BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Bentuk kisi yang dapat mendifraksikan elektron yaitu kisi yang memiliki keteraturan dan tersusun secara periodik, seperti halnya kisi pada kristal. Berkas sinar monokromatik yang jatuh pada sebuah kristal akan dihamburkan ke segala arah, akan tetapi karena keteraturan letak atom-atom, pada arah tertentu gelombang hambur itu akan berinterferensi konstruktif sedangkan yang lainnya berinterferensi destruktif.

Sebagaimana telah dijelaskan di atas syarat terjadinya difraksi adalah apabila panjang gelombang sinar sama dengan lebar celah/kisi difraksi dan perilaku gelombang ditunjukkan oleh beberapa gejala fisis, seperti interferensi dan difraksi. Namun manifestasi gelombang yang tidak mempunyai analogi dalam perilaku partikel newtonian adalah gejala difraksi.

Davisson dan Germer mempelajari elektron yang terhambur oleh kristal dengan menggunakan peralatan. Dengan mengamati energi elektron dalam berkas primer, sudut jatuhnya pada target, dan kedudukan detektor dapat diubah-ubah. Fisika klasik meramalkan bahwa elektron yang terhambur akan muncul dalam berbagai arah, dengan hanya sedikit kebergantungan dari intensitas terhadap sudut hambur dan lebih sedikit lagi dari energi elektron primer.

Suatu elektron sangat kecil bahkan tida dapat terlihat sehingga kita tidak dapat memecahkannya dengan cara menyentuh elektron tersebut. Oleh karena itu kita akan melakukan percobaan difraksi electron melalui simulasi. Dengan terkendalanya sarana prasana yang tiak tersedia dalam laboratorium, maka percobaan difraksi electron menggunakan metode analisis suatu media simulasi pembelajaran fisika yaitu Phet Simulation.1.2 Tujuan1. Mampu memahami apa yang dimaksud dengan difraksi electron2. Mengetahui bagaimana terjadinya proses difraksi electron melalui percobaan Davisson dan germer melalui simulasi3. Mengetahui sudut hambur pada intensitas hamburan elektron tertinggi berdasarkan plot yang terdapat pada simulasi

BAB IILANDASAN TEORI

Ketika diteliti kembali kelihatannya agak ganjil bahwa sekitar dua puluh tahun berlalu antara penemuan partikel dari gelombang dalam tahun 1905 dan spekulasi bahwa partikel dapat menunjukkan sifat gelombang dalam tahun 1924. Namun, harus disadari mengusulkan suatu hipotesis revolusioner untuk menerangkan data yang tadinya penuh misteri adalah lain dengan mengajukan hipotesis yang sama sama revolusioner dalam ketiaadan mandate eksperimental yang kuat. Hal kedua inilah yang dilakukan de Broglie pada tahun 1924 ketika ia mengusulkan bahwa materi mempunyai sifat gelombang disamping partikel. Iklim intelektual yang ditimbulkan oleh pengertian yang diajukan de Broglie yang segera menarik perhatian pada permulaan abad itu, sangat berbeda dengan teori kuatum yang diajukan oleh plank dan Einstein yang hampir tidak menimbulkan reaksi walaupun didukun secara empiris.

Keberadaan gelombang de Broglie secara eksperimental di tunjukkan orang dalam tahun 1927, dan prinsip dualitas yang dinyatakannya merupakan titik pangkal dari perkembangan mekanika kuantum oleh schrodinger dalam tahun tahun berikutnya. Pada tahun 1927 terjadi eksperimen davisson dan germer yang disebabkan oleh hipotesa de Broglie tentang difraksi elektron.

Difraksi merupakan peristiwa penyebaran atau pembelokan cahaya pada saat melintas melalui celah atau ujung penghalang atau biasa dikatakan bahwa difraksi pelenturan cahaya oleh tepian suatu benda kedap, terjadi jika sebua benda yang tidak tembus pandang (kedap) diletakkan di antara sumber cahaya dan layar sedemikian rupa sehingga benda itu menyisahkan tempat untuk dilewati oleh cahaya dari sumber sehingga jatuh ke layar.

