Teks tersebut membahas konsep dan fenomena kuantum seperti konsep foton, efek fotolistrik, hukum Planck, teori kuantum cahaya, sifat gelombang partikel, dan ketidakpastian Heisenberg.
1. BAB 8
KONSEP DAN
PENOMENA
KUANTUM
Presentations are communication tools that can be used as
speeches, reports, and more.
Education University
www.website.com
SMN 5 BENGKULU SELATAN
PRESENTATION
WPS TEMPLATE
2. Presentations are communication tools that can be used
as demonstrations.
KELOMPOK 6
DESI
RATENA
SARI
01
LARA
MARSULINA
02
FIORA
AMANDA
03
4. HUKUM
STEFAN-BOLTZMANN
Education University
www.website.com
WPS TEMPLATE
oseph Stefan dan Ludwig Boltzmann menemukan
bahwa laju energi radiasi dari benda memenuhi
persamaan
Setiap benda memiliki kemampuan meradiasikan energi dalam bentuk
gelombang elektromagnetik yang disebut emisivitas (e).
Nilai emisivitas berkisar dari 0 sampai 1. Permukaan yang sangat hitam
memiliki emisivitas mendekati 1, sebaliknya permukaan yang sangat
mengkilap memiliki emisivitas mendekati nol.
Kemampuan menyerap energi sama
dengan kemampuan untuk meradiasikan energi. Jadi, dapat dikatakan bahwa
pemancar energi yang baik merupakan penyerap energi yang baik
SMN 5 BENGKULU SELATAN
5. HUKUM
WILHEM WIEN
Education University
www.website.com
WPS TEMPLATE
SMN 5 BENGKULU SELATAN
Wilhem Wien mencoba menemukan hubungan empiris antara
panjang gelombang radiasi yang dipancarkan benda hitam dan suhu
benda. Wien menemukan bahwa:
a.pada suhu yang berbeda-beda panjang gelombang radiasi pada
saat intensitas maksimum bergeser ke panjang gelombang yang
semakin kecil.
b.panjang gelombang radiasi saat intensitasnya maksimum berbanding
terbalik dengan suhu mutlak benda. Secara matematis, pernyataan
Wien dituliskan sebagai berikut
mT = 2,9 x 10–3 mK
6. Perumusan Rayleigh dan Jeans
Lord Rayleigh dan Sir James H Jeans menggunakan teori
kinetik gas untuk menjelaskan radiasi benda hitam. Menurut
fisika klasik mengenai ekuipartisi energi, energi rata-rata setiap
derajat kebebasan pada suhu T adalah 1/2 kT .
Persamaan matematis yang didapatkan oleh Rayleigh dan Jeans
menunjukkan bahwa untuk yang membesar, intensitas akan
semakin kecil dan jika mendekati tak hingga, intensitas akan
mendekati nol.
Hal ini tidak sesuai dengan hasil empiris. (Hasil Rayleigh dan Jeans
tidak sesuai untuk
mendekati nol)
PERUMUSAN
Rayleigh dan Jeans
WPS TEMPLATE
SMN 5 BENGKULU SELATAN
7. HIPOTESIS
kuantum planck
Education University
www.website.com
WPS TEMPLATE
SMN 5 BENGKULU SELATAN
Planck mengemukakan teori baru dengan menganggap bahwa energi radiasi
yang dihasilkan oleh getaran molekul-molekul bermuatan listrik merupakan
kelipatan bilangan bulat positif dari hf, yaitu
E = nhf
Para ilmuan mencoba menjelaskan ketidaksesuaian konsep
fisika klasik dengan fakta eksperimen dengan kerja keras.
Mereka mensyukuri nikmat Tuhan dengan cara
mendedikasikan hidup mereka untuk ilmu pengetahuan.
8. contoh soal Education University
www.website.com
WPS TEMPLATE
SMN 5 BENGKULU SELATAN
Misalkan, panjang gelombang maksimum spektrum
cahaya tampak Matahari 5.000 Å.
Tentukan suhu permukaan Matahari?
Jawab:
maks = 5.000 Å = 5 x 10-7 m.
Berdasakan Hukum Wien, dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan
2,989 × 10−3mK
10. Education University
www.website.com
WPS TEMPLATE
konsep foton
Foton merupakan partikel dasar dalam fenomena elektromagnetik.
Partikel dasar ini merupakan bentuk radiasi elektromagnetik, tidak
bermuatan listrik.
Foton bergerak di dalam vakum dengan kecepatan cahaya c, sehingga
sifat gelombang yang dimiliki sama dengan sifat cahaya.
Selain mempunyai sifat sebagai gelombang, foton juga memiliki sifat
sebagai partikel, fenomena ini disebut sebagai dualisme gelombang-
partikel.
Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan
memindahkan energi. Besarnya energi sebuah foton memenuhi
persamaan:
Foton yang tergolong energi rendah adalah gelombang radio
atau gelombang mikro, foton energi sedang adalah cahaya
tampak, foton energi tinggi adalah sinar X, sementara energi
yang lebih tinggi lagi adalah sinar gamma.
11. efek fotolisterik
Efek fotolistrik adalah suatu gejala terlepasnya elektron-
elektron dari permukaan pelat logam yang disinari cahaya
dengan frekuensi tertentu.
Eksperimen pada rangkaian efek fotolistrik dengan cara
mengubah-ubah intensitas cahaya dan frekuensi cahaya yang
jatuh pada pelat logam. Berikut ini hasil-hasil yang diperoleh:
a.Saat mengamati efek yang ditimbulkan oleh cahaya dengan
frekuensi tertentu, perubahan intensitas cahaya
mengakibatkan perubahan jumlah elektron yang keluar. Akan
tetapi, energi kinetik yang dimiliki elektron tidak mengalami
perubahan. (Gambar 9.3).
b.Energi kinetik elektron berbanding lurus dengan frekuensi
gelombang cahaya. (Gambar 9.4).
12. c. Ketika frekuensi cahaya yang jatuh pada anode diubah-ubah, efek fotolistrik hanya dapat terjadi
pada saat frekuensi cahaya lebih besar daripada frekuensi ambang fo. Frekuensi ambang adalah
batas frekuensi terkecil yang dapat menyebabkan terjadinya efek fotolistrik. Frekuensi ambang
tidak berubah meskipun intensitas cahaya diubah. Frekuensi ambang berubah jika jenis logamnya
diganti.
Menurut teori klasik, energi yang dikandung gelombang elektromagnetik bersesuaian dengan
intensitasnya. Jika intensitas semakin tinggi, energi gelombang elektromagnetik juga akan meninggi.
Medan listrik yang dibawa gelombang elektromagnetik akan memberikan gaya kepada elektron di
permukaan logam dan elektron akan memperoleh energi dari gelombang. Jika energi yang dimiliki
elektron cukup besar, elektron akan terlepas dari permukaan logam.
Menurut teori klasik, seharusnya yang ada adalah intensitas ambang. Dengan kebergantungan energi
cahaya pada intensitasnya, hubungan linier antara energi kinetik elektron dan frekuensi gelombang
elektromagnetik sama sekali tidak dapat dijelaskan.
Energi kinetik yang dimiliki elektron dapat dicari dari potensial ambang (pada saat arus sama dengan nol).
Beda potensial ini bersifat menahan laju elektron.
13. Jika suatu ketika jarum amperemeter menunjuk angka nol, artinya tidak ada elektron yang lepas dari
permukaan anode. Berarti, besarnya energi potensial yang diberikan oleh sumber tegangan sama dengan
energi kinetik yang dimiliki elektron.
Nilai beda potensial pada saat itu disebut potensial penghenti (cut off potential = V0).
Besarnya potensial penghenti V0,
bersesuaian dengan energi kinetik Ek
elektron
Hubungan antara Vo dan frekuensi cahaya f
untuk bahan A dan bahan B.
Ek = e V0
14. Untuk jenis logam yang berbeda, fungsi kerja akan berbeda pula
karena perbedaan energi ikat antara elektron dan ion dalam logam.
Untuk jenis logam tertentu dapat dituliskan persamaan berikut. W = hf0
Jika frekuensi foton lebih besar daripada frekuensi ambang, kelebihan energi
yang diterima elektron itu akan menjadi energi kinetik elektron.
Ek = hf – W atau Ek = hf – hf0
3. Proses Pembentukan Sinar-X
Proses pembentukan sinar-X merupakan proses kebalikannya, yakni aliran
elektron yang menumbuk permukaan logam dapat menghasilkan foton-foton
sinar-X.
Sinar-X didapatkan ketika elektron-elektron bergerak dengan kecepatan
tinggi yang diperoleh melalui beda potensial tinggi menumbuk suatu
permukaan logam.
15. Sinar-X didapatkan ketika elektron-elektron bergerak dengan kecepatan
tinggi yang diperoleh melalui beda potensial tinggi menumbuk suatu
permukaan logam.
Berkas elektron dihasilkan oleh katode yang dipanaskan dengan filamen di
dalam ruang hampa.
Bahan sasarannya berupa logam yang memiliki titik leleh tinggi yang
berfungsi sebagai anode yang berpotensial tinggi antara 103 – 106 volt
terhadap katode.
Tentunya, tabung ini harus dilengkapi dengan sumber tegangan listrik yang dapat menghasilkan
tegangan tinggi.
