Tugas 4: Sifat partikel dari gelombangSoal teori 1. Jelaskan tentang momentum foton!Jawab:Momentum foton merupakan kuantitas vector yang mempunyai arah dan besaran, dan dalam tumbukan momentum harus kekal dalam masing-masing sumbu dari kedua sumbu yang sraing tegak lurus. Arah yang dipilih ialah arah foton semula dan satu lagi tegak lurus pada bidang yang mengandung elektron pada hamburan foton.2. Tuliskan persamaan besarnya energi kinetic electron yang terlepas !Jawab :

Dimana (energi ambang)

Konstanta Planck (6,626 x 10-34 J.s)

Frekuensi ambang

Frekuensi gelombang yang datang3. Berikan gambar ilustrasi jenis alat yang digunakan pada percobaan efek fotolistrik dan penjelasannya !Jawab :

Gambar diatas merupakan peralatan untuk mengamati efek fotolistrik. Cahaya yang menyinari permukaan logam (katoda) menyebabkan electron terpental keluar. Ketika elektron bergerak menuju anoda, pada rangkaian luar terjadi arus elektrik yang diukur dengan Ammeter A.4. Jelaskan tentang gelombang cahaya?Jawab:Gelombang cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dapat ditangkap oleh mata, mempunyai selang frekuensi yang pendek yaitu mulai dari 4,3 x 1014Hz untuk cahaya merah dan 7,5 x 1014Hz untuk cahaya ungu.5. Tuliskan persamaan energi foton untuk massa diam !Jawab :

Energi foton untuk massa diam ()

Dimana Panjang gelombang cahaya (m)

Kecepatan cahaya (3 x 108 m/s)

Frekuensi cahaya

Energi foton

Jumlah Partikel6. Jelaskan maksud dari Wilhelm Roentgen tahun 1895 sinar x mendapatkan bahwa radiasi yang kemampuan tembusnya besar yang sifatnya belum diketahui !Jawab :Maksud dari wilhelm merupakan kemampuan tembusnya besar yang sifatnya belum diketahui, ditimbulkan jika electron cepat menumbuk materi. Sinar X ini didapatkan menjalar menurut garis lurus walaupun melalui medan magnetik dapat menembus bahan, dengan mudah, menyebabkan bahan fosforesen berkilau dan menyebabkan perubahan plat fostografik. Bertambah cepat electron semula, bertambah hebat kemampuan tembus sinar X dan bertambauh banyak jumlah elektron, bertambah besar pula intensitas berkas sinar X. 7. Bagaimana sinar x dapat terjadi dengan 2 cara ?Jawab : Sinar-X terjadi tanpa eksitasi electron

Berkas electron yang berasal dari katode menumbuk atom logam anoda dengan kecepatan tinggi. Sebagian besar electron ini masuk kedalam logam, sehingga energi kinetiknya mungkin berkurang, energi yang hilang berubah menjadi energi foton (sinar-X). Sinar-X terjadi karena eksistasi electronElektron yang berkecepatan tinggi ketika menumbuk atom logam anoda akan menyebabkan electron pada kulit atom sebelah dalam akan pindah kekulit sebelah luarnya. Elektron yang pindah akan cenderung kembali ke kulit asal sambil melepaskan energi dalam bentuk sinar-X

EK`EK

8. Sebutkan Sifat-sifat sinar-X adalahJawab : GEM (Gelombang Elektromagnetik frekuensi tinggi)

Tidak dipengaruhi oleh dan Daya tembusnya besar Dapat menghitamkan film9. Jelaskan tentang tiga temuan eksperimental menunjukkan bahwa tidak ada penjelasan sederhana dalam efek fotolistrik !Jawab : Dalam batas-batas akurasi eksperimental (sekitar 10-9 s), tidak ada interval waktu antara kedatangan cahaya pada permukaan logam dan emisi elektron. Sebuah cahaya terang menghasilkan lebih elektron dari satu dim salah satu frekuensi yang sama, tetapi energi elektron tetap sama. Semakin tinggi frekuensi cahaya, semakin banyak energi fotoelektron memiliki. Hasil cahaya biru di elektron lebih cepat dari cahaya merah.10. Jelaskan dengan singkat gambar Tiga cara utama di mana foton cahaya, sinar X, dan sinar gamma berinteraksi!Jawab :Sinar X dan gamma berinteraksi dengan materi terutama melalui efek fotolistrik, Compton hamburan, dan produksi pasangan. Produksi Pasangan membutuhkan energi foton minimal 1.02 MeV Energi foton.11. Tuliskan persamaan massa photon dan energi foton setelah melalui ketinggian H !Jawab :Massa photon Energi foton setelah jatuh melalui ketinggian H

