Upload
daeng-papekang-gfi
View
250
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
1/24
Gejala Kuantum
PENDAHULUAN
Dalam fsika modern eek otolistrik, hamburan Compton dan konsep
oton merupakan salah satu pokok bahasan yang mempunyai kedudukan
istimewa karena interpretasi mekanisme terjadinya peristiwa ini telahmengantarkan fsika pada tahapan baru yang melahirkan fsika kuantum.
Karenanya pemahaman yang optimal mengenai ketiga materi tersebut pada
pembelajaran fsika modern amat diperlukan sehingga kegiatan laboratorium
yang tidak dapat terlaksana perlu digantikan dengan kegiatan serupa. Salah
satu alternati yang dapat ditempuh adalah dengan merancang kegiatan
eksperimen virtual yang memanaatkan program aplikasi komputer untuk
menampilkan hasil perhitungan yang disertai dengan animasi dan simulasi.
asalah yang akan dibahas dalam makalah ini antara lain !
". #pa itu eek otolistrik$
%. #pa itu hamburan compton$
&. 'agaimana konsep oton$
(. #pa itu radiasi benda hitam$
'erdasarkan rumusan masalah di atas, pembahasan materi dari
makalah ini bertujuan untuk !
". engetahui eek otolistrik
%. engetahui hamburan Compton
&. engetahui konsep oton
(. engetahui radiasi benda hitam
GEJALA KUANTUM
I. EFEK FOTO LISTRIK
a. )engertian *ek +otolistrik
*ek otolistrik adalah munculnya arus listrik akibat permukaan suatu
bahan logam disinari. #rus listrik yang muncul ini adalah arus elektron yang
bermuatan negati. Sinar yang datang di permukaan bahan adalah
menyebabkan elektron dari bahan keluar dan lepas dari bahan.
Dalam pengertian yang lain, *ek oto listrik adalah peristiwa
terlepasnya elektron dari permukaan suatu at -logam, bila permukaan logam
tersebut disinari cahaya -oton yang memiliki energi lebih besar dari energi
ambang -ungsi kerja logam.
http://destyylestari15.blogspot.com/2013/09/gejala-kuantum.htmlhttp://destyylestari15.blogspot.com/2013/09/gejala-kuantum.html
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
2/24
)ada eek otolistrik, permukaan sebuah logam disinari dengan
seberkas cahaya, dan sejumlah elektron terpancar dari permukaannya.
Dalam studi eksperimental terhadap eek otolistrik, kita mengukur
bagaimana laju dan energi kinetik elektron yang terpancar bergantung pada
intensitas dan panjang gelombang sumber cahaya. )ercobaan ini harusdilakukan dalam ruang hampa, agar elektron tidak kehilangan energinya
karena bertumbukan dengan molekul/molekul udara.
Susunan percobaan ini diperlihatkan pada gambar berikut. 0aju
pancaran elektron diukur sebagai arus listrik pada rangkaian luar dengan
menggunakan sebuah ammeter, sedangkan energi kinetiknya ditentukan
dengan mengenakan suatu potensial perlambat pada anoda sehingga
elektron tidak mempunyai energi yang cukup untuk 1memanjati2 bukit
potensial yang terpasang. Secara eksperimen, tegangan perlambat terus
diperbesar hingga pembacaan arus pada ammeter menurun ke nol.
3egangan yang bersangkutan ini disebut potensial henti -stopping potential
4s. Karena elektron yang berenergi tertinggi tidak dapat melewati potensial
henti ini, maka pengukuran 4s merupakan suatu cara untuk menentukan
energi kinetik maksimum elektron K maks !
K maks 5 e 4s
e adalah muatan elektron. 6ilai khas 4s adalah dalam orde beberapa volt.
Suatu berkas cahaya yang didatangkan pada permukaan logam alkali
-0i, 6a, K, Cs akan menyebabkan terjadinya eek otolistrik. Secara skematik
rangkaian eksperimen eek otolistrik terdiri atas dua plat logam -elektroda,
yang ditempatkan dalam vakum dan terpisah pada jarak tertentu, dan
dihubungkan dengan amperemeter dan potensiometer -yang dilengkapi
dengan voltmeter dalam suatu rangkaian seri.
Ketika pertama kali peristiwa ini ditemukan oleh 7ert pada tahun "889,
interaksi antara berkas cahaya dan elektron/elektron logam menunjukkan
beberapa siat yang belum pernah dikenal sebelumnya, yaitu!
