TUGAS FISIKA MODERNSIFAT PARTIKEL DARI GELOMBANG

Ruwanti Dewi C. N.12030234216Kimia B 2012

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMJURUSAN KIMIA2014SIFAT PARTIKEL DARI GELOMBANG

Gelombang ElektromagnetikPenggabungan medan listrik dan magnetik yang bergerak dengan kelajuan cahaya dan menimbulkan perilaku gelombang yang khusus.Maxwell mengemukakan bahwa perubahan medan listrik menimbulkan medan magnetik.

Gambar 1 Medan listrik dan magnetik dari gelombang elektromagnetik adalah saling tegak lurus dan tegak lurus juga pada arah menjalar gelombang.Maxwell menyimpulkan bahwa cahaya terdiri dari gelombang elektromagnetik. Eksperimen Hertz juga meyakinkan keberadaan gelombang elektromagnetik. Sifat karakteristik semua gelombang ialah bahwa gelombang itu memenuhi prinsip superposisi; Bila dua atau lebih gelombang yang alamnya sama melalui satu titik pada saat yang sama, maka amplitudo sesaat disitu ialah jumlah dari amplitudo sesaat dari masing-masing 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 gelombang tersebut saling menguatkan dengan fase sama sehingga mengahasilkan amplitude yang lebih besar, dan interferensi destruktif (menghancurkan) berarti gelombang tersebut sebagian atau sepenuhnya saling meniadakan karena fasenya berbeda.

Gambar 2 (a) interferensi konstruktif (b)interferensi destruktif.

Gambar 3 Asal mula pola interferensi. Interferesi konstruktif terjadi bila beda panjang jalan dari celah ke layar adalah 0, , 2, ... Interferensi terjadi bila beda panjang jalannya adalah /2, 3/2, 5/2, ...Interferensi dan difraksi merupakan sifat khusus dari gelombang partikel yang kita kenal tidak mempunyai sifat itu. Eksperimen celah ganda Young menunjukkan bahwa cahaya adalah gelombang.RADIASI BENDA HITAMPenyerap paling efisien juga merupakan pemancar paling efisien.Benda pada temperatur konstan berada dalam kesetimbangan termal dengan sekelilingnya dan harus menyerap energi dari sekelilingnya dan harus menyerap energi dari sekelilingnya dengan laju yang sama seperti benda itu memancarkan energi. Suatu benda yang mengabsorpsi semua radiasi yang jatuh padanya, tak bergantung dari frekuensinya disebut benda hitam.Dalam laboratorium, sebuah benda dapat diaproksimasi dengan benda berongga berlubang sangat kecil yang menembus ke dalam. Setiap radiasi yang jatuh pada lubang itu, masuk ke dalam rongga dimana radiasi itu terperangkap oleh pemantulan bolak-balik sehingga akhirnya teradsorpsi semuanya. Dinding rongga terus menerus memancarkan dan menadsorpsi radiasi, sifat radiasi inilah (radiasi benda hitam) yang menarik.Gambar 4 Lubang pada dinding dari benda berongga merupakan aproksimasi yang baik dari benda hitam.

Benda hitam meradiasi lebih banyak bila bendanya panas daripada yang bendanya dingin. Distribusi spektral energi radiasi bergantung pada temperatur benda saja.Bencana UltravioletPenyimpangan antara teori dan pengamatan segera diketahui menyangkut hal yang sangat pokok disebut bencana ultraviolet. Persyaratan untuk gelombang berdiri dalam rongga yaitu panjang lintasan dari dinding ke dinding, tak peduli arahnya, harus merupakan bilangan bulat j kali setengah panjang gelombang.Banyaknya gelombang berdiriSemakin tinggi frekuensi, makin pendek panjang gelombang dan makin besar jumlah gelombang berdiri. Rumus Rayleigh-JeansHUKUM RADIASI PLANCKRumus radiasi Planck

Dimana h merupakan konstanta Planck, h = 6.626 x 10-34 J.sEnergi-energi osilator Energi rata-rata per gelombang berdiri EFEK FOTOLISTRIKEnergi elektron yang dibebaskan cahaya bergantung pada frekuensi cahaya itu.Elektron yang diemisikan pada efek fotolistrik disebut fotoelektron. Energi fotoelektron bertambah dengan bertambahnya frekuensi cahaya yang datang, bukan intensitasnya.TEORI KUANTUM CAHAYACahaya dengan frekuensi tertentu terdiri dari foton yang energinya berbanding lurus dengan frekuensi itu.Radiasi yang dipancarkan setiap benda yang mana frekuensi predominan tergantung pada temperaturnya. Radiasi benda hitam dipancarkan dalam satuan yang disebut kuanta. Fungsi kerja merupakan energi minimum yang diperlukan untuk membebaskan elektron.Fungsi kerja Makin besar fungsi kerja sebuah logam, makin banyak energi yang diperlukan elektron untuk meninggalkan permukaannya, makin tinggi frekuensi kritis untuk emisi fotolistrik terjadi.Efek fotolistrikDimana hv adalah energi foton, KEmax adalah energi fotoelektron maksimum dan adalah energi minimum yang diperlukan elektron untuk meninggalkan logam. Efek fotolistrik merupakan bukti bahwa foton cahaya dapat mentransfer energi pada elektron. Jika energi hv0 (fungsi kerja permukaan) diperlukan untuk membebaskan elektron dari permukaan logam, maka energi kinetik elektron yang maksimum menjadi hv hv0 bila cahaya dengan frekuensi v jatuh pada permukaan.

