Tugas 4: Sifat partikel dari gelombangSoal teori 1. Jelaskan
tentang momentum foton!Jawab:Momentum foton merupakan kuantitas
vector yang mempunyai arah dan besaran, dan dalam tumbukan momentum
harus kekal dalam masing-masing sumbu dari kedua sumbu yang sraing
tegak lurus. Arah yang dipilih ialah arah foton semula dan satu
lagi tegak lurus pada bidang yang mengandung elektron pada hamburan
foton.2. Tuliskan persamaan besarnya energi kinetic electron yang
terlepas !Jawab :
Dimana (energi ambang)
Konstanta Planck (6,626 x 10-34 J.s)
Frekuensi ambang
Frekuensi gelombang yang datang3. Berikan gambar ilustrasi jenis
alat yang digunakan pada percobaan efek fotolistrik dan
penjelasannya !Jawab :
Gambar diatas merupakan peralatan untuk mengamati efek
fotolistrik. Cahaya yang menyinari permukaan logam (katoda)
menyebabkan electron terpental keluar. Ketika elektron bergerak
menuju anoda, pada rangkaian luar terjadi arus elektrik yang diukur
dengan Ammeter A.4. Jelaskan tentang gelombang
cahaya?Jawab:Gelombang cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang
dapat ditangkap oleh mata, mempunyai selang frekuensi yang pendek
yaitu mulai dari 4,3 x 1014Hz untuk cahaya merah dan 7,5 x 1014Hz
untuk cahaya ungu.5. Tuliskan persamaan energi foton untuk massa
diam !Jawab :
Energi foton untuk massa diam ()
Dimana Panjang gelombang cahaya (m)
Kecepatan cahaya (3 x 108 m/s)
Frekuensi cahaya
Energi foton
Jumlah Partikel6. Jelaskan maksud dari Wilhelm Roentgen tahun
1895 sinar x mendapatkan bahwa radiasi yang kemampuan tembusnya
besar yang sifatnya belum diketahui !Jawab :Maksud dari wilhelm
merupakan kemampuan tembusnya besar yang sifatnya belum diketahui,
ditimbulkan jika electron cepat menumbuk materi. Sinar X ini
didapatkan menjalar menurut garis lurus walaupun melalui medan
magnetik dapat menembus bahan, dengan mudah, menyebabkan bahan
fosforesen berkilau dan menyebabkan perubahan plat fostografik.
Bertambah cepat electron semula, bertambah hebat kemampuan tembus
sinar X dan bertambauh banyak jumlah elektron, bertambah besar pula
intensitas berkas sinar X. 7. Bagaimana sinar x dapat terjadi
dengan 2 cara ?Jawab : Sinar-X terjadi tanpa eksitasi electron
Berkas electron yang berasal dari katode menumbuk atom logam
anoda dengan kecepatan tinggi. Sebagian besar electron ini masuk
kedalam logam, sehingga energi kinetiknya mungkin berkurang, energi
yang hilang berubah menjadi energi foton (sinar-X). Sinar-X terjadi
karena eksistasi electronElektron yang berkecepatan tinggi ketika
menumbuk atom logam anoda akan menyebabkan electron pada kulit atom
sebelah dalam akan pindah kekulit sebelah luarnya. Elektron yang
pindah akan cenderung kembali ke kulit asal sambil melepaskan
energi dalam bentuk sinar-X
EK`EK
8. Sebutkan Sifat-sifat sinar-X adalahJawab : GEM (Gelombang
Elektromagnetik frekuensi tinggi)
Tidak dipengaruhi oleh dan Daya tembusnya besar Dapat
menghitamkan film9. Jelaskan tentang tiga temuan eksperimental
menunjukkan bahwa tidak ada penjelasan sederhana dalam efek
fotolistrik !Jawab : Dalam batas-batas akurasi eksperimental
(sekitar 10-9 s), tidak ada interval waktu antara kedatangan cahaya
pada permukaan logam dan emisi elektron. Sebuah cahaya terang
menghasilkan lebih elektron dari satu dim salah satu frekuensi yang
sama, tetapi energi elektron tetap sama. Semakin tinggi frekuensi
cahaya, semakin banyak energi fotoelektron memiliki. Hasil cahaya