". *ek otolistrik hanya terjadi pada rekuensi cahaya yang lebih besar
daripada harga minimum tertentu -rekuensi ambang yang bergantung pada
jenis logam yang disinari
%. terjadinya eek otolistrik hampir bersamaan dengan saat datangnya sinar
pada plat logam.
&. energi kinetik maksimum elektron otolistrik pada logam tertentu hanya
bergantung pada rekuensi berkas cahaya yang datang, tidak bergantung
pada intensitas cahaya yang datang.
(. besar arus otolistrik sebanding dengan intensitas cahaya yang datang.
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
3/24
Siat/siat di atas hanya dapat dijelaskan jika cahaya yang datang
pada permukaan logam diperlukan sebagai paket/paket energi yang disebut.
Dengan mengadopsi teori radiasi benda hitam *instein menyatakan bahwa
besar energi masing/masing oton tersebut hanya ditentukan oleh rekuensi -
oton, dengan h suatu konstanta yang besarnya :,:%:;"
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
4/24
bahwa seharusnya masih mungkin bagi suatu gelombang elektromagnet
memberikan energi yang cukup guna melepaskan elektron.
Kita dapat menaksir secara kasar waktu yang diperlukan sebuah atom
untuk menyerap energi secukupnya gna melepaskan sebuah elektron.
Sebagai sumber cahaya kita pilih sebuah laser berintensitas sedang, sepertilaser helium/neon yang mungkin telah anda lihat dalam laboratorium.
Keluaran daya yang dihasilkan laser seperti ini, paling tinggi "
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
5/24
) 5
Dengan menggabungkan kedua persamaan tersebut, kita dapati hubungan
langsung berikut antara panjang gelombang dan momentum oton!
3eori *instein segera terbukti dapat menjelaskan semua akta eekotoelektrik yang diamati. #ndaikanlah kita menganggap bahwa sebuah
elektron terikat dalam logam dengan energi B, yang dikenal sebagai ungsi
kerja. 0ogam yang berbeda memiliki ungsi berbeda pula> salah satu contoh
datarnya diperlihatkan dalam tabel berikut. ntuk mengeluarkan sebuah
elektron dari permukaan suatu logam, kita harus memasok energi sekurang/
kurangnya sebesar B. =ika hv E B, tidak terjadi eek otolistrik> jika hv E B,
maka elektron akan terpental keluar dan kelebihan energi yang dipasok
berubah menjadi energi kinetiknya. *nergi kinetik maksimum yang dimiliki
elektron yang terpental keluar dari permukaan logam adalah!
K maks 5 hv F B
ntuk elektron yang berada jauh di bawah permukaan logam,
dibutuhkan energi yang lebih besar daripada B dan beberapa di antaranya
keluar dengan energi kinetik yang lebih rendah.
Sebuah oton yang memasok energi sebesar B, yang adalah tepat
sama dengan energi yang dibutuhkan untuk melepaskan sebuah elektron,
berkaitan dengan cahaya yang panjang gelombangnya sama dengan
panjang gelombang pancung. )ada panjang gelombang ini, tidak ada
kelebihan energi yang tersisa bagi energi kinetik bagi otoelektron, sehingga
persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi
B 5 hv 5
Karena kita memperoleh satu otoelektron untuk setiap oton yang
terserap, maka penaikan intensitas sumber cahaya akan berakibat semakin
banyak otoelektron yang dipancarkan, namun demikian semua otoelektron
ini akan memiliki energi kinetik yang sama, karena semua oton memilki
energi yang sama.
b. )engamat *ek +otolistrik
Dalam perjalanan sejarah, eksperimen mengenai eek otolistrik
ini telah diamati oleh beberapa orang ahli yaitu !
". 7allwach - tahun"889
7allwach mengamati bahwa pelat yang dilapisi seng yang
bermuatan negati akan kehilangam muatannya jika disinari
ultraviolet.
%. 0enard - tahun"A
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
6/24
0enard mengamati bahwa jika pelat -seng disniari dengan sinar
ultraviolet, maka elektron akan lepas dan meninggalkan pelat.
7asil pengamatan 0enard tahun "A
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
7/24
enurut postulat )lanck, oton/oton yang sampai ke katoda akan
diserap sebagai kuantum enrgi. Ketika elektron menyerap oton,
maka elektron mendapat sejumlah energi yang dibawa oton yaitu
h. *nergi yang diperoleh ini sebagian digunakan elektron untuk
melepaskan diri dari bahan dan sisanya digunakan untuk bergerakmenjadi energi kinetik elektron. 'esarnya energi yang diperlukan
oleh elektron untuk melepaskan diri dari bahan -melawan energi
ikat elektron dalam bahan disebut ungsi kerja -G. Secara
matematik dapat dituliskan !
