fisika modern

1. -
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
[2] [3]
sebagai partikel elementer. Elektron memiliki massa sekitar 1/1836 massa proton. Momentum
sudut (spin) instrinsik elektron adalah setengah nilai integer dalam satuan ħ, yang berarti bahwa ia
termasuk fermion. Antipartikelelektron disebut sebagai positron, 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 sinar gama.
[4]
Elektron, yang termasuk ke dalam generasi keluarga partikel lepton pertama, berpartisipasi dalam
[5]
interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetikdan interaksi lemah. Sama seperti semua materi, elektron
memiliki sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), sehingga ia dapat
bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion,
dua elektron berbeda tidak dapat menduduki keadaan kuantum yang sama sesuai dengan asas
[4]
pengecualian Pauli.
Konsep muatan listrik yang tidak dapat dibagi-bagi lagi diteorikan untuk menjelaskan sifat-sifat
[6]
kimiawi atom oleh filsuf alam Richard Laming pada awal tahun 1838; nama electron diperkenalkan
untuk menamakan muatan ini pada tahun 1894 oleh fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney.
[1][7]
Elektron berhasil diidentifikasikan sebagai partikel pada tahun 1897 oleh J. J. Thomson.
Dalam banyak fenomena fisika, seperti listrik, magnetisme dan konduktivitas termal, elektron memainkan
peran yang sangat penting. Suatu elektron yang bergerak relatif terhadap pengamat akan
menghasilkan medan magnetik dan lintasan elektron tersebut juga akan dilengkungkan oleh medan
magnetik eksternal. Ketika sebuah elektron dipercepat, ia dapat menyerap ataupun memancarkan energi
dalam bentuk foton. Elektron bersama-sama dengan inti atom yang terdiri dari proton dan neutron,
membentuk atom. Namun, elektron hanya mengambil 0,06% massa total atom. Gaya
tarik Coulomb antara elektron dengan proton menyebabkan elektron terikat dalam atom. Pertukaran
ataupun perkongsian elektron antara dua atau lebih atom merupakan sebab utama terjadinya ikatan
[8]
kimia.
Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam alam semesta diciptakan pada peristiwa Big Bang (ledakan
besar), namun ia juga dapat diciptakan melalui peluruhan beta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan
berenergi tinggi, misalnya pada saat sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron dapat dihancurkan
melalui pemusnahan dengan positron, maupun dapat diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-
peralatan laboratorium modern dapat digunakan untuk memuat ataupun memantau elektron individual.
Elektron memiliki banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop elektron, terapi
radiasi, dan pemercepat partikel.

2. Sifat Partikel dari Cahaya: Efek Compton
22 February 2010
Pada efek fotolistrik, cahaya dapat dipandang sebagai kuantum energi dengan energi yang diskrit.
Kuantum energi tidak dapat digambarkan sebagai gelombang tetapi lebih mendekati bentuk partikel.
Partikel cahaya dalam bentuk kuantum dikenal dengan sebutan foton. Pandangan cahaya sebagai
foton diperkuat lagi melalui gejala yang dikenal sebagai efek Compton.
Jika seberkas sinar-X ditembakkan ke sebuah elektron bebas yang diam, sinar-X akan mengalami
perubahan panjang gelombang dimana panjang gelombang sinar-X menjadi lebih besar. Gejala ini
dikenal sebagai efek Compton, sesuai dengan nama penemunya, yaitu Arthur Holly Compton.
Sinar-X digambarkan sebagai foton yang
bertumbukan dengan elektron (seperti halnya dua bola bilyar yang bertumbukan). Elektron bebas
yang diam menyerap sebagian energi foton sehingga bergerak ke arah membentuk sudut terhadap
arah foton mula-mula. Foton yang menumbuk elektron pun terhambur dengan sudut θ terhadap arah
semula dan panjang gelombangnya menjadi lebih besar. Perubahan panjang gelombang foton setelah
terhambur dinyatakan sebagai
Dimana m adalah massa diam elektron, c adalah kecepatan cahaya,
dan h adalah konstanta Planck.

3. Arthur Holly Compton
9 Comments | Fisika Modern | Tagged: compton, efek compton, foton,sinar-X | Permalink
Posted by duniakufisika
Sifat Partikel dari Cahaya: Efek Fotolistrik
22 February 2010
Pernahkah kamu melihat pelangi? Pernahkah kamu melihat warna-warni di jalan aspal yang basah?
Pelangi terjadi akibat dispersi cahaya matahari pada titik-titik air hujan. Adapun warna-warni yang
terlihat di jalan beraspal terjadi akibat gejala interferensi cahaya. Gejala dispersi dan interferensi
cahaya menunjukkan bahwa cahaya merupakan gejala gelombang. Gejala difraksi dan polarisasi
cahaya juga menunjukkan sifat gelombang dari cahaya.
pola warna-warni di atas aspal basah yang dikenai bensin terjadi akibat interferensi cahaya
Gejala fisika yang lain seperti spektrum diskrit atomik, efek fotolistrik, dan efek Compton
menunjukkan bahwa cahaya juga dapat berperilaku sebagai partikel. Sebagai partikel cahaya disebut
dengan foton yang dapat mengalami tumbukan selayaknya bola.
Efek Fotolistrik