12. Tuliskan persamaan efek Compton!Jawab:

13. Bagaiman persamaan pengusulan Einstein dalam tiga suku ?Jawab :

= isi energi dari masing-masing kuantum cahaya datang

= enegi kinetik fotoelektron maksimum

= energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan sebuah elektron dari permukaan logam yang disinari.14. Dalam tahun 1912 suatu metode dicari untuk mengukur panjang gelombang sinar X. Mengapa demikian ?Jawab :Karena dalam metode tersebut menggunakan eksperimen difraksi dapat dipandang ideal, tetapi kita ingat dari optic fisis bahwa jarak antara dua garis yang berdekatan pada kisi difraksi harus berorde besar sama dengan panjang gelombang cahaya supaya didapatkan hasil yang memuaskan dan kisi yang berjarak sangat kecil seperti yang diperlukan untuk sinar X tak dapat dibuat. Namun dalam tahun 1912, Max von Laure menyadari bahwa untuk panjang gelombang yang diduga berlaku untuk sinar X berorde besar hampir sama dengan jarak antara atom-atom dalam kristal yaitu sekitar beberapa angstrom.15. Menurut teori gelombang cahaya menyebar dari suatu sumber seperti riak menyebar dari permukaan air, jelaskan makna tersebut!Jawab :Dalam teori tersebut hal yang terjadi riak menyebar dari permukaan air jika kita menjatuhkan batu ke permukaan air, energi yang dibawah cahaya menurut anologi ini terdistribusi secara kontinu ke seluruh pola gelombang. Sebaliknya, menurut teori kuantum cahaya menyebar dari sumbernya sebagai sederetan konsentrasi energi yang terlokalisasi , masing cukup kecil sehingga dapat diserap oleh sebuah elektron.

Soal perhitungan :1. Cahaya dengan panjang gelombang 4200 jatuh pada permukaan cesium dengan laju 5 mW. Bila efisiensi kuantum 10-4 ( ini berarti satu fotoelektron dipancarkan untuk setiap 104 foton dating).Jawab:Diketahui : = 4200 = 4,2 x 10-7mP = 5 mW = 5 x 103WDitanya : I?Jawab:

Jadi, kuat arus fotolistrik tersebut adalah 1,649 2. Cari panjang gelombang terkecil dalam radiasi mesin sinar x yang potensial pemercepatnya 50.000 V.Jawab :Pemecahan Dari persamaan kita peroleh

Panjang gelombang ini bersesuaian dengan frekuensi

3. Cari jarak atomik untuk kristal garam dapur NaCl yang massa rumus senyawa kimianya 58,5 u dan kecepatannya 2,16 x 103 kg/m3Jawab :Dalam NaCl setiap satuan rumus kimia terdiri dari dua atom (Na+Cl) sehingga dengan K = 2

4. Penambahan energi foton yang jatuh ditunjukkan oleh pound dan rebka dalam tahun 1960 di harvard. Dalam pekerjaannya H diambil 22,5 m. cari perubahan frekuensi foton cahaya merah yang frekuensinya asal 7,3 x 1014 Hz jika jatuh sejarak 22,5 m.Jawab :Dari persamaan perubahan frekuensinya ialah :

5. Dalam situasi yang memungkinkan, mata manusia dapat mendeteksi energy elektromagnetik sebesar 10-18 J. berapa banyak foton 6000 yang terdapat?Jawab:Diketahui :E = 10-18 J= 6000 = 6 X 10-7 mh = 6,626 x 10-34 Jsc = 3 x 108 m/sDitanya : Banyak foton (n)?Jawab:

Jadi, banyak foton tersebut adalah 3 partikel foton.

TUGAS 5 : SIFAT GELOMBANG DARI PARTIKEL Soal Teori :1. Bagaimana De Broglie mempostulatkan bahwa persamaan seperti photon memiliki energi E=hf, momentum p=h/, dan panjang gelombang =h/p ?Jawab :Postulat De Broglie tersebut berlaku juga untuk partikel. Secara khusus, partikel dengan masa m dan mo mentum p memiliki panjang gelombang de Broglie Persamaan tersebut untuk gelombang. 2. Berapa kecepatan gelombang de Broglie?Jawab : kecepatan gelombang de Broglie dihubungkan dgn frekuensi gelombang dan panjang gelombang lewat vp= f Dimana panjang gelombang de Broglie dihubungkan dengan kecepatan benda yang terukur lewat = h/(mv) Energi yang dibawa oleh quantum gelombang de Broglie adalah E=hf Energi E harus sama dengan energi relativistik dari benda bergerak, E = mc23. Apakah elektron itu gelombang atau partikel?Jawab :Ini yang disebut sebagai dualitas gelombang-partikel Kedua-duanya ada, tapi tidak simultan. Pada beberapa eksperimen (atau pengamatan empirik) hanya satu aspek gelombang atau partikel saja yang dapat teramati. Seperti coin dgn dua muka. Tapi kita hanya dapat melihat salah satu sisinya saja pada suatu waktu. elektron sebagai partikel

