FISIKA KUANTUM 1

1
FISIKA KUANTUM 1

• THOMAS YOUNG
• ALBERT EINSTEIN
• EFEK FOTOELEKTRIK
• EFEK COMPTON
• MAX PLANCK

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
(No Transcript)
4
(No Transcript)
5
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 sambilan
• Makalah kelas dunia (world-class)
• Hipotesis mengenai light quanta
• Hadiah Nobel

7
Speed parameter
Faktor Lorentz
Momentum
Energi total
Energi total Energi diam Energi kinetik
Hubungan antara energi dan momentum
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
Energi foton
Konstanta Plank
h 6,63 x 10-34 J.s 4,14 x 10-15 eV.s
Kecepatan foton V c
Energi diam 0
Momentum foton
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.
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
• Panjang gelombang dari foton
• Momentum dari foton

Jawab a)
13
b)
Berlaku juga untuk partikel-partikel dimana E
total gtgt 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 gt
  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 lt fo, tidak terjadi efek fotoelektrik

17
Analisis I Stopping Potential Vo
Cahaya Gelombang

• 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

18
Analisis I Stopping Potential Vo
Cahaya partikel (foton)

• 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

19
Analisis II Frekuensi cutoff fo
Cahaya Gelombang

• Menurut teori gelombang, efek fotoelektrik
  seharusnya tetap akan terjadi untuk setiap
  frekuensi asalkan intensitasnya cukup tinggi
• Ternyata untuk f lt fo, efek fotoelektrik tidak
  pernah terjadi berapapun intensitasnya
• Adanya frekuensi cutoff pada efek fotoelektrik
  tidak dapat diterangkan dengan menganggap cahaya
  adalah gelombang

20
Analisis II Frekuensi cutoff fo
Cahaya partikel (foton)

• 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 gt ?, efek
  fotoelektrik akan terjadi
• Bila frekuensinya terlalu kecil sehingga energi
  foton hf lt ?, efek fotoelektrik tidak mungkin
  terjadi
• Adanya frekuensi cutoff dapat diterangkan dengan
  menganggap cahaya adalah partikel

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

Prinsip Kekekalan Energi pada efek fotoelektrik
Einstein
Vo linier terhadap frekuensi
23
(No Transcript)
24
Contoh Soal 10.3 Tentukan besarnya work
function dari pengamatan frekuensi cutoff
Jawab