BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Bentuk kisi yang dapat mendifraksikan elektron yaitu kisi yang
memiliki keteraturan dan tersusun secara periodik, seperti halnya
kisi pada kristal. Berkas sinar monokromatik yang jatuh pada sebuah
kristal akan dihamburkan ke segala arah, akan tetapi karena
keteraturan letak atom-atom, pada arah tertentu gelombang hambur
itu akan berinterferensi konstruktif sedangkan yang lainnya
berinterferensi destruktif.
Sebagaimana telah dijelaskan di atas syarat terjadinya difraksi
adalah apabila panjang gelombang sinar sama dengan lebar celah/kisi
difraksi dan perilaku gelombang ditunjukkan oleh beberapa gejala
fisis, seperti interferensi dan difraksi. Namun manifestasi
gelombang yang tidak mempunyai analogi dalam perilaku partikel
newtonian adalah gejala difraksi.
Davisson dan Germer mempelajari elektron yang terhambur oleh
kristal dengan menggunakan peralatan. Dengan mengamati energi
elektron dalam berkas primer, sudut jatuhnya pada target, dan
kedudukan detektor dapat diubah-ubah. Fisika klasik meramalkan
bahwa elektron yang terhambur akan muncul dalam berbagai arah,
dengan hanya sedikit kebergantungan dari intensitas terhadap sudut
hambur dan lebih sedikit lagi dari energi elektron primer.
Suatu elektron sangat kecil bahkan tida dapat terlihat sehingga
kita tidak dapat memecahkannya dengan cara menyentuh elektron
tersebut. Oleh karena itu kita akan melakukan percobaan difraksi
electron melalui simulasi. Dengan terkendalanya sarana prasana yang
tiak tersedia dalam laboratorium, maka percobaan difraksi electron
menggunakan metode analisis suatu media simulasi pembelajaran
fisika yaitu Phet Simulation.1.2 Tujuan1. Mampu memahami apa yang
dimaksud dengan difraksi electron2. Mengetahui bagaimana terjadinya
proses difraksi electron melalui percobaan Davisson dan germer
melalui simulasi3. Mengetahui sudut hambur pada intensitas hamburan
elektron tertinggi berdasarkan plot yang terdapat pada simulasi
BAB IILANDASAN TEORI
Ketika diteliti kembali kelihatannya agak ganjil bahwa sekitar
dua puluh tahun berlalu antara penemuan partikel dari gelombang
dalam tahun 1905 dan spekulasi bahwa partikel dapat menunjukkan
sifat gelombang dalam tahun 1924. Namun, harus disadari mengusulkan
suatu hipotesis revolusioner untuk menerangkan data yang tadinya
penuh misteri adalah lain dengan mengajukan hipotesis yang sama
sama revolusioner dalam ketiaadan mandate eksperimental yang kuat.
Hal kedua inilah yang dilakukan de Broglie pada tahun 1924 ketika
ia mengusulkan bahwa materi mempunyai sifat gelombang disamping
partikel. Iklim intelektual yang ditimbulkan oleh pengertian yang
diajukan de Broglie yang segera menarik perhatian pada permulaan
abad itu, sangat berbeda dengan teori kuatum yang diajukan oleh
plank dan Einstein yang hampir tidak menimbulkan reaksi walaupun
didukun secara empiris.
Keberadaan gelombang de Broglie secara eksperimental di
tunjukkan orang dalam tahun 1927, dan prinsip dualitas yang
dinyatakannya merupakan titik pangkal dari perkembangan mekanika
kuantum oleh schrodinger dalam tahun tahun berikutnya. Pada tahun
1927 terjadi eksperimen davisson dan germer yang disebabkan oleh
hipotesa de Broglie tentang difraksi elektron.
Difraksi merupakan peristiwa penyebaran atau pembelokan cahaya
pada saat melintas melalui celah atau ujung penghalang atau biasa
dikatakan bahwa difraksi pelenturan cahaya oleh tepian suatu benda
kedap, terjadi jika sebua benda yang tidak tembus pandang (kedap)
diletakkan di antara sumber cahaya dan layar sedemikian rupa
sehingga benda itu menyisahkan tempat untuk dilewati oleh cahaya
dari sumber sehingga jatuh ke layar.
