l = panjang kawat dalam medan magnet.
DUALISME GELOMBANG PERTIKEL Gejala Foto Listrik.
Yang dimaksud dengan gejala foto listrik adalah emisi (pancaran) elektron dari logam sebagai akibat penyinaran gelombang elektromagnetik (cahaya) pada logam tersebut.
Cahaya biasa mampu melepaskan elektron dari logam-logam alkali. Hasil-hasil percobaan yang seksama menunjukkan bahwa :
a. Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan.
b. Kecepatan elektron-elektron yang diemisikan hanya bergantung kepada frekwensi cahaya, makin besar frekwensi cahaya makin besar pula kecepatan elektron yang diemisikan.
c. Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama. Peristiwa-peristiwa di atas tidak dapat diungkap dengan teori cahaya Huygens.
Pada tahun 1901, Planck mengetengahkan hipotesa bahwa cahaya (gelombang elektromagnetik) harus dianggap sebagai paket-paket energi yang disebut foton. Besar paket energi tiap foton dirumuskan sebagai :
E = h . f E = Energi tiap foton dalam Joule.
f = Frekwensi cahaya.
h = Tetapan Planck yang besarnya h = 6,625 .10 –34 J.det
Cahaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumlah yang sangat banyak. Tiap-tiap foton hanya melepaskan satu elektron. Kiranya mudah dipahami bahwa semakin besar intensitas cahaya semakin banyak pula elektron-elektron yang diemisikan.
Tiap foton yang datang pada logam, sebagian energinya digunakan untuk melepaskan elektron dan sebagian menjadi energi kinetik elektron. Jika energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron sebesar a dan energi yang menjadi energi kinetik sebesar Ek maka dapat ditulis persamaan :
Dari persamaan nampak jelas, makin besar frekwensi cahaya, makin besar kecepatan yang diperoleh elektron.
Bila frekwensi cahaya sedemikian sehingga h.f = a, maka foton itu hanya mampu melepaskan elektron tanpa memberi energi kinetik pada elektron. Penyinaran dengan cahaya yang frekwensi lebih kecil tidak akan menunjukkan gejala foto listrik.
Sifat Kembar Cahaya.
Gejala-gejala interferensi dan difraksi memperlihatkan sifat gelombang yang dimiliki cahaya, dilain pihak cahaya memperlihatkan sifat sebagai paket-paket energi (foton).
Timbul suatu gagasan apakah foton itu dapat diartikan sebagai partikel-partikel.
Untuk menjawab pertanyaan ini A.H. Compton mempelajari tumbukan-tumbukan antara foton dengan elektron.
SMAIT Darul Quran @sangad_ah
E = a + Ek h . f = a +
1
2
mv2Kesimpulan yang diperolehnya menunjukkan bahwa foton dapat berlaku sebagai partikel dengan momentum.
Tidak ada keraguan lagi bahwa cahaya memiliki sifat kembar, sebagai gelombang dan sebagai partikel. Hipotesa de Broglie.
Jika cahaya yang memiliki sifat gelombang, memiliki sifat partikel, maka wajarlah bila partikel-partikel seperti elektron memiliki sifat gelombang, demikian hipotesa yang dikerjakan oleh de Broglie (tahun 1892).
Panjang gelombang cahaya dengan frekwensi dan kecepatannya mempunyai hubungan sebagai berikut :
Menurut Compton pfoton =
h . f
c
pfoton =h
λ
=h
p
Hubungan ini berlaku pula bagi partikel, demikian usul de Broglie. Menurut de Broglie, jika ada partikel yang momentumnya p, maka partikel itu dapat bersifat sebagai gelombang dengan panjang gelombang :
= Panjang gelombang partikel. p = Momentum partikel.
Percobaan Davisson dan Germer.
Jika partikel berlaku sebagai gelombang, harus dapat ditunjukkan bahwa partikel dapat menimbulkan pola-pola difraksi seperti halnya pola-pola difraksi pada gelombang.
Pada tahun 1927 Davisson dan Germer memilih elektron sebagai partikel untuk menguji hipotesa de Broglie. Elektron-elektron diperoleh dari filamen yang dipijarkan, kemudian elektron-elektron itu dipercepat dalam medan listrik yang tegangannya 54 Volt. Setelah dipercepat elektron-elektron memiliki energi kinetik.
Ek = 54 eV = 54 . 1,6 .10 –19 Joule Momentum elektron : p = mv =
√ 2m.
