Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

1 FISIKA KUANTUM 1 THOMAS YOUNG ALBERT EINSTEIN EFEK FOTOELEKTRIK EFEK COMPTON MAX PLANCK.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "1 FISIKA KUANTUM 1 THOMAS YOUNG ALBERT EINSTEIN EFEK FOTOELEKTRIK EFEK COMPTON MAX PLANCK."— Transcript presentasi:

1 1 FISIKA KUANTUM 1 THOMAS YOUNG ALBERT EINSTEIN EFEK FOTOELEKTRIK EFEK COMPTON MAX PLANCK

2 2 THOMAS YOUNG  Percobaan Young (1801)  Cahaya tampak  Pola-pola terang gelap  Peristiwa interferensi  Panjang gelombang dapat diukur  Cahaya tampak adalah suatu bentuk gelombang

3 3

4 4

5 5 Maksimum : Minimum : Panjang gelombang rata-rata cahaya tampak : 570 nm  555 nm

6 6 ALBERT EINSTEIN  Teori relativitas spesial (1905)  Waktu dan ruang (kecepatan)  Technical expert (Swiss Patent Office)  Fisika sebagai pekerjaan sambilan  Makalah kelas dunia (world-class)  Hipotesis mengenai light quanta  Hadiah Nobel

7 7 Speed parameter :Faktor Lorentz : Momentum : Energi total : Energi total = Energi diam + Energi kinetik Hubungan antara energi dan momentum :

8 8  Hipotesis Einstein (1905)  Kadang-kadang cahaya bertindak seolah-olah energinya terkonsentrasi pada suatu berkas diskrit yang disebut light quanta  Cahaya tidak hanya sebagai gelombang tetapi juga sebagai partikel  Sekarang light quanta disebut foton  Max Plank (1913)  Merekomendasi Einstein menjadi anggauta Royal Prussian Academic of Science  Kadang-kadang Einstein salah dalam berspekulasi

9 9 Energi foton : Kecepatan foton V = cEnergi diam = 0 Momentum foton : h = 6,63 x J.s = 4,14 x eV.s Konstanta Plank :

10 10 Panjang gelombang, frekuensi dan energi dari foton EM WavesWavelengthFrequencyEnergy Gamma ray50 fm6 x MeV X ray50 pm6 x keV Ultraviolet100 nm3 x eV Visible550 nm5 x eV Infrared 10  m 3 x meV Microwave1 cm3 x  eV Radio wave1 km3 x ,2 neV

11 11 Contoh 5.1 : Cahaya kuning dari lampu gas Na mempunyai panjang gelombang sebesar 589 nm. Tentukan energi fotonnya dalam eV. Jawab : Energi yang akan diperoleh sebuah elektron atau proton bila dipercepat dengan perbedaan tegangan sebesar 2,11 V

12 12 Contoh 5.2 : Dalam peluruhan radioaktif, suatu inti atom mengemisikan sinar gamma yang energinya sebesar 1,35 MeV. Tentukan : a) Panjang gelombang dari foton b) Momentum dari foton Jawab : a)

13 13 b) Berlaku juga untuk partikel-partikel dimana E total >> Energi diam

14 14 EFEK FOTOELEKTRIK  Cahaya dengan frekuensi f dijatuhkan pada pelat logam P  Terjadi tumbukan antara foton dan elektron-elektron pada pelat logam P  Elektron-elektron terlepas dari atomnya menjadi elektron bebas  Terdapat perbedaan potensial V ext antara pelat P dan cawan kolektor C  Elektron akan mengalir (bergerak) menghasilkan arus i yang melewati pengukur arus A  Beda potensial V ext dapat diubah- ubah dari positip ke negatip

15 15  Pengamatan I : Stopping Potential V o  Cahaya a dan b mempunyai intensitas berbeda (b > a)  V o adalah beda potensial yang diperlukan agar tidak terjadi arus  Energi potensial eV o sama dengan energi kinetik maksimum K m yang diperoleh elektron akibat tumbukan dengan foton  Ternyata V o sama untuk cahaya a dan cahaya b  Energi kinetik maksimum dari elektron tidak tergantung pada intensitas cahaya

16 16  Pengamatan II : Frekuensi cutoff f o  Pada frekuensi f o stopping potential V o = 0  Untuk f < f o, tidak terjadi efek fotoelektrik

