Gejala Kuantum 3

8/17/2019 Gejala Kuantum 3

1/24

Gejala Kuantum

PENDAHULUAN

Dalam fsika modern eek otolistrik, hamburan Compton dan konsep

oton merupakan salah satu pokok bahasan yang mempunyai kedudukan

istimewa karena interpretasi mekanisme terjadinya peristiwa ini telahmengantarkan fsika pada tahapan baru yang melahirkan fsika kuantum.

Karenanya pemahaman yang optimal mengenai ketiga materi tersebut pada

pembelajaran fsika modern amat diperlukan sehingga kegiatan laboratorium

yang tidak dapat terlaksana perlu digantikan dengan kegiatan serupa. Salah

satu alternati yang dapat ditempuh adalah dengan merancang kegiatan

eksperimen virtual yang memanaatkan program aplikasi komputer untuk

menampilkan hasil perhitungan yang disertai dengan animasi dan simulasi.

asalah yang akan dibahas dalam makalah ini antara lain !

". #pa itu eek otolistrik$

%. #pa itu hamburan compton$

&. 'agaimana konsep oton$

(. #pa itu radiasi benda hitam$

'erdasarkan rumusan masalah di atas, pembahasan materi dari

makalah ini bertujuan untuk !

". engetahui eek otolistrik

%. engetahui hamburan Compton

&. engetahui konsep oton

(. engetahui radiasi benda hitam

GEJALA KUANTUM

I. EFEK FOTO LISTRIK

a. )engertian *ek +otolistrik

*ek otolistrik adalah munculnya arus listrik akibat permukaan suatu

bahan logam disinari. #rus listrik yang muncul ini adalah arus elektron yang

bermuatan negati. Sinar yang datang di permukaan bahan adalah

menyebabkan elektron dari bahan keluar dan lepas dari bahan.

Dalam pengertian yang lain, *ek oto listrik adalah peristiwa

terlepasnya elektron dari permukaan suatu at -logam, bila permukaan logam

tersebut disinari cahaya -oton yang memiliki energi lebih besar dari energi

ambang -ungsi kerja logam.

http://destyylestari15.blogspot.com/2013/09/gejala-kuantum.htmlhttp://destyylestari15.blogspot.com/2013/09/gejala-kuantum.html


2/24

)ada eek otolistrik, permukaan sebuah logam disinari dengan

seberkas cahaya, dan sejumlah elektron terpancar dari permukaannya.

Dalam studi eksperimental terhadap eek otolistrik, kita mengukur

bagaimana laju dan energi kinetik elektron yang terpancar bergantung pada

intensitas dan panjang gelombang sumber cahaya. )ercobaan ini harusdilakukan dalam ruang hampa, agar elektron tidak kehilangan energinya

karena bertumbukan dengan molekul/molekul udara.

Susunan percobaan ini diperlihatkan pada gambar berikut. 0aju

pancaran elektron diukur sebagai arus listrik pada rangkaian luar dengan

menggunakan sebuah ammeter, sedangkan energi kinetiknya ditentukan

dengan mengenakan suatu potensial perlambat pada anoda sehingga

elektron tidak mempunyai energi yang cukup untuk 1memanjati2 bukit

potensial yang terpasang. Secara eksperimen, tegangan perlambat terus

diperbesar hingga pembacaan arus pada ammeter menurun ke nol.

3egangan yang bersangkutan ini disebut potensial henti -stopping potential

4s. Karena elektron yang berenergi tertinggi tidak dapat melewati potensial

henti ini, maka pengukuran 4s merupakan suatu cara untuk menentukan

energi kinetik maksimum elektron K maks !

K maks 5 e 4s

e adalah muatan elektron. 6ilai khas 4s adalah dalam orde beberapa volt.

Suatu berkas cahaya yang didatangkan pada permukaan logam alkali

-0i, 6a, K, Cs akan menyebabkan terjadinya eek otolistrik. Secara skematik

rangkaian eksperimen eek otolistrik terdiri atas dua plat logam -elektroda,

yang ditempatkan dalam vakum dan terpisah pada jarak tertentu, dan

dihubungkan dengan amperemeter dan potensiometer -yang dilengkapi

dengan voltmeter dalam suatu rangkaian seri.

Ketika pertama kali peristiwa ini ditemukan oleh 7ert pada tahun "889,

interaksi antara berkas cahaya dan elektron/elektron logam menunjukkan

beberapa siat yang belum pernah dikenal sebelumnya, yaitu!

