MAKALAH EKSPERIMEN FISIKA MODERN EFEK ZEEMAN
DISUSUN OLEH : KELOMPOK 1
1. AFIFAH AZZAHRA HARAHAP 20033109 2. FAHREZA RAHMAT 20033055
3. MEILA SARI 21033023 4. MELVIA NISA PUTRI 21033024 5. MERINDI PUTRI ISLAMI 21033025
DOSEN PENGAMPU :
DEA STIVANI SUHERMAN,S.Pd.,M.Pd
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI PADANG
2023
KATA PENGANTAR
Puji syukur kita ucapkan atas kehadirat Allah SWT Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan makalah Eksperimen Fisika Modern kelompok ini mengenai Efek Zeeman. Makalah ini di susun dengan tujuan untuk melengkapi salah satu tugas mata kuliah yakni “Eksperimen Fisika Modern”.
Adapun dalam pembuatan makalah ini penulis telah berusaha semaksimal mungkin dan tentunya tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, sehingga makalah ini selesai tepat pada waktunya. Terlepas dari semua itu penulis menyadari bahwa terdapat kekurangan dalam makalah ini baik dari segi penyusunan bahasa, pembahasan, maupun segi lainnya. Oleh karena itu, dengan lapang dada dan tangan terbuka penulis membuka selebar-lebarnya bagi pembaca yang ingin memberikan saran dan juga kritiknya demi perbaikan makalah ini, mengingat bahwa tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa adanya saran yang membangun.
Penulis berharap dengan adanya makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah
wawasan serta pengetahuan pembaca mengenai “Efek Zeeman” dan juga dapat memberikan informasi yang mudah dipahami.
Padang, 13 September 2023
Penulis
DAFTAR ISI
BAB I...4
PENDAHULUAN...4
A. Latar Belakang...4
B. Rumusan Masalah...4
C. Tujuan...4
BAB II...5
PEMBAHASAN...5
A. Normal Zeeman Effect...5
B. Anomalalous Zeeman Effect...7
BAB III...13
PENUTUP...13
A. Kesimpulan...13
DAFTAR PUSTAKA...14
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Efek Zeeman adalah fenomena menarik yang berkembang seiring dengan berkembangnya pemahaman tentang sifat atom dan interaksinya dengan medan magnet. Pada akhir abad ke-19, pemahaman tentang struktur atom mengalami kemajuan pesat. Atom adalah unit terkecil dari materi, terdiri dari inti bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron yang mengorbit di sekitarnya. Model atom ini, dikembangkan oleh J.J. Thomson dan Ernest Rutherford membuka jalan bagi studi lebih lanjut tentang sifat-sifat atom. Para ilmuwan menyadari bahwa atom memiliki momen magnet internal yang berasal dari dua sumber utama: spin elektron dan orbital elektron. Pada saat yang sama, mereka juga menyadari bahwa medan magnet dapat mempengaruhi perilaku atom. Pada tahun 1896, fisikawan Belanda Pieter Zeeman melakukan serangkaian eksperimen revolusioner.
Dalam percobaannya, ia mengamati spektrum cahaya yang dipancarkan atom natrium ketika ditempatkan dalam medan magnet yang kuat. Hasil percobaan tersebut sangat mengejutkan. Zeeman menemukan bahwa garis spektral natrium yang
sebelumnya tunggal kini terpecah menjadi beberapa komponen. Ini adalah perubahan signifikan pada garis spektrum akibat interaksi dengan medan magnet. Efek Zeeman, yang ditemukan oleh Zeeman, menunjukkan bahwa atom dapat merespons medan eksternal dengan mengubah energi dan struktur spektralnya. Hasil ini merupakan salah satu demonstrasi paling awal dan paling kuat mengenai sifat kuantum perilaku atom. Efek Zeeman juga merupakan kontribusi penting bagi perkembangan teori atom dan pemahaman interaksi antara atom dan medan.
Efek Zeeman adalah konsep yang menjelaskan apa yang terjadi ketika elektron berpindah antar tingkat energi dalam atom hidrogen. Efek Zeeman ditandai dengan perpindahan elektron dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah atau sebaliknya, kemudian foton dipancarkan pada frekuensi atau panjang gelombang tertentu. Bagaimana cara menentukan foton, frekuensi dan panjang gelombangnya, mengetahui perbedaan tingkat energi menggunakan Persamaan.
B. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang sesuai dengan makalah ini, sebagai berikut : 1. Bagaimana kajian tentang Normal Zeeman Effect?
2. Bagaimana kajian tentang Anomalalous Zeeman Effect?
C. Tujuan
Adapun tujuan yang sesuai berdasarkan rumusan masalah, sebagai berikut:
1. Mendeskripsikan kajian tentang Normal Zeeman Effect?
2. Mendeskripsikan kajian tentang Anomalalous Zeeman Effect?
BAB II PEMBAHASAN A. Normal Zeeman Effect
Efek yang menerangkan kenyataan rel spectrum tyang terasing menjabat melarang atau lebih bab yang memegang secercah antipati saluran detik sumbernya ditempatkan muka kancah besi sembrani tenang yang lemah. Pertama anak sungai diamati muka hari 1896 oleh fisikawan jerman Pieter Zeeman periode mengamalkan penyeliaan kondisi yellow D-lines berbunga unsur sodium yang terpengaruh kancah besi sembrani kuat. Ia merapai tepuk tangan Noble for Physic muka hari 1902 berikut pakai bekas gurunya Hendrik Anton Lorentz. Interaksi sela unsur dan kancah besi sembrani diklasifikasikan menjabat melarang yaitu :
Medan lemah : Efek Zeeman, dan efek Zeeman normal dan anomaly
Medan kuat : Efek Paschen-Back Efek
Efek Zeeman normal adalah fenomena di mana spektrum terbagi menjadi tiga garis spektral karena pengaruh medan magnet, dan kita dapat mengamati segmen spektral tersebut dengan filter merah. Secara teori, pembagian spektrum menjadi tiga garis spektral merupakan hubungan yang terjadi antara medan magnet luar dengan jarak pisah garis spektral tersebut.
Efek Zeeman terbentuk dari degenerasi tingkat energi dalam atom untuk berinteraksi dengan momen magnet atom dan medan magnet luar. Kekuatan interaksi pada setiap tingkat energi dinyatakan dalam momentum sudut atom, sebagai berikut:
J = L + S
Dimana L dan S adalah momentum sudut orbital dan rotasi, dan J dapat diperoleh dari (L-S) hingga (L+S). Komponen z dari J disebut bilangan kuantum mj dan mempunyai nilai diskrit dalam rentang –J ≤ mj ≤ J. Dimana 2J+1 adalah arah dari J. Ketika medan magnet B = 0, tidak ada energi yang diarahkan menuju sisi itu. J. Bila medan magnet diterapkan pada magnet B>0, terdapat perbedaan energi menuju J.
Dalam medan magnet luar B, dipol magnet mempunyai energi potensial Vm yang bergantung pada amplitudo momen magnet µ dan arah momen magnet relatif terhadap medan magnet.
Torka τ yang bekerja pada dipol magnet dalam medan magnet dengan rapat fluks B adalah
t = mB sin q
dimana θ melambangkan sudut antara µ dan B. Torka ini maksimum jika kedua kutub tegak lurus medan magnet dan nol jika keduanya sejajar.
Ketika medan magnet seragam eksternal B diterapkan pada sebuah elektron, torka diperoleh dari momen magnetik orbit dengan energi potensial terendah yang berlawanan dan sejajar dengan garis-garis medan magnet dari medan magnet tersebut.
Maka energi potensial magnetnya adalah:
VB = mB.B
Jika Lz dikuantisasi dengan energi potensial magnet, maka simbol VB diubah menjadi ΔE. Perubahan energi ∆E sebanding dengan rapat fluks magnet B. Energi interaksi antara momen magnet µ dan medan magnet B adalah:
E = mB
Untuk komponen z pada sistem koordinat, kita dapat menulis:
E = mzB
Efek Zeeman normal menunjukkan pembagian garis spektrum menjadi tiga komponen. Efek ini dipelajari pada garis spektral untuk mengetahui energi awal dan akhir dengan torsi kinetik S=0 yang merupakan gambaran konversi energi pada efek Zeeman konvensional.
