Makalah Partikel Dari Gelombang

MAKALAH FISIKA MODERN

“SIFAT PARTIKEL DARI GELOMBANG”

\

OLEH

Luy Inggaweni 113234202 KB 2011Nur Chalim M. 113234207 KB 2011

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN KIMIAPRODI KIMIA

2013

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat dan

hidayah – Nya sehingga dapat menyelesaikan Makalah Fisika Modern Tentang “

Siifat Partikel Dari gelombang” makalah ini disusun untuk memenuhi salah satu

tugas Mata Kuliah Fisiska Modern

Dalam kesempatan ini kami mengucapkan terimakasih yang sedalam-dalamnya

kepada

1. Drs. Abdul Azis Abdullah, M.S. selaku dosen pengampu Mata Kuliah Fisika Modern

2. Orang tua kami yang telah membantu baik moril maupun materi

3. Rekan-rekan yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini  

Kami menyadari bahwa dalam penyusunan makalah ini jauh dari sempurna,

baik dari segi penulisan, bahasan, ataupun penyusunannya. Oleh karena itu kami

mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun, khususnya dari guru mata

pelajaran guna menjadi acuan dalam bekal pengalaman bagi kami untuk lebih baik

di masa yang akan datang.

Surabaya , Desember 2013

Penyusun

ii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL..................................................................................................i

KATA PENGANTAR...............................................................................................ii

DAFTAR ISI..............................................................................................................iii

BAB I PENDAHULUAN..........................................................................................1

1.1.....................................................................................................................Latar

Belakang.....................................................................................................1

1.2.....................................................................................................................Rum

usan masalah...............................................................................................

1.3.....................................................................................................................Tuju

an.................................................................................................................

1.4.....................................................................................................................Manf

aat ...............................................................................................................

BAB II ISI..................................................................................................................

2.1.......................................................................................................................Gelo

mbang Elektromagnetik...............................................................................

2.2.......................................................................................................................Efek

Fotolistrik.....................................................................................................

2.3.......................................................................................................................Teori

kuantum Cahaya...........................................................................................

2.4.......................................................................................................................Apak

ah Cahaya Itu...............................................................................................

2.5.......................................................................................................................Sinar

X...................................................................................................................

2.6.......................................................................................................................Difra

ksi Sinar X....................................................................................................

2.7.......................................................................................................................Efek

Compton.......................................................................................................

2.8.......................................................................................................................Prod

uksi Pasangan...............................................................................................

2.9.......................................................................................................................Foto

n dan Gravitas..............................................................................................

2.10.Lubang Hitam............................................................................................

iii

BAB III PENUTUP..................................................................................................

3.1........................................................................................................................Simp

ulan................................................................................................................

3.2........................................................................................................................Sara

n.....................................................................................................................

DAFTAR PUSTAKA...............................................................................................

iv

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pada fisika klasik kita memandang elektron, proton dan neutron sebagai

partikel, sedangkan radiasi elektromagnetik, cahaya sinar x dan sinar g

dipandang sebagai gelombang. Sebenarnya sifat gelombang dan sifat partikel

merupakan suatu sifat yang berkaitan satu sama lain yang hanya bergantung

pada jenis eksperimen yang diamati, berarti pada suatu keadaan tertentu partikel

dapat berkelakuan seperti gelombang, sedangkan dalam keadaan tertentu

lainnya gelombang dapat berkelakuan sebagai partikel jadi terdapat sifat

dualisme dari partikel dan gelombang.

Pada abad ke 17 Newton mengenalkan teori  korpuskular (Corpuskular

theory) yang menganggap cahaya terdiri dari partikel-partikel yang dipancarkan

oleh suatu sumber. Sebaliknya teory gelombang dari Huygen menyatakan

bahwa cahaya terdiri dari gelombang-gelombang. Eksperimen yang menunjang

untuk teory Huygen yaitu (a) Eksperimen   Young   yang  menunjukkan  gejala  

difraksi  dan   interferensi hanya dapat  diterangkan dengan  teory gelombang

cahaya (b) Persamaan-persamaan   dari   Maxwell    tentang    medan    

elektromagnetik (c) Percobaan Herz (1887) yang membuktikan membuktikan 

bahwa  energi  elektromagnetik  (yang  meliputi cahaya)  mengalir secara 

kontinu dan terdiri dari  gelombang- gelombang.

Pada abad ke 20 terdapat beberapa eksperimen fisika yang tidak dapat

diterangkan dengan teori gelombang tapi dapat dijelaskan dengan memakai teori

korpuskular dari Newton diantaranya gejala fisika tersebut adalah :

Spektrum radiasi dari benda hitam; Efek foto listrik,Spektrum dari sinar x,

Hamburan Compton. Untuk selanjutnya kita misalkan bahwa aliran dari energi

radiasi elektromagnetik tidak lagi kontinu, tetapi dalam bentuk berkas-berkas

energi yang diskrit dan disebut foton, karena dengan asumsi ini gejala-gejala

diatas lebih mudah dijelaskan.

5

1.2. Rumusan masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, maka rumusan masalahnya adalah

1.3. Tujuan

Tujuan dari penyusunan makalah sifat partikel dari gelombang adalah adalah

1.4. Manfaat

6

BAB II

ISI

Pada 1845 Faraday menemukan bahwa sudut polarisasi dari sebuah sinar

cahaya ketika sinar tersebut masuk melewati material pemolarisasi dapat diubah

dengan medan magnet.Ini adalah bukti pertama kalau cahaya berhubungan

dengan Elektromagnetisme. Faraday mengusulkan pada tahun 1847 bahwa

cahaya adalah getaran elektromagnetik berfrekuensi tinggi yang dapat bertahan

walaupun tidak ada medium. Teori ini diusulkan oleh James Clerk

Maxwell pada akhir abad ke-19, menyebut bahwa gelombang cahaya adalah

gelombang elektromagnet sehingga tidak memerlukan medium untuk merambat.

Pada permukaannya dianggap gelombang cahaya disebarkan melalui kerangka

acuan yang tertentu, seperti aether, tetapi teori relativitas  khusus menggantikan

anggapan ini. Teori elektromagnet menunjukkan yang sinar kasat mata adalah

sebagian daripada spektrum elektromagnet. Teknologi penghantaran radio

diciptakan berdasarkan teori ini dan masih digunakan. Kecepatan cahaya yang

konstan berdasarkan persamaan Maxwell berlawanan dengan hukum-hukum

mekanis gerakan yang telah bertahan sejak zaman Galileo, yang menyatakan

bahwa segala macam laju adalah relatif terhadap laju sang pengamat.

Pemecahan terhadap kontradiksi ini kelak akan ditemukan oleh Albert Einstein.