1
2m.v
2
p =√ 2m Ek
p =√ 2 . 9,1 .10
-31. 54 . 1,6 .10
-19 p = 4 .10 –24 kg m/detMenurut de Broglie, panjang gelombang elektron :
=
h
p
=6,6 .10
-344 .10
-24 = 1,65 .10 –10 mUntuk memperoleh pola difraksi diperlukan kisi-kisi yang lebar celahnya kira-kira sama dengan panjang gelombang yang akan diuji. Sebab jika celah terlampau lebar, tidak menimbulkan gangguan pada gelombang, dan jika kisi terlampau sempit, pola-pola difraksi sukar teramati.
pfoton =
h . f
c
=c
f
=h
p
Kisi-kisi yang tepat untuk memperoleh pola difraksi gelombang elektron adalah kisi yang terjadi secara alamiah yakni celah-celah yang berada antara deretan atom-atom kristal bahan padat, dalam hal ini dipergunakan kisi kristal nikel.
Hasil percobaan Davisson dan Germer menunjukkan bahwa elektron-elektron dapat menimbulkan pola-pola difraksi. Kini tidak disangsikan lagi bahwa apa yang kita kenal sebagai materi dapat pula menunjukkan sifat gelombang, tepat seperti yang diramalkan oleh de Broglie.
E. LATIHAN SOAL
1. Berapa joule energi foton yang panjang gelombangnya 6000 Angstrom. Tetapan Planck = 6,6 .10 –34 joule . det.
2. Berkas cahaya 5000 Angstrom didatangkan pada logam Kalium. Untuk melepaskan elektron dari logam tersebut dipergunakan energi 2 eV. Berapa energi kinetik elektron yang dibebaskan ?
3. Untuk membebaskan elektron dari Natrium diperlukan tenaga 2,14 eV.
a. Berapakah panjang gelombang cahaya yang dapat melepaskan elektron dari logam Natrium. b. Dapatkah sinar-sinar yang panjang gelombangnya 0,4
A
0
digunakan untuk membebaskan elektron dari logam tersebut ?
4. Berapakah panjang gelombang elektron yang bergerak dengan kecepatan 9 .107 m/det.
5. Berapa energi foton sinar X yang panjang gelombangnya 1
A
0
h = 6,6 .10-34 joule.det
6. Berapa panjang gelombang-gelombang elektromagnetik yang energi fotonnya 2,8 .10 –19 joule.
7. Sebuah partikel dengan muatan q dan massa m dipercepat dari keadaan diam melalui beda potensial V. a. Tentukan panjang gelombang de Broglie.
b. Hitung jika partikel adalah sebuah elektron dan V = 50 Volt.
==========O0O==========
II. Perkembangan Teori Atom dari Dalton sampai Rutherford
Atom berasal dari bahasa Yunani “atomos” yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi.
Suatu benda dapat dibagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil, jika pembagian ini diteruskan, maka menurut logika pembagian itu akan sampai pada batas yang terkecil yang tidak dapat dibagi lagi, demikian pendapat Demokritus (460-370- S.M)
Bagian terkecil yang tidak dapat dibagi lagi disebut: ATOM
Konsep atom yang dikemukakan oleh Demokritus murni sebagai hasil pemikiran semata, tanpa disertai adanya percobaan. Namun gagasan ini telah menjadi pembuka pintu ke arah penemuan baru menuju ke jenjang yang lebih tinggi.
Gagasan atom Demokritus menjadi tantangan fisikawan-fisikawan untuk mengalihkan perhatiannya ke arah mikrokosmos yang pada saat itu belum terjamah.
Awal abad ke-19, John Dalton (1766-1844) telah melaksanakan percobaan-percobaan yang menunjang konsep atom.
III. Konsep atom menurut Dalton:
1. Atom adalah partikel terkecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Atom suatu unsur semuanya serupa, dan tidak dapat berubah menjadi atom unsur yang lainnya.
2. Atom-atom unsur yang berlainan dapat membentuk molekul. Ketika terjadi reaksi, atom-atom itu berpisah tetapi kemudian bergabung kembali dengan susunan yang berbeda dengan susunan semula. Pada reaksi itu atom-atom bergabung menurut perbandingan tertentu.
3. Bila dua macam atom membentuk dua macam persenyawaan atau lebih maka atom-atom sejenis dalam persenyawaan itu mempunyai perbandingan yang sedrhana.
Pengembangan atom saat itu telah memperkenalkan kita pada susunan dan sifat-sifat atom, cara mengadakan reaksi dan senyawa-senyawa yang terbentuk.
Sekarang telah dikenal ukuran dan massa atom, energi antar atom dan pertikel-partikel terkecil yang membentuk atom. Atom sebagai bagian terkecil suatu zat sudah tidak sesuai lagi dengan hasil-hasil percobaan-percobaan masa kini.
Partikel sub-atomik pertama yang dikenal adalah elektron. Suatu penemuan oleh percobaan J.J Thomson (1856-1940). Sehubungan dengan penemuan J.J Thomson menyangkal teori yang dikemukakan oleh Dalton.
Menurut Thomson atom itu terdiri atas muatan positif yang merata diseluruh atom, muatan ini di-netral-kan oleh muatan negatif yang tersebar merata pula diseluruh atom. Model ini tidak dikembangkan karena tidak sesuai dengan hasil percobaan
Rutherford.