". *ek otolistrik hanya terjadi pada rekuensi cahaya yang lebih besar

daripada harga minimum tertentu -rekuensi ambang yang bergantung pada

jenis logam yang disinari

%. terjadinya eek otolistrik hampir bersamaan dengan saat datangnya sinar

pada plat logam.

&. energi kinetik maksimum elektron otolistrik pada logam tertentu hanya

bergantung pada rekuensi berkas cahaya yang datang, tidak bergantung

pada intensitas cahaya yang datang.

(. besar arus otolistrik sebanding dengan intensitas cahaya yang datang.


3/24

Siat/siat di atas hanya dapat dijelaskan jika cahaya yang datang

pada permukaan logam diperlukan sebagai paket/paket energi yang disebut.

Dengan mengadopsi teori radiasi benda hitam *instein menyatakan bahwa

besar energi masing/masing oton tersebut hanya ditentukan oleh rekuensi -

oton, dengan h suatu konstanta yang besarnya :,:%:;"


4/24

bahwa seharusnya masih mungkin bagi suatu gelombang elektromagnet

memberikan energi yang cukup guna melepaskan elektron.

Kita dapat menaksir secara kasar waktu yang diperlukan sebuah atom

untuk menyerap energi secukupnya gna melepaskan sebuah elektron.

Sebagai sumber cahaya kita pilih sebuah laser berintensitas sedang, sepertilaser helium/neon yang mungkin telah anda lihat dalam laboratorium.

Keluaran daya yang dihasilkan laser seperti ini, paling tinggi "


5/24

) 5

Dengan menggabungkan kedua persamaan tersebut, kita dapati hubungan

langsung berikut antara panjang gelombang dan momentum oton!

3eori *instein segera terbukti dapat menjelaskan semua akta eekotoelektrik yang diamati. #ndaikanlah kita menganggap bahwa sebuah

elektron terikat dalam logam dengan energi B, yang dikenal sebagai ungsi

kerja. 0ogam yang berbeda memiliki ungsi berbeda pula> salah satu contoh

datarnya diperlihatkan dalam tabel berikut. ntuk mengeluarkan sebuah

elektron dari permukaan suatu logam, kita harus memasok energi sekurang/

kurangnya sebesar B. =ika hv E B, tidak terjadi eek otolistrik> jika hv E B,

maka elektron akan terpental keluar dan kelebihan energi yang dipasok

berubah menjadi energi kinetiknya. *nergi kinetik maksimum yang dimiliki

elektron yang terpental keluar dari permukaan logam adalah!

K maks 5 hv F B

ntuk elektron yang berada jauh di bawah permukaan logam,

dibutuhkan energi yang lebih besar daripada B dan beberapa di antaranya

keluar dengan energi kinetik yang lebih rendah.

Sebuah oton yang memasok energi sebesar B, yang adalah tepat

sama dengan energi yang dibutuhkan untuk melepaskan sebuah elektron,

berkaitan dengan cahaya yang panjang gelombangnya sama dengan

panjang gelombang pancung. )ada panjang gelombang ini, tidak ada

kelebihan energi yang tersisa bagi energi kinetik bagi otoelektron, sehingga

persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi

B 5 hv 5

Karena kita memperoleh satu otoelektron untuk setiap oton yang

terserap, maka penaikan intensitas sumber cahaya akan berakibat semakin

banyak otoelektron yang dipancarkan, namun demikian semua otoelektron

ini akan memiliki energi kinetik yang sama, karena semua oton memilki

energi yang sama.

b. )engamat *ek +otolistrik

Dalam perjalanan sejarah, eksperimen mengenai eek otolistrik

ini telah diamati oleh beberapa orang ahli yaitu !

". 7allwach - tahun"889

7allwach mengamati bahwa pelat yang dilapisi seng yang

bermuatan negati akan kehilangam muatannya jika disinari

ultraviolet.

%. 0enard - tahun"A


6/24

0enard mengamati bahwa jika pelat -seng disniari dengan sinar

ultraviolet, maka elektron akan lepas dan meninggalkan pelat.

7asil pengamatan 0enard tahun "A


7/24

enurut postulat )lanck, oton/oton yang sampai ke katoda akan

diserap sebagai kuantum enrgi. Ketika elektron menyerap oton,

maka elektron mendapat sejumlah energi yang dibawa oton yaitu

h. *nergi yang diperoleh ini sebagian digunakan elektron untuk

melepaskan diri dari bahan dan sisanya digunakan untuk bergerakmenjadi energi kinetik elektron. 'esarnya energi yang diperlukan

oleh elektron untuk melepaskan diri dari bahan -melawan energi

ikat elektron dalam bahan disebut ungsi kerja -G. Secara

matematik dapat dituliskan !

