XII MIA 4 Muhammad Yusuf Hamdani i Konsep dan fenomena kuantum

SINAR X

 Sinar X :adalah pancaran gelombang elektromagnetik yang sejenis dengan gelombang radio, panas, cahaya sinar ultraviolet, tetapi mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek sehingga dapat menembus benda- benda.  Sinar X ditemukan oleh sarjana fisika berkebangsaan Jerman yaitu  W. C. Rontgen tahun 1895  Selama Perang Dunia I, sinar-x digunakan untuk keperluan medis. Jika elektron diambil dari inti atom, atom akan memancarkan foton sinar-x sebagai kesetimbangan. SINAR X

SIFAT-SIFAT SINAR X Sifat-sifat sinar X : Mempunyai daya tembus yang tinggi Sinar X dapat menembus bahan dengan daya tembus yang sangat besar, dan digunakan dalam proses radiografi. Mempunyai panjang gelombang yang pendek Yaitu : 1/ panjang gelombang yang kelihatan Mempunyai efek fotografi. Sinar X dapat menghitamkan emulsi film setelah diproses di kamar gelap. Mempunyai sifat berionisasi.Efek primer sinar X apabila mengenai suatu bahan atau zat akan menimbulkan ionisasi partikel-partikel bahan zat tersebut. Mempunyai efek biologi. Sinar X akan menimbulkan perubahan- perubahan biologi pada jaringan. Efek biologi ini digunakan dalam pengobatan radioterapi.

Proses Terjadinya sinar X 1. Di dalam tabung roentgen ada katoda dan anoda dan bila katoda (filament) dipanaskan lebih dari derajat C sampai menyala dengan dengantarkan listrik dari transformator, 2. Karena panas maka electron-electron dari katoda (filament) terlepas, 3. Dengan memberikan tegangan tinggi maka electron-elektron dipercepat gerakannya menuju anoda (target), 4. Elektron-elektron mendadak dihentikan pada anoda (target) sehingga terbentuk panas (99%) dan sinar X (1%), 5. Sinar X akan keluar dan diarahkan dari tabung melelui jendela yang disebut diafragma, 6. Panas yang ditimbulkan ditiadakan oleh radiator pendingin.

Sinar-X Brehmsstrahlung Electron dengan kecepatan tinggi (karena ada beda potensial 1000 Kvolt) yang mengenai target anoda, electron tiba-tiba akan mengalami pelemahan yg sangat darastis oleh target sehingga menimbulkan sinar-x, sinar-x yg terjadi dinamakan “sinar-x brehmsstrahlung” or “braking radiation”. Pada waktu muatan (electron) yang bergerak dengan kecepatan tinggi (mengalami percepatan), karena adanya beda potensial, muatan (electron) akan memancarkan radiasi elektromagnetik dan ketika energy electron cukup tinggi maka radiasi elektromagnetik tersebut dalam range sinar-x.Sinar-x jenis ini tidak dipergunakan untuk XRD (X-Ray Difraction)

Sinar-x karakteristik Electron dari katoda yang bergerak dengan percepatan yg cukup tinggi, dapat mengenai electron dari atom target (anoda) sehingga menyebabkan electron tereksitasi dari atom, kemudian electron lain yang berada pada sub kulit yang lebih tinggi akan mengisi kekosongan yang ditinggalkan oleh electron tadi, dengan memancarkan sinar-x yang memiliki energy sebanding dengan level energy electron. Karena sinar-X karakteristik memiliki Panjang gelombang tertentu yang dapat difilter, maka jenis ini banyak diaplikasikan untuk XRD (X-RAy Diffraction) dalam menentukan struktur material

RUMUS HUKUM STEFAN BOLTZMAN HUKUM STEFAN-BOLTZMAN Setiap benda memiliki suhu lebih besar dari lingkungan kan meradiasikan energi, termasuk tubuh manusia. Radiasi energi dari sebuah benda bergantung pada jenis, ukuran, dan suhu benda. Rumus tersebut digunakan untuk menghitung daya radiasi atau laju energi rata-rata pada benda hitam, jika benda panas yang bukan benda hitam maka akan memenuhi hukum yang sama tetapi nilai emisivitasnya lebih kecil dari satu. Benda hitam ideal akan menerima semua radiasi tanpa memantulkannya, dapat memanaskan dirinya sendiri dan melepaskan semua energi dengan bergantung pada suhunya.

