redesain-navbar Portlet

BelajarPintarV3

Dualisme Gelombang Partikel

Sobat pintar, dalam materi ini, kalian akan belajar terkait dualitas gelombang-partikel. Nah dualisme gelombang-partikel ini menyatakan bahwa cahaya dan benda memperlihatkan sifat gelombang dan partikel.  Nah kali ini kita akan belajar cahaya memiliki sifat partikel. Simak penjelasan berikut ini ya...

Gejala Foto Listrik

Gejala foto listrik adalah emisi (pancaran) elektron dari logam sebagai akibat penyinaran gelombang elektromagnetik (cahaya) pada logam tersebut. Cahaya biasa mampu melepaskan elektron dari logam-logam alkali.

Sumber : Phet Simullation

Hasil-hasil percobaan yang seksama menunjukkan bahwa :

  • Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan.
  • Kecepatan elektron-elektron yang diemisikan hanya bergantung kepada frekwensi cahaya, makin besar frekwensi cahaya makin besar pula kecepatan elektron yang diemisikan.
  • Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama.

Peristiwa-peristiwa di atas tidak dapat diungkap dengan teori cahaya Huygens. Pada tahun 1901, Planck mengetengahkan hipotesa bahwa cahaya (gelombang elektromagnetik) harus dianggap sebagai paket-paket energi yang disebut foton.

Besar paket energi tiap foton yang dirumuskan sebagai :

E = h.f

Keterangan :

E = Energi tiap foton dalam Joule.
f = Frekuensi cahaya.
h = Tetapan Planck yang besarnya ( 6,625 .10 –34 J.det)

Cahaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumlah yang sangat banyak. Tiap-tiap foton hanya melepaskan satu elektron. Kiranya mudah dipahami bahwa semakin besar intensitas cahaya semakin banyak pula elektron-elektron yang diemisikan.

Tiap foton yang datang pada logam, sebagian energinya digunakan untuk melepaskan elektron dan sebagian menjadi energi kinetik elektron. Jika energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron sebesar a dan energi yang menjadi energi kinetik sebesar Ek maka dapat ditulis persamaan :

E = a + Ek
h.f = a + 1/2 mv2

Dari persamaan nampak jelas, makin besar frekuensi cahaya, makin besar kecepatan yang diperoleh elektron.

Bila frekuensi cahaya sedemikian sehingga h.f = a, maka foton itu hanya mampu melepaskan elektron tanpa memberi energi kinetik pada elektron. Penyinaran dengan cahaya yang frekuensi lebih kecil tidak akan menunjukkan gejala foto listrik.

Sifat Kembar Cahaya

Gejala-gejala interferensi dan difraksi memperlihatkan sifat gelombang yang dimiliki cahaya, dilain pihak cahaya memperlihatkan sifat sebagai paket-paket energi (foton). Timbul suatu gagasan apakah foton itu dapat diartikan sebagai partikel-partikel. Untuk menjawab pertanyaan ini A.H. Compton mempelajari tumbukan-tumbukan antara foton dengan elektron. Kesimpulan yang diperolehnya menunjukkan bahwa foton dapat berlaku sebagai partikel dengan momentum.

Tidak ada keraguan lagi bahwa cahaya memiliki sifat kembar, sebagai gelombang dan sebagai partikel.

Hipotesa De Broglie

Jika cahaya yang memiliki sifat gelombang, memiliki sifat partikel, maka wajarlah bila partikel-partikel seperti elektron memiliki sifat gelombang, demikian hipotesa yang dikerjakan oleh de Broglie (tahun 1892).

Panjang gelombang cahaya dengan frekuensi dan kecepatannya mempunyai hubungan sebagai berikut :

Menurut Compton

Hubungan ini berlaku pula bagi partikel, demikian usul de Broglie. Menurut de Broglie, jika ada partikel yang momentumnya p, maka partikel itu dapat bersifat sebagai gelombang dengan panjang gelombang :

Menurut de Broglie, panjang gelombang elektron adalah

dengan 

p = mv = 4 .10 –24 kg m/det

Jika partikel berlaku sebagai gelombang, harus dapat ditunjukkan bahwa partikel dapat menimbulkan pola-pola difraksi seperti halnya pola-pola difraksi pada gelombang. 

Pada tahun 1927 Davisson dan Germer memilih elektron sebagai partikel untuk menguji hipotesa de Broglie. Elektron-elektron diperoleh dari filamen yang dipijarkan, kemudian elektron-elektron itu dipercepat dalam medan listrik yang tegangannya 54 Volt. Setelah dipercepat elektron-elektron memiliki energi kinetik.

Ek = 54 eV = 54 . 1,6 .10 –19 Joule

Hasil percobaan Davisson dan Germer menunjukkan bahwa elektron-elektron dapat menimbulkan pola-pola difraksi.

