BAB I

SOAL FISIKA MODERN

KONSEP KONSEP ESENSIAL

1). Jelaskan berapa jumlah proton, netron dan elektron dalam atom-atom berikut:

2). Coba perkirakan berapa jumlah atom yang terdapat dalam tubuh seseorang yang beratnya 60 kg.

3) Kalau suatu inti berat memancarkan sinar gamma 4,8 MeV, bagaimana dengan massa inti tersebut?.

4). Tentukan energi ikat yang massa atomnya 106,905 u.

5). Ketika sebuah atom karbon digabungkan dengan satu molekul Oksigen untuk menghasilkan CO2, energi sebesar 11,4 eV dilepaskan. a) Berapa energi yang dilepaskan dalam pembakaran 1 kg karbon? b) Berapa banyak materi yang dikonversi jadi energi?

6).Pada permukaan matahari yang mempunyai suhu 6000 K, perkirakanlah:

a. Energi kinetik rata-rata dari proton

b. Kecepatan yang paling mungkin dari proton tersebut.

7). Oksida katoda dari suatu tabung vacum mempunyai fungsi kerja 2,0 eV. Berapa flux elektron dari emisi termal ketika katoda dipanaskan sampai 1000 K.

8) Galaksi jauh dalam konstalasi Hydra menjauhi bumi dengan kelajuan 6,12 x 10-7 m/s. Berapa pergeseran garis spektral hijau dengan panjang gelombang 550 nm yang dipancarkan oleh galaksi ini (kearah merah dari spektrum ini)

Penyelesaian:

Karena = c/ dan o = c/ ,maka :

= o

dalam hal ini v = 0,204 c dan o = 550 nm, sehingga:

= 550 nm

= 550nm . 1,23

= 676,42 nm

2) Hitung massa dari sebuah elektron ketika ia mempunyai kecepatan:

(a) 4 x 10 -7 m/s dalam sebuah tabung televisi CRT

(b) 0,98c dalam pemercepat pada terapi kanker

Penyelesaian:

Massa elektron mo = 9,11x 10-31 kg, ketika v = 4,00 x 10-7 m/s, massa elektron menjadi:

m =

= kg

= 9,19 x 10-31kg

V~ 0,1 c, massa elektron hanya 1% lebih tinggi dari massa diam tetapi

bila (b):

m =

=

= 5,0 m0

Elektron bergerak 98% dengan kecepatan cahaya, massanya 5 kali massa diam.

3) Hitung energi total dan kecepatan dan faktor gamma dari sebuah elektron yang mempunyai momentum 1,00 MeV/c2

Penyelesaian:

Total Energi adalah:

E =

=

= 1,12 MeV.

Energi kinetik:

Ek = E mc2 = 1,12 MeV 0,511 MeV

Kecepatan:

=

=

= 0,89

atau V = 0,89 c

Faktor Gamma :

=

=

= 2,19.

4) Foton dengan panjang gelombang 2 A berinteraksi dengan elektron yang terkait dalam atom hidrogen (energi ikat = 13,6 eV). Terjadi tumbukan Compton dan elektron bergerak kedepan searah datangnya foton.

a. Berapa tingkat energi elektron tersebut setelah tumbukan

b. Berapakah energi foton yang terhambur

Penyelesaian

energi foton:

E = hc/

=

= 6200 eV

jauh lebih besar dari energi ikat elektron dalam atom hidrogen, sehingga energi ikat ini dapat diabaikan dan tumbukan yang terjadi dapat dianggap sebagai benturan Compton.

EMBED Equation.3 = ( 1 cos 180 )

= 0,049 Ao

= +

EMBED Equation.3 = 2 + 0,049

= 2,049 Ao Ee= hc/

= 6052 Ao2) Sebuah atom yang "tereksitasi" mengeluarkan kelebihan energinya dengan memancarkan sebuah foton yang memiliki frekuensi karakteristik tertentu seperti yang diterangkan. Periode rata-rata yang berlangsung antara eksitasi atom dan saat memancarkannya adalah 10-8 s. Cari ketidaktentuan rgi dan frekuensi foton tersebut itu.

Penyelesaian: Energi foton tak tentu sebesar:

Ketidakpastian frekuensi cahaya diberikan dalam bentuk:

( 8 x 10 Hz

Soal Latihan

1). Eksperimen menunjukan bahwa 13,6 eV diperlukan untuk memisahkan atom hidrogen menjadi sebuah proton dan sebuah elektron, ini berarti energi yang mengikat adalah E = - 13,6 eV. Carilah jari-jari orbital dan kecepatan elektron dalam atom hirogen.