EMISI TERMIONIKCahaya adalah partikel gelombang.Menurut teori gelombang, gelombang cahaya menyebar dari suatu sumber seperti riak menyebar dari permukaan air jika kita menjatuhkan batu ke permukaan air. Sebaliknya menurut teori kuantum, cahaya menyebar dari sumbernya sebagai sederetan konsentrasi energi yang terlokalisasi, masing-masing cukup kecil sehingga dapat diserap oleh sebuah elektron.

Gambar 7 (a) Teori gelombang cahaya menjelaskan difraksi dan interferensi yang tidak dapat dijelaskan oleh teori kuantum. (b) Teori kuantum menjelaskan efek fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan oleh teori gelombang.

Cahaya tidak menunjukkan kedua aspek gelombang dan partikel pada saat yang sama. Bila cahaya melalui celah-celah berlaku sebagai gelombang ketika tiba pada layar, cahaya berperilaku sebagai partikel. Cahaya memiliki sifat dual: teori gelombang dan teori kuantum cahaya saling berkomplemen.SINAR-XFoton berenergi tinggi.Bertambah cepat elektron semula, bertambah hebat kemampuan tembus sinar-x, dan bertambah banyak jumlah elektron, bertambah besar pula intensitas berkas sinar-x. Sinar-x adalah gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi.Produksi sinar-x

Produksi sinar-x merupakan kelebihan efek fotolistrik.DIFRAKSI SINAR-XBagaimana panjang gelombang sinar-x diukur.Berkas sinar-x monokromatik yang jatuh pada sebuah kristal akan dihamburkan ke segala arah, tetapi karena keteraturan letak atom-atom pada arah tertentu gelombang hambur itu akan berinterferensi konstruktif sedangkan yang lain berinterferensi destruktif. Atom-atom dalam kristal dapat dipandang sebagai unsur yang membentuk keluarga bidang datar dengan masing-masing keluarga memiliki jarak karakteristik antar bidang-bidang komponen,. Bidang-bidang tersebut disebut Bidang Bragg.Gambar 8 Dua kumpulan bidang Bragg dalam kristal NaCl.

EFEK COMPTONFoton dan elektron berlaku sebagai bola billiard.Menurut teori kuantum cahaya, foton berlaku sebagai partikel, hanya foton tidak mempunyai massa diam.

Gambar 10 (a) Penghamburan foton oleh elektron disebut efek Compton. Energi dan momentum adalah kekal dalam keadaan seperti itu, dan sebagai foton hambur kehilangan energi (panjang gelombang hasilnya lebih panjang) dibandingkan foton datang. (b) Diagram vektor momentum dan komponen foton hambur dan datang serta elektron hamburnya.Dalam tumbukan ini foton dipandang sebagai partikel yang kehilangan sejumlah energi yang besarnya dengan energi kinetik K yang diterima oleh elektron.

Momentum tidak seperti energi, merupakan kuantitas vektor yang mempunyai arah dan besaran, dan dalam tumbukan momentum harus kekal dalam masing-masing sumbu dari kedua sumbu yang saling tegak lurus. Arah yang dipilih adalah arah foton semula dan satu lagi tegak lurs pada bidang yang mengandung elektron dan foton hambur. Dalam arah foton semula,

Dan tegak lurus pada arah ini,

PRODUKSI PASANGANEnergi menjadi materi.Foton dapat menjadi pasangan elektron-positron.Gambar 11 Produksi pasangan foton yang berenergi cukup tinggi berubah menjadi pasangan elektron-positron.

Setiap tambahan energi foton akan menjadi energi kinetik elektron dan positron. Kebalikan produksi pasangan terjadi bila positron berdekatan dengan elektron dan keduanya saling mendekati di bawah pengaruh gaya tarik menarik dari muatan yang berlawanan. Kedua partikel tersebut musnah pada saat yang sama dan massa yang musnah tersebut menjadi energi dan foton sinar gamma yang tercipta:

FOTON DAN GRAVITASGravitas mempengaruhi cahaya walaupun foton tak mempunyai massa diam.Massa foton Cahaya bertambah energinya bila jatuh dalam medan gravitasional.Gambar 12 Foton yang jatuh dalam medan gravitasional mengalami pertambahan energi serupa dengan batu yang jatuh. Pertambahan energi ini terlihat dalam pertambahan frekuensi dari v menjadi v.

Sehingga,

Pergeseran Merah GravitasionalPada jarak yang cukup jauh dari bintang, misalnya di bumi, foton itu di luar jangkauan medan gravitasi bintang, tetapi energi totalnya tetap. Energi foton itu sekarang seluruhnya dalam bentuk elektromagnetik dan

Gambar 13 Frekuensi foton yang dipancarkan dari permukaan bintang berkurang ketika foton itu menjauhi bintang.

Foton pada daerah cahaya tampak dari suatu spektrum akan tergeser ke arah ujung merah, gejala ini disebut pergeseran merah gravitasional,

Lubang HitamSebuah benda yang kerapatannya sangat tinggi sehingga dapat memerangkap cahaya selama-lamanya.Cahaya tidak dapat meninggalkan lubang hitam. Syarat yang benar supaya sebuah bintang menjadi lubang hitam ternyata GM/c2 R. Jari-jari Schwarzschild Rs untuk benda bermassa M didefinisikan sebagai berikut: