bidang industri, bidang pertanian, dan penggunaan dalam berbagai bidang-bidang kehidupan.

Dalam bidang industri.Aplikasi teknik nuklir dalam Menunjang industri dan konstruksi sudah sangat luas. Misalnya dipergunakan untuk "pemeriksaan, material tanpa nterusak", dengan mempergunakan teknik radiografi.

Dalam teknik radiografi ini, sinar gamma atau sinar-X yang dipancarkan dari radioisotop CO-60 atau Ir-192 dilewatkan melalui material yang akan diperiksa. Sebagian sinar itu akan diteruskan dan sebagian lagi akan diserap.

Sinar yang diteruskan dapat dideteksi dengan film yang dipasang di belakang material. Setelah filmnya diproses, dari tingkat kehitaman film yang dihasilkan dapat diinterpretasikan keadaan serta cacad yang ada pada material tersebut. Hal yang sama juga dipergunakan di rumah sakit untuk diagnosa mempergunakan sinar Rontgen (sinar-X).


63

Dari gambar 7.15 dapat ditunjukkan prinsip penggunaan radioisotop dalam pengukuran tebal bahan material dalam suatu proses secara kontinu.

Dalam bidang hidrologi.(1) Dapat dipergunakan untuk mengukur kecepatan aliran atau debit aliran. Misalnya aliran

fluida dalam pipa, saluran terbuka, air sungai, air dalam tanah. Dasar dari pengukuran ini adalah mempergunakan perunut radioaktif. Yaitu perubahan suatu konsentrasi perunut radioaktif dalam jangka waktu tertentu yang diakibatkan oleh suatu aliran, diukur dari perubahan intensitas pancaran di dalam aliran itu untuk jangka waktu yang sama.

(2) Pengukuran air tanah.Dengan mempergunakan sumur tunggal, alat yang mempunyai sumber neutron cepat dimasukkan ke dalam sumur tersebut.Sehingga terjadi tumbukan antara neutron cepat dengan hidrogen dari H20 akan timbul neutron lambat. Neutron lambat dideteksi dengan detektor. Dengan menghitung cacahan pada detektor, jumlah kandungan air dalam tanah dapat ditentukan.


64

(3) Mendeteksi kebocoran pipa penyalur yang terbenam dalam tanah. Perunut radioaktif dimasukkan ke dalam aliran, kemudian diikuti dari atas tanah dengan suatu detektor. Tempat cacahan radioaktif tinggi menunjukkan letak kebocoran.

(4) Mengukur tinggi permukaan cairan atau benda lainnya dalam suatu •Nadah tertutup.


65

Dan masih banyak lagi penggunaan radioisotop dalam bidang hidrologi, seperti pengukuran sedimen transport, yaitu pengukuran endapan lumpur pada pelabuhan laut yang menyebabkan terjadinya pendangkalan, menentukan kebocoran suatu bendungan dan sebagainya.

Latihan Soal

1. Fungsi utama moderator pada sistem reaktor atom adalah ....A. mempercepat teijadinya reaksi fisiB, menahan radiasi dari hasil fisiC. memindahkan panas ke reservoirD. mengendalikan populasi neutronE. menurunkan laju neutron

2. . Berikut ini adalah pernyataan mengenai reaktor atom bom atom.1. pada reaktor atom berlangsung reaksi

fisi terkendali2. pada bom ataom berlangsung reaksi

fusi tak terkendali3. energi tiap fisi pada bom atom lebih

besar dibanding reaktor atom4. jumlah neutron yang dihasilkan tiap

fisi oleh reaktor atom dan born atom adalah sama


66

3. Dalam suatu reaktor nuklir (1) terjadi reaksi berantai (2) terjadi pengubahan massa menjadi

energi '(3) dihasilkan netron bebas(4) terjadi penggabungan inti-inti (fusi)

4. Bagian reactor atom yang berfungs sebagai penahan radiasi adalah ....A. shielding D.teras reaktorB. moderator E. pendingin C batang kendali


67

besaran vektor - fisika itu gampang, asyik … · web view4.2 mendeskripsikan pemanfaatan...

Documents