Adapun persamaan yang menjelaskan mengenai hubungan terjadi dalam efek zeeman normal adalah :
Zeeman normal konsisten dengan teori klasik hukum Lorentz. Efek anomali bergantung pada putaran elektron dan merupakan mekanika kuantum murni. Efek Zeeman normal diamati pada atom tak berputar (S = 0, L = J ≠ 0).Total spin dari sebuah atom dengan N-electron adalah
Kulit unsur yang terisi tidak mempunyai kuantitas spin, datang semata-mata memikirkan electron valensi. Karena electron mempunyai spin ½ datang tidak menerima mengekspresikan bahwa s = 0 berbunga unsur tambah electron valensi ganjil. Electron valensi genap bisa mereka cipta suasana s = 0, keadaan dasar golongan II (divalent atoms) mempunyai konstruksi ns2→selalu mempunyai s = 0, dimana dua elektronnya lurus tambah spin antiparalelnya momen magnetic dari sebuah atom yang tidak memiliki spin akan dianggap sebagai gerak orbital µ=- (µB)/ħL Energi interaksi antara momen magnetic dan medan magnet adalah : ∆E=
-µ .B
Efek Zeeman yang biasa menunjukkan pemisahan garis spektral menjadi tiga komponen. Efek ini dipelajari dengan garis spektral untuk mengetahui energi awal dan energi akhir momentum sudut S=0 merupakan gambaran perpindahan energi pada efek Zeeman normal.
D. Anomalalous Zeeman Effect
Efek Zeeman anomali adalah peristiwa di mana spektrum terpecah menjadi lebih dari tiga garis spektral yang disebabkan oleh aksi medan magnet, dan kita dapat mengamati segmen spektral ini menggunakan filter hijau.
Anomalous Zeeman Effect ditemukan oleh Thomas Preston di Dublin pada 1897. Anomalous Zeeman Effect terjadi pada atom-atom dengan spin yang tidak-nol
→ atom dengan electron ganjil Pada 𝐿�-coupling, interaksi spin-orbit memasangkan momentum sudut spin dan orbital untuk menghitung total momentum sudut dengan persamaan �ˆ = 𝐿ˆ �ˆ Saat medan magnet diterapkan, � menggantikan � pada frekuensi Larmor, Dalam prosesnya, L dan S lebih cepat setara � akibat interaksi spinorbit. Spin-orbit effect lebih kuat
Adapun perbedaan mendasar antara Normal Zeeman Effect dan Anomalous Zeeman Effect dapat dilihat pada tabel 2.1
Efek Zeeman tidak dapat dijelaskan dengan model atom Bohr, sehingga diperlukan model atom yang lebih umum dan lengkap untuk menjelaskan efek Zeeman dan spektrum atom multielektron.
Sebelumnya, Sommerfeld (Arnold Sommerfeld, 1868-1951, Jerman) memperluas gagasan Bohr dengan mengusulkan orbit elips berbeda dengan nilai n yang sama. Sommerfeld menambahkan aturan pemilihan transisi elektronik
berdasarkan tiga bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama/ukuran orbital n, bilangan kuantum bentuk orbital l, dan bilangan kuantum arah orbit ml.
Model atom Bohr-Sommerfeld bermasalah karena tidak menjelaskan fenomena lain yang disebut efek anomali Zeeman. Efek Zeeman anomali adalah fenomena di mana selain garis spektral efek Zeeman, terdapat garis spektral tambahan (garis terpisah). spektrum dalam spektrum ketika sumber spektral terkena medan magnet) di bawah pengaruh medan magnet. Efek Zeeman anomali yang lebih jelas lagi adalah terpecahnya garis-garis spektral menjadi banyak garis-garis yang berjarak berdekatan di bawah pengaruh medan eksternal dengan kerapatan fluks magnet yang lebih rendah. Efek ini disebut tidak biasa karena tidak sesuai dengan prediksi klasik.
Pada saat itu, fisikawan percaya bahwa diperlukan lebih banyak bilangan kuantum untuk menjelaskan efek Zeeman yang anomali. Penjelasan atas fenomena ini diberikan oleh hipotesis Pauli (Wolfgang Pauli, 1924-1958, Swiss), yang
menyatakan bahwa elektron memiliki putaran internal, yang berkontribusi terhadap peningkatan momentum sudut total atom.