*k 5 h / G -%
)ersamaan -% disebut persamaan oto listrik *instein.
Dari persamaan -" dan -% dapat diperoleh !
e 4o 5 h / G -&
Dengan eksprimen, kita dapat mencari harga potensial penyetop
untuk suatu harga rekuensi sinar datang. Dari berbagai harga
rekuensi sinar datang, akan didapat berbagai harga potensial
penyetop. =ika dibuat kurva e4o terhadap rekuensi, akan diperoleh
kurva berbentuk linier. Dengan mengeplot grafk hubungan antara
e4o dengan akan didapatkan persamaan garis e4o 5 m H c, jika
kita melihat persamaan -& maka dapat diperoleh !
m 5 h >
c 5 G
)engamatan eek oto listrik sangat sesuai dengan teori *instein
mengenai oton yang dilakukan oleh ilikan pada tahun "A":.
ilikan menggunakan bahan lithium sebagai katoda dan
mendapatkan hasil nilai tetapan h besarnya :,:9 I "
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
8/24
Lambar ! )engamatan eksperimen eek otolistrik
Keterangan gambar !
K 5 katode -terbuat dari bahan logam
# 5 anode -penampung elektron yang dipancarkan oleh katodeL 5 galvanometer -alat untuk mengamati ada tidaknya arus
listrik
3erjadinya eek otolistrik adalah sebagai berikut !
Sinar yang dipancarkan oleh lampu pada katoda dapat menyebabkan
elektron keluar dan meninggalkan katode. Karena katode dihubungkan
dengan kutub positi baterai, maka potensial anode lebih rendah dari
pada potensial katode. Dalam keadaan demikian, elektron dalam ruang
antara katode dan anode akan tertarik menuju katode yang
potensialnya yang lebih tinggi. Semakin besar beda potensial, semakin
besar pula gaya dorong pada elektron. *lektron yang terdorng ini
adalah yang keluar dari katode.
=ika energi kinetik elektron cukup besar meskipun ada beda potensial
itu elektron tetap dapat bergerak menuju anode. #liran elektron ini
merupakan arus listrik dan dapat diamati dengan galvanometer. =ika
beda potensial cukup besar, dapat menyebabkan elektron tak dapat
sampai ke anode. 'eda potensial yang tepat akan menahan pancaran
elektron disebut sebagai potensial penyetop. )ada keadaan tersebut,
berarti energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan tepat sama
dengan beda energi potensial listrik elektron antara anode dan katode.
Dari eksperimen diketahui bahwa energi kinetik -maksimum akan
naik jika rekuensi sinar datang lebih besar. Kemudian, jumlah elektron
yang dibebaskan akan bertambah jika intensitas cahaya dinaikkan. 7asil
percobaan ini telah mematahkan teori gelombang klasik.
Dalam teori gelombang klasik, intensitas cahaya adalah besarnya
kerapatan laju energi -gelombang cahaya. Dengan demikian, jika
intensitas cahaya yang datang pada permukaan bahan makin besar
berarti laju energi atau energi perdetik yang datang pada permukaan
bahan juga makin besar. Karena energi yang datang makin besar, maka
seharusnya jumlah elektron yang dipancarkan juga makin besar.
Di samping itu, seharusnya elektron dapat terpancar dari pelat
asalkan intensitasnya -energinya cukup, berapapun panjang
gelombang sinar yang digunakan. #kan tetapi, dari hasil eksperimen
diketahui bahwa energi kinetik elektron yang dilepaskan bahan tidak
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
9/24
bergantung kepada intensitas cahaya yang digunakan. =uga dari hasil
eksperimen diketahui bahwa elektron tak dapat dipancarkan pada
sembarang nilai panjang gelombang, meskipun intensitasnya di buat
besar. Dari sini, tampak bahwa teori gelombang klasik tak dapat
digunakan untuk menjelaskan hasil eksperimen gejala otolistrik.Lagasan ini diperluas oleh *instein lima tahun setelah itu. Dalam
makalah ilmiah tentang eek otolistrik, menurut *instein, cahaya terdiri
dari partikel/partikel yang kemudian disebut sebagai oton. Ketika
cahaya ditembakkan ke suatu permukaan logam, oton/otonnya akan
menumbuk elektron/elektron pada permukaan logam tersebut sehingga
elektron itu dapat lepas. )eristiwa lepasnya elektron dari permukaan
logam itu dalam fsika disebut sebagai eek otolistrik.