Teori Relativitas Khusus

Sobat pintar, kali ini kita akan bahas cahaya sebagai gelombang. Yuk lanjut ke topik berikutnya..

Teori gelombang Huygens telah membuat masalah yang harus memperoleh penyelesaian, yakni tentang medium yang merambatkan cahaya. Lazim disebut eter.

Pada tahun 1887 Michelson dan Morley mengadakan percobaan-percobaan yang sangat cermat, hasilnya sangat mengejutkan, karena adanya eter tidak dapat dibuktikan dengan percobaan.

Hasil percobaan Michelson dan Morley mencakup dua hal yang penting :

  • Hipotesa tentang medium eter tidak dapat diterima sebagai teori yang benar, sebab medium eter tidak lulus dari ujian pengamatan.
  • Kecepatan cahaya adalah sama dalam segala arah, tidak bergantung kepada gerak bumi.

Azas Relativitas Einstein

Pada tahun 1905, Einstein mengusulkan bahwa kecepatan cahaya yang besarnya sama ke segala arah itu berlaku ditempat-tempat lain dalam alam semesta ini. Tegasnya kecepatan cahaya adalah sama, tidak bergantung kepada gerak sumber cahaya maupun pengamatnya.

Teori Einstein membawa akibat-akibat yang sangat luas dirasakan agak menyimpang dari pengalaman-pengalaman yang kita peroleh sehari-hari.

Relativitas penjumlahan kecepatan

Bila v1 adalah laju kereta api terhadap tanah, dan v2 adalah laju orang terhadap kereta api, c adalah kecepatan cahaya maka laju orang terhadap tanah :

Dilatasi waktu (Perpanjangan waktu)

Waktu yang diamati oleh pengamat yang diam (t0) dengan waktu yang diamati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v adalah berbeda. Hubungannya :

 

dengan t9 adalah waktu yang tercatat menurut pengamatan pengamat yang bergerak dengan kecepatan v

Kontraksi Lorentz

Benda yang panjangnya L, oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan panjang benda dan dengan kecepatan v, panjangnya akan teramati sebagai L9.

Massa dan Energi

Massa benda yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda, berbeda dengan massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap benda.

m9 adalah massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap tanah dan m0 massa yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda.

Didalam mekanika yang disempurnakan, lazimnya disebut mekanika relativistik, energi benda yang kecepatannya v dan massanya m (dalam keadaan diam), bukan 1/2m.v2, melainkan

Besaran energi kinetik menunjukkan dua besaran, yaitu :

Einstein menginterpretasikan bahwa  sebagai energi total benda yang bermassa m dan kecepatan v, sedangkan mc2 energi total ketika diam yaitu

E Total = E diam + Ek

Akibat interpretasi ini, benda yang bermassa m memiliki energi sebesar E = mc2. Dengan kata lain massa setara dengan energi.

Latihan 1

Fisika modern secara hipotesa ditemukan pertama kali oleh. . . .

A. Ludwig Planck

B. Isaac Newton

C. Edward Jenner

D. Alfred Nobel

E. Graham Bell

Latihan 2

Perhatikan pernyataan berikut!

  1. Frekuensi cahaya yang menyinari katoda harus lebih besar dari frekuensi ambang.
  2. Fungsi kerja logam katoda lebih besar dari energi cahaya yang menyinari katoda.
  3. Panjang gelombang ambang harus lebih besar dari panjang gelombang cahaya yang menyinari katoda.
  4. Energi kinetik elektron yang terlepas dari katoda harus lebih besar dari energi ambang.

Agar terjadi fotoelektron maka harus memenuhi ....

A. (1) dan (2)

B. (1) dan (3)

C. (2) dan (3)

D. (2) dan (4)

E. (3) dan (4)

Pengantar Fisika Modern

Tahukan sobat pintar apa itu Fisika Modern?

Fisika Modern adalah salah satu bagian dari ilmu Fisika yang mempelajari tentang perilaku materi dan energi pada skala atomik dan partikel-partikel subatomik atau gelombang yang bergerak dalam kecepatan tinggi.

Fisika Modern diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa besaran energi suatu benda yang berosilasi (osilator) tidak lagi bersifat kontinu, namun bersifat diskrit (kuanta), sehingga muncul istilah Fisika Kuantum dan ditemukannya konsep dualisme partikel-gelombang. “ Ilmu Fisika Modern dikembangkan pada awal abad 20, dimana perumusan-perumusan dalam Fisika Klasik tidak lagi mampu menjelaskan fenomena- fenomena yang terjadi pada materi yang sangat kecil ”.

