SRI YULANDA

60400111052

FISIKA B

Sains dan Teknlogi UIN Alauddin Makassar

FISIKA MODERN

Radiasi benda hitam, Efek compton, Difraksi sinar x, Produksi pasangan.

11/18/2012

FISIKA MODERN

A. RADIASI BENDA HITAM

Benda hitam akan menyerap energi radiasinya per satuan luas permukaan pada temperatur

tertentu, dengan kata lain benda hitam tersebut merupakan penyerap yang sempurna. Bagaimana

halnya bila bendanya bukan benda hitam? Jika bukan benda hitam, energi radiasi akan diserap sebagian

kecil melalui fraksi pada permukaan, dimana dapat juga memancarakan sinar radiasi kelingkungan

sebagaimana yang dilakukan oleh benda hitam pada keadaan yang sama.

Suatu hukum Kirchhoff’s digunakan untuk mewakili keseimbangan termal antara pemancaran

sinara radiasi dengan penyerapan sinara radiasi. Bila I menunjukkan energi radiasi pada luas permukaan

suatu benda, maka keseimbangan termalnya menjadi

Ia1 = E1 (1)

Untuk benda hitam a = 1 dan kekuatan emisivitas untuk benda hitam EB = I, maka persamaan 1 menjadi,

E1 =

E1E2 =

IQ1I = a1 (2)

Emisivitas (e) merupakan perbandingan energi dimana benda yang memancarkan sinar radiasi terhadap

sinar radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Dengan kata lain kemampuan suatu benda untuk

memancarkan energi berupa gelombang elektromagnetik pada area dan temperatur yang sama.

Semakin besar nilai emisivitas suatu benda, semakin mudah pula benda tersebut memancarkan energi

radiasinya. Absorsivitas (a) merupakan perbandingan antara energi yang diserap oleh suatu benda

terhadap penyerapan energi oleh benda hitam per satuan luas yang sama. Kekuatan emisi permukaan

(E) merupakan total energi yang dipancarkan per satuan luas, per satuan waktu. Sedangkan Intensitas

radiasi (I) merupakan energi yang dipancarkan per satuan luas, per satuan waktu, per kemiringan benda.

Intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam kekuatannya mencapai empat kali dari

temperatur absolut. Untuk intensitas bukan benda hitam berantung pada emisivitas dari benda tersebut

dimana kekuatannya mencapai empat kali dari temperatur absolutnya. Energi yang dipancarkan dari

suatu benda per satuan luas ke benda yang berbentuk stengah lingkaran dapat dinyatakan dengan

persamaan,

E =

qA = eσT

4

dengan e = emisivitas benda

σ = nilai tetapan Stefan-Boltzmann

(1730.10-12 Btu / ft2 hr 0F)

T= temperatur absolut benda.

B. DIFRAKSI SINAR X

Sinar X

Merupakan radiasi elektromagnetik berenergi tinggi

Dihasilkan akibat interaksi antara berkas berkas elektron eksternal dengan elektron pada kulit

atom.

Spektrum sinar x memiliki:

panjang gelombang antara10-5-1 nm,

frekuensi antara 1017-1020 Hz,

Energi antara 103-106 eV.

Panjang gelombnag Sinar X memiliki orde yang sama dengan jarak antara atom.

Prinsip difraksi Sinar X

Sinar X terpancar dari tabung Sinar X.

Difraksi sinar X yang konvergen diterima slit.

Sinar X diterima detektor,

diubah menjadi sinyal listrik.

Sinyal ini dihitung sebagai analisa pulsa tinggi.

Interaksi Sinar X dengan material

1. Energi berkas Sinar X terserap oleh atom.

2. Energi berkas Sinar X dihamburkan oleh atom

Difraksi Sinar X

1. Proses hamburan sinar X oleh bahan kristal.2. Difraksi tergantung pada struktur kristal dan panjang gelombang.

1. jika (λ) ukuran atom, tidak terjadi difraksi2. jika (λ) < ukuran atom, terjadi difraksi

Difraksi Sinar X

o Teknik yang digunakan dalam karakterisasi material.

o Untuk mendapatkan informasi mengenai ukuran atom.

Hukum Bragg

n = 1,2,3,…. orde pertama, kedua, ketiga dst

d jarak antara 2 bidang pantul yang berdekatan

θ sudut antara sinar datang dan sinar pantul

Interferensi konstruktif terjadi jika selisih lintasan antara dua sinar berurutan

merupakan kelipatan dari panjang gelombangnya (λ)

C. EFEK COMPTON

Dalam teori kuantum cahaya dianggap bahwa foton dalam perjalannya dalam ruang dengan kecepatan c

tidak menyebar sebagaimana gelombang, tetapi tetap terkonsentrasi dalam ruang yang sangat kecil. Hal

ini sangat mirip dengan zarah. Pertanyaan berikutnya adalah : “Apalah kesejajaran ini lebih luas lagi,

artinya apakah foton juga memiliki sifat-sifat lain dari zarah?”