*instein menemukan bahwa setiap oton mempunyai energi yang
sangat besar, bergantung pada rekuensi. Dalam fsika, energi dari oton
dituliskan sebagai
* 5 h
Simbol adalah rekuensi dan h adalah konstanta )lanck.
*nergi kinetik oto elektron yang terlepas!
*k 5 h / h o
*k 5 h / Bo
*k maks 5 e 4o
h 5 energi oton yang menyinari logam
h o 5 +o rekuensi ambang 5 ungsi kerja5 energi minimum untuk melepas elektron
e 5 muatan elektron 5 ".: I "
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
10/24
digunakan, hanya tergantung pada energi atau rekuensi cahaya.
3etapi intensitas cahaya yang datang sebanding dengan jumlah
elektron yang terlepas dari logam. Dengan bantuan peralatan
elektronika saat itu suara dubbing flm direkam dalam bentuk sinyal
optik di sepanjang pinggiran keping flm. )ada saat flm diputar, sinyalini dibaca kembali melalui proses eek otolistrik dan sinyal listriknya
diperkuat dengan menggunakan amplifer tabung sehingga
menghasilkan flm bersuara.
#plikasi paling populer di kalangan akademis adalah tabung oto/
pengganda - photomultiplier tube. Dengan menggunakan tabung ini
hampir semua spektrum radiasi elektromagnetik dapat diamati.
3abung ini memiliki efsiensi yang sangat tinggi, bahkan ia sanggup
mendeteksi oton tunggal sekalipun. Dengan menggunakan tabung ini,
kelompok peneliti Superkamiokande di =epang berhasil menyelidiki
massa neutrino yang akhirnya dianugrahi hadiah 6obel pada tahun
%
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
11/24
II. HAMBURAN COMPTON
3anggal ini pada "8A%, fsikawan #merika dan 6obelis bidang +isika
"A%9 #rthur 7olly Compton lahir di Booster, Ohio. #rthur adalah putra *lias
Compton, proesor dan dekan ilmu flsaat di College o Booster.
Di College o Booster pula, #rthur belajar dan meraih gelarsarjananya pada "A"&. Kemudian selama tiga tahun melakukan penelitian
pasca sarjana di )rinceton niversity. Lelar )h.D diraihnya pada "A":.
Di )rinceton, ia berhasil menemukan sebuah metode elegan untuk
mendemonstrasikan rotasi bumi. 6amun, sumbanganya yang terkenal
adalah penelitian dalam lapangan sinar/M. Pa mengembangkan teori
intensitas pantulan sinar M dari kristal/kristal.
)ada "A"8 ia mulai meneliti penghamburan sinar M. )enelitian ini
membawanya pada penemuan bahwa peningkatan panjang gelombang sinar
M diperlukan untuk menghamburkan radiasi yang terbentuk oleh electron/
elektron bebas. Pmplikasinya, kuanta yang dihamburkan memiliki energi
yang sedikit ketimbang kuanta dari sorotan asli. *ek ini kemudian dikenal
sebagai *ek Compton yang mengilustrasikan konsep partikel dari radiasi
elektromagnetik. )enemuan ini diperkuat oleh penelitian Charles 3homson
Jees Bilson dari niversity o Cambridge, Pnggris melalui metode ruang
awannya untuk menunjukkan keberadaan dari jalur lompatan elektron/
elektron.
ntuk penemuan itu, #rthur dan Charles dianugerahi 7adiah 6obel
'idang +isika tahun "A%9. Selain itu, #rthur dan C. +. 7agenow menemukan
enomena dari pantulan total sinar M dan polarisasi lengkapnya. )enemuan
ini mengarah pada penentuan dengan cermat jumlah electron dalam sebuah
atom.
)eriode "A&
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
12/24
menemukan bahwa panjang gelombang sinar M bertambah jika
mengalami hamburan, dan pada "A%& ia bisa menerangkannya menurut
teori kuantum cahaya. )ekerjaan ini telah meyakinkan orang akan kebenaran
realitas oton> sebenarnya Compton sendirilah yang mengajukan kata
QotonQ. Setelah menerima 7adiah 6obel +isika pada "A%9, ia bekerja
di niversitas Chicago untuk mempelajari sinar kosmik dan membantu
menjelaskan bahsa sebenarnya sinar ini terdiri atas partikel yang bergerak
cepat -ternyata sekarang partikel itu ialah inti atom, dan sebagian besar
ialah proton yang berputar dalam ruang dan bukan sinar gamma. Pa
membuktikan hal ini dengan memperlihatkan bahwa intensitas sinar kosmik
berubah terhadap lintang, dan hal ini hanya bisa diterima jika partikel itu
ialah ion yang lintasannya dipengaruhi medan magnetbumi. Selama )D PP, ia
merupakan salah satu tokoh pimpinan yang mengembangkanbom atom.