*k 5 h / G -%

)ersamaan -% disebut persamaan oto listrik *instein.

Dari persamaan -" dan -% dapat diperoleh !

e 4o 5 h / G -&

Dengan eksprimen, kita dapat mencari harga potensial penyetop

untuk suatu harga rekuensi sinar datang. Dari berbagai harga

rekuensi sinar datang, akan didapat berbagai harga potensial

penyetop. =ika dibuat kurva e4o terhadap rekuensi, akan diperoleh

kurva berbentuk linier. Dengan mengeplot grafk hubungan antara

e4o dengan akan didapatkan persamaan garis e4o 5 m H c, jika

kita melihat persamaan -& maka dapat diperoleh !

m 5 h >

c 5 G

)engamatan eek oto listrik sangat sesuai dengan teori *instein

mengenai oton yang dilakukan oleh ilikan pada tahun "A":.

ilikan menggunakan bahan lithium sebagai katoda dan

mendapatkan hasil nilai tetapan h besarnya :,:9 I "


8/24

Lambar ! )engamatan eksperimen eek otolistrik

Keterangan gambar !

K 5 katode -terbuat dari bahan logam

# 5 anode -penampung elektron yang dipancarkan oleh katodeL 5 galvanometer -alat untuk mengamati ada tidaknya arus

listrik

3erjadinya eek otolistrik adalah sebagai berikut !

Sinar yang dipancarkan oleh lampu pada katoda dapat menyebabkan

elektron keluar dan meninggalkan katode. Karena katode dihubungkan

dengan kutub positi baterai, maka potensial anode lebih rendah dari

pada potensial katode. Dalam keadaan demikian, elektron dalam ruang

antara katode dan anode akan tertarik menuju katode yang

potensialnya yang lebih tinggi. Semakin besar beda potensial, semakin

besar pula gaya dorong pada elektron. *lektron yang terdorng ini

adalah yang keluar dari katode.

=ika energi kinetik elektron cukup besar meskipun ada beda potensial

itu elektron tetap dapat bergerak menuju anode. #liran elektron ini

merupakan arus listrik dan dapat diamati dengan galvanometer. =ika

beda potensial cukup besar, dapat menyebabkan elektron tak dapat

sampai ke anode. 'eda potensial yang tepat akan menahan pancaran

elektron disebut sebagai potensial penyetop. )ada keadaan tersebut,

berarti energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan tepat sama

dengan beda energi potensial listrik elektron antara anode dan katode.

Dari eksperimen diketahui bahwa energi kinetik -maksimum akan

naik jika rekuensi sinar datang lebih besar. Kemudian, jumlah elektron

yang dibebaskan akan bertambah jika intensitas cahaya dinaikkan. 7asil

percobaan ini telah mematahkan teori gelombang klasik.

Dalam teori gelombang klasik, intensitas cahaya adalah besarnya

kerapatan laju energi -gelombang cahaya. Dengan demikian, jika

intensitas cahaya yang datang pada permukaan bahan makin besar

berarti laju energi atau energi perdetik yang datang pada permukaan

bahan juga makin besar. Karena energi yang datang makin besar, maka

seharusnya jumlah elektron yang dipancarkan juga makin besar.

Di samping itu, seharusnya elektron dapat terpancar dari pelat

asalkan intensitasnya -energinya cukup, berapapun panjang

gelombang sinar yang digunakan. #kan tetapi, dari hasil eksperimen

diketahui bahwa energi kinetik elektron yang dilepaskan bahan tidak


9/24

bergantung kepada intensitas cahaya yang digunakan. =uga dari hasil

eksperimen diketahui bahwa elektron tak dapat dipancarkan pada

sembarang nilai panjang gelombang, meskipun intensitasnya di buat

besar. Dari sini, tampak bahwa teori gelombang klasik tak dapat

digunakan untuk menjelaskan hasil eksperimen gejala otolistrik.Lagasan ini diperluas oleh *instein lima tahun setelah itu. Dalam

makalah ilmiah tentang eek otolistrik, menurut *instein, cahaya terdiri

dari partikel/partikel yang kemudian disebut sebagai oton. Ketika

cahaya ditembakkan ke suatu permukaan logam, oton/otonnya akan

menumbuk elektron/elektron pada permukaan logam tersebut sehingga

elektron itu dapat lepas. )eristiwa lepasnya elektron dari permukaan

logam itu dalam fsika disebut sebagai eek otolistrik.