Contoh Soal : Pembahasan Soal : 1. Diketahui: σ = 5,67 x (W/m 2 K 4 ) A = 200 cm 2 = 200 x = 2 x m 2 e = 0,6 T = 727ºC K = 1000 K Ditanya: P? Jawab: P = e A T 4 P = 0,6 x 5,67 x x 2 x x P = 6,804 x 10 2 = 680,4 W Jadi, besarnya daya radiasi atau laju energi rata-rata pada benda tersebut sebesar 680,4 Watt. 2. Diketahui: T 1 = 227ºC = 500 K T 2 = 727ºC = 1000 K P 1 = 1000 J/s = 1000 W Ditanya: P 2 ? Jawab: Jadi, besar daya radiasi benda yang dipancarkan sekarang yaitu Watt. 1.Sebuah benda dengan luas permukaan 200 cm 2 bersuhu 727ºC. Emisivitas benda sebesar 0,6. Tentukan daya radiasi pada benda tersebut! 2.Daya radiasi yang dipancarkan suatu benda pada suhu 227ºC adalah 1000 J/s. jika suhu benda naik menjadi 727ºC. Tentukan daya radiasi benda yang dipancarkan sekarang!

RUMUS HUKUM PERGESERAN WIEN HUKUM PERGESERAN WIEN Wien menjelaskan bahwa panjang gelombang pada intensitas maksimum akan bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek (ke frekuensi yang lebih tinggi) apabila suhunya semakin meningkat. Misalnya pada batang besi yang terus dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi, awalnya batang besi berwarna kemerahan, karena suhunya terus naik warna batang besi berubah menjadi kuning kemerahan dan akhrinya memijar. Panjang gelombang cahaya merah lebih besar daripada panjang gelombang cahaya kuning, sama artinya dengan frekuensi gelombang cahaya merah lebih rendah daripada frekuensi gelombang cahaya kuning. Perubahan warna pada benda menunjukkan perubahan intensitas radiasi benda. Ketika suhu benda berubah, maka intensitas benda akan ikut berubah atau terjadi pergeseran, pergeseran ini dapat digunakan untuk memperkirakan suhu benda atau biasa disebut Pergeseran Wien.

Contoh Soal : Pembahasan Soal : 1. Diketahui: λ m = 580 nm = 580 × 10 −9 meter Tetapan Wien = 2,9 × 10 – 3 mK Ditanya: T =.... Jawab: λ m T = tetapan Wien (580 × 10 −9 )T = 2,9 × 10 – 3 T = 2,9 × 10 – 3 : 580 × 10 −9 = 5000 K Jadi, suhu permukaan bintang X adalah 3000K 2. Diketahui: T = K Ditanya: panjang gelombang? Jawab: 1. Radiasi bintang X pada intensitas maksimum terdeteksi pada panjang gelombang 580 nm. Jika tetapan pergeseran Wien adalah 2,9 × 10 – 3 mK maka suhu permukaan bintang X tersebut adalah… A K B K C K D K E K 2. Sebuah bintang dengan temperatur permukaannya K akan memancarkan spektrum benda hitam yang berpuncak pada panjang gelombang A. 2,76 x 10 −7 meter B. 2,76 x 10 −7 nanometer C. 2,76 x 10 −5 meter D. 2,76 x 10 −5 nanometer E. 2,76 x 10 −5 centimeter (Astronomy seleksi kabupaten 2009)

