Bab 10 Fisika Kuantum
description
Transcript of Bab 10 Fisika Kuantum
1
FISIKA KUANTUM 1
THOMAS YOUNG
ALBERT EINSTEIN
EFEK FOTOELEKTRIK
EFEK COMPTON
MAX PLANCK
2
THOMAS YOUNG
Percobaan Young (1801)Cahaya tampakPola-pola terang gelapPeristiwa interferensiPanjang gelombang dapat diukurCahaya tampak adalah suatu
bentuk gelombang
3
4
21 rrsind
D
ytg
5
,2,1,0m,msind
,2,1,0m,)2
1m(sind
Maksimum :
Minimum :
Panjang gelombang rata-rata cahaya tampak :
570 nm 555 nm
6
ALBERT EINSTEIN
Teori relativitas spesial (1905) Waktu dan ruang (kecepatan)
Technical expert (Swiss Patent Office)Fisika sebagai pekerjaan sambilanMakalah kelas dunia (world-class)
Hipotesis mengenai light quantaHadiah Nobel
7
c
v 21
1
Speed parameter : Faktor Lorentz :
Momentum :
mvp
Energi total :
2cmE
Energi total = Energi diam + Energi kinetik
KcmE 2 )1(cmK 2
Hubungan antara energi dan momentum :
2222 )mc()pc(E
8
Hipotesis Einstein (1905) Kadang-kadang cahaya bertindak seolah-olah
energinya terkonsentrasi pada suatu berkas diskrit yang disebut light quanta
Cahaya tidak hanya sebagai gelombang tetapi juga sebagai partikel
Sekarang light quanta disebut foton Max Plank (1913)
Merekomendasi Einstein menjadi anggauta Royal Prussian Academic of Science
Kadang-kadang Einstein salah dalam berspekulasi
9
fhE
0m
Energi foton :
Kecepatan foton V = c Energi diam = 0
fppchf
hp
Momentum foton :
2222 )mc()pc(E
h = 6,63 x 10-34 J.s = 4,14 x 10-15 eV.s
Konstanta Plank :
10
Panjang gelombang, frekuensi dan energi dari foton
EM Waves Wavelength Frequency Energy
Gamma ray 50 fm 6 x 1021 25 MeV
X ray 50 pm 6 x 1018 25 keV
Ultraviolet 100 nm 3 x 1015 12 eV
Visible 550 nm 5 x 1014 2 eV
Infrared 10 m 3 x 1013 120 meV
Microwave 1 cm 3 x 1010 120 eV
Radio wave 1 km 3 x 105 1,2 neV
11
Contoh Soal 10.1 :
Cahaya kuning dari lampu gas Na mempunyai panjang gelombang sebesar 589 nm. Tentukan energi fotonnya dalam eV.
eV11,2m10x589
)s/m10x3)(s.eV10x14,4(E
hcfhE
9
815
Jawab :
Energi yang akan diperoleh sebuah elektron atau proton bila dipercepat dengan perbedaan tegangan sebesar 2,11 V
12
Contoh Soal 10.2 :
Dalam peluruhan radioaktif, suatu inti atom mengemisikan sinar gamma yang energinya sebesar 1,35 MeV. Tentukan :
a) Panjang gelombang dari foton
b) Momentum dari foton
fm920eV10x35,1
)s/m10x3)(s.eV10x14,4(
E
hchcfhE
6
815
Jawab :
a)
13
b)
s/mkg10x20,7s/m10x3
)eV/J10x6,1)(eV10x35,1(p
c
E
f
hfhp
228
196
c/MeV35,1c
)MeV35,1(p
c
Ep
Berlaku juga untuk partikel-partikel dimana E total >> Energi diam
14
EFEK FOTOELEKTRIK Cahaya dengan frekuensi f
dijatuhkan pada pelat logam P Terjadi tumbukan antara foton dan
elektron-elektron pada pelat logam P Elektron-elektron terlepas dari
atomnya menjadi elektron bebas Terdapat perbedaan potensial Vext
antara pelat P dan cawan kolektor C Elektron akan mengalir (bergerak)
menghasilkan arus i yang melewati pengukur arus A
Beda potensial Vext dapat diubah-ubah dari positip ke negatip
15
Pengamatan I : Stopping Potential Vo