Difraksi merupakan metode yang unggul untuk memahami apa yang
terjadi pada level atomis dari suatu material kristalin. Sinar X,
elektron dan neutron memiliki panjang gelombang yang sebanding
dengan dimensi atomik sehingga radiasi sinar tersebut sangat cocok
untuk menginvestigasi (penyelidikan dan penelitian tentang suatu
masalah dengan cara mengumpulkan data dilapangan) material Krista
lin. Teknik difraksi mengeksploitasi (mengusahakan) radiasi yang
terpantul dari berbagai sumber seperti atom dan kelompok atom dalam
kristal. Ada beberapa macam difraksi yang dipakai dalam studi
material yaitu: difraksi sinar X, difraksi neutron(partikel inti
atom yang tidak bermuatan) dan difraksi elektron. Namun yang
sekarang umum dipakai adalah difraksi sinar X dan elektron. Dari
metode difraksi kita dapat mengetahui secara langsung mengenai
jarak rata-rata antar bidang atom. Kemudian kita juga dapat
menentukan orientasi (peninjauan) dari kristal tunggal. Secara
langsung mendeteksi struktur kristal dari suatu material yang belum
diketahui komposisinya. Kemudian secara tidak langsung mengukur
ukuran, bentuk dan internal stres dari suatu kristal. Prinsip dari
difraksi terjadi sebagai akibat dari pantulan elastis yang terjadi
ketika sebuah sinar berinteraksi dengan sebuah target. Pantulan
yang tidak terjadi kehilangan energi disebut pantulan elastis
(elastic scatering). Elektron adalah partikel subatom yang
bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak
memiliki komponen dasar ataupun substruktur apapun yang diketahui,
sehingga ia dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron
memiliki massa sekitar 1/1836 massa proton. Momentum sudut (spin)
instrinsik elektron adalah setengah nilai integer dalam satuan h
yang berarti bahwa ia termasuk fermion (zara atau electron, proton
atau neutron yang mematuhi fungsi distribusi Fermi-direc dalam
pendistribusiannya). Antipartikel elektron disebut sebagai
positron(electron dengan muatan positif) yang identik dengan
elektron, tapi bermuatan positif. Ketika sebuah elektron
bertumbukan dengan positron, keduanya kemungkinan dapat saling
berhambur ataupun musnah total, menghasilan sepasang (atau lebih)
foton(kuantum radiasi elektromagnetik) sinar gama(sinar sebagai
hasil radiasi elektromagnetik yang mempunyai daya rambat besar
seperti sinar x berasal dari inti atom radioaktif.
Manifestasi gelombang yang tidak mempunyai analogi dalam
kelakuan partikel newtonian ialah gejala difraksi. Dalam tahun 1927
Davisson dan Germer di Amerika Serikat dan G.P Thomson di Inggris
secara bebas meyakinkan hipotesis de Broglie dengan menunjukkan
berkas elektron terdifraksi bila berkas itu dihamburkan oleh kisi
atom yang teratur dari suatu kristal. Kita akan membahas eksperimen
Davisson dan Germer karena tafsirannya lebih langsung.Davisson dan
Germer mempelajari elektron yang terhambur oleh zat padat yang
memakai peralatan seperti pada Gb.5.1. Energi elektron dalam berkas
primer, sudut jatuhnya pada target, dan kedudukan detektor dapat
diubah-ubah. Fisika klasik meramalkan bahwa elektron yang terhambur
akan muncul dalam berbagai arah dengan hanya sedikit kebergantungan
dari itensitas terhadap sudut hambur dan lebih sedikit lagi dari
energi elektron primer. Dengan memakai blok nikel sebagai target,
Davisson dan Germer membuktikan ramalannya.Ditengah-tengah
pekerjaan tersebut terjadi suatu peristiwa yang memungkinkan udara
masuk kedalam peralatannya dan mengoksidasi permukaan logam. Untuk
menguasai oksida nikel murni, target itu dipanggang dalam oven
bertemperatur tinggi. Setelah perlakuan tersebut, targetnya
dikembalikan kedalam peralatan dan pengukurannya dilakukan lagi.
Sekarang ternyata hasilnya sangat berbeda dari sebelum peristiwa
itu terjadi: sebagai ganti dari variasi yang malar (kontinu) dari
intensitas elektron yang terhambur terhadap sudut timbul maksimum
minimum yang jelas teramati yang kedudukannya bergantung daripada
eneri elektron. Grafik polar yang bisa digambarkan untuk intensitas
elektron setelah peristiwa itu ditunjukkan dalam Gb.5.2, metoda
plotnya dilakukan sedemikian sehingga itensitas pada setiap sudut
berbanding lurus denga jarak kurva (likuan) pada sudut itu dari
titik hambatanya. Jika intensitas sama untuk semua sudut hambur,
kurvanya akan berbentuk lingkaran dengan titik hambur sebagai
pusat.