2.1. Gelombang elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik dapat digambarkan sebagai dua buah

gelombang yang merambat secara transversal pada dua buah bidang tegak lurus

yaitu medan magnetik dan medan listrik. Merambatnya gelombang magnet akan

mendorong gelombang listrik, dan sebaliknya, saat merambat, gelombang listrik

akan mendorong gelombang magnet. Diagram di atas menunjukkan gelombang

cahaya yang merambat dari kiri ke kanan dengan medan listrik pada bidang

vertikal dan medan magnet pada bidang horizontal.

7

Gambar 2.1. Gelombang elektromagnetik

Pengandengan medan listrik dan megnetik yang bergerak dengan kelajuan

cahaya dan menimbulkan perilaku gelombang yang khusus.

Pada tahun 1864 James Clerk Maxwell mengemukakan bahwa muatan

listrik yang dipercepat menimbulkan gangguan listrik dan magnetik yang terkait

yang menjalar terus menerus melalui ruang hampa. Jika muatan bergetar periodis,

gangguannya adalah gelombang yang komponen listrik dan magnetiknya saling

tegak lurus pula pada arah gerak seperti dalam gambar 2.1.

Gambar 2.2 Gelombang elektromagnetik menjalar dengan kumparan medan

listrik dan medan magnet saling tegak lurus

Pada gambar 2.2 dapat dijelaskan bahwa saat saklar S ditutup maka aka

nada arus yang mengalir pada kumparan dan sampai di plat sejajar. Pada kumparan

akan timbul medan magnet dan pada plat sejajar akan timbul medan listrik. Pada

saat saklar dibuka dan ditutup secara bergantian dengan cepat seperti inductor

rumkorf maka pada kumparan dan plat sejajar dapat memancarkan gelombang

elektromagnetik karena ada medan listrik (E) dan medan magnet (B) yang berubah-

ubah secara bergantian dan terus menerus. Bukti bahwa disitu terjadi rambatan

energy adalah adanya gejala resonansi yang diterima pada loop. Gejala ini pertama

8

kali ditemukan oleh Heinrich Hertz. Gambaran gerak gelombang elektromagnetik

tersebut dapat dijelaskan dengan komponen gelombang medan magnet dan medan

listrik yang saling tegak lurus. Dari persamaan gambar itulah Maxwell dapat

menemukan hubungan persamaan berikut.

c=Em

Bm

Dengan c = cepat rambat gelombang elektromagnetik (m/s)

Em = kuat medan listrik maksimum (N/C)

Bm = kuat medan maksimum (tesla)

Dari Faraday, Maxwell mengetahui bahwa medan magnetik yang berubah

dapat mengimbas arus dalam sosok (loop) kawat. Jadi medan magnetik yang

berubah mempunyai efek yang sama dengan medan listrik. Maxwell

mengemukakan kebalikannya ; medan listrik yang berubah menimbulkan medan

magnetik yang berkaitan. Medan listrik yang ditimbulkan oleh imbasan

elektromagnetik dapat diperlihatkan dengan mudah karena logam mempunyai

hambatan listrik yang kecil; medan yang lemah dapat menimbulkan arus listrik

dalam logam yang dapat diukur. Medan magnetik yang lemah lebih sulit diukur,

dan hipotesis Maxwell dilandasi oleh penalaran berdasarkan simetri dibanding

dengan penemuan eksperimental. Maxwell menunjukkan bahwa kelajuan

gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa diberikan oleh

c= 1

√∈0 μ0

=2,998 x 108 m /s

Dimana :

∈0 = permitivitas ruang hampa

μ0 = permeabilitas magnetic

Rumus tersebut sama dengan kelajuan cahaya. Maka, Maxwell mengambil

kesimpulan bahwa cahaya terdiri dari gelombang elektromanetik.

Pada tahun 1888, ahli fisika jerman Heinrich Hertz membuktikan bahwa

gelombang elektromagnetik betul ada dan berperilaku tepat sebagai ramalan

9

Maxwell. Hertz menimbulkan gelombang dengan menggunakan arus bolak balik

dalam celah udara antara dua bola logam. Lebar celah itu diatur sedemikian rupa

sehingga latu terjadi setiap kali arus mencapai maksimum. Sosok kawat dengan

celah kecil merupakan detector gelombang elektromagnetik; dalam kawat dapat

timbul arus bolak balik yang menimbulkan latu pada celah itu.

Hertz menentukan panjang gelombang dan kelajuan gelombang yang

ditimbulkannya, dan memperlihatkan adanya komponen listrik dan magnetik, dia

juga mendapatkan bahwa gelombang ini dapat dipantulkan, dibias dan mengalami

difraksi.

Gelombang elektromagnetik ini banyak ditemukan dalam berbagai jenis

dengan panjang gelombang atau frekuensi berbeda tetapi memiliki sifat-sifat yang

sama. Penguraian gelombang elektromagnetik berdasarkan frekuensi atau panjang

gelombangnya inilah yang dinamakan spektrum gelombang elektromagnetik.

Gelombang radio, cahaya, radar, sinar-X dan sinar ultraviolet (UV) merupakan

gelombang elektromagnetik. Gelombang itu memiliki sifat-sifat yang sama. Tetapi

karena panjang gelombang dan frekuensinya berbeda maka gelombang-gelombang

itu juga memiliki perbedaan sifat.

Gelombang cahaya yang merupakan gelombang elektromagnetik yang

dapat ditangkap oleh mata, memiliki selang frekuensi yang pendek yaitu mulai dari

4,3 x 1014 Hz untuk cahaya merah hingga sekitar 7,5 x 1014 Hz untuk cahaya ungu.

Gambar 2.2 memperlihatkan spectrum elektromagnetik dari frekuensi rendah yang

dipakai dalam komunikasi radio hingga frekuensi tinggi yang terdapat dalam sinar-

x dan sinar gama.

10

Gambar 2.3 Spektrum gelombang elektromagnetik

Dari spectrum gelombang elektromagnetik dapat dilihat bahwa cahaya

dapat digolongkan dalam gelombang elektromagnetik. Kecepatan cahaya besarnya

sama dengan kecepatan gelombang elektromagnetik yang lain. Di ruang hampa

atau uadara mendekati c = 3x108 m/s. hal inilah yang mendasari teori Maxwll

tentang cahaya: “Cahaya adalah gelombang yaitu gelombang elektromagnetik”.

sifat semua gelombang ialah bahwa gelombang itu memenuhi prinsip super

posisi: Bila dua atau lebih gelombang yang alamnya sama melalui satu titik

pada saat yang sama, maka amplitude sesaat disitu ialah jumlah dari

amplitude sesaat masing-masing gelombang.

Amplitude sesaat berarti harga rata-rata pada tempat dan waktu tertentu dari

kuantitas yang membentuk gelombang. “Amplitude” berarti harga maksimum dari

variabel gelombang.