*instein menemukan bahwa setiap oton mempunyai energi yang

sangat besar, bergantung pada rekuensi. Dalam fsika, energi dari oton

dituliskan sebagai

* 5 h

Simbol adalah rekuensi dan h adalah konstanta )lanck.

*nergi kinetik oto elektron yang terlepas!

*k 5 h / h o

*k 5 h / Bo

*k maks 5 e 4o

h 5 energi oton yang menyinari logam

h o 5 +o rekuensi ambang 5 ungsi kerja5 energi minimum untuk melepas elektron

e 5 muatan elektron 5 ".: I "


10/24

digunakan, hanya tergantung pada energi atau rekuensi cahaya.

3etapi intensitas cahaya yang datang sebanding dengan jumlah

elektron yang terlepas dari logam. Dengan bantuan peralatan

elektronika saat itu suara dubbing flm direkam dalam bentuk sinyal

optik di sepanjang pinggiran keping flm. )ada saat flm diputar, sinyalini dibaca kembali melalui proses eek otolistrik dan sinyal listriknya

diperkuat dengan menggunakan amplifer tabung sehingga

menghasilkan flm bersuara.

#plikasi paling populer di kalangan akademis adalah tabung oto/

pengganda - photomultiplier tube. Dengan menggunakan tabung ini

hampir semua spektrum radiasi elektromagnetik dapat diamati.

3abung ini memiliki efsiensi yang sangat tinggi, bahkan ia sanggup

mendeteksi oton tunggal sekalipun. Dengan menggunakan tabung ini,

kelompok peneliti Superkamiokande di =epang berhasil menyelidiki

massa neutrino yang akhirnya dianugrahi hadiah 6obel pada tahun

%


11/24

II. HAMBURAN COMPTON

3anggal ini pada "8A%, fsikawan #merika dan 6obelis bidang +isika

"A%9 #rthur 7olly Compton lahir di Booster, Ohio. #rthur adalah putra *lias

Compton, proesor dan dekan ilmu flsaat di College o Booster.

Di College o Booster pula, #rthur belajar dan meraih gelarsarjananya pada "A"&. Kemudian selama tiga tahun melakukan penelitian

pasca sarjana di )rinceton niversity. Lelar )h.D diraihnya pada "A":.

Di )rinceton, ia berhasil menemukan sebuah metode elegan untuk

mendemonstrasikan rotasi bumi. 6amun, sumbanganya yang terkenal

adalah penelitian dalam lapangan sinar/M. Pa mengembangkan teori

intensitas pantulan sinar M dari kristal/kristal.

)ada "A"8 ia mulai meneliti penghamburan sinar M. )enelitian ini

membawanya pada penemuan bahwa peningkatan panjang gelombang sinar

M diperlukan untuk menghamburkan radiasi yang terbentuk oleh electron/

elektron bebas. Pmplikasinya, kuanta yang dihamburkan memiliki energi

yang sedikit ketimbang kuanta dari sorotan asli. *ek ini kemudian dikenal

sebagai *ek Compton yang mengilustrasikan konsep partikel dari radiasi

elektromagnetik. )enemuan ini diperkuat oleh penelitian Charles 3homson

Jees Bilson dari niversity o Cambridge, Pnggris melalui metode ruang

awannya untuk menunjukkan keberadaan dari jalur lompatan elektron/

elektron.

ntuk penemuan itu, #rthur dan Charles dianugerahi 7adiah 6obel

'idang +isika tahun "A%9. Selain itu, #rthur dan C. +. 7agenow menemukan

enomena dari pantulan total sinar M dan polarisasi lengkapnya. )enemuan

ini mengarah pada penentuan dengan cermat jumlah electron dalam sebuah

atom.

)eriode "A&


12/24

menemukan bahwa panjang gelombang sinar M bertambah jika

mengalami hamburan, dan pada "A%& ia bisa menerangkannya menurut

teori kuantum cahaya. )ekerjaan ini telah meyakinkan orang akan kebenaran

realitas oton> sebenarnya Compton sendirilah yang mengajukan kata

QotonQ. Setelah menerima 7adiah 6obel +isika pada "A%9, ia bekerja

di niversitas Chicago untuk mempelajari sinar kosmik dan membantu

menjelaskan bahsa sebenarnya sinar ini terdiri atas partikel yang bergerak

cepat -ternyata sekarang partikel itu ialah inti atom, dan sebagian besar

ialah proton yang berputar dalam ruang dan bukan sinar gamma. Pa

membuktikan hal ini dengan memperlihatkan bahwa intensitas sinar kosmik

berubah terhadap lintang, dan hal ini hanya bisa diterima jika partikel itu

ialah ion yang lintasannya dipengaruhi medan magnetbumi. Selama )D PP, ia

merupakan salah satu tokoh pimpinan yang mengembangkanbom atom.

