pertemuan fisika materi sifat partikel cahaya.ppt

sifat partikel cahaya

1. Sifat Partikel Cahaya
Radiasi Benda Hitam
Efek Photolistrik
Foton

2. Radiasi Benda Hitam

3. Radiasi Benda Hitam
Adanya perubahan warna emisi cahaya (intensitas)
yang tergantung pada panjang gelombang (energi)
yang diberikan  tertentu
Max Planck merumuskan E = n h ν
dimana: h = 6,626 x 10
-34
J.s
∆E
atom
=
E radiasi emisi atau absorpsi
= ∆n h ν
∆E = hν

4. Efek Photolistrik
Elektron hanya akan
terlepas pada λ
tertentu dan
diindikasikan oleh
current meter
Einstein
mempostulatkan
adanya photon
(partikel berenergi)
E
photon
= hν = E
∆
atom

5. Efek Fotolistrik
Menurut hipotesis ini efek fotolistrik dapat diterangkan
dengan mudah. Rumusan empiris persamaan:
hv = K maks + hv
₀
Menurut Einstein, tiga suku dalam persamaan diatas dapat
ditafsirkan sebagai berikut:
hv = isi energi dari masing – masing kuantum cahaya
datang
K maks = energi fotoelektron maksimum
hv
₀
= energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan
sebuah elektron dari permukaan logam yang disinari.

6. EFEK FOTOLISTRIK
Tidak ada elektron yang dilepaskan oleh radiasi di
bawah frekuensi ambang, karena elektron tidak
mendapatkan energi yang cukup untuk mengatasi
ikatan atom.
Elektron yang dipancarkan biasanya disebut
fotoelektron dalam banyak buku pelajaran.

7. PENGERTIAN
Pengeluaran elektron dari suatu permukaan
(biasanya logam) ketika dikenai, dan menyerap,
radiasi magnetik (seperti cahaya tampak dan
radiasi ultraungu) yang berada di atas
frekuensi ambang tergantung pada jenis
permukaan.
Istilah lama untuk efek fotolistrik adalah efek
Hertz (yang saat ini tidak digunakan lagi).

8. TEORI
Bila permukaan logam tersebut disinari cahaya
(foton) yang memiliki energi lebih besar dari
energi ambang (fungsi kerja) logam.
Energi kinetik foto elektron yang terlepas:
Ek = h f - h fo
Ek maks = e Vo
h.f= energi foton yang menyinari logamh fo= Fo
frekuensi ambang = fungsi kerja  = energi
minimum untuk melepas elektron E= muatan
elektron bernilai = 1.6 x 10-19C Vo= potensial

9. Einstein Say:
Ketika cahaya ditembakkan ke suatu permukaan
logam, foton-fotonnya akan menumbuk elektron-
elektron pada permukaan logam tersebut sehingga
elektron itu dapat lepas.
Peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam
itu dalam fisika disebut sebagai efek fotolistrik.

10. Einstein menemukan bahwa setiap foton
mempunyai energi yang sangat besar,
bergantung pada frekuensi. Dalam fisika,
energi dari foton dituliskan sebagai
E = h x v
Simbol :
 v adalah frekuensi
 h adalah konstanta Planck.

11. Jika energi hf dari foton cahaya datang lebih kecil
dari pada energi ambang logam (hf < Wo ) maka
elektron-elektron ini tidak akan keluar dari
permukaan logam, berapapun intensitas cahaya
yang kita berikan.
Jika hf > Wo maka intensitas cahaya akan bisa
menentukan jumlah elektron yang keluar dari
permukaan logam.
Makin besar intensitas cahaya, maka makin banyak
foton yang bertumbukan dengan elektron-elektron
dekat permukaan, sehingga makin banyak elektron
yang keluar dari permukaan logam.

12. Tiga hal dari efek fotolistrik yang bertentangan
dengan teori gelombang:
Teori gelombang menyarankan bahwa tenaga kinetik
dari foto elektron harus semakin besar jika sinar
cahaya dibuat makin rapat .
Menurut teori gelombang, maka efek fotolistrik
seharusnya terjadi pada setiap frekuensi cahaya,
asalkan saja cahaya itu cukup kuat.

13. Jika tenaga fotoelektron dikumpulkan dari
gelombang yang masuk oleh plat logam, maka
tidaklah cenderung bahwa luas sasaran efektif
untuk sebuah elektron di dalam logam akan jauh
lebih besar dari pada beberapa diameter atom.
Jadi jika cahaya tersebut cukup lemah, maka harus
ada ketinggalan waktu yang dapat diukur pada
pengenaan cahaya pada permukaan dan
pelemparan.

14. Kesimpulan
Agar elektron dapat lepas dari permukaan logam
maka f > fo atau l < lo .
Ek maksimum elektron yang terlepas tidak
tergantung pada intensitas cahaya yang
digunakan, hanya tergantung pada energi atau
frekuensi cahaya. Tetapi intensitas cahaya yang
datang sebanding dengan jumlah elektron yang
terlepas dari logam.

15. Soal Latihan
Hitung energi satu photon dari sinar ultraviolet
(λ = 1 x 10
-8
m) visible (λ = 5 x 10
-7
m)dan
infrared (λ = 1 x 10
-4
m)

19. Peyebaran Compton
Penyebaran Compton adalah suatu efek yang merupakan bagian
interaksi sebuah penyinaran terhadap suatu materi.
Efek Compton adalah salah satu dari 3 proses yang melemahkan energi
suatu sinar ionisasi.
Bila suatu sinar sinar jatuh pada permukaan suatu materi sebagian dari
energinya akan diberikan kepada materi tersebut. Sedangkan sinar itu
sendiri akan disebarkan.
Cth:
Elemen dalam sistem periodik dengan nomer atom yang besar seperti
timbal akan menyerap energi sinar ionisasi efek fotolistrik, sedangkan
elemen yang bernomor kecilakan menyebarkan sinar ionisasi tersebut.

