Fisika Modern

Posted on July 14, 2016        Written by Ade

29

Di awal abad ke-20, sekitar tahun 1900-an, dunia fisika dapat dikatakan mengalami kejenuhan. Para ilmuwan merasa bahwa tugas ilmu fisika sudah hampir dikatakan lengkap untuk menjelaskan banyak hal. Akan tetapi, ada beberapa hal yang masih belum terjawab pada saat itu. Salah satunya adalah peristiwa terlemparnya elektron dari suatu logam ketika logam tersebut disinari cahaya tertentu. Peristiwa ini dinamakan efek fotolistrik. Pada waktu itu, pandangan bahwa cahaya merupakan suatu gelombang adalah sebuah gagasan yang dapat menjelaskan banyak hal. Namun apabila hal tersebut diterapkan untuk menjelaskan peristiwa fotolistrik ini maka akan terdapat banyak kelemahan, dikarenakan cahaya yang merupakan gelombang tersebut akan sangat aneh jika mampu mengeluarkan elektron yang adalah partikel. Hal ini karena hakikat dari gelombang dan partikel tidaklah sama.

Teori Foton Max Planck

30

Seorang ilmuwan Jerman bernama Max Planck, memikirkan suatu bentuk lain dari cahaya. Ide dari Max Planck adalah bahwa cahaya dapat dipandang sebagai suatu aliran partikel-partikel yang dinamakan foton, dimana setiap partikel cahaya/foton ini membawa suatu paket energi yang dinamakan kuanta. Besar dari satu paket energi atau kuanta ini adalah h.f, dimana h adalah konstanta Planck ( h = 6,63 x 10-34 Joule sekon) dan f adalah frekuensi dari cahaya, dimana f = c/λ, sedangkan c merupakan kecepatan rambat cahaya = 3 x 108 m/s.

Di bagian Fisika modern ini, energi yang kita hitung akan lebih banyak menggunakan satuan eV (elektron volt) dan panjang gelombang cahaya akan lebih banyak menggunakan satuan Å (Angstrom). Untuk keperluan kepraktisan maka nilai dari h.c dapat dihitung sehingga menghasilkan satuan eV untuk energi dan Angstrom untuk panjang gelombang cahaya, maka persamaan di atas dapat digunakan :

32

Teori Atom Hidrogen

31

Niels Bohr, salah satu pendiri teori kuantum memberi sumbangan besar dalam perkembangan model atom. Teori atom Bohr merupakan suatu terobosan pada saat itu, dimana dia berhasil menjelaskan proses terjadinya pelepasan cahaya saat elektron berpindah dari suatu orbit ke orbit yang lain. Secara sederhana, Bohr mengatakan bahwa elektron yang bergerak di suatu orbit memiliki energi tertentu yakni :

33

Ketika elektron berpindah dari suatu energi yang lebih rendah (orbit yang lebih dalam) ke suatu energi yang lebih tinggi (orbit yang lebih luar) maka elektron tersebut harus diberi energi berupa cahaya, yang nilainya tepat sebesar selisih kedua nilai energi elektron di orbit awal dan akhir. Sedangkan elektron yang pindah dari energi yang lebih tinggi (orbit yang lebih luar) ke energi yang lebih rendah (orbit yang lebih dalam) maka elektron tersebut harus melepas energi berupa cahaya yang nilainya tepat sebesar selisih kedua nilai energi elektron.

1

Ada beberapa spektrum (deretan panjang gelombang cahaya) yang akan dihasilkan dari perpindahan elektron dari orbit yang lebih luar ke orbit yang lebih dalam.

  1. Deret Lyman
  2. Deret Balmer
  3. Deret Paschen
  4. Deret Brackett
  5. Deret Pfund

35

Atas usahanya ini, Niels Bohr dianugrahi Hadiah Nobel bidang Fisika.

Efek Fotolistrik

Fotolistrik merupakan suatu peristiwa keluarnya elektron dari permukaan logam saat logam tersebut disinari oleh cahaya tertentu. Pertama kali, peristiwa fotolistrik ditemukan oleh Phillip Lenard. Namun Albert Einstein lah yang berhasil menjelaskan dengan sederhana dan benar mengenai apa yang terjadi pada efek fotolistrik.

36

Menurut Einstein, setiap logam memiliki suatu nilai energi yang diperlukan untuk dapat mengeluarkan elektron dari logam tersebut. Energi ini dinamakan energi ambang/batas (fungsi kerja logam). Apa bila cahaya/foton yang disinarkan pada logam ini mengandung energi yang lebih kecil dari fungsi logam tersebut maka tidak akan ada elektron yang dapat keluar dari logam itu. Apabila energi yang dimiliki foton tersebut sebesar fungsi kerja logam maka sebuah elektron akan keluar dari permukaan logam itu. Jika energi foton tersebut lebih besar dari fungsi kerja logam tersebut maka elektron akan keluar dari logam tersebut dan bergerak dengan suatu energi kinetik.