RUMUS KUANTUM PLANCK HIPOTESIS KUANTUM PLANCK Kebuntuan teori mengenai radiasi benda hitam akhirnya berhasil dipecahkan oleh Max Planck. Rumus Minimal Energi Foton E = hf E = h( c/λ ) Energi Foton Sejumlah n E = nhf E = nh( c/λ ) Konversi 1 elektron volt = 1 eV = 1,6 x 10−19 J 1 angstrom = 1 Å = 10−10 meter 1 nanometer = 1 nm = 10−9 meter Daya → Energi tiap sekon Intensitas → Energi tiap sekon persatuan luas

Contoh Soal : Pembahasan Soal : 1.Diketahui: P = 100 watt → Energi yang dipancarkan tiap sekon adalah 100 joule. Ditanya: Partikel cahaya? Jawab: Energi 1 foton E = h(c/λ) E = (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/5,5 x 10−7 ) joule Jumlah foton (n) n = 100 joule : [ (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/5,5 x 10−7 ) joule] = 2,8 x 1020 foton. 2. Diketahui: E = 108 eV = 108 x (1,6 x 10−19) joule E= 1,6 x 10−11 joule h = 6,6 x 10−34 Js c h= 3 x 108 m/s Ditanya: λ =...? Jawab: λ = hc / E λ = ( 6,6 x 10−34)(3 x 108) / (1,6 x 10−11) λ = 12,375 x 10−15 meter =12,375 x 10−15 x 1010 Å = 12,375 x 10−5 Å 1. Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh lampu monokromatis 100 watt adalah 5,5.10−7 m. Cacah foton (partikel cahaya) per sekon yang dipancarkan sekitar.... A.2,8 x 1022 /s B.2,0 x 1022 /s C.2,6 x 1020 /s D.2,8 x 1020 /s E.2,0 x 1020 /s (Sumber soal : UM UGM 2004) 2. Energi foton sinar gamma adalah 108 eV. Jika h = 6,6 x 10−34 Js dan c = 3 x 108 m/s, tentukan panjang gelombang sinar gamma tersebut dalam satuan angstrom!

RUMUS FOTON KONSEP FOTON Max Planck, sekitar tahun 1900, melakukan pengamatan terhadap radiasi yang dipancarkan oleh benda yang dipanaskan. Hasilnya adalah Planck mensyaratkan bahwa energi ketika dipancarkan atau diserap, haruslah dalam bentuk diskrit. Hukum dasar yang ditemukan Planck, yaitu energi dari masing-masing foton sama dengan frekuensi radiasinya dikalikan dengan sebuah konstanta Planck.

Contoh Soal : Pembahasan Soal : 1. Diketahui : λ1 = 6600 Å λ2 = 3300 Å Ditanya: E 1 : E 2 …………? Jawab: E = h(c/λ) E1/E2 = λ2 : λ1 = 3300 : 6600 = 1 : 2 Jadi, Rasio energi yang dimiliki oleh sinar 1 dan 2 adalah 1 : 2 2. Diketahui: h = 6,6 x J.s c = 3 x 10 8 m/s λ = 3300 Ǻ = 33 x10 -8 m Ditanya: E………… ? Jawab: E = h(c/λ) E = (6,6 x )( 3 x 10 8 /33 x10 -8 ) = 6 x joule Jadi, energi yang terkandung dalam sinar tersebut adalah 6 x joule 1.Berapa rasio energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 6600 Å dan sinar dengan panjang gelombang 3300 Å? 2.Berapa nilai energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 3300 Å jika kecepatan cahaya adalah 3 x 10 8 m/s dan tetapan Planck adalah 6,6 x Js ?

