Elektron bebas klasik

7/25/2019 Elektron bebas klasik

1/10

MAKALAH FISIKA ZAT PADAT

ELEKTRON BEBAS KLASIK

Dosen Pengampu : H. Wahyu Alamsyah, MS

Disusun Oleh:

Faried Latief !"#$!#!$###%&

Dadan H Mu'ar() !"#$!#!$##"*&

PRO+RAM ST,DI FISIKA

FAK,LTAS MATEMATIKA DAN ILM, PEN+ETAH,AN ALAM

,NI-ERSITAS PAD.AD.ARAN


2/10

*#!%

KATA PEN+ANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT, dengan rahmatNya Penulis dapat

menyelesaikan makalah fisika zat padat ini sampai pada waktunya.

Tujuan penyusunan makalah fisika zat padat ini adalah untuk memberikan

gambaran secara lebih terperinci mengenai salah satu materi pada zat padat ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan makalah ini masih banyak

kekurangan sehingga perlu pembenahan. leh karena itu segala kritik, saran dan

himbauan yang k!nstruktif sangat penulis harapkan untuk kesempurnaan

mendatang.

Penulis berharap sem!ga makalah ini bermanfaat bagi seluruh mahasiswa

fisika dan semua pembaca.

Penulis


3/10

BAB !

PENDAH,L,AN

Pada umumnya setiap zat padat tersusun dari at!m"at!m yang

mengandung elektr!n"elektr!n. #lektr!n tersebut ada yang terikat pada at!m dan

ada juga yang berupa elektr!n bebas. #lektr!n dikatakan bebas jika elektr!n

tersebut bergerak karena adanya pengaruh $misalnya adanya medan listrik% secara

bebas dari suatu titik ke titik lainnya. Sedangkan elektr!n terikat merupakan

elektr!n yang tidak bisa bergerak bebas karena terikat dalam at!m maupun ikatan

antar at!m.

Struktur ikatan pada bahan l!gam memungkinkan bahan ini mempunyai

elektr!n bebas. Sedangkan pada bahan yang bukan l!gam, yaitu bahan"bahan

yang mempunyai ikatan k!&alen atau i!nik tidak memiliki elektr!n bebas. 'engan

adanya elektr!n bebas ini l!gam mempunyai sifat"sifat yang khas yaitu

merupakan penghantar listrik dan penghantar panas yang baik.

Sifat elektrik dan magnetik dari suatu zat padat dapat dituntukan dari sifat"

sifat elektr!n yang terdapat dalam bahan tersebut. Terutama pada le&el energi

elektr!nnya. (ntuk menentukan le&el energi elekr!n tersebut haruslah dibuat

m!del" m!del yang sesederhana mungkin.


4/10

BAB II

ELEKTRON DALAM LO+AM

MODEL ELEKTRON BEBAS&

*/! Ele)tr(n Be'as/

)!gam memegang peranan penting dalam kehidupan manusia, misalnya

besi dalam pr!duksi !t!m!bil, tembaga untuk penghantar listrik dan lain"lain.

(mumnya, l!gam memiliki sifat kekuatan fisik tinggi, kerapatan tinggi,

k!ndukti&itas listrik dan termal baik, dan daya refleksi tinggi. Sifat ini berkaitan

dengan struktur mikr!sk!pis bahan, yang dapat diasumsikan bahwa suatu l!gam

mengandung elektr!n bebas, dengan k!nsentrasi besar, yang dapat bergerak dalam

keseluruhan &!lume kristal.

Saat at!m bebas membentuk l!gam, semua elektr!n &alensi menjadi

elektron konduksidalam l!gam. #lektr!n k!nduksi bergerak bebas di antara i!n,sehingga keadaannnya berubah tajam. *erbeda dengan elektr!n +c!res yang

tetap terl!kalisasi sehingga karakternya relatif tidak berubah. 'engan demikian,

gambaran sederhana tentang kristal l!gam adalah suatu kisi i!n teratur dalam

ruang, dan elektr!n bebas bergerak di antara i!n tersebut. -ambaran lebih

lengkapnya, bahwa i!n bergetar secara termal di sekitar titik setimbang, dan

demikian pula elektr!n bebas bergerak termal di antara i!n kristal dan merubah

arah geraknya setiap kali menumbuk i!n$kemungkinan besar% atau elektr!n lain

$kemungkinan kecil%.

Sifat elektrik dan sifat magnetik suatu bahan ditentukan terutama dari

sifat"sifat elektr!n dalam bahan tersebut. Secara umum le&el energi elektr!n

menjadi penentu dari sifat suatu bahan.

Pada tahun /01 S!mmerfeld menemukan suatu m!del yang dinamakan

+2!del #lektr!n *ebas pada m!del ini ditemukan beberapa penyelesaian untuk

kasus satu dimensi dalam bentuk berikut 3


5/10

# 4m

kh

0

00

4 m

h

1

0

0

0

L

n

5ika kita membayangkan kubus dengan sisi ) yang mengandung elektr!n,

maka kita memper!leh energi dengan cara yang sama

E =m

h

0

0

(k

2

x + k

2

y+ k

2

z)

=0

0

1mL

h

(n2x+ n2y+ n

2z)

dimana nx, ny, nz adalah integer.

