DUALISME GELOMBANG PARTIKEL

Oleh :SURATNO, S.Pd.

SMA NEGERI COLOMADU KAB. KARANGANYAR

1. RADIASI BENDA HITAMBeberapa Pengamatan

• setiap benda akan memancarkan cahaya bila dipanaskan, contoh besi yang dipanaskan

• warna yang terpancar tidak bergantung pada jenis bahan atau warna asalnya, melainkan pada temperaturnya semata

• di samping cahaya tampak, benda tersebut juga memancarkan radiasi infra merah

Beberapa Pengamatan

• radiasi juga tetap terjadi bila benda yang digunakan berwarna hitam (mis: karbon)

• radiasi baru melemah jika benda didinginkan sampai mendekati temperatur mutlak (0 kelvin)

Beberapa Pengamatan Lebih Jauh

• radiasi cahaya tampak hanya merupakan bagian kecil saja dari radiasi keseluruhan

• terdapat suatu maksima /Enrgi maksimum untuk setiap temperatur bahan, yang mempunyai panjang gelombang yang di sebut panjang gelombang maksimum maks

HUKUM PERGESERAN WIEN

• W. Wien merumuskan bahwa terjadi pergeseran maksima maks sesuai perumusan maks T = 2.898 x10-3 m K = konstanta Wien =C atau maks= hubungan di atas dikenal sebagai hukum pergeseran Wien

T

C

Pertanyaan

• Menurut Anda, manakah yang benar dari pernyataan berikut:

• suatu lampu bola menyala/bercahaya karena filamennya dipanaskan

• suatu lampu bola menjadi panas karena filamennya menyala

INTENSITAS RADIASI BENDA

• Intensitas radiasi yang dipancarkanoleh suatu benda memenuhi hukum Stevan Boltzman yaitu :

• I = eT• P = eT A • E= W = eT A t

4

Dimana:I= intensitas radiasi( watt/m²). P = daya radiasi ( watt). E=W= Energi radiasi ( joule). e = emisivitas benda /warna benda untuk benda hitam sepurna e=1. = konstanta stevan boltzman. T= suhu (K). A= luas (m²) dan t= waktu ( s)

4

4

TEORI KWANTUM PLANCKBerdasarkan teori kwantum planck, atom-atom logam, seperti

pada benda hitam berperilaku sebagai osilator gelombang elektromagnetik adalah merupakan :

1. Gelombang transversal2. Diskontinew/ terputus-putus

3. Terdiri dari paket-paket energi/ kwantum energi ( foton )4. Bergerak lurus dengan kecepatan konstan ( c = 3. 10

m/s)5. Besar energi foton hanya bergantung pada frekwensi

gelombang Elektromagnetik ( f ) shg didapat hub. E= n h f dimana E= energi (J), n = bil. Kwantum, h = konstanta

planck = 6,625. 10‾ Js dan f = frekwensi ( Hz )

8

34

EFEK FOTOLISTRIK

• Cahaya tampak dikenal sebagai salah satu bagian dari radiasi gelombang EM

• P. Lenard (1902) melakukan percobaan yang membuktikan bahwa gelombang cahaya memiliki sifat seperti partikel

• A. Einstein (1905) mengemukakan teori efek fotolistrik

• partikel pembawa energi disebut foton

Efek Fotolistrik

• Cahaya merah monokromatik diarahkan pada elektroda negatif (K)

• Arus listrik tidak akan mengalir atau terbaca di pengukur arus

KA

Efek Fotolistrik

Cahaya biru monokromatik diarahkan pada elektroda negatif (K)Arus listrik akan mengalir dan terbaca di pengukur arus ( Ammeter ) KA

•••

••••

e

Persamaan Energi

• Energi foton/cahaya yg datang E=hf = hc/• Energi E diubah menjadi ( w + Ek )

• w = h fo = fungsi kerja, energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari logam

• Ek =½ mv² = energi kinetik elektron yang terpancar

• Besarnya energi kinetik elektron (Eke) sama dengan besarnya energi listrik (W listrik ) yang dihasilkan oleh effeck foto listrik

• Eke = Wlistrik

• ½mv² = qV q = e = muatan elektron

m

qVv

2

Syarat terjadinya Efek foto listrik

• Frekuensi f f ambang/batas dari cahaya yang digunakan

• Panjang gelombang ambang dari cahaya yang digunakan

DUALISME• Beberapa Pengamatan

Partikel dan gelombang sejak lama dikenal sebagai dua kuantitas yang berbeda dan sama sekali tidak berhubungan