Sebagian besar elektron yang jatuh di anode akan kehilangan energi kinetiknya yang berubah menjadi energi
panas (± 90%). Energi panas tersebut timbul karena tumbukan antarelektron di anode. Akan tetapi, sebagian
kecil elektron akan kehilangan sebagian besar energinya akibat tumbukan dengan elektron di anode. Energi
inilah yang berubah menjadi sinar-X.
Jika elektron menumbuk atom pada anode, seluruh energi kinetik elektron digunakan untuk menghasilkan
radiasi sinar-X, akan berlaku persamaan-persamaan sebagai berikut.
16. 4. Efek Compton
Penelitian hamburan sinar-X yang dilakukan oleh ahli FisikaAmerika Serikat, Arthur H.
Compton (1892–1962) menghasilkan gejala baru, yakni perubahan panjang gelombang
sebelum dan sesudah sinar-X dihamburkan.
Gejala ini dapat dijelaskan oleh Compton dengan menganggap bahwa yang terjadi
adalah tumbukan antara kuantum cahaya dan elektron bebas.
Jika foton menumbuk elektron, sebagian energi foton akan diberikan kepada elektron
sehingga elektron akan memiliki energi kinetik. Sementara itu, energi foton setelah
tumbukan akan berkurang.
Peristiwa tumbukan antara foton, berupa sinar-X, dan elektron
bebas. Pada gambar tersebut dilukiskan bahwa sinar-X
menumbuk elektron yang diam. Setelah tumbukan, sinar-X
terhambur dengan sudut dan mengalami penurunan energi
dari E menjadi E’. Di pihak lain, elektron bergerak dengan arah
membentuk sudut dengan arah gerak foton sebelum
tumbukan. Hamburan yang dialami oleh sinar-X itu disebut
hamburan Compton dengan ciri–ciri khas terjadinya
perubahan menjadi dengan nilai yang lebih besar.
17. Karena energi yang terlibat bernilai sangat tinggi serta kemungkinan besar
kecepatan elektron setelah tumbukan pun sangat besar, persamaan dinamika yang
digunakan adalah dinamika relativistik.
Compton menggeser-geser detektor sesuai
dengan sudut hamburan. Ia mengukur
panjang gelombang untuk sudut yang
bersesuaian.Compton menemukan adanya
kesesuaian antara hasil percobaan dan apa
yang diperkirakan pada persamaan di atas.
18. 6. Sifat Gelombang pada Partikel
a. Panjang Gelombang de Broglie
de Broglie membayangkan bahwa kuantisasi lintasan elektron sebagai nada-nada
harmonik. Lintasan yang pertama merupakan harmonik-1, yang terdiri atas sebuah
gelombang, lintasan kedua merupakan harmonik-2, yang terdiri atas dua gelombang, dan
seterusnya.
Menurut de Broglie, panjang lintasan elektron sama dengan bilangan
bulat dikalikan suatu panjang gelombang.
2 rn = n
b. Teori Ketidakpastian Heisenberg
Posisi sebuah elektron dapat ditentukan dengan menggunakan cahaya atau partikel
lain yang ditumbukkan kepada elektron tersebut.
ketika menumbuk elektron, cahaya dengan panjang gelombangl memiliki momentum ,
dengan demikian, elektron akan mengalami perubahan momentum.
Peristiwa inilah yang menyebabkan ketidakpastian dalam mengukur momentum sebuah
elektron.
19. Sesuai dengan prinsip peristiwa tumbukan, perubahan momentum elektron sekurang-
kurangnya sama dengan momentum foton, yaitu:
Karena ketidakpastian pengukuran posisi elektron sekurang-kurangnya sama dengan
panjang gelombang cahaya yang digunakan, yakni x , ketidakpastian momentum p
dan ketidakpastian posisi saat pengukuran kedua besaran itu secara bersama-sama akan
diperoleh:
Ungkapan teori ketidakpastian yang dikemukakan oleh Werner Heisenberg menunjukkan
bahwa jika Anda dapat menentukan posisi partikel dengan ketelitian tinggi, momentumnya
menjadi lebih tidak pasti.
Demikian juga sebaliknya, jika Anda dapat menentukan momentum suatu partikel
dengan ketelitian tinggi, penentuan posisinya menjadi kurang pasti.
20. contoh soal Education University
www.website.com
WPS TEMPLATE
SMN 5 BENGKULU SELATAN
Hasil ketelitian pengukuran posisi suatu
elektron adalah 2 x 10–11 m. Jika diketahui
konstanta Planck 6,63 x 10–34 Js, tentukanlah
ketidakpastian hasil pengukuran momentum
elektron tersebut.
Jawab:
p x h−34
p ℎ =
6,63×10
2×10−11
p 3,315 x 10-23 Ns-1
21. Educational Courseware Template
THANKS
Presentations are communication tools that can be used as
speeches, reports, and more.
Education University
www.website.com
University Education Template
PRESENTATION
WPS TEMPLATE