biru di elektron lebih cepat dari cahaya merah.10. Jelaskan dengan
singkat gambar Tiga cara utama di mana foton cahaya, sinar X, dan
sinar gamma berinteraksi!Jawab :Sinar X dan gamma berinteraksi
dengan materi terutama melalui efek fotolistrik, Compton hamburan,
dan produksi pasangan. Produksi Pasangan membutuhkan energi foton
minimal 1.02 MeV Energi foton.11. Tuliskan persamaan massa photon
dan energi foton setelah melalui ketinggian H !Jawab :Massa photon
Energi foton setelah jatuh melalui ketinggian H
12. Tuliskan persamaan efek Compton!Jawab:
13. Bagaiman persamaan pengusulan Einstein dalam tiga suku
?Jawab :
= isi energi dari masing-masing kuantum cahaya datang
= enegi kinetik fotoelektron maksimum
= energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan sebuah
elektron dari permukaan logam yang disinari.14. Dalam tahun 1912
suatu metode dicari untuk mengukur panjang gelombang sinar X.
Mengapa demikian ?Jawab :Karena dalam metode tersebut menggunakan
eksperimen difraksi dapat dipandang ideal, tetapi kita ingat dari
optic fisis bahwa jarak antara dua garis yang berdekatan pada kisi
difraksi harus berorde besar sama dengan panjang gelombang cahaya
supaya didapatkan hasil yang memuaskan dan kisi yang berjarak
sangat kecil seperti yang diperlukan untuk sinar X tak dapat
dibuat. Namun dalam tahun 1912, Max von Laure menyadari bahwa untuk
panjang gelombang yang diduga berlaku untuk sinar X berorde besar
hampir sama dengan jarak antara atom-atom dalam kristal yaitu
sekitar beberapa angstrom.15. Menurut teori gelombang cahaya
menyebar dari suatu sumber seperti riak menyebar dari permukaan
air, jelaskan makna tersebut!Jawab :Dalam teori tersebut hal yang
terjadi riak menyebar dari permukaan air jika kita menjatuhkan batu
ke permukaan air, energi yang dibawah cahaya menurut anologi ini
terdistribusi secara kontinu ke seluruh pola gelombang. Sebaliknya,
menurut teori kuantum cahaya menyebar dari sumbernya sebagai
sederetan konsentrasi energi yang terlokalisasi , masing cukup
kecil sehingga dapat diserap oleh sebuah elektron.
Soal perhitungan :1. Cahaya dengan panjang gelombang 4200 jatuh
pada permukaan cesium dengan laju 5 mW. Bila efisiensi kuantum 10-4
( ini berarti satu fotoelektron dipancarkan untuk setiap 104 foton
dating).Jawab:Diketahui : = 4200 = 4,2 x 10-7mP = 5 mW = 5 x
103WDitanya : I?Jawab:
Jadi, kuat arus fotolistrik tersebut adalah 1,649 2. Cari
panjang gelombang terkecil dalam radiasi mesin sinar x yang
potensial pemercepatnya 50.000 V.Jawab :Pemecahan Dari persamaan
kita peroleh
Panjang gelombang ini bersesuaian dengan frekuensi
3. Cari jarak atomik untuk kristal garam dapur NaCl yang massa
rumus senyawa kimianya 58,5 u dan kecepatannya 2,16 x 103
kg/m3Jawab :Dalam NaCl setiap satuan rumus kimia terdiri dari dua
atom (Na+Cl) sehingga dengan K = 2
4. Penambahan energi foton yang jatuh ditunjukkan oleh pound dan
rebka dalam tahun 1960 di harvard. Dalam pekerjaannya H diambil
22,5 m. cari perubahan frekuensi foton cahaya merah yang
frekuensinya asal 7,3 x 1014 Hz jika jatuh sejarak 22,5 m.Jawab
:Dari persamaan perubahan frekuensinya ialah :
5. Dalam situasi yang memungkinkan, mata manusia dapat
mendeteksi energy elektromagnetik sebesar 10-18 J. berapa banyak
foton 6000 yang terdapat?Jawab:Diketahui :E = 10-18 J= 6000 = 6 X
10-7 mh = 6,626 x 10-34 Jsc = 3 x 108 m/sDitanya : Banyak foton
(n)?Jawab:
Jadi, banyak foton tersebut adalah 3 partikel foton.