Latihan 3

A. 1,92 x 10-19 Joule

B. 3,58 x 10-19 Joule

C. 3,62 x 10-19 Joule

D. 3,68 x 10-19 Joule

E. 3,72 x 10-19 Joule

Latihan 4

A. 0,53 x 1015 Joule

B. 0,57 x 1015 Joule

C. 0,62 x 1015 Joule

D. 0,67 x 1015 Joule

E. 0,73 x 1015 Joule

Latihan 5

A. 3,32 x 10-18 Joule

B. 3,36 x 10-18 Joule

C. 3,32 x 10-19 Joule

D. 3,36 x 10-19 Joule

E. 3,42 x 10-20 Joule

Efek Compton dan hamburan sinar x

 
Lanjut ke topik berikutnya ya sobat pintar...
 
Percobaan Compton cukup sederhana yaitu sinar X monokromatik dikenakan pada keping tipis berilium sebagai sasarannya. Kemudian, untuk mengamati foton dari sinar X dan elektron yang terhambur dipasang detektor. Sinar X yang telah menumbuk elektron akan kehilangan sebagian energinya yang kemudian terhambur dengan sudut hamburan  terhadap arah semula.

Berdasarkan hasil pengamatan ternyata sinar X yang terhambur memiliki panjang gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang sinar X semula. Hal ini dikarenakan sebagian energinya terserap oleh elektron. Jika energi foton sinar X mula-mula hf dan energi foton sinar X yang terhambur menjadi (hf – hf’) dalam hal ini f > f’.

Jadi Sobat pintar, gejala compton merupakan gejala hamburan (efek) dari penembakan suatu materi dengan sinar-X. Efek ini ditemukan oleh Arthur Holly Compton pada tahun 1923. Jika sejumlah elektron yang dipancarkan ditembak dengan sinar-X, maka sinar-X ini akan terhambur. Hamburan sinar-X ini memiliki frekuensi yang lebih kecil daripada frekuensi semula.
 
Menurut teori klasik, energi dan momentum gelombang elektromagnetik dihubungkan oleh:
 
E = p.c
 
Jika massa foton (m) dianggap nol. Pada gambar tersebut menunjukkan geometri tumbukan antara foton dengan panjang gelombang , dan elektron yang mula-mula berada dalam keadaan diam

Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan kekekalan energi Compton berhasil menunjukkan bahwa perubahan panjang gelombang foton terhambur dengan panjang gelombang semula, yang memenuhi persamaan :

Keterangan
h = konstanta Planck (6,625 × 10-34 Js)
mo = massa diam elektron (9,1 × 10-31 kg)
c = kecepatan cahaya (3 × 108 ms-1)

Besaran h/moc sering disebut dengan panjang gelombang Compton. Jadi jelaslah sudah bahwa dengan hasil pengamatan Compton tentang hamburan foton dari sinar X menunjukkan bahwa foton dapat dipandang sebagai partikel, sehingga memperkuat teori kuantum yang mengatakan bahwa cahaya mempunyai dua sifat, yaitu cahaya dapat sebagai gelombang dan cahaya dapat bersifat sebagai partikel yang sering disebut sebagai dualime gelombang cahaya.

Latihan 1

Foton dengan panjang gelombang 0,06 nm mengalami hamburan Compton dengan sudut hamburan 600 . Tentukan panjang gelombang foton yang dihamburkan !

A. 0,0012 nm

B. 0,0024 nm

C. 0,0036 nm

D. 0,0048 nm

E. 0,0052 nm

Latihan 2

Foton dengan panjang gelombang 0,06 nm mengalami hamburan Compton dengan sudut hamburan 600 . Tentukan energi foton yang terhambur !

A. 3,24 X 10-15 Joule

B. 4,43 X 10-15 Joule

C. 5,18 X 10-15 Joule

D. 5,85 X 10-15 Joule

E. 6,24 X 10-15 Joule

Latihan 3

A. 4,04 x 10-19 J

B. 3,946 x 10-19 J

C. 3,952 x 10-19 J

D. 4,126 x 10-19 J

E. 4,235 x 10-19 J

Latihan 4

A. 1,32 x 10-19 J

B. 1,38 x 10-19 J

C. 1,45 x 10-19 J

D. 2,32 x 10-19 J

E. 2,58 × 10-19 J

Latihan 5

A. kemiringan kurva adalah h (tetapan Planck)

B. kemiringan kurva bergantung pada intensitas cahaya

C. kemiringan kurva bergantung pada bahan yang mengeluarkan elektron

D. f0 tidak bergantung pada bahan yang mengeluarkan elektron

E. f0 bergantung pada intensitas cahaya

Peta Belajar Bersama

Sobat, ini nih ada Peta Belajar Bersama Fisika untuk bab keempat.

Yuk, mulai belajar bersama!

redesain-navbar Portlet