• elektron dikenal sebagai partikel bermuatan negatif dan menjadi penghantar listrik dalam logam

• cahaya dikenal sebagai radiasi gelombang EM dari benda yang dipanaskan

1.Hipotesis de Broglie• Berdasarkan keyakinan akan adanya simetri

di alam, Louis de Broglie (1924) mengusulkan suatu hipotesis bahwa partikel dan gelombang EM saling berinteraksi

• gelombang EM memiliki beberapa sifat yang mirip partikel

• kumpulan partikel juga menunjukkan perilaku sebagai gelombang EM

• Gelombang EM dapat dipandang sebagai gelombang

Hipotesis de Broglie

• De Broglie mengusulkan suatu hubungan antara panjang gelombang dengan momentum partikel p = mv sebagai:

•

= panjang gelombang de Broglie ( m atau sering

dinyatakan dalam Å• dengan h adalah konstanta

Planck = 6.626 x 10-34 J sec.

mv

hatau

p

h

Manfaat dari hubungan de Broglie

• Hubungan de Broglie, merupakan “jembatan” yang menghubungkan sifat partikel dari gelombang dan sifat gelombang dari partikel

• sifat dominan yang muncul adalah salah satu (tidak pernah keduanya tampil bersamaan)

• Ini dikenal sebagai “dualisme partikel gelombang”

Aplikasi hubungan de Broglie

• Efek Fotolistrik adalah percobaan yang menampilkan sifat partikel dari gelombang cahaya

• Difraksi elektron adalah percobaan yang menampilkan sifat gelombang dari partikel

2. EFEK COMPTONEfek Compton

Menurut Compton radiasi yang terhambur mempunyai frekuensi lebih kecil dari pada radiasi yang datang dan

juga tergantung pada sudut hamburan. Dari analisis Compton, hamburan radiasi

elektromagnetik dari partikel merupakan suatu tumbukan elastik.

cos1' cm

h

o

E=hc/E'=hc/'

Ek=mc²

Besarnya perubahan panjang gelombang

Contoh SOAL

• 1. Dua lampu pijar berbentuk bola dengan perbadingan jari-jari R1 = 2 R2, jika suhu lampu 1 = 27 º1C dan suhu lampu 2 = 27ºC Tentukan perbandingan Daya lampu 1 dan lampu 2 !

• 2. Hitung panjang gelombang dari benda pijar yang dapat memancarkan energi maksimum, jika suhu benda 727ºC dan konstata Wien =2,898 x 10‾³ mK

LANJUTAN Contoh Soal• 3. Panjang gelombang cahaya tampak 5000Å,

Hitunglah besar energi fotonnya !

• 4. Berkas sinar ultravioletdengan panjang gelombang 3000Å dijatuhkan pada keping logan . Untuk membebaskan elektron dari logam perlu energi 4 eV. Tentukanlah! A. Energi kinetik elektron. B. Kecepatan gerak eletron.

• 5. Sebuah elektron dipercepat dengan beda potensial 4 kV. Berapakah panjang gelombang yang dipancarkan oleh elektron tersebut.

Lanjutan

• 6. Sebuah foton dengan panjang gelombang 40 Å menumbuk sebuah elektron di udara, sehingga arah foton menyimpang 60º dari arah semula. Hitunglah ! A. panjang gelombang fton setelah menumbuk elektron. B. Energi kinetik elektron setelah ditumbuk foton

UJI KOGNITIF• Sebuah filamen Wolfram panjang 20 cm dan mempunyai

garis tengah 2 mm berada pada sebuah bola lampu hampa udara pada suhu 800 K. Jika emisivitasnya 0,4 . Berapakah energi yang dipancarkan oleh bola lampu tersebut tiap detiknya.

• 2. Seberkas sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 200 nm dijatuhkan pada logam kalium yang mempunyai panjang gelombang ambang 440 nm . Hitunglah Energi kinetik maksimum yang dihasilkan ( dalam eV )

• Hitunglah panjang gelombang de Brouglie dari sebuah elektron yang dipercepat dengan kelajuan 1 M m/s

LANJUTAN UJI KOGNITIF• 4. Sebuah elektron dipercepat dengan beda potensial

4000 volt . Berapakah panjang gelombang yang dipancarkan oleh elektron tersebut

• 5. Sebuah foton dengan frekuensi f= 100 x 10 ¹³ Hz menumbuk elektron diudara hingga arah foton menyimpang 30º dari arah semula . Htunglah frekuensi foton setelah menumbuk elektron.