)ada tahun "A%&, Compton mempelajari gejala/gejala tumbukan

antara oton dan elektron. 'erkas gelombang elektromagnetik yang

bersumber pada bahan radioakti dikenakan pada keping tipis berilium.

Kemudian, pada arah/arah tertentu dipasang alat pengamat -detektor

elektron dan oton yang diatur agar hanya dapat mengamati pasangan

elektron dan oton yang datang secara serentak. Conpton mendapatkan

suatu kesimpulan bahwa paket/paket energi gelombang elektromagnetik itu

dapat berungsi sebagai partikel dengan momentum sebesar,

Dengan poton 5 momentum, h 5 energi oton, ? 5 panjang

gelombang.

=adi, sudah tidak disangsikan lagi bahwa cahaya memiliki

siat kembar -dualisme sebagai gelombang dan sebagai partikel. Skema

percobaan tumbukan oton dengan elektron oleh Compton dapat dilihat

pada gambar.

a *lektron diam, oton datang dengan panjang gelombang ?

b *lektron terpental dengan dengan momentum p, oton terhambur

dengan panjang gelombang lebih panjang ?; dan momentum ); yang

membentuk sudut G dengan arah oton datar.

http://id.wikipedia.org/wiki/Gelombanghttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_Xhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hamburan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/1923http://id.wikipedia.org/wiki/Fotonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Hadiah_Nobel_Fisikahttp://id.wikipedia.org/wiki/1927http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Universitas_Chicago&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_kosmikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinarhttp://id.wikipedia.org/wiki/Inti_atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Protonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_gammahttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnethttp://id.wikipedia.org/wiki/Bumihttp://id.wikipedia.org/wiki/PD_IIhttp://id.wikipedia.org/wiki/Bom_atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gelombanghttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_Xhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hamburan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/1923http://id.wikipedia.org/wiki/Fotonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Hadiah_Nobel_Fisikahttp://id.wikipedia.org/wiki/1927http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Universitas_Chicago&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_kosmikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinarhttp://id.wikipedia.org/wiki/Inti_atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Protonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_gammahttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnethttp://id.wikipedia.org/wiki/Bumihttp://id.wikipedia.org/wiki/PD_IIhttp://id.wikipedia.org/wiki/Bom_atom


13/24

Setelah terjadi tumbukan antara oton dan elektron, oton kehilangan

energinya sebesar -h/h;, dalam hal ini ;E sedangkan panjang

gelombang setelah tumbukan akan bertambah besar, yaitu ?;N?. 'ila

penyimpangan arah oton setelah tumbukan adalah G terhadap arahnya

semula, maka hubungan antara ? dan ?; memenuhi?;/ ? 5

dengan,

? 5 panjang gelombang oton sebelum tumbukan

?; 5 panjang gelombang oton setelah tumbukan

m 5 massa elektron yang terpental

c 5 kecepatan cahaya

h 5 tetapan )lanck

G 5 sudut penyimpangan oton terhadap arah semula

a

)anjang Lelombang Compton

Dari persamaan kita lihat bahwa perubahan panjang

gelombang terbesar yang dapat terjadi ialah pada G 5 "8


14/24

menunjukkan pergeseran panjang gelombang, tetapi pada masing/

masing sudut sinar/I hambur termasuk juga sinar/I dengan panjang

gelombang awal. 7al ini tidak terlalu sukar untuk dimengerti. Dalam

penurunan persamaan tadi dianggap bahwa partikel hambur dapat

bergerak bebas, sesuatu anggapan yang nalar, karena banyakelektron dalam materi terikat lemah pada atom induknya. 6amun, ada

elektron lainnya yang terikat kuat dan jika elektron ini ditumbuk oleh

sebuah oton, seluruh atom bergerak, bukan hanya elektron

tunggalnya. Dalam kejadian seperti ini, besar m yang dipakai dalam

persamaan ialah massa seluruh atom yang besarnya beberapa puluh

ribu kali besar dari massa elektron, sehingga hasil pergeseran

Comptonnya sedemikian kecil sehinnga tidak terdeteksi

III. KONSEP POTON

+oton adalah partikel elementer dalam enomena elektromagnetik.