Bila dua atau lebih deretan gelombang bertemu dalam suatu daerah,

gelombang itu akan berinterferensi menghasilkan gelombang baru yang amplitude

sesaatnya merupakan jumlah dari amplitude sesaat gelombang semula. Interferensi

konstruktif (membangun) berarti pada gelombang tersebut saling menguatkan

dengan fase sama sehingga menghasilkan amplitude yang lebih besar, dan

interferensi destruktif (menghancurkan) berarti gelombang tersebut sebagian atau

sepenuhnya saling meniadakan karena fasenya berbeda (Gambar 2.3). jika

gelombang semula memiliki frekuensi ynang berbeda, hasilnya merupakan

campuran dari interferensi konstruktif dan destruktif.

Interferensi gelombang cahaya mula-mula diperlihatkan oleh Thomas

young dalam tahun 1801. Ia memakai sepasang celah yang disinari cahaya

ekawarna dari sebuah sumber seperti Gambar 2.4. Dari masing-masing celah,

gelombang sekunder menyebar seolah-olah berasal dari celah; ini merupakan

contoh dari difraksi yang menunjukkan gejala gelombang karakteristik seperti juga

interferensi. Karena interferensi, layar tidak diterangi merata, teteapi

memperlihatkan pola garis terang dan gari yang gelap berselang-seling (Gambar

2.5). oada kedudukan di layar dengan panjang jalan dari kedua celah berbeda

dengan bilangan ganjil kali setengah panjang gelombang (λ /2,3 λ /2 , 5 λ/2 …),

11

interferansi destruktif terjadi, sehingga hasilnya adalah garis gelap. Pada tempat-

tempat itu dimana panjang lintasannya adalah sama atau berbeda dengan jumlah

seluruh panjang gelombang (λ,2 λ , 3 λ , …), interferensi konstruktif terjadi, sehingga

hasilnya adalah garis terang. Diantara kedudukan garis terang, interferensi terjadi

sebagian, sahingga intensitas pada layar berubah secara gradual antara garis terang

dan gelap.

Interferensi dan difraksi merupakan sifat khusus dari gelombang-partikel

yang kita kenal tidak mempunyai sifat itu. Jadi eksperimen Young merupakan bukti

bahwa cahaya adalah gelombang. Lebih lanjut, teori Maxwell memberitahu kepada

kita jenis gelombang tersebut, yaitu elektromegnetik.

2.2. Efek Fotolistrik

Teori kuantum pertama kali dicetuskan pada tahun 1900 oleh seorang

ilmuwan berkebangsaan Jerman yang bernama Max Karl Ernst Ludwig Planck

(1858 – 1947). Dalam percobaannya Planck mengamati sifat-sifat

termodinamika radiasi benda-benda hitam hingga ia berkesimpulan bahwa

energi cahaya terkumpul dalam paket-paket energi yang disebut kuanta atau

foton. Dan pada tahun 1901 Planck mempublikasikan teori kuantum cahaya

yang menyatakan bahwa cahaya terdiri dari peket-paket energi yang disebut

kuanta atau foton. Akan tetapi dalam teori ini paket-paket energi atau partikel

penyusun cahaya yang dimaksud berbeda dengan partikel yang dikemukakan

oleh Newton . Karena foton tidak bermassa sedangkan partikel pada teori

Newton memiliki massa.

Pernyataan Planck ternyata mendapat dukungan dengan adanya

percobaan Albert Einstein pada tahun 1905 yang berhasil menerangkan gejala

fotolistrik dengan menggunakan teori Planck. Fotolistrik adalah peristiwa

terlepasnya elektron dari suatu logam yang disinari dengan panjang gelombang

tertentu. Akibatnya percobaan Einstein justru bertentangan dengan pernyataan

Huygens dengan teori gelombangnya.Pada efek fotolistrik, besarnya kecepatan

elektron yang terlepas dari logam ternyata tidak bergantung pada besarnya

intensitas cahaya yang digunakan untuk menyinari logam tersebut. Sedangkan

menurut teori gelombang seharusnya energi kinetik elektron bergantung pada

intensitas cahaya.

12

Kemudian dari seluruh teori-teori cahaya yang muncul dapat

disimpulkan bahwa cahaya mempunyai sifat dual (dualisme cahaya) yaitu

cahaya dapat bersifat sebagai gelombang untuk menjelaskan peristiwa

interferensi dan difraksi tetapi di lain pihak cahaya dapat berupa materi tak

bermassa yang berisikan paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton

sehingga dapat menjelaskan peristiwa efek fotolistrik.

Efek fotolistrik adalah suatu proses dimana suatu cahaya dengan frekuensi

cukup tinggi mengenai permukaan sebuah logam, sehingga dari permukaan

logam itu terpancar elektron. Gambar ini memberi ilustrasi jenis alat yang

dipakai dalam eksperimen efek fotolistrik.

Gambar 2.4 Alat untuk mengamati efek fotolistrik.

Gambar diatas merupakan peralatan untuk mengamati efek fotolistrik.

Cahaya yang menyinari permukaan logam (katoda) menyebabkan electron

terpental keluar. Ketika elektron bergerak menuju anoda, pada rangkaian luar

terjadi arus elektrik yang diukur dengan Ammeter A.

Laju pancaran electron diukur sebagai arus listrik pada rangkaian luar

dengan menggunakan sebuah Ammeter, sedangkan energi kinetiknya ditentukan

dengan mengenakan suatu potensial perlambat (retarding potential) pada anoda

sehingga electron tidak mempunyai energi yang cukup untuk “memanjati” bukit

potensial yang terpasang. Secara eksperimen tegangan perlambat terus

diperbesar hingga pembacaan arus pada ammeter menurun ke nol. Tegangan

yang bersangkutan ini disebut potensial henti (V o ). karena electron yang

berenergi tertimggi tidak dapat melewati potensial henti ini, maka pengukuran V

merupakan suatu cara untuk menentukan energi kinetik maksimum electron :

13

Ekmak

=e .V Sehingga

V=Ekmak

e

Berdasarkan hasil pengamatan :

1. Intensitas cahaya tidak mempengaruhi pergerakan electron

2. Intensitas cahaya mempengaruhi jumlah elektron yang lepas dari permukaan

logam

3. Energi kinetik hanya bergantung pada panjang gelombang cahaya atau

frekuensinya.

Untuk lebih jelas hubungan antara intesitas cahaya terhadap arus fotolistrik dan

kelajuan perhatikan gambar berikut

Gambar 2.5. Arus fotoelektron sebanding dengan intensitas cahaya untuk

semua tegangan perintang. Tegangan penghenti vo sama untuk semua

intensitas cahaya dari frekuensi v yang diberikan

14

Gambar 2.6 tegangan penghenti Vo bergantung dari frekuensi v dari cahaya. Bila

tegangan perintang V=0, arus fotolistrik sama unutk cahaya yang berintesitas

sama tak bergantung frekuensi.