Pauli mampu menjelaskan kemunculan efek anomali Zeeman dengan berhipotesis bahwa kemunculan efek anomali Zeeman disebabkan adanya potensi rotasi yang menghasilkan momentum sudut tambahan. Untuk menjelaskan fenomena efek Zeeman yang anomali, Pauli mengusulkan bilangan kuantum keempat yang hanya memiliki dua nilai. Goudsmit (Samuel Abraham Goudsmit, 1902-1978, Belanda) dan Uhlenbeck (George Eugene Uhlenbeck, 1900-1988, Belanda)
berhipotesis bahwa rotasi tersembunyi ini disebabkan oleh momentum sudut internal elektron, yang tidak bergantung pada momentum sudutnya. momentum sudut (bukan momentum sudut orbital) dan momentum sudut internal ini mengacu pada putaran
elektron pada porosnya seperti halnya Bumi berputar pada porosnya (momentum elektromagnetik) dan oleh karena itu disebut putaran elektron.
Efek Zeeman yang anomali dapat dipelajari menggunakan spektrofotometer kadmium hijau. Efek Zeeman anomali menggambarkan pola spektral aneh yang muncul dengan adanya medan magnet luar, di mana garis-garis muncul karena medan magnet luar lebih besar dari tiga garis.
Untuk beberapa atom, spektrum garis terbagi menjadi lebih dari tiga garis, tidak sesuai dengan teori yang ada, sehingga sering disebut efek anomali Zeeman.
Filter hijau dengan panjang gelombang 5,461 angstrom dari merkuri digunakan untuk mempelajari efek Zeeman yang anomali. Spektrum anomali ini dibagi menjadi 9 komponen, yaitu 6 komponen untuk ∆ml= ±1 dan 3 komponen untuk ∆ml= 0. Anda hanya dapat menggunakan polarizer untuk melihat 3 komponen garis ∆ml= 0
Persamaan efek Zeeman anomali dapat ditentukan dengan beberapa cara. Cara pertama adalah dengan mengilustrasikan vektor � dan � ketika vektor � bergerak konstan. Ketiga vektor tersebut mempunyai panjang yang tetap sehingga muncul seragam pada arah vektor �. Jadi
Ketika medan eksternal diterapkan, garis spektral tajam, seperti transisi hidrogen n = 3 → 2, terpecah menjadi beberapa garis yang berjarak berdekatan. Pieter Zeeman pertama kali menemukan bahwa distribusi ini disebabkan oleh interaksi antara medan magnet dan momen dipol magnet dari momentum sudut orbital. Dengan tidak adanya medan magnet, energi hidrogen hanya bergantung pada bilangan
kuantum utama n, dan emisi terjadi pada satu panjang gelombang. Pertukaran tingkat
energi ini menyebabkan pemisahan beberapa garis spektral yang berjarak sama, yang dikenal sebagai efek Zeeman.
Gambar 3.1 Perbedaan antara garis spektral tanpa medan magnet dan efek Zeeman untuk atom hydrogen
Medan magnet juga berinteraksi dengan momen magnet putaran elektron, yang dalam banyak kasus berkontribusi terhadap efek Zeeman. Selama percobaan awal Zeeman, spin elektron tidak ditemukan, sehingga kasus di mana ia berperan dianggap anomali. Istilah "efek Zeeman anomali" dipertahankan untuk kasus-kasus di mana rotasi berkontribusi. Secara umum, momen orbital dan putaran disertakan, dan interaksi Zeeman dinyatakan dalam Persamaan
Spektrum atom hidrogen yang dihasilkan merupakan spektrum sederhana.
Spektrum linier atom hidrogen dijelaskan oleh Niels Bohr pada tahun 1913. Penelitian tersebut menggunakan cahaya yang dipancarkan dari tabung berisi elektron gas hidrogen, yang dipengaruhi oleh tegangan tinggi dan juga medan magnet. Kemudian dilewatkan melalui prisma untuk menghasilkan cahaya berwarna monokromatik, yaitu spektrum emisi Pengaruh medan luar memisahkan jarak garis spektral dalam efek Zeeman biasa, yang secara teoritis dibagi menjadi tiga garis spektral dengan frekuensi berbeda, yaitu. (υ ∆υ), (υ) dan (υ - ∆υ).