'iasanya oton dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik, seperti

cahaya, gelombang radio, dan Sinar/M. +oton berbeda dengan partikel

elementer lain seperti elektron dan Ruark, karena ia tidak bermassa dan

dalam ruang vakum oton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya, c.

+oton memiliki baik siat gelombang maupun partikel -Qdualisme gelombang/

partikelQ.

Sebagai gelombang, satu oton tunggal tersebar di seluruh ruang dan

menunjukkan enomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa

dan intererensi destrukti ketika gelombang terpantulkan saling

memusnahkan satu sama lain.

Sebagai partikel, oton hanya dapat berinteraksi dengan materi

dengan memindahkan energi sejumlah!

*5

Di mana adalah konstanta )lanck, adalah laju cahaya, dan adalah

panjang gelombangnya.

Selain energi partikel oton juga membawamomentum dan

memiliki polarisasi. +oton mematuhi hukum mekanika kuantum, yang berarti

kerap kali besaran/besaran tersebut tidak dapat diukur dengan cermat.

'iasanya besaran/besaran tersebut didefnisikan sebagai probabilitas

mengukur polarisasi, posisi, atau momentum tertentu.


15/24

Sebagai contoh, meskipun sebuah oton dapat mengeksitasi

satu molekul tertentu, sering tidak mungkin meramalkan sebelumnya

molekul yang mana yang akan tereksitasi.

Deskripsi oton sebagai pembawa radiasi elektromagnetik biasa

digunakan oleh para fsikawan. 6amun dalam fsika teoretis sebuah otondapat dianggap sebagai mediator buat segala jenis interaksi

elektromagnetik, sepertimedan magnet dan gaya tolak/menolak antara

muatan sejenis.

Konsep modern oton dikembangkan secara berangsur/angsur antara

"A


16/24

elektromagnetikcahaya -oton dari sumber radiasi. #da

beberapa sumber radiasi yang kita kenal di sekitar kehidupan

kita, contohnya adalah televisi, lampu penerangan, alat pemanas

makanan -microwave oven, komputer, dan lain/lain.

Selain benda/benda tersebut ada sumber/sumber radiasiyang bersiat unsur alamiah dan berada di udara, di dalam air

atau berada di dalam lapisan bumi. 'eberapa di antaranya

adalah ranium dan 3horium di dalam lapisan bumi> Karbon dan

Jadon di udara serta 3ritium dan Deuterium yang ada di dalam

air.

)erbedaan Jadiasi dalam bentuk partikel dan radiasi dalam

bentuk gelombang elektromagnetik yaitu radiasi dalam bentuk

partikel adalah jenis radiasi yang mempunyai massa terukur.

Sebagai contoh adalah radiasi alpha dengan simbol!

%(

angka ( pada simbol radiasi menunjukkan jumlah massa dari

radiasi tersebut adalah ( satuan massa atom -sma dan angka %

menunjukkan jumlah muatan radiasi tersebut adalah positi %,

serta radiasi beta dengan simbol!

/"T<

menunjukkan bahwa jumlah massa dari jenis radiasi tersebut

adalah < dan jumlah muatannya adalah " negati, sedangkan

radiasi neutron dengan simbol!

"U<

menunjukkan bahwa jumlah massa dari neutron adalah " sma

dan jumlah muatannya adalah


17/24

nuklir, reaktor nuklir, dan at radioakti, tetapi juga dapat

merujuk kepada radiasi elektromagnetik -yaitu, gelombang radio,

cahaya inramerah, cahaya tampak, sinar ultra violet, dan M/ray,

radiasi akustik, atau untuk proses lain yang lebih jelas. #pa yang

membuat radiasi adalah bahwa energi memancarkan -yaitu,bergerak ke luar dalam garis lurus ke segala arah dari suatu

sumber. geometri ini secara alami mengarah pada sistem

pengukuran dan unit fsik yang sama berlaku untuk semua jenis

radiasi. 'eberapa radiasi dapat berbahaya.

a

Jadiasi Ponisasi

Jadiasi pengion adalah jenis radiasi yang dapat

menyebabkan proses ionisasi -terbentuknya ion positi dan ion

negati apabila berinteraksi dengan materi.

'eberapa jenis radiasi memiliki energi yang cukup untuk

mengionisasi partikel. Secara umum, hal ini melibatkan sebuah

elektron yang VterlemparV dari cangkang atom elektron, yang

akan memberikan muatan -positi. 7al ini sering mengganggu

dalam sistem biologi, dan dapat menyebabkan mutasi dan

kanker. =enis radiasi umumnya terjadi di limbah radioakti

peluruhan radioakti dan sampah.