Tabung yang divakumkan berisi dua elektroda yang dihubungkan

dengan rangkaian eksternal, dengan keping logam yang permukaannya

mengalami iradiasi dipakai sebagai anoda. Sebagian dari elektron yang muncul

dari permukaan yang mengalami iradiasi mempunyai energi yang cukup untuk

mencapai katoda. Ketika potensial perintang V ditambah, lebih sedikit elektron

yang mencapai katoda dan arusnya menurun. Ketika V sama atau melebihi suatu

harga Vo yang besarnya dalam orde beberapa volt, tidak ada elektron yang

mencapai katoda dan arus terhenti. Terdapatnya efek fotolistrik menunjukkan

bahwa gelombang cahaya membawa energi, dan sebagian energi yang diserap

oleh logam dapat terkonsentrasi pada elektron tertentu pada dan muncul sebagai

energi kinetik.

Banyaknya elektron yang dapat dipancarkan dari permukaan logam

sangat tergantung pada intensitas penyinaran cahaya dan energinya tergantung

pada frekuensi (ν). Jika diketahui konstanta Planck h = 6,626 E-34 J.s maka

energi suatu fotolistrik dirumuskan

E = hν …(2.1)

Jika suatu elektron terikat dengan energi W, yang disebut sebagai fungsi kerja,

maka besar energi foton menjadi :

E = hν – W …(2.2)

Oleh karena energi foton merupakan suatu energi kinetik maka berlaku rumus

Einstein

½mV2 = hν – W …(2.3)

Dimana

m : massa elektron

V : kecepatan elektron

W : kerja yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron dari katoda

Dengan tegangan perlambat yang diperlukan disebut restarding potensial maka

berlaku persamaan :

15

hν – W = e Uo …(2.4)

Efek fotolistrik hanya terjadi pada frekuensi cahaya yang lebih besar

daripada harga minimum tertentu (frekuensi ambang) yang bergantung pada

jenis logam yang disinari. Terjadinya efek fotolistrik hampir bersamaan dengan

saat datangnya sinar pada plat logam. Energi kinetik maksimum elektron

fotolistrik pada logam tertentu hanya bergantung pada frekuensi berkas cahaya

yang datang, tidak bergantung pada intensitas cahaya yang datang. Besar arus

fotolistrik sebanding dengan intensitas cahaya yang datang. Cahaya yang datang

pada permukaan logam diperlakukan sebagai paket-paket energi yang disebut

foton (Einstein, 1905). Efek fotolistrik hanya dapat terjadi jika energi foton

datang lebih besar daripada rata-rata energi yang diperlukan untuk melepaskan

elektron dari permukaan logam. Jadi rumus empiris efek fotolistrik. Besar energi

elektron fotolistrik dapat ditentukan dengan memberikan potensial perintang

atau stopping potential (V0) dalam rangkaian untuk menghentikan arus

fotolistrik.Dengan e menyatakan besar muatan elektron, yaitu 1,602.10-19 C.

Efek fotolistrik merupakan gejala terlepasnya elektron dari permukaan

logam karena disinari gelombang elektromagnetik tertentu.

Gambar 2.7. Fotolistrik

Syarat terjadinya efek fotolistrik adalah:

1. panjang gelombang ambang sinar (datang) > panjang gelombang bahan

2. frekuensi sinar (f) > frekuensi ambang bahan (fo)

3. energi foton sinar (Ef) >energi ambang bahan (Wo)

Beberapa hal yang perlu diperhatikan berkaitan dengan efek fotolistrik adalah:

1. elektron akan segera terlepas – tanpa perlu waktu tunda

16

2. Penambahan intensitas dari cahaya akan menambah jumlah elektron yang

terlepas, tetapi tidak menambah besar energi kinetik

3. Cahaya merah tidak akan menyebabkan keluarnya elektron, berapapun

besar intensitasnya. Cahaya violet (ungu) yang lemah akan mengeluarkan

sedikit elektron, tetapi besar energi kinetik maksimum akan bertambah

dibandingkan untuk intensitas cahaya yang panjang gelombannya lebih

besar.

 Aplikasi Efek Foto Listrik Dalam Kehidupan Sehari-Hari

Dengan bantuan peralatan elektronika saat itu suara dubbing film direkam

dalam bentuk sinyal optik di sepanjang pinggiran keping film. Pada saat film

diputar, sinyal ini dibaca kembali melalui proses efek fotolistrik dan sinyal

listriknya diperkuat dengan menggunakan amplifier tabung sehingga

menghasilkan film bersuara.

Aplikasi paling populer di kalangan akademis adalah tabung foto-pengganda

(photomultiplier tube). Dengan menggunakan tabung ini hampir semua

spektrum radiasi elektromagnetik dapat diamati. Tabung ini memiliki efisiensi

yang sangat tinggi, bahkan ia sanggup mendeteksi foton tunggal sekalipun.

Dengan menggunakan tabung ini, kelompok peneliti Superkamiokande di

Jepang berhasil menyelidiki massa neutrino yang akhirnya dianugrahi hadiah

Nobel pada tahun 2002. Di samping itu efek fotolistrik eksternal juga dapat

dimanfaatkan untuk tujuan spektroskopi melalui peralatan yang

bernamaphotoelectron spectroscopy atau PES.

Efek fotolistrik internal memiliki aplikasi yang lebih menyentuh masyarakat.

Ambil contoh foto-diode atau foto-transistor yang bermanfaat sebagai sensor

cahaya berkecepatan tinggi. Bahkan, dalam komunikasi serat optik transmisi

sebesar 40 Gigabit perdetik yang setara dengan pulsa cahaya sepanjang 10

pikodetik (10-11 detik) masih dapat dibaca oleh sebuah foto-diode.

foto-transistor yang sangat kita kenal manfaatnya dapat mengubah energi

matahari menjadi energi listrik melalui efek fotolistrik internal. Sebuah

semikonduktor yang disinari dengan cahaya tampak akan memisahkan elektron

dan hole. Kelebihan elektron di satu sisi yang disertai dengan kelebihan hole di

sisi lain akan menimbulkan beda potensial yang jika dialirkan menuju beban

akan menghasilkan arus listrik.

17

Akhir-akhir ini kita dibanjiri oleh produk-produk elektronik yang dilengkapi

dengan kamera CCD (charge coupled device). Sebut saja kamera pada ponsel,

kamera digital dengan resolusi hingga 12 Megapiksel, atau pemindai kode-

batang (barcode) yang dipakai diseluruh supermarket, kesemuanya

memanfaatkan efek fotolistrik internal dalam mengubah citra yang dikehendaki

menjadi data-data elektronik yang selanjutnya dapat diproses oleh komputer.