Pada tahun 1923, Compton memberikan kesimpulannya mengenai hamburan sinar x oleh

materi. Dalam naskah ilmiahnya “A Quatum Theory of Scattering of X-Rays by Light”, Compton

menerangkan percobaannya tentang hamburan sinar x oleh materi. Diamatinya bahwa panjang

gelombang sinar x yang terhambur berbeda dengan panjang gelombang sinar x sebelum terhambur.

Perubahan panjang gelombang tersebut ternyata juga bergantung dari sudut hamburan. Kesimpulan

yang dicantumkan dalam naskah Campton tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut :

Teori Campton saat ini bertopang pada pengandaian bahwa setiap elektron yang berperan dalam

proses ini menghambur suatu kuantum cahaya yang utuh (foton).

Teori ini berlandaskan pada hipotesa bahwa kuantum-kuantum cahaya datang dari berbagai arah

tertentu dan dihamburkan pula dalam arah-arah tertentu (tidak acak).

Hasil eksperimen yang dilakukan untuk menyelidiki teori tersebut dengan sangat menyakinkan telah

menunjukkan bahwa gumpalan radiasi (kuantum radiasi, foton), kecuali membawa energi juga

memiliki momentum linear.

Hal di atas adalah suatu kesimpulan yang memiliki dampak yang mendasar, karna foton juga

ditandai dengan suatu besaran fisik lain yaitu momentum linear.

Untuk dapat memahami kesimpulan-kesimpulan tersebut berikut ini akan dibahas tentang

percobaan Compton.

Sinar X yang dipancarkan oleh sumbernya dijadikan sinar monokhromatis lebih dahulu, kemudian

dijatuhkan pada suatu zat penghamburan S.

Dari S berkas sinar X dihambur ke segala arah. Celah pengkolimator dan sistem analisator di

belakangnya memilih bekas yang terhambur dalam suatu arah tertentu ().

Dengan menggerakkan pengkolimator dan sistem analisator secara bersama dengan S sebagai

sumbu gerak perputaran maka dapat dipelajari baik intensitas maupun panjang gelombang sinar x

yang dihamburkan. Kedudukan pengkolimator terhadap penghamburan S mendefinisikan sudut

hamburan .

Kristal C dan detektor D merupakan bagian penganalisa sinar x terhambur. Pengukuran ini dilakukan

dengan sangat teliti melalui metoda refleksi Bragg, terutama mengenai nilai panjang gelombang

terhambur .

Hasil percobaan Compton menunjukkan bahwa besar panjang gelombang terhambur tergantung

pada sudut .

Hasil percobaan menunjukkan bahwa panjang gelombang terhambur sebagai fungsi . Puncak

kiri berasal dari hamburan Thomson (panjang gelombang tidak berubah). Panjang gelombang sinar x

terhambur sama dengan panjang gelombang sinar x asal. Puncak kanan berasal dari hamburan Compton

(panjang gelombang berubah).

Compton dapat menerangkan terjadinya pergeseran panjang gelombang dengan menganggap

bahwa berkas sinar x terdiri dari foton-foton yang berperilaku sebagai zarah. Foton-foton tersebut

dalam tumbukannya dengan elektron-elektron bahan penghambur mengikuti hukum-hukum mekanika.

Apabila foton dianggap sebagai suatu zarah, bagaimanakah diperoleh momentum linearnya?

Berpijak dari teori kuantum Einstein, bahwa energi foton E bergantung pada frekuensi radiasi sebagai

berikut :

E = hv.

D. PRODUKSI PASANGAN

Produksi pasangan adalah salah satu efek interaksi suatu penyinaran pada suatu benda atau materi. Sinar gamma dengan tingkat energi yang besar ( beberapa MeV ) bila menghantam sebuah inti atom dapat mengubah energi tersebut menjadi massa yang bergerak dengan kecepatan tertentu E=mc². Dalam waktu yang bersamaan muncul dari inti atom yang dikenai sinar gamma sepasang partikel yang satu positron yang bermuatan positif dan yang lain elektron bermuatan negatif. Foton yang baru dihasilkan ini harus mempunyai energi yang besarnya minimal massa kedua partikel tersebut dalam keadaan tenang atau sebelum disinar; besarnya kurang lebih 2.0,51 MeV ( besar energi minimal Foton ). Energie Foton yang berlebih akan diubah menjadi energi kinetik kedua partikel tersebut.

E.