)ada tahun "A%&, Compton mempelajari gejala/gejala tumbukan
antara oton dan elektron. 'erkas gelombang elektromagnetik yang
bersumber pada bahan radioakti dikenakan pada keping tipis berilium.
Kemudian, pada arah/arah tertentu dipasang alat pengamat -detektor
elektron dan oton yang diatur agar hanya dapat mengamati pasangan
elektron dan oton yang datang secara serentak. Conpton mendapatkan
suatu kesimpulan bahwa paket/paket energi gelombang elektromagnetik itu
dapat berungsi sebagai partikel dengan momentum sebesar,
Dengan poton 5 momentum, h 5 energi oton, ? 5 panjang
gelombang.
=adi, sudah tidak disangsikan lagi bahwa cahaya memiliki
siat kembar -dualisme sebagai gelombang dan sebagai partikel. Skema
percobaan tumbukan oton dengan elektron oleh Compton dapat dilihat
pada gambar.
a *lektron diam, oton datang dengan panjang gelombang ?
b *lektron terpental dengan dengan momentum p, oton terhambur
dengan panjang gelombang lebih panjang ?; dan momentum ); yang
membentuk sudut G dengan arah oton datar.
http://id.wikipedia.org/wiki/Gelombanghttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_Xhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hamburan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/1923http://id.wikipedia.org/wiki/Fotonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Hadiah_Nobel_Fisikahttp://id.wikipedia.org/wiki/1927http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Universitas_Chicago&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_kosmikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinarhttp://id.wikipedia.org/wiki/Inti_atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Protonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_gammahttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnethttp://id.wikipedia.org/wiki/Bumihttp://id.wikipedia.org/wiki/PD_IIhttp://id.wikipedia.org/wiki/Bom_atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gelombanghttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_Xhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hamburan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/1923http://id.wikipedia.org/wiki/Fotonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Hadiah_Nobel_Fisikahttp://id.wikipedia.org/wiki/1927http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Universitas_Chicago&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_kosmikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinarhttp://id.wikipedia.org/wiki/Inti_atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Protonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_gammahttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnethttp://id.wikipedia.org/wiki/Bumihttp://id.wikipedia.org/wiki/PD_IIhttp://id.wikipedia.org/wiki/Bom_atom
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
13/24
Setelah terjadi tumbukan antara oton dan elektron, oton kehilangan
energinya sebesar -h/h;, dalam hal ini ;E sedangkan panjang
gelombang setelah tumbukan akan bertambah besar, yaitu ?;N?. 'ila
penyimpangan arah oton setelah tumbukan adalah G terhadap arahnya
semula, maka hubungan antara ? dan ?; memenuhi?;/ ? 5
dengan,
? 5 panjang gelombang oton sebelum tumbukan
?; 5 panjang gelombang oton setelah tumbukan
m 5 massa elektron yang terpental
c 5 kecepatan cahaya
h 5 tetapan )lanck
G 5 sudut penyimpangan oton terhadap arah semula
a
)anjang Lelombang Compton
Dari persamaan kita lihat bahwa perubahan panjang
gelombang terbesar yang dapat terjadi ialah pada G 5 "8
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
14/24
menunjukkan pergeseran panjang gelombang, tetapi pada masing/
masing sudut sinar/I hambur termasuk juga sinar/I dengan panjang
gelombang awal. 7al ini tidak terlalu sukar untuk dimengerti. Dalam
penurunan persamaan tadi dianggap bahwa partikel hambur dapat
bergerak bebas, sesuatu anggapan yang nalar, karena banyakelektron dalam materi terikat lemah pada atom induknya. 6amun, ada
elektron lainnya yang terikat kuat dan jika elektron ini ditumbuk oleh
sebuah oton, seluruh atom bergerak, bukan hanya elektron
tunggalnya. Dalam kejadian seperti ini, besar m yang dipakai dalam
persamaan ialah massa seluruh atom yang besarnya beberapa puluh
ribu kali besar dari massa elektron, sehingga hasil pergeseran
Comptonnya sedemikian kecil sehinnga tidak terdeteksi
III. KONSEP POTON
+oton adalah partikel elementer dalam enomena elektromagnetik.
'iasanya oton dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik, seperti
cahaya, gelombang radio, dan Sinar/M. +oton berbeda dengan partikel
elementer lain seperti elektron dan Ruark, karena ia tidak bermassa dan
dalam ruang vakum oton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya, c.
+oton memiliki baik siat gelombang maupun partikel -Qdualisme gelombang/
partikelQ.
Sebagai gelombang, satu oton tunggal tersebar di seluruh ruang dan
menunjukkan enomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa
dan intererensi destrukti ketika gelombang terpantulkan saling
memusnahkan satu sama lain.
Sebagai partikel, oton hanya dapat berinteraksi dengan materi
dengan memindahkan energi sejumlah!
*5
Di mana adalah konstanta )lanck, adalah laju cahaya, dan adalah
panjang gelombangnya.
Selain energi partikel oton juga membawamomentum dan
memiliki polarisasi. +oton mematuhi hukum mekanika kuantum, yang berarti
kerap kali besaran/besaran tersebut tidak dapat diukur dengan cermat.
'iasanya besaran/besaran tersebut didefnisikan sebagai probabilitas
mengukur polarisasi, posisi, atau momentum tertentu.
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
15/24
Sebagai contoh, meskipun sebuah oton dapat mengeksitasi
satu molekul tertentu, sering tidak mungkin meramalkan sebelumnya
molekul yang mana yang akan tereksitasi.
Deskripsi oton sebagai pembawa radiasi elektromagnetik biasa
digunakan oleh para fsikawan. 6amun dalam fsika teoretis sebuah otondapat dianggap sebagai mediator buat segala jenis interaksi
elektromagnetik, sepertimedan magnet dan gaya tolak/menolak antara
muatan sejenis.
Konsep modern oton dikembangkan secara berangsur/angsur antara
"A
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
16/24
elektromagnetikcahaya -oton dari sumber radiasi. #da
beberapa sumber radiasi yang kita kenal di sekitar kehidupan
kita, contohnya adalah televisi, lampu penerangan, alat pemanas
makanan -microwave oven, komputer, dan lain/lain.
Selain benda/benda tersebut ada sumber/sumber radiasiyang bersiat unsur alamiah dan berada di udara, di dalam air
atau berada di dalam lapisan bumi. 'eberapa di antaranya
adalah ranium dan 3horium di dalam lapisan bumi> Karbon dan
Jadon di udara serta 3ritium dan Deuterium yang ada di dalam
air.
)erbedaan Jadiasi dalam bentuk partikel dan radiasi dalam
bentuk gelombang elektromagnetik yaitu radiasi dalam bentuk
partikel adalah jenis radiasi yang mempunyai massa terukur.
Sebagai contoh adalah radiasi alpha dengan simbol!
%(
angka ( pada simbol radiasi menunjukkan jumlah massa dari
radiasi tersebut adalah ( satuan massa atom -sma dan angka %
menunjukkan jumlah muatan radiasi tersebut adalah positi %,
serta radiasi beta dengan simbol!
/"T<
menunjukkan bahwa jumlah massa dari jenis radiasi tersebut
adalah < dan jumlah muatannya adalah " negati, sedangkan
radiasi neutron dengan simbol!
"U<
menunjukkan bahwa jumlah massa dari neutron adalah " sma
dan jumlah muatannya adalah
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
17/24
nuklir, reaktor nuklir, dan at radioakti, tetapi juga dapat
merujuk kepada radiasi elektromagnetik -yaitu, gelombang radio,
cahaya inramerah, cahaya tampak, sinar ultra violet, dan M/ray,
radiasi akustik, atau untuk proses lain yang lebih jelas. #pa yang
membuat radiasi adalah bahwa energi memancarkan -yaitu,bergerak ke luar dalam garis lurus ke segala arah dari suatu
sumber. geometri ini secara alami mengarah pada sistem
pengukuran dan unit fsik yang sama berlaku untuk semua jenis
radiasi. 'eberapa radiasi dapat berbahaya.
a
Jadiasi Ponisasi
Jadiasi pengion adalah jenis radiasi yang dapat
menyebabkan proses ionisasi -terbentuknya ion positi dan ion
negati apabila berinteraksi dengan materi.
'eberapa jenis radiasi memiliki energi yang cukup untuk
mengionisasi partikel. Secara umum, hal ini melibatkan sebuah
elektron yang VterlemparV dari cangkang atom elektron, yang
akan memberikan muatan -positi. 7al ini sering mengganggu
dalam sistem biologi, dan dapat menyebabkan mutasi dan
kanker. =enis radiasi umumnya terjadi di limbah radioakti
peluruhan radioakti dan sampah.