Jadi, tanpa kita sadari kita telah memanfaatkan efek fotolistrik baik internal mau

pun eksternal dalam kehidupan sehari-hari.

2.3. Teori Kuantum Cahaya

Foton awalnya dinamakan sebagai kuantum cahaya (das Lichtquant)

oleh Albert Einstein. Nama modern "photon" berasal dari kata Bahasa

Yunani untuk cahaya φῶς, ditransliterasi sebagaiphôs, dan ditelurkan oleh

kimiawan fisik Gilbert N. Lewis, yang menerbitkan teori spekulatif yang

menyebutkan foton sebagai "tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan".

Meskipun teori Lewis ini tidak dapat diterima karena bertentangan dengan hasil

banyak percobaan, nama barunya ini, photon, segera diadopsi oleh kebanyakan

fisikawan. Isaac Asimov menyebut Arthur Comptonsebagai orang yang pertama

kali mendefinisikan kuantum cahaya sebagai foton pada tahun 1927

Teori elektromagnetik cahaya dapat menerangkan sangat baik banyak

sekali gejala, sehingga teori ini tentu mengandung kebenaran. Namun teori

yang berdasar kokoh ini tidak cocok untuk menerangkan efek fotolistrik. Dalam

tahun 1905 Einstein menemukan bahwa paradoks yang timbul pada efek

fotolistrik dapat dimengerti hanya dengan memasukkan pengertian radikal yang

pernah disusulkan lima tahun sebelumnya oleh fisikawan teoretis Jerman Max

Planck. Ketika itu Planck mencoba menerangkan radiasi karakteristik yang

dipancarkan oleh benda mampat. Kita mengenal pijaran dari sepotong logam

yang menimbulkan cahaya tampak, tetapi panjang gelombang lain yang terlihat

mata juga juga terdapat. Sebuah benda tidak perlu sangat panas untuk bisa

memancarkan gelombang elektromagnetik- semua benda memancarkan energi

seperti secara malar (kontinu) tidak perduli berapa temperaturnya. Pada

temperature kamar sebagian besar radiasinya terdapat pada bagian inframerah

dari spectrum, sehingga terlihat.

18

Sifat yang dapat diamati dari radiasi benda hitam ini –penamaan serupa

itu akan dikemukakan alasannya pada bab 9, di situ pembahasan lengkap

persoalan dan pemecahannya diberikan –tidak dapat diterangkan berdasrkan

prinsip fisis yang dapat diterima pada waktu itu. Planck dapat menurunkan

rumus yang dapat menerangkan radiasi spectrum ini (yaitu kecerahan relatif dari

berbagai panjang gelombang yang terdapat) sebagai fungsi dari temperature dari

benda yang meradiasikannya kalau ia menganggap kalau radiasi yang

dipancarkan terjadi secara tak malar (diskontinu), dipancarkan dalam caturan

kecil, suatu anggapan yang sangat asing dalam teori electromagnet. Catuan ini

disebut kuanta. Planck mendapatkan bahwa kuanta yang berpautan dengan

frekuensi tertentu v dari cahaya semuanya harus berenergi sama dan bahwa

energi ini E berbanding lurus dengan v. Jadi

E=hf.............(2.5 ) Energi kuantum

Dengan h, pada waktu itu disebut tetapan Planck, berharga

h = 6,626 X 10-34 J.s Tetapan Planck

Ketika ia harus menganggap bahwa energi elektromagnetik yang

diradiasikan oleh benda timbul secara terputus-putus, Planck tidak pernah

menyangsikan bahwa penjalarannya melalui ruang merupakan gelombang

elektromagnetik yang malar. Einstein mengusulkan bukan saja cahaya

dipancarkan menurut suatu kuantum pada suatu saat, tetapi juga menjalar

menurut kuanta individual; anggapan yang lebih berlawanan dengan fisika

klasik. Menurut hipotesis ini efek fotolistrik dapat diterangkan dengan mudah.

Rumusan empiris persamaan 2.5 dapat ditulis

Kmak=hf −W o ..............(2.6) Efek fotolistrik

W o=hf o

Pengusulan Einstein berarti bahwa tiga suku dalam persamaan 2.6 dapat

ditafsirkan sebagai berikut:

hf = isi energi dari masing-masing kuantum cahaya datang

19

Kmak = enegi kinetik fotoelektron maksimum

hf o = energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan sebuah elektron

dari permukaan logam yang disinari

Beberapa fungsi kerja fotolistrik terlihat dalam tabel 2.1. Untuk melepaskan

elektron dari permukaan logam biasanya memerlukan separuh dari energi yang

diperlukan untuk melepaskan electron dari atom bebas dari logam bersangkutan

(lihat Tabel 10.1), sebagai contoh, energi ionisasi cesium 3,9 eV dibandingkan

dengan fungsi kerja 1,9 eV. Karena spectrum cahaya tampak berkisar dari 4,2

hingga 7,9 X 1014 Hz yang bersesuaian dengan energi kuantum 1,7 hingga 3,3

eV, jelaslah dari table 2.1 bahwa efek fotolistrik ialah suatu gejala yang terjadi

dalam daerah cahaya tampak dan ultraungu. Seperti telah kita lihat, foton cahaya

berfrekuensi f berenergi hf . hf dapat dinyatakan dalam elektronvolt (eV),

yaitu 1 eV = 1,60 x 10-19

Tabel 2.1 Fungsi Kerja Fotolistrik

Metal Lambang Fungsi Kerja, eV

Cesium Cs 1,9

Kalium K 2,2

Natrium Na 2,3

Lithium Li 2,5

Kalsium Ca 3,2

Tembaga Cu 4,5

Perak Ag 4,7

Platina Pt 5,6

Jadi rumus energi foton E=hc

λ dperoleh sebagi berikut

20

2. 7

Dengan λ dinyatakan dalam meter. Bila λ dinyatakan dalam satuan angstrom

(Ǻ), dengan 1 Ǻ = 10-10 m, maka

E=1 ,24 x104 eV .λ Ǻ ...........(2.8) Energi foton

Kesalahan penafsiran yang lalu mengenai efek fotolistrik diteguhkan

dengan studi mengenai emisi termionik. Telah lama diketahui bahwa

terdapatnya benda panas menambah konduktivitas listrik udara yang ada di

sekelilingnya, dan menjelang abad ke sembilan belas penyebab gejala itu di

temukan yaitu emisi electron dari benda panas itu. Emisi termonik

memungkinkan bekernyanya peralatann seprti tabung gambar televise yang

didalamnya terdapat filament logam atau katoda berlapisan khusus yang pada

temperature tinggi mentajikan arus electron yang rapat. Jelaslah bahwa electron

yang dipancarkan memperoleh energi dari agitasi termal partikel pada logam,

dan dapat diharapkan bahwa electron harus mendapat energi minimum tertentu

supaya dapat lepas. Energi minimum ini dapat ditentukan untuk berbagai

permukaan dan selalu berdekatan dengan fungsi kerja fotolistrik, foton cahaya

menyediakan energi yang diperlukan oleh electron untuk lepas, sedang dalam

emisi termionik kalor yang menyediakannya: dalam kasus itu proses fisis yang

bersangkutan dengan timbulnya electron dari permukaan logam sama.