Cahaya a dan b mempunyai intensitas berbeda (b > a)
Vo adalah beda potensial yang diperlukan agar tidak terjadi arus
Energi potensial eVo sama dengan energi kinetik maksimum Km yang diperoleh elektron akibat tumbukan dengan foton
Ternyata Vo sama untuk cahaya a dan cahaya b
Energi kinetik maksimum dari elektron tidak tergantung pada intensitas cahaya
16
Pengamatan II : Frekuensi cutoff fo
Pada frekuensi fo stopping potential Vo = 0
Untuk f < fo, tidak terjadi efek fotoelektrik
17
Analisis I : Stopping Potential Vo
Dalam teori gelombang, intensitas lebih tinggi akan memperbesar amplituda medan listrik E
Gaya eE yang diterimanya akan memperbesar percepatan Energi kinetik lebih besar
Ternyata energi kinetik maksimumnya sama Telah dicoba dengan intensitas sampai 107 kali Stopping potential yang selalu sama pada efek
fotoelektrik tidak dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah gelombang
Cahaya = Gelombang
18
Analisis I : Stopping Potential Vo
Cahaya dengan intensitas lebih tinggi akan mempunyai jumlah foton yang lebih banyak
Tidak memperbesar energi kinetik setiap foton Energi kinetik yang diperoleh elektron dari
tumbukan dengan foton tidak berubah E = h f Stopping potential yang selalu sama pada efek
fotoelektrik dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah partikel
Cahaya = partikel (foton)
19
Analisis II : Frekuensi cutoff fo
Menurut teori gelombang, efek fotoelektrik seharusnya tetap akan terjadi untuk setiap frekuensi asalkan intensitasnya cukup tinggi
Ternyata untuk f < fo, efek fotoelektrik tidak pernah terjadi berapapun intensitasnya
Adanya frekuensi cutoff pada efek fotoelektrik tidak dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah gelombang
Cahaya = Gelombang
20
Analisis II : Frekuensi cutoff fo
Elektron-elektron terikat pada atom-atomnya Diperlukan energi minimum agar elektron terlepas
dari atomnya yang disebut sebagai Work Function Bila energi foton yang menumbuknya hf > , efek
fotoelektrik akan terjadi Bila frekuensinya terlalu kecil sehingga energi foton
hf < , efek fotoelektrik tidak mungkin terjadi Adanya frekuensi cutoff dapat diterangkan dengan
menganggap cahaya adalah partikel
Cahaya = partikel (foton)
21
Analisis III : Time delay Dalam teori gelombang, elektron memerlukan
waktu menampung/menerima energi dari gelombang cahaya sampai cukup besar agar dapat melepaskan diri dari atomnya
Kenyataannya selang waktu ini tidak pernah teramati dalam percobaan-percobaan
Efek fotoelektrik terjadi seketika, karena terjadinya peristiwa tumbukan antara elektron dan foton
22
Analisis Kuantitatif
hfKKfh mm
ef
e
hVKeV omo
Prinsip Kekekalan Energi pada efek fotoelektrik
Einstein :
Vo linier terhadap frekuensi
23
s.V10x1,4
Hz10x)610(
V)72,035,2(bc
ab
e
h
15
14
s.J10x63,6s.J10x6,6h
)C10x6,1)(s.V10x1,4(h
h)e(e
h
3434
1915
24
ef
e
hVo
Hz10x3,4f
0V14
o
o
ef
e
h0 o
eV8,1J10x9,2
)Hz10x3,4)(s.J10x63,6(hf19
1434o
Contoh Soal 10.3 :
Tentukan besarnya work function dari pengamatan frekuensi cutoff
Jawab :