TEORI KUANTUM TENTANG RADIASI ELEKTROMAGNET PERTEMUAN KEEMPAT FISIKA MODERN TEORI KUANTUM TENTANG RADIASI ELEKTROMAGNET TEKNIK PERTAMBANGAN UNIVERSITAS MULAWARMAN

TEORI FOTON Gelombang Elektromagnetik termasuk cahaya memiliki dwi-sifat (Dualisme) Dalam Vakum sifat gelombangnya yang lebih menonjol. Dalam interaksinya dengan atom atau molekul, berkas gelombang elektromagnetik berprilaku sebagai berkas korpuskuler (benda kecil) Berkas kecil tersebut disebut foton yang terdiri atas paket-paket energi (kuanta, jamaknya kuantum) Teori yang mempelajarinya disebut Teori Kuantum.

Energi Foton E  h f  hc / dimana Beberapa catatan: hc = 12,4 keV Å 1eV = 1,602x10-19 J E = Energi Foton (J) h = Tetapan Planck (6,626 x 10-34 J.s) f = frekuensi radiasi (Hz) c = kecepatan cahaya (m/s) = panjang gelombang radiasi (m)

Momentum Foton Foton adalah partikel tidak bermassa diam Seluruh massanya adalah hasil geraknya dengan kecepatan c mc2 = hf m = hf/c2 Momentum foton (P)  mc = hf/c = h/

Contoh Soal 1. Hitung Energi foton cahaya infra merah 1240 nm! 2. Supaya ikatan kimia dalam molekul kulit manusia dapat diputuskan diperlukan energi foton 3,5 eV. Sesuai dengan panjang gelombang manakah ini? 3. Berapa panjang gelombang foton agar momentumnya sama dengan momentum elektron yang berkecepatan 2 x 105 m/s?

Efek Foto Listrik Efek Foto listrik adalah peristiwa keluarnya elektron-elektron dari permukaan logam yang dikenai radiasi elektromagnetik (cahaya, sinar inframerah , sinar ultraviolet, dan lain-lain). Rumusan empiris Kmaks dan frekuensi f : hf = Kmaks + hfo Menurut Einstein, tiga suku dalam persamaan diatas dapat ditafsirkan: hf = isi energi dari masing-masing kuantum cahaya datang. Kmaks = energi kinetik foto elektron maksimum hfo = energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam yang disinari (Fungsi Kerja/ Wmin).

Contoh Soal 1. Bila permukaan tembaga disinari cahaya tampak, apakah terjadi pembebasan elektron dari permukaan tembaga, jika diketahui fungsi kerja tembaga 4,4 eV 2. Emiter dalam sebuah tabung fotolistrik memiliki panjang gelombang ambang 6000 Å. Tentukan panjang gelombang cahaya datang pada tabung itu jika tegangan henti cahaya ini 2,5 V !

Sinar X Sinar-X ; Sinar X pertama kali ditemukan oleh Wihelm Roentgen pada tahun 1895. Sifat sinar X baru diketahui pada tahun 1912 seiring dengan penemuan difraksi sinar X oleh kristal. Sifat-sifat sinar X adalah: Tidak dapat dilihat oleh mata, bergerak dalam lintasan lurus, dapat mempengaruhi film fotografi sama seperti cahaya tampak. Daya tembusnya lebih tinggi dari pada cahaya tampak, dapat menembus tubuh manusia, kayu serta beberapa lapis logam. Merupakan gelombang elektromagnetik dengan energi E = hf Orde panjang gelombang sinar X adalah 0,5 – 2,5 Å, jadi letak sinar X dalam diagram spektrum GE adalah antara sinar UV dan sinar gamma. Satuan panjang gelombang sinar X juga sering dinyatakan dalam satuan sinar X ( X unit, disingkat XU), 1 kXU = 1000 XU = 1,00202 Å

Efek Compton Yang akhirnya dikenal dengan persamaan Compton. Pada tahun 1923, Compton mengamati hamburan sinar-X oleh suatu sasaran dari grafit, ketika ia menembakan sinar-X monokromatik. Pada grafit tersebut ditemukan bahwa sinar-X yang terhambur mempunyai panjang gelombang lebih besar dari sinar-X aslinya. Compton menyimpulkan bahwa efek ini dapat difahami sebagai benturan antar foton-foton dengan elektron-elektron, dengan foton berperilaku seperti partikel. Foton hambur Foton datang elektron target ) elektron hambur Yang akhirnya dikenal dengan persamaan Compton.

Contoh Soal 1. Hitunglah persentase perubahan panjang gelombang sebuah sinar X dengan panjang gelombang 0,400 Å yang mengalami hamburan Compton 90o dari sebuah elektron. 2. Dalam sebuah eksperimen Compton, sebuah elektron mencapai energi kinetik 0,100 MeV ketika sinar X berenergi 0,500 MeV menumbuknya. Tentukan panjang gelombang foton terhambur, jika pada mulanya elektron diam

Gelombang de Broglie Louis de Broglie pada tahun 1923 membuat suatu postulat yang sangat berani yaitu bahwa semua materi termasuk elektron mempunyai sifat gelombang. Broglie menggunakan rumus Einstein tentang momentum dan energi foton. Diperoleh panjang gelombang foton: dengan: h = konstanta Planck = 6,63 x 10-34 Js m = massa partikel (kg) v = kecepatan partikel (m/s)

Contoh Soal Sebuah partikel bergerak dengan kecepatan 2 x 106 m/s. Berapakah panjang gelombang de Broglienya seandainya partikel itu: (a) elektron, (b) proton, dan (c) bola 0,2 kg. Berapa beda potensial yang diperlukan dalam mikroskop elektron agar elektronnya berpanjang gelombang 0,5Å? Hitung energi kinetik sebuah netron yang panjang gelombang de Broglienya 0,5Å?