TUGAS 5 : SIFAT GELOMBANG DARI PARTIKEL Soal Teori :1. Bagaimana
De Broglie mempostulatkan bahwa persamaan seperti photon memiliki
energi E=hf, momentum p=h/, dan panjang gelombang =h/p ?Jawab
:Postulat De Broglie tersebut berlaku juga untuk partikel. Secara
khusus, partikel dengan masa m dan mo mentum p memiliki panjang
gelombang de Broglie Persamaan tersebut untuk gelombang. 2. Berapa
kecepatan gelombang de Broglie?Jawab : kecepatan gelombang de
Broglie dihubungkan dgn frekuensi gelombang dan panjang gelombang
lewat vp= f Dimana panjang gelombang de Broglie dihubungkan dengan
kecepatan benda yang terukur lewat = h/(mv) Energi yang dibawa oleh
quantum gelombang de Broglie adalah E=hf Energi E harus sama dengan
energi relativistik dari benda bergerak, E = mc23. Apakah elektron
itu gelombang atau partikel?Jawab :Ini yang disebut sebagai
dualitas gelombang-partikel Kedua-duanya ada, tapi tidak simultan.
Pada beberapa eksperimen (atau pengamatan empirik) hanya satu aspek
gelombang atau partikel saja yang dapat teramati. Seperti coin dgn
dua muka. Tapi kita hanya dapat melihat salah satu sisinya saja
pada suatu waktu. elektron sebagai partikel
Elektron sebgai gelombang
4. Mengapa energi partikel yang tertangkap terkuantisasi?Jawab
:Karena gelombang partikel bergerak mengarahkan pada konsekuensi
yang jelas jika partikel itu dibatasi pada suatu daerah tertentu
dalam ruang alih-alih dapat bergerak bebas. Seperti sebuah contoh
seperti partikel yang terpantul bolak balik antar dinding kotak.
Kita akan menganggap bahwa dinding kotak itu keras sekali sehingga
partikelnya tidak kehilangan energi setiap kali partikel itu
menumbuk dinding dan kecepatannya cukup kecil sehingga kita dapat
mengabaikan konsiderasi relativistik. 5. Apa yang anda ketahui
tentang persamaan gelombang dan berilah gambar?Jawab :Persamaan
gelombang merupakan pada setiap waktu dan tempat. Beberapa
pergeseran titik tunggal pada tali sebagai fungsi dari waktu t.
Pemerian yang lengkap suatu gerak gelombang pada tali yang
terpantang harus menceritakan kepada kita berapa y pada setiap
titik pada tali pada setiap saat. Gambar
6. Jelaskan tentang peningkatan energi elektron pada sudut
hambur dalam Eksperimen Davisson Germer !Jawab :Davisson dan Germer
mempelajari electron yang terhambur oleh zat padat dengan memakai
peralatan pada gambar. Energy electron dalam berkas detector dapat
diubah-ubah. Fisika klasik meramalkan bahwa electron yang terhambur
akan muncul dalam berbagai arah dengan hanya sedikit kebergantungan
dari intensitas terhadap sudut hambur dan lebih sedikit lagi dari
energy electron primer. Dengan memakai blok nikel sebagai target,
Davisson dan Germer membuktikan ramalannya.