Jika cahaya diamati dengan metode gelombang, maka ia akan

menghasilkan sifat gelombang. Yaitu, cahaya mempunyai panjang gelombang,

bisa dibiaskan, bisa didifraksikan, dan lain sebagainya. Tetapi, jika diteliti

dengan metode partikel, ia akan menunjukkan sifat partikel. Yaitu, cahaya bisa

mempengaruhi elektron dan mempunyai energi yang terkuantisasi.

2.4. Apakah cahaya itu

21

Menurut teori gelombang, gelombang cahaya menyebar

dari permukaan air jika kita menjatuhkan batu ke permukaan

air. Energy yang dibawa cahaya menurut analog ini terdistribusi

secara kontinu ke seluruh pola gelombang. Sebaliknya,

menurut teori kuantum, cahaya menyebar dari sumbernya

sebagai sederetan konsentrasi energy yang terlokalisasi,

masing-masing cukup kecil sehingga dapat diserap oleh sebuah

elektron (Gambar 2.4). yang mengherankan ialah teori kuantum

cahaya yang memperlakukan sepenuhnya sebagai gejala

partikel secara eksplisit berkaitan dengan frekuensi cahaya v,

merupakan konsep geombang.

Jika ditinjau dari gelombang elektromagnetik berfrekuensi

v yang jatuh pada sebuah layar, Intensitas I dari gelombang itu

yang merupakan leju energy transport per satuan luas

penampang bergantung dari besar E dan B dari medan listrik

dan megnetik. Karena E dan B berhubungan melalui persamaan

E=cB, maka bisa dipilih salah satu E atau B untuk

menggambarkan intensitas gelombang, biasanya E yang dipilih.

Intensitas I dari gelombang pada layar diberikan oleh

Gambaran Gelombang I=∈0 c E2...................

(2.9)

Dengan E2 menyatakan rata-rata kuadrat besaran sesaat dari

gelombang medan listrik dalam satu siklus. Dinyatakan dalam

model foton dari gelombang elektromagnetik yang sama

energinya ditransport oleh N foton tiap detik tiap satuan luas.

Karena tiap foton berebergi hv , intensitas pada layar ialah

Gambaran foton I=Nhv.....................(2.10)

Kedua gambaran itu harus memberikan harga I yang sama,

sehingga laju kedatangan foton menjadi

22

N=∈0 c

hvE2.................................(2.11)

a) Jika n cukup besar, orang yang melihat layar akan

mendapatkandistribusi cahaya yang kontinu, polanya

bersesuaian dengan distribusi E2, dan ia tidak mempunyai alas

an untuk menyangsikan teori gelombang cahaya tersebut. Jika

N sangat kecil- demikian kecilnya hingga satu foton saja pada

tiap saat yang sampai pada layar- pengamat akan

mendapatkan sederetan denyar random yang menunjukkan

bahwa cahaya menyerupai gejala kuantum.

b) Jika pengamat itu mengikuti pola dengan yang terjadi cukup

lama, ia akan mendapatkan pola yang terbentuk sama dengan

yang sebelumnya. Sehingga ia terpaksa mengambil kesimpulan

bahwa kemungkinan menemukan foton pada tertentu

bergantung dari harga E2 di tempat itu

2.5. Sinar-X

Dalam tahun 1895 Wilhelm Roentgen mendapatkan bahwa radiasi yang

kemampuan tembusnya besar yang sifatnya belum diketahui, ditimbulkan jika

electron cepat menumbuk materi. Sinar X ini didapatkan menjalar menurut garis

lurus walaupun melalui medan magnetik dapat menembus bahan, dengan mudah,

menyebabkan bahan fosforesen berkilau dan menyebabkan perubahan plat

fostografik. Bertambah cepat electron semula, bertambah hebat kemampuan

tembus sinar X dan bertambauh banyak jumlah elektron, bertambah besar pula

intensitas berkas sinar X. .

Gambar 2.8. Kemampuan tembus sinar X, menimbulkan kemampuan untuk

memperlihatkan struktur interior dari benda seperti mesin kapal terbang

23

Belum lama setelah penemuan itu orang menduga bahwa sinar X merupakan

gelombang elektromagneti. Bahkan teori elektromagnetik meramalkan bahwa

muatan listrik yang dipercepat akan meradiasikan gelombang elektromagnetik, dan

electron yang bergerak cepat yang tiba-tiba dihentikan jelas mengalami percepatan.

Radiasi yang ditimbulkan dalam keadaan serupa itudiberi nama bahasa Jerman

bremsstrahlung (“radiasi pengereman”). Tidak ditemukannya pembiasan (refraksi0

sinar X pada pekerjaan dini disebabkan sangat kecilnya panjang gelombang,

Sifat gelombang sinar X, mula-mula ditegakkan oleh Barkla dalam

tahun1906 yang bias menunjukkan polarisasinya. Pengaturan eksperimen Barkla

disketsa dalam gambar 2-5. Marilah kita anggap sinar X sebagai gelombang

elektromagnetik. Pada bagian kiri seberkas sinar X takterpolarisasi menjalar dalam

arah –z menumbuk sekelimit karbon. Sinar X didihambur oleh karbon , ini berarti

bahwa electron pada atom karbon digetarkan oleh vector listrik dari sinar X,

kemudian meradiasikan kembali. Karena vector listrik dalam gelombang

elektromagnetik tegak lurus pada arah penjalaran, berkas sinar X semula yang

mengandung vector listrik hanya terletak pada bidang xy. Electron target terimbas

untuk bergetar pada bidang xy. Sinar X yang terhambur yang menjalar pada arah

+x hanya dapat memiliki vector listrik pada arah y saja, sehingga sinar itu

mengalami polarisasi bidang datar. Untuk memperlihatkan polarisasi ini sekelumit

karbon yang lain diletakkan pada lintasan sinar X yang menjalar pada bidang xz

saja, dan tidak ada pada arah y. tidak adanya sinar X yang dihamburkan diluar

bidang xz meyakinkan sifat gelombang sinar X

Dalam tahun 1912 suatu metode dicari untuk mengukur panjang gelombang

sinar X. eksperimen difraksi dapat dipandang ideal, tetapi kita ingat dari optic fisis