Elektron sebgai gelombang

4. Mengapa energi partikel yang tertangkap terkuantisasi?Jawab :Karena gelombang partikel bergerak mengarahkan pada konsekuensi yang jelas jika partikel itu dibatasi pada suatu daerah tertentu dalam ruang alih-alih dapat bergerak bebas. Seperti sebuah contoh seperti partikel yang terpantul bolak balik antar dinding kotak. Kita akan menganggap bahwa dinding kotak itu keras sekali sehingga partikelnya tidak kehilangan energi setiap kali partikel itu menumbuk dinding dan kecepatannya cukup kecil sehingga kita dapat mengabaikan konsiderasi relativistik. 5. Apa yang anda ketahui tentang persamaan gelombang dan berilah gambar?Jawab :Persamaan gelombang merupakan pada setiap waktu dan tempat. Beberapa pergeseran titik tunggal pada tali sebagai fungsi dari waktu t. Pemerian yang lengkap suatu gerak gelombang pada tali yang terpantang harus menceritakan kepada kita berapa y pada setiap titik pada tali pada setiap saat. Gambar

6. Jelaskan tentang peningkatan energi elektron pada sudut hambur dalam Eksperimen Davisson Germer !Jawab :Davisson dan Germer mempelajari electron yang terhambur oleh zat padat dengan memakai peralatan pada gambar. Energy electron dalam berkas detector dapat diubah-ubah. Fisika klasik meramalkan bahwa electron yang terhambur akan muncul dalam berbagai arah dengan hanya sedikit kebergantungan dari intensitas terhadap sudut hambur dan lebih sedikit lagi dari energy electron primer. Dengan memakai blok nikel sebagai target, Davisson dan Germer membuktikan ramalannya.

7. Adakah bukti keberadaan gelombang De Broglie? Jelaskan jawaban anda!Jawab:De Broglie tidak mempunyai bukti eksperimental langsung untuk dugaannya. Namun, konsepnya mampu menjelaskan secara wajar bahwa terdapat kuantisasi energi-pembatasan harga energi khusus yang dikemukanan dalam postulat Bohr dalam modem atomnya pada tahun 1913. 8. Tuliskan persamaan dari masing frekuensi sudut, bilangan gelombang dan kecepatan fase De Broglie!Jawab:Masing-masing dari persamaan didapatkan Frekuensi sudut De Broglie: Bilangan gelombang De Broglie: dan untuk Kecepatan fase gelombang De Broglie: 9. Apa yang dimaksud dengan fungsi gelombang?Jawab:Fungsi gelombang adalah kuantitas variabel yang memberi karakteristik gelmbang de Broglie. Fungsi Gelombang De Broglie diberi lambang (huruf yunani Psi).10. Mengapa efek modulasi menghasilkan group gelombang yang berbasis kecepatan fase?Jawab :Karena kecepatan fase sedangkan untuk kecepatan u grup gelombangnya ialah kecepatan group yang merupakan bergantung pada perilaku kecepatan fase yang berubah terhadap bilngan gelombang dalam medium tertentu, kecepatan gruopnya bisa lebih besar atau lebih kecil dari kecepatan fasenya. Kika kecepatan fase w sama untuk setiap panjang gelombang, sebagaimana pada gelombang cahaya dalam ruang hampa (vakum), maka kecepatan group dan kecepatan fasenya sama.11. Jelaskan maksud hipotesis De Broglie tentang penafsiran gelombang elektron!Jawab :De broglie menafsirkan bahwa elektron difraksikan oleh target sama seperti sinar x difraksikan oleh bidang-bidang atom dalam kristal. Tafisran ini mendapat dukungan setelah disadari bahwa efek pemanasan menyebabkan banyak kristal yang membangun sebuah blok nikel, pembuktian dari De Broglie tersebut merupakan penyebab dari hasil Divisson dan Germer.12. Mengapa elektron bukan satu-satunya jenis partikel yang perilaku gelombangnya dapat ditunjukkan pada drifaksi neutron?Jawab :Karena elektron merupakan jenis partikel yang Difraksi neutronnya dan atom secara keseluruhan jika dihambur maka kristal yang telah teramati pada difraksi neutron dan sinar x maka jenis partikel tersebut dapat dipakai untuk menyelidiki struktur kristal. Perilaku gelombang elektron tersebut merupakan dasar dari mikroskop elektron.13. Mengapa dalam mikroskop elektron, kumparan yang berarus lirtrik digunakan untuk menimbulkan medan magnet?Jawab :Karena medan megnetik yang berlaku sebagai lensa untuk memfokuskan berkas elektron pada benda yang diselidiki dan alat ini menghasilkan bayang yang diperbesar pada layar pendar (flouresen) atau plat fotografik.14. Bagaimana bunyi prinsip ketaktentuan I dan prinsip ketaktentuan IIJawab:Prinsip ketaktentuan I adalah: tidak mungkin kita mengetahui keduanya yaitu kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat yang bersamaan. Sedangkan untuk ketaktentuan II : Ketaktentuan ini merupakan suatu yang inhern dalam alam sebuah benda bergerak.15. Bagaimana De Broglie memberikan persamaan gelombang secara sistematis?Jawab :De Broglie memberikan persamaan memberi lambang keceoatan gelombang dengan w dengan rumus : untuk memntukan harga w panjang gelombang de broglie maka, .

Soal perhitungan :1. Cari panjang gelombang de Broglie dari (a) bola golf 46 g dengan kecepatan 30 m/s dan (b) elektron dengan kecepatan 107 m/s.Jawab : (a) Karena v