7. Adakah bukti keberadaan gelombang De Broglie? Jelaskan
jawaban anda!Jawab:De Broglie tidak mempunyai bukti eksperimental
langsung untuk dugaannya. Namun, konsepnya mampu menjelaskan secara
wajar bahwa terdapat kuantisasi energi-pembatasan harga energi
khusus yang dikemukanan dalam postulat Bohr dalam modem atomnya
pada tahun 1913. 8. Tuliskan persamaan dari masing frekuensi sudut,
bilangan gelombang dan kecepatan fase De
Broglie!Jawab:Masing-masing dari persamaan didapatkan Frekuensi
sudut De Broglie: Bilangan gelombang De Broglie: dan untuk
Kecepatan fase gelombang De Broglie: 9. Apa yang dimaksud dengan
fungsi gelombang?Jawab:Fungsi gelombang adalah kuantitas variabel
yang memberi karakteristik gelmbang de Broglie. Fungsi Gelombang De
Broglie diberi lambang (huruf yunani Psi).10. Mengapa efek modulasi
menghasilkan group gelombang yang berbasis kecepatan fase?Jawab
:Karena kecepatan fase sedangkan untuk kecepatan u grup
gelombangnya ialah kecepatan group yang merupakan bergantung pada
perilaku kecepatan fase yang berubah terhadap bilngan gelombang
dalam medium tertentu, kecepatan gruopnya bisa lebih besar atau
lebih kecil dari kecepatan fasenya. Kika kecepatan fase w sama
untuk setiap panjang gelombang, sebagaimana pada gelombang cahaya
dalam ruang hampa (vakum), maka kecepatan group dan kecepatan
fasenya sama.11. Jelaskan maksud hipotesis De Broglie tentang
penafsiran gelombang elektron!Jawab :De broglie menafsirkan bahwa
elektron difraksikan oleh target sama seperti sinar x difraksikan
oleh bidang-bidang atom dalam kristal. Tafisran ini mendapat
dukungan setelah disadari bahwa efek pemanasan menyebabkan banyak
kristal yang membangun sebuah blok nikel, pembuktian dari De
Broglie tersebut merupakan penyebab dari hasil Divisson dan
Germer.12. Mengapa elektron bukan satu-satunya jenis partikel yang
perilaku gelombangnya dapat ditunjukkan pada drifaksi neutron?Jawab
:Karena elektron merupakan jenis partikel yang Difraksi neutronnya
dan atom secara keseluruhan jika dihambur maka kristal yang telah
teramati pada difraksi neutron dan sinar x maka jenis partikel
tersebut dapat dipakai untuk menyelidiki struktur kristal. Perilaku
gelombang elektron tersebut merupakan dasar dari mikroskop
elektron.13. Mengapa dalam mikroskop elektron, kumparan yang
berarus lirtrik digunakan untuk menimbulkan medan magnet?Jawab
:Karena medan megnetik yang berlaku sebagai lensa untuk memfokuskan
berkas elektron pada benda yang diselidiki dan alat ini
menghasilkan bayang yang diperbesar pada layar pendar (flouresen)
atau plat fotografik.14. Bagaimana bunyi prinsip ketaktentuan I dan
prinsip ketaktentuan IIJawab:Prinsip ketaktentuan I adalah: tidak
mungkin kita mengetahui keduanya yaitu kedudukan dan momentum suatu
benda secara seksama pada saat yang bersamaan. Sedangkan untuk
ketaktentuan II : Ketaktentuan ini merupakan suatu yang inhern
dalam alam sebuah benda bergerak.15. Bagaimana De Broglie
memberikan persamaan gelombang secara sistematis?Jawab :De Broglie
memberikan persamaan memberi lambang keceoatan gelombang dengan w
dengan rumus : untuk memntukan harga w panjang gelombang de broglie
maka, .
Soal perhitungan :1. Cari panjang gelombang de Broglie dari (a)
bola golf 46 g dengan kecepatan 30 m/s dan (b) elektron dengan
kecepatan 107 m/s.Jawab : (a) Karena v