17 17  Analisis I : Stopping Potential V o  Dalam teori gelombang, intensitas lebih tinggi akan memperbesar amplituda medan listrik E  Gaya eE yang diterimanya akan memperbesar percepatan  Energi kinetik lebih besar  Ternyata energi kinetik maksimumnya sama  Telah dicoba dengan intensitas sampai 10 7 kali  Stopping potential yang selalu sama pada efek fotoelektrik tidak dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah gelombang Cahaya = Gelombang

18 18  Analisis I : Stopping Potential V o  Cahaya dengan intensitas lebih tinggi akan mempunyai jumlah foton yang lebih banyak  Tidak memperbesar energi kinetik setiap foton  Energi kinetik yang diperoleh elektron dari tumbukan dengan foton tidak berubah E = h f  Stopping potential yang selalu sama pada efek fotoelektrik dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah partikel Cahaya = partikel (foton)

19 19  Analisis II : Frekuensi cutoff f o  Menurut teori gelombang, efek fotoelektrik seharusnya tetap akan terjadi untuk setiap frekuensi asalkan intensitasnya cukup tinggi  Ternyata untuk f < f o, efek fotoelektrik tidak pernah terjadi berapapun intensitasnya  Adanya frekuensi cutoff pada efek fotoelektrik tidak dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah gelombang Cahaya = Gelombang

20 20  Analisis II : Frekuensi cutoff f o  Elektron-elektron terikat pada atom-atomnya  Diperlukan energi minimum agar elektron terlepas dari atomnya yang disebut sebagai Work Function  Bila energi foton yang menumbuknya hf > , efek fotoelektrik akan terjadi  Bila frekuensinya terlalu kecil sehingga energi foton hf < , efek fotoelektrik tidak mungkin terjadi  Adanya frekuensi cutoff dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah partikel Cahaya = partikel (foton)

21 21  Analisis III : Time delay  Dalam teori gelombang, elektron memerlukan waktu menampung/menerima energi dari gelombang cahaya sampai cukup besar agar dapat melepaskan diri dari atomnya  Kenyataannya selang waktu ini tidak pernah teramati dalam percobaan-percobaan  Efek fotoelektrik terjadi seketika, karena terjadinya peristiwa tumbukan antara elektron dan foton

22 22  Analisis Kuantitatif Prinsip Kekekalan Energi pada efek fotoelektrik Einstein : V o linier terhadap frekuensi

23 23

24 24 Contoh 5.3 : Tentukan besarnya work function dari pengamatan frekuensi cutoff Jawab :

25 25 EFEK COMPTON (1923)  Arthur Holly Compton, Washington University  Sinar-x dengan panjang gelombang diradiasikan ke target berupa grafit T  Hamburan yang terjadi pada berbagai arah  diukur intensitasnya sebagai fungsi dari panjang gelombang

26 26 Compton shift Terdapat dua puncak panjang gelombang : = sinar-x yang datang ‘= sinar-x yang dihamburkan

27 27  Elektron-elektron akan berosilasi pada frekuensi yang sama dengan frekuensi dari cahaya yang mengenainya  Terjadinya gelombang dengan frekuensi/panjang gelombang yang berbeda tidak dapat diterangkan bila cahaya dianggap sebagai gelombang Cahaya = Gelombang Cahaya = partikel  Foton dengan energi hf yang bertumbukan dengan elektron akan kehilangan sebagian energinya (di ambil oleh elektron)  Energi foton setelah tumbukan E’ = hf’ < hf  Panjang gelombangnya akan lebih besar ( ’ > )

28 28  Analisis Kuantitatif Prinsip kekekalan energi : Momentum foton dan momentum elektron :

29 29 Prinsip kekekalan momentum : Panjang gelombang Compton 2,43 pm

30 30 Contoh 1.4 : Sinar-x dengan panjang gelombang 22 pm dihamburkan oleh target karbon. Bila radiasi yang dihamburkan diamati pada sudut 85 o, tentukan : a) Compton shift yang terjadi b) Persentase energi (fraksi energi) yang hilang Jawab : a)

31 31 b)

32 32 MAX PLANCK  Radiasi obyek yang dipanaskan  Radiator ideal yang radiasinya hanya tergantung pada temperatur  Benda berongga yang dindingnya bertemperatur konstan dan diberi lubang kecil  Radiasi yang keluar dari lubang berwarna lebih terang/putih (semua panjang gelombang ada)  Teori klasik sesuai dengan hasil pengukuran hanya pada panjang gelombang    Mengusulkan rumus radiasi yang sesuai dengan hasil pengukuran untuk semua temperatur dan panjang gelombang (1990)