3iga jenis utama radiasi ditemukan oleh *rnest Jutherord,

#la, 'eta, dan sinar gamma. radiasi tersebut ditemukan melalui

percobaan sederhana, Jutherord menggunakan sumber

radioakti dan menemukan bahwa sinar menghasilkan memukul

tiga daerah yang berbeda. Salah satu dari mereka menjadi

positi, salah satu dari mereka bersikap netral, dan salah satu

dari mereka yang negati. Dengan data ini, Jutherord

menyimpulkan radiasi yang terdiri dari tiga sinar. 'eliau

memberi nama yang diambil dari tiga huru pertama dari abjad

Wunani yaitu ala, beta, dan gamma.

b Jadiasi non/ionisasi

Jadiasi non/ionisasi, sebaliknya, mengacu pada jenis radiasi

yang tidak membawa energi yang cukup per oton untuk

mengionisasi atom atau molekul. Pni terutama mengacu pada

bentuk energi yang lebih rendah dari radiasi elektromagnetik

-yaitu, gelombang radio, gelombang mikro, radiasi terahert,

cahaya inramerah, dan cahaya yang tampak. Dampak dari


18/24

bentuk radiasi pada jaringan hidup hanya baru/baru ini telah

dipelajari. #lih/alih membentuk ion berenergi ketika melewati

materi, radiasi elektromagnetik memiliki energi yang cukup

hanya untuk mengubah rotasi, getaran atau elektronik

konfgurasi valensi molekul dan atom. 6amun demikian, eekbiologis yang berbeda diamati untuk berbagai jenis radiasi non/

ionisasi

c

Jadiasi 6eutron

Jadiasi 6eutron adalah jenis radiasi non/ion yang terdiri

dari neutron bebas. 6eutron ini bisa mengeluarkan selama baik

spontan atau induksi fsi nuklir, proses usi nuklir, atau dari

reaksi nuklir lainnya. Pa tidak mengionisasi atom dengan cara

yang sama bahwa partikel bermuatan seperti proton dan

elektron tidak -menarik elektron, karena neutron tidak memiliki

muatan. 6amun, neutron mudah bereaksi dengan inti atom dari

berbagai elemen, membuat isotop yang tidak stabil dan karena

itu mendorong radioaktivitas dalam materi yang sebelumnya

non/radioakti. )roses ini dikenal sebagai aktivasi neutron.

d Jadiasi elektromagnetik

Jadiasi elektromagnetik mengambil bentuk gelombang

yang menyebar dalam udara kosong atau dalam materi. Jadiasi

* memiliki komponen medan listrik dan magnetik yang

berosilasi pada ase saling tegak lurus dan ke arah propagasi

energi. Jadiasi elektromagnetik diklasifkasikan ke dalam jenis

menurut rekuensi gelombang, jenis ini termasuk -dalam rangka

peningkatan rekuensi! gelombang radio, gelombang mikro,

radiasi terahert, radiasi inramerah, cahaya yang terlihat,

radiasi ultraviolet, sinar/M dan sinar gamma. Dari jumlah

tersebut, gelombang radio memiliki panjang gelombang

terpanjang dan sinar gamma memiliki terpendek. Sebuah

jendela kecil rekuensi, yang disebut spektrum yang dapat

dilihat atau cahaya, yang dilihat dengan mata berbagai

organisme, dengan variasi batas spektrum sempit ini. *

radiasi membawa energi dan momentum, yang dapat

disampaikan ketika berinteraksi dengan materi.

e Cahaya


19/24

Cahaya adalah radiasi elektromagnetik dari panjang

gelombang yang terlihat oleh mata manusia -sekitar (


20/24

Satuan radiasi ada beberapa macam. Satuan radiasi ini

tergantung pada kriteria penggunaannya, yaitu !

". Satuan untuk paparan radiasi adalah Jontgen, dengan simbol

satuan J.

%.

Satuan untuk dosis absorbsi medium adalah Jadiation#bsorbed Dose, dengan simbol satuan Jad.

&. Satuan untuk dosis ekuivalen adalah Jontgen eRuivalen o

man, dengan simbol satuan Jem.

(. Satuan untuk aktivitas sumber radiasi adalah 'acRuerel,

dengan simbol satuan 'R.

d.