3iga jenis utama radiasi ditemukan oleh *rnest Jutherord,
#la, 'eta, dan sinar gamma. radiasi tersebut ditemukan melalui
percobaan sederhana, Jutherord menggunakan sumber
radioakti dan menemukan bahwa sinar menghasilkan memukul
tiga daerah yang berbeda. Salah satu dari mereka menjadi
positi, salah satu dari mereka bersikap netral, dan salah satu
dari mereka yang negati. Dengan data ini, Jutherord
menyimpulkan radiasi yang terdiri dari tiga sinar. 'eliau
memberi nama yang diambil dari tiga huru pertama dari abjad
Wunani yaitu ala, beta, dan gamma.
b Jadiasi non/ionisasi
Jadiasi non/ionisasi, sebaliknya, mengacu pada jenis radiasi
yang tidak membawa energi yang cukup per oton untuk
mengionisasi atom atau molekul. Pni terutama mengacu pada
bentuk energi yang lebih rendah dari radiasi elektromagnetik
-yaitu, gelombang radio, gelombang mikro, radiasi terahert,
cahaya inramerah, dan cahaya yang tampak. Dampak dari
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
18/24
bentuk radiasi pada jaringan hidup hanya baru/baru ini telah
dipelajari. #lih/alih membentuk ion berenergi ketika melewati
materi, radiasi elektromagnetik memiliki energi yang cukup
hanya untuk mengubah rotasi, getaran atau elektronik
konfgurasi valensi molekul dan atom. 6amun demikian, eekbiologis yang berbeda diamati untuk berbagai jenis radiasi non/
ionisasi
c
Jadiasi 6eutron
Jadiasi 6eutron adalah jenis radiasi non/ion yang terdiri
dari neutron bebas. 6eutron ini bisa mengeluarkan selama baik
spontan atau induksi fsi nuklir, proses usi nuklir, atau dari
reaksi nuklir lainnya. Pa tidak mengionisasi atom dengan cara
yang sama bahwa partikel bermuatan seperti proton dan
elektron tidak -menarik elektron, karena neutron tidak memiliki
muatan. 6amun, neutron mudah bereaksi dengan inti atom dari
berbagai elemen, membuat isotop yang tidak stabil dan karena
itu mendorong radioaktivitas dalam materi yang sebelumnya
non/radioakti. )roses ini dikenal sebagai aktivasi neutron.
d Jadiasi elektromagnetik
Jadiasi elektromagnetik mengambil bentuk gelombang
yang menyebar dalam udara kosong atau dalam materi. Jadiasi
* memiliki komponen medan listrik dan magnetik yang
berosilasi pada ase saling tegak lurus dan ke arah propagasi
energi. Jadiasi elektromagnetik diklasifkasikan ke dalam jenis
menurut rekuensi gelombang, jenis ini termasuk -dalam rangka
peningkatan rekuensi! gelombang radio, gelombang mikro,
radiasi terahert, radiasi inramerah, cahaya yang terlihat,
radiasi ultraviolet, sinar/M dan sinar gamma. Dari jumlah
tersebut, gelombang radio memiliki panjang gelombang
terpanjang dan sinar gamma memiliki terpendek. Sebuah
jendela kecil rekuensi, yang disebut spektrum yang dapat
dilihat atau cahaya, yang dilihat dengan mata berbagai
organisme, dengan variasi batas spektrum sempit ini. *
radiasi membawa energi dan momentum, yang dapat
disampaikan ketika berinteraksi dengan materi.
e Cahaya
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
19/24
Cahaya adalah radiasi elektromagnetik dari panjang
gelombang yang terlihat oleh mata manusia -sekitar (
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
20/24
Satuan radiasi ada beberapa macam. Satuan radiasi ini
tergantung pada kriteria penggunaannya, yaitu !
". Satuan untuk paparan radiasi adalah Jontgen, dengan simbol
satuan J.
%.
Satuan untuk dosis absorbsi medium adalah Jadiation#bsorbed Dose, dengan simbol satuan Jad.
&. Satuan untuk dosis ekuivalen adalah Jontgen eRuivalen o
man, dengan simbol satuan Jem.
(. Satuan untuk aktivitas sumber radiasi adalah 'acRuerel,
dengan simbol satuan 'R.
d.