33 33 k = konstanta Boltzmann = 1,38x J/K = 8,62x10 -5 eV/K Rumus radiasi klasik Rumus radiasi PlanckDiturunkan/dibuktikan pada tahun 1917 Einstein

34 34  Energi radiasi dari rongga terkuantisasi  Radiasi dalam bentuk foton-foton dengan energi sebesar E = hf  Energi atom-atom dari bahan yang membentuk dinding rongga terkuantisasi Asumsi-asumsi pada rumus radiasi Planck

35 35 CORESPONDENCE PRINCIPLE Persamaan Newton relativitas  berlaku umum Persamaan Newton klasik  kecepatan rendah Semua besar

36 36

37 37  Faraday :  Medan magnetik berubah menimbulkan medan listrik  Oursted :  Medan listrik berubah menimbulkan medan magnetik  Elektron mempunyai suatu antipartikel  Partikel bermassa sama tapi bermuatan positip  Proton mempunyai suatu antipartikel  Partikel bermassa sama tapi bermuatan negatip Symmetry of Nature

38 38  LOUIS VICTOR DE BROGLIE  Einsten :  Cahaya tidak hanya merupakan suatu gelombang tetapi juga merupakan suatu partikel  De Broglie :  Materi tidak hanya merupakan suatu partikel tetapi juga merupakan suatu gelombang  Hipotesa de Broglie (1924) :  Mengusulkan bahwa formula : p = h berlaku baik untuk cahaya maupun untuk materi

39 39 Momentum suatu foton : Panjang gelombang suatu partikel : Panjang gelombang Broglie

40 40 Contoh Soal 5.4 : Berapa panjang gelombang Broglie dari sebuah elektron yang mempunyai energi kinetik 120 eV ? Jawab :

41 41 Contoh Soal 5.5 : Berapa panjang gelombang Broglie dari sebuah baseball bermassa 150 g yang sedang bergerak dengan kecepatan sebesar 35 m/s ? Jawab :

42 42  PEMBUKTIAN HIPOTESA BROGLIE  Thomas Young (1801) :  Cahaya tampak  Max von Laue (1912) :  Sinar-x  Percobaan di laboratorium  Lubang (pinholes)  Celah sempit (slits)  Atom

43 43  PERCOBAAN DAVISSON - GERMER  Filamen F dipanaskan sehingga terjadi elektron-elektron bebas  Beda tegangan V memberikan elektron energi kinetik sebesar eV  Elektron bergerak menuju kristal C berupa bahan nikel  Elektron yang dipantulkan diterima oleh detektor D sebagai arus listrik I  Untuk harga V tertentu, arus diukur pada berbagai sudut   Beda potensial V kemudian diubah- ubah dan arus diukur lagi pada berbagai sudut 

44 44  PENGAMATAN HASIL PERCOBAAN  Beda tegangan sebesar 54 V  Terjadi arus (pantulan elektron) maksimum pada sudut 50 o  Bila beda tegangan diperbesar atau diperkecil sedikit, arus listriknya berkurang dengan drastis  Bila Bila sudutnya diubah sedikit, arus listriknya juga berkurang dengan drastis  Sepertinya telah terjadi difraksi maksimum dan minimum  Bersifat seperti gelombang

45 45  DIFRAKSI BRAGG  Difraksi Bragg terjadi bila d sin  = m, m = 0, 1, 2, 3, …  Kristal nikel : d = 215 pm  Untuk m = 1 :

46 46  PERCOBAAN G. P. THOMSON (1927)  Target bukan kristal tetapi pelat logam tipis yang ditaburi serbuk alumunium secara acak  Digunakan elektron yang dipercepat dan sinar-x  Pola difraksinya diamati baik untuk elektron maupun untuk sinar-x

47 47  POLA DIFRAKSI  Ternyata pola difraksinya sama  Berkas elektron adalah suatu gelombang Sinar-xBerkas elektron

48 48  J.J. Thomson :  Hadiah Nobel 1906  Penemuan elektron (sebagai partikel)  G.P. Thomson :  Hadiah Nobel 1937 (bersama Davisson)  Elektron sebagai gelombang  G.P. Thomson adalah anak dari J.J. Thomson


Download ppt "1 FISIKA KUANTUM 1 THOMAS YOUNG ALBERT EINSTEIN EFEK FOTOELEKTRIK EFEK COMPTON MAX PLANCK."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google