4. Ketika seberkas cahaya dikenakan pada logam, ada elektron yang keluar dari permukaan logam.
Gejala ini disebut efek fotolistrik. Efek fotolistrik diamati melalui prosedur sebagai berikut. Dua buah
pelat logam (lempengan logam tipis) yang terpisah ditempatkan di dalam tabung hampa udara. Di
luar tabung kedua pelat ini dihubungkan satu sama lain dengan kawat. Mula-mula tidak ada arus yang
mengalir karena kedua plat terpisah. Ketika cahaya yang sesuai dikenakan kepada salah satu pelat,
arus listrik terdeteksi pada kawat. Ini terjadi akibat adanya elektron-elektron yang lepas dari satu
pelat dan menuju ke pelat lain secara bersama-sama membentuk arus listrik.
Hasil pengamatan terhadap gejala efek fotolistrik
memunculkan sejumlah fakta yang merupakan karakteristik dari efek fotolistrik. Karakteristik itu
adalah sebagai berikut.
1. hanya cahaya yang sesuai (yang memiliki frekuensi yang lebih besar dari frekuensi tertentu saja)
yang memungkinkan lepasnya elektron dari pelat logam atau menyebabkan terjadi efek fotolistrik
(yang ditandai dengan terdeteksinya arus listrik pada kawat). Frekuensi tertentu dari cahaya dimana
elektron terlepas dari permukaan logam disebut frekuensi ambang logam. Frekuensi ini berbeda-
beda untuk setiap logam dan merupakan karakteristik dari logam itu.
2. ketika cahaya yang digunakan dapat menghasilkan efek fotolistrik, penambahan intensitas cahaya
dibarengi pula dengan pertambahan jumlah elektron yang terlepas dari pelat logam (yang ditandai
dengan arus listrik yang bertambah besar). Tetapi, Efek fotolistrik tidak terjadi untuk cahaya dengan
frekuensi yang lebih kecil dari frekuensi ambang meskipun intensitas cahaya diperbesar.

5. 3. ketika terjadi efek fotolistrik, arus listrik terdeteksi pada rangkaian kawat segera setelah cahaya
yang sesuai disinari pada pelat logam. Ini berarti hampir tidak ada selang waktu elektron terbebas
dari permukaan logam setelah logam disinari cahaya.
Karakteristik dari efek fotolistrik di atas tidak dapat dijelaskan menggunakan teori gelombang cahaya.
Diperlukan cara pandang baru dalam mendeskripsikan cahaya dimana cahaya tidak dipandang sebagai
gelombang yang dapat memiliki energi yang kontinu melainkan cahaya sebagai partikel.
Perangkat teori yang menggambarkan cahaya bukan sebagai gelombang tersedia melalui konsep
energi diskrit atau terkuantisasi yang dikembangkan oleh Planck dan terbukti sesuai untuk
menjelaskan spektrum radiasi kalor benda hitam. Konsep energi yang terkuantisasi ini digunakan oleh
Einstein untuk menjelaskan terjadinya efek fotolistrik. Di sini, cahaya dipandang sebagai kuantum
energi yang hanya memiliki energi yang diskrit bukan kontinu yang dinyatakan sebagai E = hf.
Konsep penting yang dikemukakan Einstein sebagai latar belakang terjadinya efek fotolistrik adalah
bahwa satu elektron menyerap satu kuantum energi. Satu kuantum energi yang diserap elektron
digunakan untuk lepas dari logam dan untuk bergerak ke pelat logam yang lain. Hal ini dapat
dituliskan sebagai
Energi cahaya = Energi ambang + Energi kinetik maksimum elektron
E = W0 + Ekm
hf = hf0 + Ekm
Ekm = hf – hf0
Persamaan ini disebut persamaan efek fotolistrik Einstein. Perlu diperhatikan bahwa W0 adalah
energi ambang logam atau fungsi kerja logam, f0 adalah frekuensi ambang logam, f adalah frekuensi
cahaya yang digunakan, dan Ekm adalah energi kinetik maksimum elektron yang lepas dari logam dan
bergerak ke pelat logam yang lain. Dalam bentuk lain persamaan efek fotolistrik dapat ditulis sebagai
Dimana m adalah massa elektron dan ve adalah dan kecepatan elektron. Satuan
energi dalam SI adalah joule (J) dan frekuensi adalah hertz (Hz). Tetapi, fungsi kerja logam biasanya
dinyatakan dalam satuan elektron volt (eV) sehingga perlu diingat bahwa 1 eV = 1,6 × 10 −19 J.
Potensial Penghenti

6. Gerakan elektron yang ditandai sebagai arus listrik pada gejala efek fotolistrik dapat dihentikan oleh
suatu tegangan listrik yang dipasang pada rangkaian. Jika pada rangkaian efek fotolistrik dipasang
sumber tegangan dengan polaritas terbalik (kutub positif sumber dihubungkan dengan pelat tempat
keluarnya elektron dan kutub negatif sumber dihubungkan ke pelat yang lain), terdapat satu nilai
tegangan yang dapat menyebabkan arus listrik pada rangkaian menjadi nol.
Arus nol atau tidak ada arus berarti tidak ada lagi elektron yang lepas dari permukaan logam akibat
efek fotolistrik. Nilai tegangan yang menyebabkan elektron berhenti terlepas dari permukaan logam
pada efek fotolistrik disebut tegangan atau potensial penghenti (stopping potential). Jika V0 adalah
potensial penghenti, maka
Ekm = eV0
Persamaan ini pada dasarnya adalah persamaan energi. Perlu diperhatikan
bahwa e adalah muatan elektron yang besarnya 1,6 × 10−19 C dan tegangan dinyatakan dalam satuan
volt (V).
Aplikasi Efek fotolistrik
Efek fotolistrik merupakan prinsip dasar dari berbagai piranti fotonik (photonic device) seperti lampu
LED (light emitting device) dan piranti detektor cahaya (photo detector)