RUMUS FOTOLISTRIK EFEK FOTOLISTRIK Suatu eksperimen dilakukan pada akhir abad ke-19 untuk mengamati fenomena radiasi. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa cahaya yang menumbuk permukaan logam tertentu menyebabkan elektron terlepas dari permukaan logam tersebut. Fenomena ini dikenal sebagai Efek Fotolistrik dan elektron yang terlepas disebut sebagai fotoelektron. Skema eksperimen yang dilakukan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.elektron

Contoh Soal : Pembahasan Soal : 1.Diketahui: Wo = 2ev λ = 6000 Å h = 6,6 x 10 −34 Ditanya: Ek electron yang lepas? Jawab: Energi ambang (Wo) Wo = 2 eV = 2 x (1,6 x 10 −19 ) = 3,2 x 10 −19 joule Panjang gelombang λ = 6000 Å = 6000 x 10 −10 = 6 x 10 −7 m Menentukan energi kinetik foto elektron: 2. Diketahui: λ = 500 nm λ = 500 x 10 –9 m λ = 5 x 10 –7 m Wo = 1,86 x 10 –19 Ditanya: Ek maksimum foto elektron =....? Jawab: 1.Sebuah keping logam yang mempunyai energi ambang 2 ev disinari dengan cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 6000 Å hingga elektron meninggalkan permukaan logam. Jika h = 6,6 × 10 −34 Js dan kecepatan cahaya 3 × 10 8 m/detik, maka energi kinetik elektron yang lepas.... A. 0,1 × 10 –19 joule B. 0,16 × 10 –19 joule C. 1,6 × 10 –19 joule D. 3,2 × 10 –19 joule E. 19,8 × 10 –19 joule Literatur : Ebtanas tahun Cahaya dengan panjang gelombang 500 nm meradiasi permukaan logam yang fungsi kerjanya 1,86 × 10 – 19 joule. Energi kinetik maksimum foto elektron adalah … A. 2 × 10 –19 joule B. 4 × 10 –19 joule C. 5 × 10 –19 joule D. 6 × 10 –19 joule E. 9 × 10 –19 joule Literatur : Ebtanas 1990Cahaya

Rumus Efek Compton EFEK COMPTON Penelitian hamburan sinar-X yang dilakukan oleh ahli Fisika Amerika Serikat, Arthur H. Compton ( ) menghasilkan gejala baru, yakni perubahan panjang gelombang sebelum dan sesudah sinar-X dihamburkan. Percobaan dapat dilakukan pada keping tipis berilium yang dikenakan sinar X yang memiliki panjang gelombang tunggal (monokromatik). Kemudian dipasang detektor untuk mengamati elektron yangrhamburan dan foton dari sinar X. Hasil pengamatan energi sebagian terserap elektron sehingga sinar X yang berhamburan panjang gelombangnya lebih besar dari semula.

Contoh Soal : Pembahasan Soal : 2. Diketahui : Laju foton selalu merupakan laju cahaya dalam vakum, c yaitu 3 × 108 m/s. Ditanya : Panjang gelombang setelah tumbukan? Jawab : dengan menggunakan persamaan efek compton: 1.Jika h = 6,6 × Js, c = 3,0 × 10 8 m/s, dan m = 9,0 × kg, tentukan perubahan panjang gelombang Compton! 2.Sebuah foton dengan panjang gelombang 0,4 nm menabrak sebuah elektron yang diam dan memantul kembali dengan sudut 150o ke arah asalnya. Tentukan kecepatan dan panjang gelombang dari foton setelah tumbukan! 1. Diketahui: h = 6,6 × Js c = 3,0 × 10 8 m/s m = 9,0 × kg Ditanya: Δλ =... ? Jawab :

DAFTAR PUSTAKA benda-hitamhttp://fisikastudycenter.com/astronomi/322-hukum-pergeseran-wien-astronomi- benda-hitam contoh-soal-praktikum-jawaban-penerapan-aplikasi-radiasi-benda-hitam-gejala- fisika.htmlhttp:// contoh-soal-praktikum-jawaban-penerapan-aplikasi-radiasi-benda-hitam-gejala- fisika.html Skema eksperimen fotolistrik. Sumber gambar: Serway, Jewet