37

Efek Compton

38

Kemenangan dari Einstein dalam menjelaskan efek fotolistrik dengan memandang cahaya yang mengenai logam  sebagai partikel (foton) adalah suatu terobosan yang mendukung Teori Foton Max Planck, dimana pada saat itu, para ilmuwan meragukan teori ini. Selain efek fotolistrik yang memperlakukan cahaya sebagai suatu partikel (foton), ada satu efek lagi yang juga menggunakan penjelasan yang sama, yakni cahaya berlaku sebagai partikel (foton). Sebuah foton (cahaya) dengan panjang gelombang λi, menumbuk elektron sehingga, cahaya tersebut mengalami penyimpangan dari arah rambat semula dengan sudut sebesar θ dan mengalami perubahan panjang gelombang, menjadi λf.

Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi, Compton dapat mengitung perubahan panjang gelombang yang terjadi pada foton (cahaya) yang menumbuk elektron tersebut.

Gelombang Partikel

39

Berkebalikan dengan gagasan Max Planck, Seorang Fisikawan Perancis bernama Luis de Broglie memunculkan gagasan baru yaitu bahwa suatu benda yang bergerak juga dapat memiliki karakter gelombang, yaitu panjang gelombang akibat gerak benda tersebut. Jika kita membayangkan lintasan gerak dari elektron ketika bergerak dalam orbitnya, maka berdasarkan ide dari de Broglie, dapat dibayangkan lintasan gerak elektron ini membentuk suatu lintasan gelombang.

40

41

Radioaktivitas

Pada tahun 1896. secara kebetulan, Henri Becquerel menemukan sebuah peristiwa dimana pelat film yang secara tidak sengaja diletakkan dekat dengan sebungkus garam uranium mengalami perpendaran. Ia mengulangi hal tersebut dan mendapat hal yang sama, kemudian ia menyimpulkan bahwa uranium secara spontan menghasilkan sinar yang ia namakan “uranic ray”. Pada tahun 1898, Marie Curie menemukan bahwa biji uranium menradiasikan sinar lebih banyak dari garam uranium yang digunakan oleh Becquerel. Bersama suaminya, Pierre, Curie juga berhasil mengisolasi dua elemen baru yang bersifat radioaktif, yaitu Polonium dan Radium.  Atas usaha mereka, Becquerel, Pierre dan Marie Curie dianugrahi hadiah Nobel.

42

Secara umum sebuah atom dapat dikatakan stabil apabila di dalam inti terdapat jumlah proton dan jumlah neutron yang sama Namun alam memiliki kenyataan yang berbeda, banyak elemen di ala m ini yang memiliki jumlah neutron yang leboih banyak ketimbang jumlah proton. Hal tersebut mengakibatkan elemen-elemen tersebut menjadi tidak stabil dan menghasilkan sinar radioaktif (alfa, beta dan gamma). Kebanyakan elemen-elemen dengan nomor atom yang besar (di atas 80) memiliki sifat radioaktif.

43

Sinar alfa adalah inti dari helium, jadi bermuatan positif, sinar beta merupakan elektron sehingga bermuatan negative dan sinar gamma adalah gelombang electromagnet sehingga tidak bermuatan listrik. Suatu elemen yang bersifat radioaktif akan meluruh dengan memancarkan sinar radioaktif (alfa, beta atau gamma). Hal tersebut akan membuat nilai nomor massa dan nomor atomnya berubah. Suatu elemen yang memancarkan sinar alfa maka nomor massa akan berkurang 4 dan nomor atom akan berkurang 2. Sementara apabila suatu elemen memancarkan sinar beta maka nomor massa  elemen tersebut tetap dan nomor atom elemen tersebut bertambah 1. Sedangkan suatu elemen yang memancarkan sinar gamma tidak akan mengalami perubahan nomor massa dan nomor atom.

44

45

Untuk dapat menguji jenis sinar yang dihasilkan oleh suatu sumber radioaktif maka sinar-sinar radioaktif tersebut dapat dilewatkan pada daerah bermedan magnet.

46

Elemen yang bersifat radioaktif akan terus mengalami peluruhan sampai menjadi suatu elemen yang lebih stabil. Waktu paruh (half life), T½ , merupakan selang waktu yang diperlukan oleh sebuah unsure radioaktif sehingga jumlah atau kandungan unsure tersebut menjadi ½ kali jumlah mula-mula.

47

Secara umum jumlah inti radioaktif sebuah sample pada saat t dapat dituliskan

48

Dimana λ adalah tetapan peluruhan.

49



Leave a Reply


Calendar

November 2017
M T W T F S S
« May    
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930  

Support Us

Galileo To Einstein is entirely supported and maintained by generous people who are very passionate about education. We will always improve its service and keep it for free for

View details

Sitemap