Efek Zeeman juga dapat dikelompokkan berdasarkan arah medan magnetnya, dimana efek Zeeman ada dua jenis antara lain:
a. Zeeman transversal
Efek Zeeman transversal merupakan fenomena pemisahan spektral yang terjadi ketika arah medan magnet tegak lurus dengan arah rambat sumber cahaya.
Efek Zeeman transversal merupakan salah satu jenis efek Zeeman yang menggambarkan perubahan spektral atom atau molekul ketika terkena medan magnet luar yang diarahkan tegak lurus (horizontal) terhadap garis pandang pengamat. Fenomena ini penting untuk memahami sifat atom dan dapat diterapkan dalam studi spektroskopi dan magnet.
Efek Zeeman transversal berasal dari sifat dasar elektron dalam atom:
Spin elektronik: Setiap elektron mempunyai sifat seperti putaran, yang dapat dianggap sebagai magnet kecil yang berputar. Rotasi ini menciptakan momen magnet internal.
Orbit elektronik: Selain berputar, elektron juga bergerak dalam orbit mengelilingi inti atom, orbit ini juga menimbulkan momen magnet.
Efek Zeeman transversal menghasilkan pemisahan garis spektral menjadi tiga komponen terpisah. Pemisahan ini terjadi pada garis tengah spektrum, yaitu garis acuan, dan kedua garis samping yang terletak di kedua sisi garis tengah tersebut.
Perpindahan garis spektrum pada efek Zeeman transversal bergantung pada besar dan arah medan magnet yang diterapkan. Dengan mengukur perpindahan ini, kita dapat menentukan besarnya medan magnet luar yang tegak lurus garis pandang pengamat.
Aplikasi: Efek Zeeman horizontal memiliki banyak penerapan penting:
Penentuan medan magnet: Efek ini digunakan dalam berbagai eksperimen dan teknik untuk mengukur medan magnet, seperti spektroskopi resonansi
magnetik nuklir (NMR).
Penelitian tentang struktur atom: Efek Zeeman transversal digunakan untuk memahami sifat dasar elektron dalam atom dan peran momen magnet dalam spektrum atom.
Penelitian materi : Ini dapat digunakan dalam penelitian material untuk menentukan sifat magnetik material.
b. Efek Zeeman longitudinal
Efek Zeeman longitudinal merupakan fenomena pemisahan spektral yang terjadi ketika arah medan magnet sama atau sejajar dengan arah rambat sumber cahaya.
Efek Zeeman longitudinal adalah salah satu jenis efek Zeeman yang menggambarkan perubahan spektral atom atau molekul ketika terkena medan magnet luar. Fenomena ini penting untuk memahami sifat atom dan dapat diterapkan dalam studi spektroskopi dan magnet. Efek Zeeman memanjang muncul dari sifat dasar elektron dalam atom:
Spin elektronik: Setiap elektron mempunyai sifat seperti putaran, yang dapat dianggap sebagai magnet kecil yang berputar. Rotasi ini menciptakan momen magnet internal.
Interaksi dengan medan magnet: Ketika suatu atom atau molekul ditempatkan pada medan magnet luar, momen magnet intrinsik elektron (akibat spin) akan berinteraksi dengan medan magnet tersebut.
Efek Zeeman vertikal mengakibatkan terpecahnya garis spektral menjadi tiga komponen terpisah. Pemisahan ini terjadi pada garis tengah spektrum, yaitu garis acuan, dan kedua garis samping yang terletak di kedua sisi garis tengah tersebut.
Perpindahan vertikal garis spektrum dalam efek Zeeman bergantung pada besar dan arah medan magnet yang diterapkan. Dengan mengukur perpindahan ini, kita dapat menentukan kekuatan medan magnet luar. Efek Zeeman vertikal memiliki banyak penerapan penting:
Penentuan medan magnet: Efek ini digunakan dalam berbagai eksperimen dan teknik untuk mengukur medan magnet, seperti spektroskopi resonansi
magnetik nuklir (NMR).
Penelitian tentang struktur atom: Efek Zeeman longitudinal digunakan untuk memahami sifat dasar elektron dalam atom dan peran momen magnet dalam spektrum atom.
Penelitian materi : ini dapat digunakan dalam penelitian materi untuk mengidentifikasi sifat magnetic material.
BAB III PENUTUP A. Kesimpulan
Efek Zeeman
DAFTAR PUSTAKA