bahwa jarak antara dua garis yang berdekatan pada kisi difraksi harus berorde besar

sama dengan panjang gelombang cahaya supaya didapatkan hasil yang memuaskan

dan kisi yang berjarak sangat kecil seperti yang diperlukan untuk sinar X tak dapat

dibuat. Namun dalam tahun 1912, Max von Laure menyadari bahwa untuk panjang

gelombang yang diduga berlaku untuk sinar X berorde besar hampir sama dengan

jarak antara atom-atom dalam kristal yaitu sekitar beberapa angstrom. Dengan alas

an itu ia mengusulkan bahwa kristal dapat digunakan untuk mendefraksi sinar X

dengan kisi kristal berlaku sebagai kisi tiga dimensi. Tahun berikutnya eksperimen

yang memadai untuk hal tersebut telah dilakukan dan sifat gelombang sinar X

24

secara sukses ditunjukkan. Dalam eksperimen itu panjang gelombang dari 1,3X10 -

11hingga 4,8X 10-11m (0,13 hingga 0,48Å) telah ditemukan 10-4 kali panjang

gelombang cahaya tampak sehingga mempunyai kuanta 104 kali lebih energitik.

Kita akan membahas difraksi sinar X lebih lanjut dalam pasal 2.6.

Radiasi elektromagnetik dalam selang panjang gelombang aproksimasi 0,1

hingga 100 Å, pada waktu ini digolongkan sebagai sinar X. Perbatasan selang

tersebut tidak tajam , pada batas panjang gelombang kecil bertindak sebagai sinar

X dan batas panjang gelombang besar bertindihan dengan cahaya ultraungu.

Gambar 2.9 merupakan diagram tabung sinar X. sebuah katode yng dipanasi

oleh filament berdekatan yang dilalui arus listrik menyediakan electron terus

menerus dengan emisi termionik. Perbedaan potensial yang tinggi V dipertahankan

antara katode dengan target logam mempercepat electron kearah target tersebut.

Permukaan target membentuk sudut relatif terhadap berkas electron dan sinar X

yang keliar dari target melewati bagian pinggir tabung. Tabung tersebut

dihampakan supaya electron dapat sampai ketarget tanpa halangan.

Prinsip kerja sinar-X merupakam kebalikan dari gejal efek fotolistrik. Pada

gejala fotolistrik katodanya ditumbuk oleh foton-foton sehingga melepaskan

electron. Sedangkan sinar-X anodanya ditumbuk electron, sehingga memancarkan

energi foton (sinar-X). Untuk lebih memahaminya perhatikan gambar berikut ini :

Gambar 2.9. sebuah tabung sinar X

Beda potensial anoda dan katoda (50-100) KV kecapatan electron mencapai 10 %

dari kecepatan cahaya. Elekttron yang terlepas dari katoda menumbuk anoda

25

'kE

kE

dengan kecepatan tinggi. Di anoda, energi kinetik electron berubah menjadi sinar-

X.

Sinar-X dapat terjadi melalui dua cara yaitu :

a) Sinar-X terjadi tanpa eksitasi electron

hf

Gambar 2.10. Sinar-X terjadi tanpa eksitasi electron

Berkas electron yang berasal dari katode menumbuk atom logam anoda

dengan kecepatan tinggi. Sebagian besar electron ini masuk kedalam logam,

sehingga energi kinetiknya mungkin berkurang, energi yang hilang berubah

menjadi energi foton (sinar-X)

Ek−Ek' =hf , jika Ek=0 , maka

Ek=hf =hc

λ ...................(2.10)

Karena electron dipergepat dengan beda potensial V, maka :

Ek=eV jadi hf =eV.............(2.11)

Karena f = c

λ maka

hcλ

=eV

Jadi untuk mencari panjang gelombang pada sinar-X dapat dihitung dengan :

26

EK`

EK

λ= hc

ev= 12400

vAo

................(2.12)

Sinar-X mempunyai λ=(0 .01−100 ) Ao

b) Sinar-X terjadi karena eksistasi electron

Elektron yang berkecepatan tinggi ketika menumbuk atom logam anoda akan

menyebabkan electron pada kulit atom sebelah dalam akan pindah kekulit

sebelah luarnya. Elektron yang pindah akan cenderung kembali ke kulit asal

sambil melepaskan energi dalam bentuk sinar-X

Gambar 2.11. Sinar-X terjadi karena eksistasi electron

dalam kasus molibdeum puncak intensitas yang tajam pada panjang gelombang

tertentu menunjukkan timbulnya sinar x yang besar pada panjang gelombang tertentu

27

Gambar 2.12. spektrum sinar – x tungsten pada berbagai potensial pemercepat

Sifat-sifat sinar-X adalah

1) GEM (Gelombang Elektromagnetik frekuensi tinggi)

2) Tidak dipengaruhi oleh E→

dan B→

3) Daya tembusnya besar

4) Dapat menghitamkan film

MUNGKIN DIBUTUHKAN

II.Efek   Compton

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

28

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.

II.4. Proses Foton Lainnya

Teori foton sebagai kuantum radiasi electromagnet didukung

hamburan compton dan efek fotoelektrik , terdapat pula sejumlah

percobaan lain yang hanya dapat ditafsirkan secara benar jika

dianggap berlaku kuantisasi (perilaku partikel) radiasi electromagnet.

Bremsstrahlung dan Produksi Sinar –X apabila sebuah muatan

elektrik, misalnya electron , dipercepat atau diperlembat , maka ia

memancarkan energy electromagnet : dalam kerangka pemahaman

kita sekarang menggatakan bahwa ia memancarkan foton. Andaikan

kita mempunyai seberkas electron , yang telah mencapai energy eV

Setelah dipercepat melalui suatu potensial V (Gambar 3.21) ketika

menumbuk suatu sasaran , elektronnya diperlambat sehingga pada

akhirnya berhenti, karena bertumbukan dengan atom-atom materi

sasaran.

29

Gambar 3.21 peralatan untuk menghasilkan bremsstrahlung.

Electron dari katoda C dipercepat menuju anoda A melalui beda

potensial V. ketika sebuah electron menumbuk suatu atom sasaran

dari anoda, ia mengalami perlambatan, dengan memancarkan

sebuah foton sinar-X.