'alam m!del elektr!n bebas elektr!n mengalami tumbukan dengan f!n!n

dan ketidakmurnian. 6al ini menghasilkan ungkapan hukumMatthiessen. Selain

itu, elektr!n dapat melepaskan diri dari permukaan l!gam sehingga terjadi emisi

thermi!nik.

*/* M(del Ele)tr(n Be'as Klasi)

Drude (19)mengandaikan bahwa dalam l!gam terdapat elektr!n bebas,

yang membentuk sistem gas elektr!n klasik, yang bergerak acak dalam kristal

dengan kecepatan rand!m &! karena energi termal dan berubah arah geraknya

setelah bertumbukan dengan i!n l!gam. 7arena massanya yang jauh lebih besar,

maka i!n l!gam tidak terpengaruh dalam tumbukan ini.

7ehadiran medan listrik 8 dalam l!gam hanya mempengaruhi gerak

keseluruhan electr!n karena i!n"i!n tertata berjajar dan ber&ibrasi di sekitar titik

kisi sehingga tidak memiliki net! gerak translasi. 2isalnya, terdapat medan listrik

8 dalam arah sumbu " 9. Percepatan elektr!n yang timbul


6/10

dengan e dan m:, masing"masing adalah muatan dan massa efektif elektr!n. 5ika

waktu rata"rata antara dua tumbukan elektr!n dan i!n adalah , maka

kecepatan hanyut dalam selang waktu tersebut

leh karena itu rapat arus yang terjadi

dimana penjumlahan dilakukan terhadap semua elektr!n bebas setiap

satuan &!lume. #lektr!n bergerak secara acak, sehingga ;& !48, maka kondukti!itas listrik menjadi

Pengukuran menunjukkan bahwa nilai rata"rata > l!gam sekitar ?.


7/10

k!ndukti&itas termal f!n!n jauh lebih kecil daripada elektr!n, yakni 7f!n!n JT", sehingga dari ungkapan

k!ndukti&itas listrik didapatkan

(ngkapan terakhir ini menunjukkan bahwa bila T naik, maka n menurun. 6al ini

tidak sesuai dengan fakta, dan menyebabkan teori Drude tidak memadai


8/10

M(del ele)tr(n 'e'asa )lasi) tentan0 l(0a1 dii'arat)an 'eri)ut/

a. 7ristal digambarkan sebagai superp!sisi dari jajaran gugus i!n p!sitif

$yang membentuk kisi kristal% dan elektr!n yang bebas bergerak dalam

&!lume kristal.

b. #lektr!n bebas tersebut diperlakukan sebagai gas, yang masing"masing

bergerak secara acak dengan kecepatan termal $seperti m!lekul dalam gas

ideal K tidak ada tumbukan, kecuali terhadap permukaan batas%.

c. Pengaruh medan p!tensial i!n diabaikan, karena energi kinetik elektr!n

bebas sangat besar.

d. #lektr!n hanya bergerak dalam kristal karena adanya penghalang

p!tensial di permukaan batas.

2isalnya, setiap at!m memberikan LH elektr!n bebas, maka jumlah t!tal elektr!n

tersebut perkil!m!l

*ila elektr!n berperilaku seperti dalam gas ideal, maka energi kinetik t!talnya

sehingga kaasitas anas sumbangan elektron bebas

7apasitas panas t!tal dalam l!gam, termasuk sumbangan !leh f!n!n, adalah

5adi, setidaknya kapasitas panas l!gam harus ?


9/10

BAB III

PEN,T,P

A. 7esimpulan

'alam l!gam terdapat elektr!n bebas, yang membentuk sistem gas

elektr!n klasik, yang bergerak acak dalam kristal dengan kecepatan

rand!m &! karena energi termal dan berubah arah geraknya setelah

bertumbukan dengan i!n l!gam. 7arena massanya yang jauh lebih besar,

maka i!n l!gam tidak terpengaruh dalam tumbukan ini.

6ukum Wiedemann"Irans sesuai dengan pengamatan untuk suhu

tinggi $termasuk suhu kamar% dan suhu sangat rendah $beberapa 7%.

Tetapi, untuk suhu +intermediate, 7F>T bergantung pada suhu.

*. Saran

'ari kesimpulan diatas maka diharapkan para pembaca lebih

mengetahui apa itu elektr!n dalam l!gam, elektr!n bebas klasik dan

hukum wiedemann. Namun wacana ini hanya sebagian kecil dari materi

zat padat. 5adi untuk lebih mengetahui dengan lanjut tentang materi fisika

zat padat, hendaknya membaca berbagai referensi agar lebih memahami.

'AITA P(STA7A

" 7ittle, Dharles.0


10/10

"2akalah fisika zat padat.pdf K 'rs. Parn! Suwitra, Ny!man. /1/. Pengantar

fisika zat padat, 5akarta

Documents

Elektron bebas klasik