Gambar 5.1 Eksperimen Davisson Germer
Bedil elektrondetektor elektronBerkas datang (jatuh)Berkas
hambur
Gambar 5.2 Hasil Eksperimen Davisson Germer
Dua pernyataan segera timbul dalam pikiran: apakah yang menjadi
penyebab efek baru ini dan mengapa tidak muncul sebelum target
nikel itu dipanggang?Hipotesis de Broglie mendorong tafsiran bahwa
gelombang elektron didifraksikan oleh target sama seperti sinar-x
didifraksikan oleh bidang-bidang atom dalam kristal. Tafsiran ini
mendapat dukungan setelah disadari bahwa efek pemanasan sebuah blok
nikel pada temperatur tinggi menyebabkan banyak kristal individual
kecil yang membangun blok tersebut bergabung menjadi kristal
tunggal yang besar yang atom-atonnya tesusun dalam kisi yang
teratur.
Marilah kita tinjau apakah kita dapat membuktikan bahwa
gelombang de Broglie merupakan penyebab dari hasil Davisson dan
Germer. Pada suatu percobaan tertentu berkas elektron 54eV
diarahkan tegak lurus pada target nikel, dan maksimum yang tajam
dalam distribusi elektron terjadi pada sudut 50o dari berkas
semula. Sudut datang dan sudut hambur relatif terhadap suatu
keluarga bidang Bragg digambarkan pada gambar keduanya sudut 65o.
Jarak antara bidang dalam keluarga itu yang bisa diukur melalui
difraksi sinar-x ialah 0,91 Persamaan Bragg untuk maksimum dalam
pola difraksi ialah
(5.1)
Disini d= 0,91 dan =65o; dengan menganggap n =1, panjang
gelombang de Broglie dari elektron yang terdifraksi ialah
Dari rumus didapatkan
sehingga
karena sehingga
(5.2) Gambar Gelombang de Broglie oleh target merupakan penyebab
dari hasil Davisson dan Germer
50O
Sekarang kita pakai rumus de Broglie
Untuk menghitung panjang gelombang elektron yang diharapkan.
Energi kinetik 54eV kecil dibandingkan dengan energi dian moC2
yaitu sebesar 5,1x105eV, sehingga kita dapat mengabaikan efek
relativistik. Karena
Maka momentum elektron itu mv ialah
Jadi panjang gelombang elektron itu ialah
besarnya sesuai dengan panjang gelombang yang diamati. Jadi
eksperimen Davisson dan Germer menunjukkan bukti langsung dari
hipotesis de Broglie mengenai sifat gelombang benda yang
bergerak.
Pada eksperimen Davisson-Germer, berkas elektron yang jatuh pada
bidang pemantul kristal dengan sudut dan bidang pemantul yang
memiliki selang jarak sebesar d akan menghamburkan elektron dengan
sudut hambur . Hubungan jarak antara atom a dan jarak antara bidang
pemantul d memenuhi persamaan berikut.
Gambar alat percobaan Bentuk alat secara matematisDari gambar
terlihat bahwa dan memenuhi hubungan
Sehingga persamaan berubah menjadi
Seperti dalam kasus gelombang elektromagnetik, aspek gelombang
dan partikel benda yang bergerak tidak dapat secara serentak
teramati sehingga kita tidak dapat menetapkan yang mana gambaran
yang benar. Yang dapat kita katakan adalah dalam situasi tertentu
benda yang bergerak menunjukkan sifat gelombang dalam situasi lain
menunjukkan sifat partikel. Kumpulan sifat apakah yang jelah
terlihat bergantung pada besar panjang gelombang de Broglienya
dibandingkan dengan dimensi benda yang terlibat: panjang gelombang
dari elektron 54 eV orde besarnya sama dengan jarak kisi dalam
kristal nikel, tetapi panjang gelombang bola golf bergerak dengan
30 m/s, seperti terlihat dalam pasal 4.1 hanya , terlalu kecil
untuk menapakkan dirinya.