Difraksi merupakan metode yang unggul untuk memahami apa yang terjadi pada level atomis dari suatu material kristalin. Sinar X, elektron dan neutron memiliki panjang gelombang yang sebanding dengan dimensi atomik sehingga radiasi sinar tersebut sangat cocok untuk menginvestigasi (penyelidikan dan penelitian tentang suatu masalah dengan cara mengumpulkan data dilapangan) material Krista lin. Teknik difraksi mengeksploitasi (mengusahakan) radiasi yang terpantul dari berbagai sumber seperti atom dan kelompok atom dalam kristal. Ada beberapa macam difraksi yang dipakai dalam studi material yaitu: difraksi sinar X, difraksi neutron(partikel inti atom yang tidak bermuatan) dan difraksi elektron. Namun yang sekarang umum dipakai adalah difraksi sinar X dan elektron. Dari metode difraksi kita dapat mengetahui secara langsung mengenai jarak rata-rata antar bidang atom. Kemudian kita juga dapat menentukan orientasi (peninjauan) dari kristal tunggal. Secara langsung mendeteksi struktur kristal dari suatu material yang belum diketahui komposisinya. Kemudian secara tidak langsung mengukur ukuran, bentuk dan internal stres dari suatu kristal. Prinsip dari difraksi terjadi sebagai akibat dari pantulan elastis yang terjadi ketika sebuah sinar berinteraksi dengan sebuah target. Pantulan yang tidak terjadi kehilangan energi disebut pantulan elastis (elastic scatering). Elektron adalah partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak memiliki komponen dasar ataupun substruktur apapun yang diketahui, sehingga ia dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron memiliki massa sekitar 1/1836 massa proton. Momentum sudut (spin) instrinsik elektron adalah setengah nilai integer dalam satuan h yang berarti bahwa ia termasuk fermion (zara atau electron, proton atau neutron yang mematuhi fungsi distribusi Fermi-direc dalam pendistribusiannya). Antipartikel elektron disebut sebagai positron(electron dengan muatan positif) yang identik dengan elektron, tapi bermuatan positif. Ketika sebuah elektron bertumbukan dengan positron, keduanya kemungkinan dapat saling berhambur ataupun musnah total, menghasilan sepasang (atau lebih) foton(kuantum radiasi elektromagnetik) sinar gama(sinar sebagai hasil radiasi elektromagnetik yang mempunyai daya rambat besar seperti sinar x berasal dari inti atom radioaktif.

Manifestasi gelombang yang tidak mempunyai analogi dalam kelakuan partikel newtonian ialah gejala difraksi. Dalam tahun 1927 Davisson dan Germer di Amerika Serikat dan G.P Thomson di Inggris secara bebas meyakinkan hipotesis de Broglie dengan menunjukkan berkas elektron terdifraksi bila berkas itu dihamburkan oleh kisi atom yang teratur dari suatu kristal. Kita akan membahas eksperimen Davisson dan Germer karena tafsirannya lebih langsung.Davisson dan Germer mempelajari elektron yang terhambur oleh zat padat yang memakai peralatan seperti pada Gb.5.1. Energi elektron dalam berkas primer, sudut jatuhnya pada target, dan kedudukan detektor dapat diubah-ubah. Fisika klasik meramalkan bahwa elektron yang terhambur akan muncul dalam berbagai arah dengan hanya sedikit kebergantungan dari itensitas terhadap sudut hambur dan lebih sedikit lagi dari energi elektron primer. Dengan memakai blok nikel sebagai target, Davisson dan Germer membuktikan ramalannya.Ditengah-tengah pekerjaan tersebut terjadi suatu peristiwa yang memungkinkan udara masuk kedalam peralatannya dan mengoksidasi permukaan logam. Untuk menguasai oksida nikel murni, target itu dipanggang dalam oven bertemperatur tinggi. Setelah perlakuan tersebut, targetnya dikembalikan kedalam peralatan dan pengukurannya dilakukan lagi. Sekarang ternyata hasilnya sangat berbeda dari sebelum peristiwa itu terjadi: sebagai ganti dari variasi yang malar (kontinu) dari intensitas elektron yang terhambur terhadap sudut timbul maksimum minimum yang jelas teramati yang kedudukannya bergantung daripada eneri elektron. Grafik polar yang bisa digambarkan untuk intensitas elektron setelah peristiwa itu ditunjukkan dalam Gb.5.2, metoda plotnya dilakukan sedemikian sehingga itensitas pada setiap sudut berbanding lurus denga jarak kurva (likuan) pada sudut itu dari titik hambatanya. Jika intensitas sama untuk semua sudut hambur, kurvanya akan berbentuk lingkaran dengan titik hambur sebagai pusat.