Jadiasi 'enda 7itam

Secara umum bentuk terperinci dari spektrum radiasi panas yang

dipancarkan oleh suatu benda panas bergantung pada komposisi

benda itu. Balaupun demikian, hasil eksperimen menunjukkan

bahwa ada satu kelas benda panas yang memancarkan pektra

panas dengan karakter universal. 'enda ini adalah benda hitam

atau black body . 'enda hitam didefnisikan sebagai sebuah benda

yang menyerap semua radiasi yang datang adanya. Dengan kata

lain, tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam.

=adi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas

yang besarnya sama dengan satu.

Seperti yang telah kalian ketahui, bahwa emisivitas -daya

pancar merupakan karakteristik suatu materi, yang menunjukkan

perbandingan daya yang dipancarkan per satuan luas oleh suatu

permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam pada

temperatur yang sama. Sementara itu, absorptansi -daya serap

merupakan perbandingan Xuks pancaran atau Xuks cahaya yang

diserap oleh suatu benda terhadap Xuks yang tiba pada benda itu.

'enda hitam ideal digambarkan oleh suatu rongga hitam dengan

lubang kecil. Sekali suatu cahaya memasuki rongga itu melalui

lubang tersebut, berkas itu akan dipantulkan berkali/kali di dalam

rongga tanpa sempat keluar lagi dari lubang tadi. Setiap kali

dipantulkan, sinar akan diserap dinding/dinding berwarna hitam.

'enda hitam akan menyerap cahaya sekitarnya jika suhunya lebih

rendah daripada suhu sekitarnya dan akan memancarkan cahaya

ke sekitarnya jika suhunya lebih tinggi daripada suhu sekitarnya.

7al ini ditunjukkan pada dibawah. 'enda hitam yang dipanasi

sampai suhu yang cukup tinggi akan tampak membara.


21/24

Lambar no.& Y ( ronggapadabendahitam

". 7ukum Stean/'oltmann

Jadiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik yang

dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Jadiasi ini menjangkau

seluruh daerah panjang gelombang. Distribusi energi padadaerah panjang gelombang ini memiliki ciri khusus, yaitu suatu

nilai maksimum pada panjang gelombang tertentu. 0etak nilai

maksimum tergantung pada temperatur, yang akan bergeser ke

arah panjang gelombang pendek seiring dengan meningkatnya

temperatur. )ada tahun "89A seorang ahli fsika dari #ustria,

=ose Stean melakukan eksperimen untuk mengetahui karakter

universal dari radiasi benda hitam. Pa menemukan bahwa daya

total per satuan luas yang dipancarkan pada semua rekuensi

oleh suatu benda hitam panas -intensitas total adalah sebanding

dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Sehingga dapat

dirumuskan! dengan I menyatakan intensitas radiasi pada

permukaan benda hitam pada semua rekuensi, T adalah suhu

mutlak benda, dan Z adalah tetapan Stean/'oltman, yang

bernilai @,:9 [ "


22/24

-%,8A8 [ "


23/24

sangat radikal dan bertentangan dengan fsika klasik, yaitu

sebagai berikut!

"

Jadiasi yang dipancarkan oleh getaran molekul/molekul

tidaklah kontinu tetapi dalam paket/paket energi diskret, yang

disebut kuantum-sekarang disebut #oton. 'esar energi yangberkaitan dengan tiap oton adalah * 5 h# , sehingga untuk n

buah oton maka energinya dinyatakan oleh *n 5 nh# Dengan

n 5 ", %, &, ... -bilangan asli, dan # adalah rekuensi getaran

molekul/molekul. *nergi dari molekul/molekul

dikatakanterkuantisasi dan energi yang diperkenankan

disebut tingkat energi. Pni berarti bahwa tingkat energi bisa h# ,

%h# , &h# , ... sedang h disebut tetapan "lanck , dengan h 5 :,: [

"


24/24

7amburan Compton adalah suatu eek yang merupakan bagian

interaksi sebuah penyinaran terhadapsuatu materi. *ek Compton adalah

salah satu dari tiga proses yang melemahkan energi suatu sinar ionisasi. 'ila

suatu sinar jatuh pada permukaan suatu materi sebagian daripada energinya

akan diberikan kepadamateri tersebut, sedangkan sinar itu sendiri akan disebarkan.

+oton adalah partikel elementer dalam enomena elektromagnetik.

Sebagai gelombang, satu oton tunggal tersebar di seluruh ruang dan

menunjukkan enomena gelombang sepertipembiasan oleh lensa

dan intererensi destrukti ketika gelombang terpantulkan saling

memusnahkan satu sama lain.

Documents

Gejala Kuantum 3