Jadiasi 'enda 7itam
Secara umum bentuk terperinci dari spektrum radiasi panas yang
dipancarkan oleh suatu benda panas bergantung pada komposisi
benda itu. Balaupun demikian, hasil eksperimen menunjukkan
bahwa ada satu kelas benda panas yang memancarkan pektra
panas dengan karakter universal. 'enda ini adalah benda hitam
atau black body . 'enda hitam didefnisikan sebagai sebuah benda
yang menyerap semua radiasi yang datang adanya. Dengan kata
lain, tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam.
=adi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas
yang besarnya sama dengan satu.
Seperti yang telah kalian ketahui, bahwa emisivitas -daya
pancar merupakan karakteristik suatu materi, yang menunjukkan
perbandingan daya yang dipancarkan per satuan luas oleh suatu
permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam pada
temperatur yang sama. Sementara itu, absorptansi -daya serap
merupakan perbandingan Xuks pancaran atau Xuks cahaya yang
diserap oleh suatu benda terhadap Xuks yang tiba pada benda itu.
'enda hitam ideal digambarkan oleh suatu rongga hitam dengan
lubang kecil. Sekali suatu cahaya memasuki rongga itu melalui
lubang tersebut, berkas itu akan dipantulkan berkali/kali di dalam
rongga tanpa sempat keluar lagi dari lubang tadi. Setiap kali
dipantulkan, sinar akan diserap dinding/dinding berwarna hitam.
'enda hitam akan menyerap cahaya sekitarnya jika suhunya lebih
rendah daripada suhu sekitarnya dan akan memancarkan cahaya
ke sekitarnya jika suhunya lebih tinggi daripada suhu sekitarnya.
7al ini ditunjukkan pada dibawah. 'enda hitam yang dipanasi
sampai suhu yang cukup tinggi akan tampak membara.
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
21/24
Lambar no.& Y ( ronggapadabendahitam
". 7ukum Stean/'oltmann
Jadiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik yang
dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Jadiasi ini menjangkau
seluruh daerah panjang gelombang. Distribusi energi padadaerah panjang gelombang ini memiliki ciri khusus, yaitu suatu
nilai maksimum pada panjang gelombang tertentu. 0etak nilai
maksimum tergantung pada temperatur, yang akan bergeser ke
arah panjang gelombang pendek seiring dengan meningkatnya
temperatur. )ada tahun "89A seorang ahli fsika dari #ustria,
=ose Stean melakukan eksperimen untuk mengetahui karakter
universal dari radiasi benda hitam. Pa menemukan bahwa daya
total per satuan luas yang dipancarkan pada semua rekuensi
oleh suatu benda hitam panas -intensitas total adalah sebanding
dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Sehingga dapat
dirumuskan! dengan I menyatakan intensitas radiasi pada
permukaan benda hitam pada semua rekuensi, T adalah suhu
mutlak benda, dan Z adalah tetapan Stean/'oltman, yang
bernilai @,:9 [ "
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
22/24
-%,8A8 [ "
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
23/24
sangat radikal dan bertentangan dengan fsika klasik, yaitu
sebagai berikut!
"
Jadiasi yang dipancarkan oleh getaran molekul/molekul
tidaklah kontinu tetapi dalam paket/paket energi diskret, yang
disebut kuantum-sekarang disebut #oton. 'esar energi yangberkaitan dengan tiap oton adalah * 5 h# , sehingga untuk n
buah oton maka energinya dinyatakan oleh *n 5 nh# Dengan
n 5 ", %, &, ... -bilangan asli, dan # adalah rekuensi getaran
molekul/molekul. *nergi dari molekul/molekul
dikatakanterkuantisasi dan energi yang diperkenankan
disebut tingkat energi. Pni berarti bahwa tingkat energi bisa h# ,
%h# , &h# , ... sedang h disebut tetapan "lanck , dengan h 5 :,: [
"
8/17/2019 Gejala Kuantum 3
24/24
7amburan Compton adalah suatu eek yang merupakan bagian
interaksi sebuah penyinaran terhadapsuatu materi. *ek Compton adalah
salah satu dari tiga proses yang melemahkan energi suatu sinar ionisasi. 'ila
suatu sinar jatuh pada permukaan suatu materi sebagian daripada energinya
akan diberikan kepadamateri tersebut, sedangkan sinar itu sendiri akan disebarkan.
+oton adalah partikel elementer dalam enomena elektromagnetik.
Sebagai gelombang, satu oton tunggal tersebar di seluruh ruang dan
menunjukkan enomena gelombang sepertipembiasan oleh lensa
dan intererensi destrukti ketika gelombang terpantulkan saling
memusnahkan satu sama lain.