Gambar 5.1 Eksperimen Davisson Germer

Bedil elektrondetektor elektronBerkas datang (jatuh)Berkas hambur

Gambar 5.2 Hasil Eksperimen Davisson Germer

Dua pernyataan segera timbul dalam pikiran: apakah yang menjadi penyebab efek baru ini dan mengapa tidak muncul sebelum target nikel itu dipanggang?Hipotesis de Broglie mendorong tafsiran bahwa gelombang elektron didifraksikan oleh target sama seperti sinar-x didifraksikan oleh bidang-bidang atom dalam kristal. Tafsiran ini mendapat dukungan setelah disadari bahwa efek pemanasan sebuah blok nikel pada temperatur tinggi menyebabkan banyak kristal individual kecil yang membangun blok tersebut bergabung menjadi kristal tunggal yang besar yang atom-atonnya tesusun dalam kisi yang teratur.

Marilah kita tinjau apakah kita dapat membuktikan bahwa gelombang de Broglie merupakan penyebab dari hasil Davisson dan Germer. Pada suatu percobaan tertentu berkas elektron 54eV diarahkan tegak lurus pada target nikel, dan maksimum yang tajam dalam distribusi elektron terjadi pada sudut 50o dari berkas semula. Sudut datang dan sudut hambur relatif terhadap suatu keluarga bidang Bragg digambarkan pada gambar keduanya sudut 65o. Jarak antara bidang dalam keluarga itu yang bisa diukur melalui difraksi sinar-x ialah 0,91 Persamaan Bragg untuk maksimum dalam pola difraksi ialah

(5.1)

Disini d= 0,91 dan =65o; dengan menganggap n =1, panjang gelombang de Broglie dari elektron yang terdifraksi ialah

Dari rumus didapatkan

sehingga

karena sehingga

(5.2) Gambar Gelombang de Broglie oleh target merupakan penyebab dari hasil Davisson dan Germer

50O

Sekarang kita pakai rumus de Broglie

Untuk menghitung panjang gelombang elektron yang diharapkan. Energi kinetik 54eV kecil dibandingkan dengan energi dian moC2 yaitu sebesar 5,1x105eV, sehingga kita dapat mengabaikan efek relativistik. Karena

Maka momentum elektron itu mv ialah

Jadi panjang gelombang elektron itu ialah

besarnya sesuai dengan panjang gelombang yang diamati. Jadi eksperimen Davisson dan Germer menunjukkan bukti langsung dari hipotesis de Broglie mengenai sifat gelombang benda yang bergerak.

Pada eksperimen Davisson-Germer, berkas elektron yang jatuh pada bidang pemantul kristal dengan sudut dan bidang pemantul yang memiliki selang jarak sebesar d akan menghamburkan elektron dengan sudut hambur . Hubungan jarak antara atom a dan jarak antara bidang pemantul d memenuhi persamaan berikut.

Gambar alat percobaan Bentuk alat secara matematisDari gambar terlihat bahwa dan memenuhi hubungan

Sehingga persamaan berubah menjadi

Seperti dalam kasus gelombang elektromagnetik, aspek gelombang dan partikel benda yang bergerak tidak dapat secara serentak teramati sehingga kita tidak dapat menetapkan yang mana gambaran yang benar. Yang dapat kita katakan adalah dalam situasi tertentu benda yang bergerak menunjukkan sifat gelombang dalam situasi lain menunjukkan sifat partikel. Kumpulan sifat apakah yang jelah terlihat bergantung pada besar panjang gelombang de Broglienya dibandingkan dengan dimensi benda yang terlibat: panjang gelombang dari elektron 54 eV orde besarnya sama dengan jarak kisi dalam kristal nikel, tetapi panjang gelombang bola golf bergerak dengan 30 m/s, seperti terlihat dalam pasal 4.1 hanya , terlalu kecil untuk menapakkan dirinya.