IV. Pelucutan Gas
Adalah peristiwa mengalirnya muatan-muatan listrik di dalam tabung lucutan gas pada tekanan yang sangat kecil.
Sebuah tabung lucutan adalah tabung yang berisi udara, didalam tabung berisi elektrode-elektrode, yang biasanya disebut anoda dan katode. Udara dalam tabung ini tidak dapat mengalirkan arus listrik walaupun ujung-ujung elektroda tersebut dihubungkan dengan induktor Ruhmkorf.
Ingat !!! bahwa Katoda (-) Anoda (+)
Keadaan akan berubah jika udara dalam tabung dikeluarkan sehingga tekanan udara menjadi kecil dan letak-letak molekul udara manjadi renggang.
Pada tekanan 4 cm Hg dalam tabung memancarkan cahaya merah-ungu. Cahaya ini akan menghilang sejalan denga semakin kecilnya tekanan.
Pada tekanan 0,02 mm Hg udara dalam tabung tidak lagi memancarkan cahaya namun kaca dimuka katoda berpendar
kehijauan.
Crookes berpendapat bahwa dari katoda dipancarkan sinar yang tidak tampak yang disebut Sinar katoda. Sinar katoda dapat di pelajari karena bersifat memendarkan kaca.
Sinar Katoda adalah arus elektron dengan kecepatan tinggi yang keluar dari katoda.
V. Sifat sinar Katoda: 1. Memiliki Energi 2. Memendarkan kaca
3. Membelok dalam medan listrik dan medan magnet. 4. Jika ditembakkan pada logam menghasilkan sinar X
5. Bergerak cepat menurut garis lurus dan keluar tegak lurus dari Katoda.
Simpangan sinar katoda dalam medan listrik dan medan magnet menunjukkan bahwa sinar ini bermuatan negatif.
Thomson dapat menunjukkan bahwa partikel sinar katoda itu sama bila katoda diganti logam lain. Jadi partikel-partikel sinar katoda ada pada setiap logam yang disebut elektron.
Tanpa mngenal lelah dan menyerah, akhirnya Thomson dapat mengukur massa elektron, ternyata muatan elektron 1,6021.10-19 Coulomb dan massa elektron 9,1090.10-31 Kg.
Terjadinya sinar katoda dapat diterangkan sebagai berikut:
Pada tekanan yang sangat kecil, letak molekul-molekul udara sangat renggang, dalam gerakannya menuju katoda (-), ion-ion positif membentur katoda dengan kecepatan tinggi.
VI. Teori Rutherford
Dalam percobaannya, Ernest Rutherford (1871-1937) menembakkan partikel α (alfa) pada kepingan emas yang tipis dengan tebal 1/100 mm. partikel alfa adalah partikel ang mempunyai massa 7000 kali massa elektron.
Hasil pengamatan menunjukkan adanya partikel-partikel yang dihamburkan, dibelokkan dan dipantulkan. Adalah sangat mustahil jika partikel alfa dibelokkan oleh elektron yang massanya sangat kecil.
Berdasarkan hasil experimennya, Rutherford menyangkal teori atom J.J Thomson. Pada tahun 1911 ia menyusun model atom yang baru.
VII. Model atom menurut Rutherford:
1. Atom sebagian besar tediri dari ruang hampa dengan satu inti yang bermuatan positif dan satu atau beberapa elektron yang beredar disekitar inti,
seperti Planet-Planet yang bergerak dalam sistem tata surya. Massa atom sebagian besar terletak pada intinya. 2. Atom secara keseluruhan bersifat netral,
muatan positif pada inti sama besarnya dengan muatan elektron yang beredar di sekitarnya. Muatan positif pada inti besarnya sama dengan nomer atom dikalikan dengan muatan elementer.
3. Inti dan elektron tarik-menarik,
Gaya tarik menarik ini merupakan gaya centripetal yang mengendalikan gerak elektron pada orbitnya masing-masing seperti grafitasi dalam tata surya.
4. Pada Reaksi kimia, inti atom tidak mengalami perubahan, Yang mengalami perubahan ialah elektron-elektron pada kulit terluar. Ion + adalah atom yang kekurangan elektron (telah melepas e) Ion – adalah atom yang kelebihan elektron (menyerap e).
VIII. MASSA dan MUATAN ELEKTRON
J.J Thomson (1856-1940) menamakan partikel bermuatan negatif tersebut dengan elektron. Sekitar tahun 1897, beliau yang pertama kali menentukan perbandingan antara muatan dan massa elektron. Thomson menggunakan prinsip bahwa partikel- partikel yang bergerak melalui medan magnetik akan dibelokkan.
Gambar diatas menunjukkan skema rangkaian peralatan yang digunakan oleh Thomson. Jika sebuah partikel bermuatan e dan kecepatan v memotong tegak lurus daerah medan magnetik B, maka partikel akan menempuh lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari
r=