pertemuan fisika materi fiska kuantum.ppt

fisika kuantum

1. 1
FISIKA KUANTUM 1
THOMAS YOUNG
ALBERT EINSTEIN
EFEK FOTOELEKTRIK
EFEK COMPTON
MAX PLANCK

2. 2
THOMAS YOUNG
Percobaan Young (1801)
Cahaya tampak
Pola-pola terang gelap
Peristiwa interferensi
Panjang gelombang dapat diukur
Cahaya tampak adalah suatu
bentuk gelombang

3. 3

4. 4
21rrsind 
D
y
tg

5. 5
,2,1,0m,msind 
,2,1,0m,)
2
1
m(sind 
Maksimum :
Minimum :
Panjang gelombang rata-rata cahaya tampak :
570 nm  555 nm

6. 6
ALBERT EINSTEIN
Teori relativitas spesial (1905)
 Waktu dan ruang (kecepatan)
Technical expert (Swiss Patent Office)
Fisika sebagai pekerjaan sambilan
Makalah kelas dunia (world-class)
 Hipotesis mengenai light quanta
Hadiah Nobel

7. 7
c
v

2
1
1


Speed parameter : Faktor Lorentz :
Momentum :
mvp
Energi total :
2
cmE
Energi total = Energi diam + Energi kinetik
KcmE
2
 )1(cmK
2

Hubungan antara energi dan momentum :
2222
)mc()pc(E 

8. 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. 9
fhE
0m
Energi foton :
Kecepatan foton V = c Energi diam = 0
 fppchf


h
p
Momentum foton :
2222
)mc()pc(E 
h = 6,63 x 10
-34
J.s = 4,14 x 10
-15
eV.s
Konstanta Plank :

10. 10
Panjang gelombang, frekuensi dan energi dari foton
EM Waves WavelengthFrequency Energy
Gamma ray 50 fm 6 x 10
21
25 MeV
X ray 50 pm 6 x 10
18
25 keV
Ultraviolet100 nm 3 x 10
15
12 eV
Visible 550 nm 5 x 10
14
2 eV
Infrared 10 m 3 x 10
13
120 meV
Microwave 1 cm 3 x 10
10
120 eV
Radio wave 1 km 3 x 10
5
1,2 neV

11. 11
Contoh Soal 10.1 :
Cahaya kuning dari lampu gas Na mempunyai panjang gelombang
sebesar 589 nm. Tentukan energi fotonnya dalam eV.
eV11,2
m10x589
)s/m10x3)(s.eV10x14,4(
E
hc
fhE
9
815





Jawab :
Energi yang akan diperoleh sebuah elektron atau proton bila
dipercepat dengan perbedaan tegangan sebesar 2,11 V

12. 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
fm920
eV10x35,1
)s/m10x3)(s.eV10x14,4(
E
hchc
fhE
6
815





Jawab :
a)

13. 13
b)
s/mkg10x20,7
s/m10x3
)eV/J10x6,1)(eV10x35,1(
p
c
E
f
hfh
p
22
8
196








c/MeV35,1
c
)MeV35,1(
p
c
E
p


Berlaku juga untuk partikel-partikel dimana E
total
>> Energi diam

14. 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 V
ext

antara pelat P dan cawan kolektor C
Elektron akan mengalir (bergerak)
menghasilkan arus i yang melewati
pengukur arus A
Beda potensial V
ext dapat diubah-
ubah dari positip ke negatip

15. 15
 Pengamatan I : Stopping Potential V
o
Cahaya a dan b mempunyai
intensitas berbeda (b > a)
V
o
adalah beda potensial yang
diperlukan agar tidak terjadi arus
Energi potensial eV
o sama dengan
energi kinetik maksimum K
m yang
diperoleh elektron akibat tumbukan
dengan foton
Ternyata V
o
sama untuk cahaya a
dan cahaya b
Energi kinetik maksimum dari
elektron tidak tergantung pada
intensitas cahaya

16. 16
 Pengamatan II : Frekuensi cutoff f
o
Pada frekuensi f
o stopping potential V
o = 0
Untuk f < f
o, tidak terjadi efek fotoelektrik

17. 17
 Analisis I : Stopping Potential V
o
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 10
7
kali
Stopping potential yang selalu sama pada efek
fotoelektrik tidak dapat diterangkan dengan
menganggap cahaya adalah gelombang
Cahaya = Gelombang

18. 18
 Analisis I : Stopping Potential V
o
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. 19
 Analisis II : Frekuensi cutoff f
o
Menurut teori gelombang, efek fotoelektrik
seharusnya tetap akan terjadi untuk setiap
frekuensi asalkan intensitasnya cukup tinggi
Ternyata untuk f < f
o, efek fotoelektrik tidak
pernah terjadi berapapun intensitasnya
Adanya frekuensi cutoff pada efek fotoelektrik
tidak dapat diterangkan dengan menganggap
cahaya adalah gelombang
Cahaya = Gelombang

20. 20
 Analisis II : Frekuensi cutoff f
o
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. 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. 22
 Analisis Kuantitatif
 hfKKfh
mm
e
f
e
h
VKeV
omo


Prinsip Kekekalan Energi pada efek fotoelektrik
Einstein :
V
o
linier terhadap frekuensi

23. 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. 24
e
f
e
h
V
o


Hz10x3,4f
0V
14
o
o


e
f
e
h
0
o


eV8,1J10x9,2
)Hz10x3,4)(s.J10x63,6(hf
19
1434
o




Contoh Soal 10.3 :
Tentukan besarnya work function dari pengamatan frekuensi cutoff
Jawab :