BAB IIIDATA DAN ANALISIS DATANoJarak antar atomJari-jari atomKecepatan control penembak elektronSin

11,0 nm0,15 nm1270 km/s58

20,5 nm0,15 nm1270 km/s54

30,6 nm0,15 nm1270 km/s82

40,7 nm0,15 nm1270 km/s64

51,1 nm0,15 nm1840 km/s20

BAB IVPEMBAHASAN

Gambar data 1 Percobaan 1 menggunakan v = 1270 km/s dan D = 1,0 nm, sudut tertinggi 58 derajat

Gambar data 2

Percobaan 2 menggunakan v = 1270 km/s dan D = 0,5 nm, sudut tertinggi 54 derajat

Gambar data 3

Percobaan 3 menggunakan v = 1270 km/s dan D = 0,6 nm, sudut tertinggi 82 derajat

Gambar data 4

Percobaan 4 menggunakan v = 1270 km/s dan D = 0,7 nm, sudut tertinggi 64 derajat

Gambar data 5

Percobaan 5 menggunakan v = 1840 km/s dan D = 1,1 nm, sudut tertinggi 20 derajat

Pada grafik diatas menunjukan hubungan intensitas dan sudut yang terbentuk. Kecepatan tembakan elektron mempengaruhi intensitas hamburan tetapi tidak merubah sudut hamburan dengan intensitas tertinggi. apabila kecepatan tembakan elektron ditingkatakan maka intensitas hamburan juga meningkat. Pada variabel jarak antar atom (D) atau (a) mempengaruhi sudut hamburan dengan intensitas tertinggi.Percobaan kali in menggunakan rumus yang telah di jelaskan di landasan teori yaitu persamaan davisson-gemer yang persamaannya :

Dari semua percobaan yang dilakukan maka didapatkan nilai d, menggunakan rumus diatas, yaitu sebagai berikut :NoJarak antar atom (D)Sin d

11,0 nm580,85

20,5 nm540,40

30,6 nm820,60

40,7 nm640,63

51,1 nm200,37

Pada praktikum difraksi electron davisson-germer ini saya menggunakan simulasi phet yang sudah di download sebelumnya. Terdapat beberapa menu yang bisa di atur sedemikian rupa pada simulasi tersebut , seperti jarak antar atom, jari-jari atom, plot,penggaris,kecepatan, control penembak electron, protaktor.Suatu penembak elektron menghasilkan berkas electron. Berkas tenaga kinetik elektron dalam berkas diatur dengan mengatur besar potensial bedil elektron.

Skema peralatan ekpserimen Davisson dan Germer

Berkas electron diarahkan pada sasaran(target) yang terbuat dari bahan nikel. Elektron yang dihambur oleh sasaran ini kemudian dikumpulkan oleh kolektor, yang juga sekaligus menjadi detektor arus elektron. Kolektor dan detector dapat di ubah-ubah kedudukannya sehingga dapat diperoleh pengamatan besar arus kolektor sebagai fungsi sudut hambur.

Elektron di tembakkan ke logam nikel

Elektron yang terhambur akan muncul dalam berbagai arah dengan hanya sedikit kebergantungan dari intensitas terhadap sudut hambur dan lebih sedikit lagi dari energi elektron primer.

BAB V PENUTUPKesimpulanDengan kata lain melalui praktikum kali ini meyakinkan hipotesis de Broglie dengan menunjukan berkas electron terdifraksi bila berkas itu dihamburkan oleh kisi atom yang tersusun teratur atau rapat dari suatu Kristal. Semakin jauh atau renggang jarak antar antar atom maka cahaya yg diteruskan pun semakin banyak,dan yang terdifraksi hanya sedikit ataupun jarak antar bidang pemantul (d) bergantung pada jarak antar atom (D), apabila jarak antar atom ditingkatkan maka jarak antar bidang pemantul juga semakin besar

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli C. Douglas. 2001. Fisika edisi kelima jilid kedua (edisi terjemahan oleh Dra. Yuhilsa Hanum, M.Eng dan Ir. Irwan Arifin, M. Eng). Jakarta : Erlangga.Halliday David, Resnick Robert. 1984. Fisika edisi ketiga jilid kedua (edisi terjemahan oleh Pantur Silaban, Ph.D dan Drs. Erwin Sucipto). Jakarta : Erlangga

Arthur Beiser. 1987 .Konsep fisika modern edisi ke empat ( edisi terjemahan oleh Penerbit erlangga).Jakarta : Erlangga

http://nhingz-anwar.blogspot.com/2012/05/difraksi-elektron.html

LAPORAN PERCOBAAN METODE EKSPERIMEN FISIKADIFRAKSI ELEKTRON OLEH DAVISSON-GERMER

NAMA : INTAN MORINANIM : RSA1C312013

DOSEN PENGAMPU :HAERUL FATHONI, S.Pd, M.PFis

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKAFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANUNIVERSITAS JAMBI2015