Karena pada tumbukan seperti itu terjadi transfer momentum dari

electron ke atom , maka kecepatan electron menjadi berkurang dan

electron dengan demikian memancarkan foton. Mengingat energi

kinetic pental atom sangatlah kecil (karena massa atom cukup

besar), kita dapat saja mengabaikannya. Jika energi kinetic electron

sebelum tumbukan adalah K,dan setelah tumbukan menurun menjadi

K’ , maka energy foton adalah jumlah energy yang hilang dan dengan

hv=K−K '

Demikian energy dan panjang gelombang foton yang

dipancarkan ,tidak dapat ditentukan secara tunggal , karena

hanyalah K yang diketahui dalam persamaan (3.42) Karena electron

biasanya akan melakukan banyak tumbukan , maka sebelum diam

electron tersebut akan memancarkan pula banyan dengan energy

yang berbeda-beda ; energy foton itu dengan demikian akan berkisar

dari yang paling rendah (panjang gelombang yang panjang ), yang

berkaitan dengan kehilangan energi yang kecil hingga suatu energy

30

maksimum K, yang berkaitan dengan kehilangan seluruh energy

electron dalam hanya satu tumbukan.

hv=K

hcλmin

=eV

λmin= hceV

Oleh karena itu ,panjang gelombang terpendek yang dipancarkan

ditentukan oleh kehilangan energy maksimum yang mungkin untuk

tegangan-tegangan pemercepat khas dalam rentang 10.000 V, λmin

berada dalam rentang beberapa puluh nm, yang berkaitan dengan

daerah spectrum sinar –X . Distribusi kontinu sinar-X ini disebut

bremsstrahlung, yang adalah istilah bahasa jerman bagi radiasi rem

atau perlambatan Gambar 3.22 melukiskan beberapa cuplikan

spectrum bremsstrahlung ini dapat ditulis sebagai berikut:

Electron → electron + foton

Reaksi di atas adalah proses kebalikan dari efek fotoelektrik :

Electron + foton → electron

Gambar 3.32 beberapa spectrum khas bremsstrahlung . setiap

spectrum dilabel dengan nilai tegangan pemercepat V.

31

Bagi electron bebas, tidak satu pun dari proses ini dapat terjadi. Agar

kedua proses ini dapat terjadi , haruslah terdapat sebuah atom berat

di sekitar electron yang berperan memasok momentumlah pental

yang diperlukan.

Produksi Pasangan proses lain yang dapat terjadi apabila foton

menumbuk atom adalah produksi pasanagan ,dimana seluruh energy

foton hilang dan dalam proses ini dua partikel terciptakan, yakni

sebuah sebuah electron dan sebuah positron, (positron adalah

sebuah partikel yang massanya sama dengan masaa electron, tetapi

memiliki muatan positif, proses ini merupakan contoh penciptaan

energy massa. Energy foton yang hilang dalam proses ini berubah

menjadi energy relativistic positron E+ dan Elektron E- :

hc=E++E−¿¿……………………..(3.44)

Karena K+ dan K – selalu positif , maka foton harus memiliki energy s

ekurang-kurangnya 2me c2 = 1,02 MeV agar proses ini dapat terjadi :

foton yang berenergi setinggi ini berada dalam daerah sinar gamma

inti atom . secara perlambang,

Electron + positron → foton

juga terjadi : proses ini dikenal sebagai pemusnahan positron* dan

dapat terjadi bagi electron dan positron bebas dengan persyaratan

harus tercipta sekurang-kurangnya dua buah foton dalam proses ini .

kekekalan energy mensyaratkan bahwa, juka E1 dan E2 adalah

energy masing-masing Foton, maka

¿

Karena K+¿ dan K- sangar kecil sehingga positron dan electron

dapat dianggap diam, maka kekekalan momentum mensyaratkan

bahwa kedua foton memiliki energy sama, mec ², dab bergerak segaris

dalam arah yang berlawanan.

32

II 5. Apakah foton itu?

Ia tidak memiliki massa diam : foton bergerak dengan laju

cahaya : ia memenuhi hubungan E=hv , p=h/λ dan E=pc: bahkan

merasa tarikan gravitasi seperti partikel-partikel lain itu merupakan

sifat-sifat yang jelasnya.

Foton mentransmisikan gaya electromagnet: dalam sudut pandang

ini dua muatan listrik berintereaksi dengan mempertukarkan “ foton

(foton dipancarkan oleh salah satu muatan dn diterima oleh muatan

lainnya). Foton ini adalah foton khayal yang hanya ada dalam

kerangka matematik rumusan fisika teori , namun mereka memiliki

semua sifat foton nyata. Foton tidak memiliki ukuran fisik dan tidak

dapat dibelah karena mereka tidak memiliki unsure-unsur penyusun

dirinya.

Beberapa percobaan , seperti yang menyangkut efek interferensi

seperti gelombang , sejumlah percobaan ini memperlihatkan bahwa

radiasi electromagnet berintereaksi seperti kuantum partikel yang

dikenal sebagai foton. Tentu saja tafsiran gelombang dan partikel

tidaklah seasas—partikel melepaskan energy nya dalam sejumlah

paket yang terpusat , sedangkan energy sebuah gelombang terbesar

merata dalm seluruh muka gelombangnya,. Sebagai contoh , jika

cahaya kita bayangkan berupa partikel-partikel belaka , maka akan

sulit sekali bagi kita untuk menerangkan pola interferensi yang

diamati dalam percobaan dua celah. Sebuah partikel hanya dapat

melewati dua celah : karena sebuah gelombang dapat terpisahkan ,

maka ia dapat melewati kedua celah itu dan kemudian berpadu

kembali

33

Contoh Soal 1 :

Frekuensi ambang suatu logam sebesar 8,0 × 1014 Hz dan logam tersebut

disinari dengan cahaya yang memiliki frekuensi 1015 Hz. Jika tetapan Planck

6,6 × 1014 Js, tentukan energi kinetik elekton yang terlepas dari permukaan

logam tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:  f0 = 8,0 × 1014 Hz

f = 1015 Hz

h = 6,6 × 10-34 Js

Ditanya: Ek = ...?

Jawab

Ek = h.f – h.f0

Ek = 6,6 × 10-34 (1014 – (8,0 × 1014))

Ek = 1,32 × 10-19 J

Contoh soal 2.

Sebuah logam mempunyai frekuensi ambang 4 x 1014 Hz. Jika logam tersebut

dijatuhi foton ternyata elektron foto yang dari permukaan logam memiliki energi

kinetik maksimum sebesar 19,86 × 10-20 Joule. Hitunglah frekuensi foton

tersebut!

(h = 6,62 × 10-34 Js)

Penyelesaian :

Diketahui :  f o = 4 × 1014 Hz

Ek = 19,86 × 10-20 J

h = 6,62 × 10-34 Js

Ditanyakan : f = …?

Jawab :  Wo = hfo

= 6,62 × 10-34 × 4 × 1014 J

= 26,48 × 10-20 J

E = Ek + Wo= hf

f  = Ek+ Wo /h

=(19,86 ×10-20+26,48×10-20)/ 6,62×10-34

34

= 7 × 1014 Hz

Jadi frekuensi foton sebesar 7 × 1014 Hz

35