Penyelesaian:

Karena : 13,6 eV = 2,2 x 10-18 J

r =

=

= 5,3 x 10-11 m

Jari-jari atomik sebesar itu sesuai dengan perkiraan yang dicari dengan cara lain kecepatan elektron dapat diperoleh:

V =

=

= 2,2 x 106 m/s

Soal Latihan

1) Berkas elektron tiba pada perintang yang tingginya 5 eV dan lebarnya 0,2 nm. Berapakah energi elektron yang diperlukan supaya dapat menembus perintang tersebut?

Penyelesaian:

-2k2L = 1

-2 .L = 1

4 = 1

8mL2 (V-E) =

E = V -

= 5 eV -

= 5 eV 0,238 eV

= 4,762 eV

2) Carilah bentuk tingkat energi (dalam MeV) sebuah neutron dalam kotak satu dimensi yang lebarnya 10-14 m. Berapakah energi minimum neutron.

Penyelesaian:

En =

=

=2,05 MeV

3) Cari harga ekspetasi (x) dari kedudukan partikel yang terperangkap dalam kotak yang panjangnya L

Penyelesaian:

=

= sin dx

= - -

Karena sin n( = 0, cos 2n( = 1 dan cos 0 =1, maka untuk semua harga n, maka harga ekspetasinya ialah:

= ()

=

Hasil ini menyatakan bahwa kedudukan rata-rata partikel adalah di titik tengah kotak untuk segala keadaan kuantum.

Soal Latihan

1) Radiasi dengan panjang gelombang terbesar berapa yang mampu mengionisasi atom hidrogen netral?

Jawab: 91 nm

2) Spektrum raksa menampilkan garis biru pada 435,8 nm. Berapa beda tingkatan energi yang menimbulkan garis ini? Jawab: 2,85 eV

3) Untuk memenuhi prinsip eksklusi Paulli, temukan semua keadaan yang diijinkan untuk atom hidrogen yang berada dalam keadaan 3d3/2 .

1). Berkaitan dengan gejala relativistik hitunglah:

a. Massa elektron yang mempunyai kecepatan separo kecepatan cahaya.

b. Energi yang diperlukan untuk mempercepat elektron dari diam menjadi mempunyai kecepatan 0,9 c.

2). Jika diketahui fungsi kerja tembaga 4,4 eV.

a. Berapakah panjang gelombang maksimal yang dapat membebaskan elektron dari permukaan tembaga?

b. Apakah terjadi pembebasan elektron ketika tembaga disinari cahaya tampak?

3). Buatlah bagan transisi eksitasi dan kemungkinan transisi yang terjadi untuk suatu atom yang memiliki bilangan kuantum utama n = 4.

4). Seberkas cahaya menyinari suatu kisi yang sedemikian rupa dapat terdiri dari 4000 garis/cm. Jika garis orde maksimum kedua cahya tersebut jatuh pada sudut 34o dari garis normal kisi, maka :

a. Berapa panjang gelombang berkas cahaya tersebut?

b. Termasuk kedalam spektrum warna apakah berkas cahaya tersebut?

5). Seberkas elektron tiba di suatu perintang setinggi 5 eV dan lebar 0,2 nm. Berdasarkan kondisi tersebut:

a. Hitunglah energi elektron minimal sehingga terjadi efek terobosan pada perintang tersebut!

b. Berapa peluang terobosan dari elektron berenergi 2 eV?

c. Manakah yang lebih berpengaruh terhadap efek terobosan; antara lebar perintang dengan energi elektron?

17Soal Fisika Modern - ZH

_1006070332.unknown

_1006253592.unknown

_1006254281.unknown

_1006265201.unknown

_1009308499.unknown

_1009308848.unknown

_1009312342.unknown

_1009312340.unknown

_1009308546.unknown

_1009308488.unknown

_1006254501.unknown

_1006264194.unknown

_1006265151.unknown

_1006254575.unknown

_1006254446.unknown

_1006254124.unknown

_1006254154.unknown

_1006253756.unknown

_1006073789.unknown

_1006074765.unknown

_1006074813.unknown

_1006074903.unknown

_1006074575.unknown

_1006070979.unknown

_1006071483.unknown

_1006071637.unknown

_1006071636.unknown

_1006071279.unknown

_1006070492.unknown

_1006070787.unknown

_1006070374.unknown

_1006002789.unknown

_1006014896.unknown

_1006070242.unknown

_1006069907.unknown

_1006070014.unknown

_1006016881.unknown

_1006008424.unknown

_1006008563.unknown

_1006009270.unknown

_1006006684.unknown

_1006008230.unknown

_1006006084.unknown

_1005899313.unknown

_1005902863.unknown

_1005903533.unknown

_1005901860.unknown

_1005898512.unknown

_1005898783.unknown

_1005898185.unknown

_1005898463.unknown

_1005898111.unknown