BAB IIIDATA DAN ANALISIS DATANoJarak antar atomJari-jari
atomKecepatan control penembak elektronSin
11,0 nm0,15 nm1270 km/s58
20,5 nm0,15 nm1270 km/s54
30,6 nm0,15 nm1270 km/s82
40,7 nm0,15 nm1270 km/s64
51,1 nm0,15 nm1840 km/s20
BAB IVPEMBAHASAN
Gambar data 1 Percobaan 1 menggunakan v = 1270 km/s dan D = 1,0
nm, sudut tertinggi 58 derajat
Gambar data 2
Percobaan 2 menggunakan v = 1270 km/s dan D = 0,5 nm, sudut
tertinggi 54 derajat
Gambar data 3
Percobaan 3 menggunakan v = 1270 km/s dan D = 0,6 nm, sudut
tertinggi 82 derajat
Gambar data 4
Percobaan 4 menggunakan v = 1270 km/s dan D = 0,7 nm, sudut
tertinggi 64 derajat
Gambar data 5
Percobaan 5 menggunakan v = 1840 km/s dan D = 1,1 nm, sudut
tertinggi 20 derajat
Pada grafik diatas menunjukan hubungan intensitas dan sudut yang
terbentuk. Kecepatan tembakan elektron mempengaruhi intensitas
hamburan tetapi tidak merubah sudut hamburan dengan intensitas
tertinggi. apabila kecepatan tembakan elektron ditingkatakan maka
intensitas hamburan juga meningkat. Pada variabel jarak antar atom
(D) atau (a) mempengaruhi sudut hamburan dengan intensitas
tertinggi.Percobaan kali in menggunakan rumus yang telah di
jelaskan di landasan teori yaitu persamaan davisson-gemer yang
persamaannya :
Dari semua percobaan yang dilakukan maka didapatkan nilai d,
menggunakan rumus diatas, yaitu sebagai berikut :NoJarak antar atom
(D)Sin d
11,0 nm580,85
20,5 nm540,40
30,6 nm820,60
40,7 nm640,63
51,1 nm200,37
Pada praktikum difraksi electron davisson-germer ini saya
menggunakan simulasi phet yang sudah di download sebelumnya.
Terdapat beberapa menu yang bisa di atur sedemikian rupa pada
simulasi tersebut , seperti jarak antar atom, jari-jari atom,
plot,penggaris,kecepatan, control penembak electron,
protaktor.Suatu penembak elektron menghasilkan berkas electron.
Berkas tenaga kinetik elektron dalam berkas diatur dengan mengatur
besar potensial bedil elektron.
Skema peralatan ekpserimen Davisson dan Germer
Berkas electron diarahkan pada sasaran(target) yang terbuat dari
bahan nikel. Elektron yang dihambur oleh sasaran ini kemudian
dikumpulkan oleh kolektor, yang juga sekaligus menjadi detektor
arus elektron. Kolektor dan detector dapat di ubah-ubah
kedudukannya sehingga dapat diperoleh pengamatan besar arus
kolektor sebagai fungsi sudut hambur.
Elektron di tembakkan ke logam nikel
Elektron yang terhambur akan muncul dalam berbagai arah dengan
hanya sedikit kebergantungan dari intensitas terhadap sudut hambur
dan lebih sedikit lagi dari energi elektron primer.
BAB V PENUTUPKesimpulanDengan kata lain melalui praktikum kali
ini meyakinkan hipotesis de Broglie dengan menunjukan berkas
electron terdifraksi bila berkas itu dihamburkan oleh kisi atom
yang tersusun teratur atau rapat dari suatu Kristal. Semakin jauh
atau renggang jarak antar antar atom maka cahaya yg diteruskan pun
semakin banyak,dan yang terdifraksi hanya sedikit ataupun jarak
antar bidang pemantul (d) bergantung pada jarak antar atom (D),
apabila jarak antar atom ditingkatkan maka jarak antar bidang
pemantul juga semakin besar
DAFTAR PUSTAKA
Giancoli C. Douglas. 2001. Fisika edisi kelima jilid kedua
(edisi terjemahan oleh Dra. Yuhilsa Hanum, M.Eng dan Ir. Irwan
Arifin, M. Eng). Jakarta : Erlangga.Halliday David, Resnick Robert.
1984. Fisika edisi ketiga jilid kedua (edisi terjemahan oleh Pantur
Silaban, Ph.D dan Drs. Erwin Sucipto). Jakarta : Erlangga
Arthur Beiser. 1987 .Konsep fisika modern edisi ke empat ( edisi
terjemahan oleh Penerbit erlangga).Jakarta : Erlangga
http://nhingz-anwar.blogspot.com/2012/05/difraksi-elektron.html
LAPORAN PERCOBAAN METODE EKSPERIMEN FISIKADIFRAKSI ELEKTRON OLEH
DAVISSON-GERMER
NAMA : INTAN MORINANIM : RSA1C312013
DOSEN PENGAMPU :HAERUL FATHONI, S.Pd, M.PFis
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKAFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU
PENDIDIKANUNIVERSITAS JAMBI2015