20. Peyebaran sinar rontgen pada dasarnya lebih kuat dari sinar
cahaya yang dapat dilihat polychromatik.
Bahkan sinar rontgen normal pada perjalanannya di udara
mengalami penyebaran, ini menjadi sumber bahaya didalam
rontgen didalam kedokteran bila tanpa pakaian khusus.
Pada penyebarannya energi sinar rontgen tidak berubah,
yang berubah adalah arah bergeraknya.

21. Foton
Foton adalah partikel elementer dalam fenomena
elektromagnetik. Biasanya foton dianggap sebagai
pembawa radiasi elektromagnetik.
Seperti : cahaya, gelombang radio dan sinar – X
Foton berbeda dengan partikel elementer lain
seperti elektron dan quark, karena ia tidak
bermassa dan dalam ruang vakum foton selalu
bergerak dengan kecepatan cahaya c.
Foton memiliki baik sifat gelombang maupun sifat
partikel (‘dualisme gelombang-partikel”)

22. Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi
dengan materi dengan memindahkan energi sejumlah:
Dimana h adalah konstanta Planck, c adalah laju
cahaya dan λ adalah panjang gelombang.
Selain energi partikel, foton juga membawa
momentum dan memiliki polarisasi. Sebagai contoh
meskipun sebuah foton dapat mengeksitasi satu
molekul tertentu, sering tidak mungkin meramalkan
sebelumnya molekul mana yang akan tereksitasi.

hc
E

23. Eksitasi adalah suatu proses penyerahan energi
radiasi ke suatu atom atau molekul tanpa
mengakibatkan ionisasi.
Definisi foton sebagai pembawa radiasi
elektromagnetik biasa digunakan oleh para
fisikawan. Namun dalam fisika teoritis sebuah foton
dianggap sebagai mediator untuk segala jenis
interaksi elektromagnetik. Sperti medan magnet dan
gaya tolak menolak pada muatan sejenis.

24. Konsep modern foton dikembangkan secra berangsur-angsur antara
1905 – 1917 oleh Albert Einstein untuk menjelaskan pengamatan yang
tidak memenuhi model klasik untuk cahaya.
Model foton khususnya memperhitungkan ketergantungan energi
cahaya terhadap frekuensi, dan menjelaskan kemampuan materi dan
radiasi elektromagnetik untuk berada dalam kesetimbangan termal.
Fisikawan lain mencoba menjelaskan anomali (ketidaknormalan) ini
dengan model semiklasik, yang masih menggunakan persamaan
Maxwell untuk mendiskripsikan cahaya.

25. Namun dalam model ini obyek material yang menyerap cahaya
dikuantisasi. Meskipun model-model semiklasik ikut menyumbang dan
pengembangan mekanika kuantum, percobaan-percobaan lebih lanjutan
membuktikan hipotesis Einstein bahwa cahaya itu sendirilah yang
terkuantisasi.
Konsep Foton dapat diterapkan seperti pada laser, kondensasi Bose-
Einstein, Teori Medan Kuantum, Interpretasi Probabilistik dari mekanika
kuantum, fotokimia, mikroskopi, resolusi tinggi dan pengukuran jarak
molekuler.

26. Foton awalnya dinamakan sebagai kuantum cahaya oleh Albert Einstein.
Nama modern “photon” berasal dari bahasa Yunani untuk cahaya.
Kemudian dilanjutkan oleh kimiawan Glibert N. Lewis yang menerbitkan
teori spekulatif yang menyebutkan tentang foton “tidak dapat
diciptakan dan dimusnahkan”. Meskipun teori ini tidak dapat diterima
karena bertentangan dengan hasil banyak percobaan, nama barunya
photon.
Nomenklatur Foton

27. Arthur Compton sebagai orang yang pertama kali mendefinisikan
kuantum cahaya sebagai foton pada tahun 1927.
Dalam fisika foton biasa dilambangkan dalam Gamma (ϒ) simbol ini
berasal dari sinar gamma, yang ditemukan oleh Villard, dan dibuktikan
sebagai salah satu bentuk radiasi elektromagnetik pada tahun 1914 oleh
Ernest Rutherford dan Edward Andrade.

28. Foton tidak bermassa, tidak memiliki muatan listrik, dan tidak meluruh
secara spontan diruang hampa. Sebuah foton memiliki dua keadaan
polarisasi yang dimungkinkan, dan dapat dideskripsikan dengan tiga
parameter kontinu komponen-komponen vektor gelombang yang
menentukan panjang gelombangnya dan arah rambatnya.
SIFAT – SIFAT FISIK

29. Foton diemisikan dalam banyak proses alamiah, contohnya ketika
muatan dipercepat, saat transisi molekuler, atomik atau nuklir ke
tingkat energi yang lebih rendah, atau ketika sebuah partikel dan
antipartikel bertumbukan saling memusnahkan.
Foton diserap dalam proses dengan waktu. Contoh dalam produksi
pasangan partikel-antipartikel, atau dalam transisi molekuler, atomik
atau nuklir ke tingkat yang lebih tinggi.
Dalam ruang hampa foton bergerak dengan laju c (laju cahaya).
Energinya E dan momentum p dihubungkan dalam persamaan E = p.c,
dimana p memiliki nilai momentum.