1 Makala Fisika Kuantu Efek fotolistrik dan efek copton D I S U S U N OLEH KRISNA [ ] MUTIA [ 411] ERVINA [ 41134] VIKCY [ 41] FISIKA Non_Dik 11 FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN SUMATERA UTARA
2 13 BAB 1. PENDAHULUAN Efek fotolistrik adala fenoena terlepasnya elektron loga akibat disinari caaya. Ditinjau dari perspektif sejara, peneuan efek fotolistrik erupakan sala satu tonggak sejara kelairan fisika kuantu. Untuk eruuskan teori yang cocok dengan eksperien, kita diadapkan pada situasi diana paa klasik yang selaa puluan taun diyakini sebagai paa yang benar, terpaksa arus dirobak. Paa yang diaksud adala konsep caaya sebagai gelobang tidak dirobak, fenoena efek fotolistrik tidak dapat dijelaskan secara baik. Paa yang baru yang apu enjelaskan secara teoritis fenoena efek fotolistrik adala bawa caaya sebagai partikel naun deikian, unculnya paa baru ini enibulkan poleik baru. Penyebabnya adala bawa paa caaya sebagai gelobang tela dibuktikan keandalannya dala enjelaskan sejula besar fenoena yang berkaitan dengan fenoena difraksi, interferensi, dan polarisasi. Seentara itu, fenoena yang disebutkan tadi tidak dapat dijelaskan berdasarkan paa caaya sebagai partikel. Untuk engatasi itu, para ali sepakat bawa caaya eiliki sifat ganda : sebagai gelobang dan sebagai partikel. Pada akala ini akan dijelaskan ateri engenai sejara perkebangan Efek Fotolistrik. Efek fotolistrik erupakan pengeluaran elektron dari suatu perukaan [biasanya loga] ketika dikenai, dan enyerap, radiasi elektroagnetik [seperti caaya tapak dan radiasi ultraungu] yang berada di atas frekuensi abang tergantung pada jenis perukaan. Istila laa untuk efek fotolistrik adala efek Hertz [yang saat ini tidak digunakan lagi]. Efek fotolistrik banyak ebantu penduaan gelobang-partikel, diana siste fisika [seperti foton dala kasus ini] dapat enunjukkan kedua sifat dan kelakuan seperti-gelobang dan seperti-partikel, sebua konsep yang banyak digunakan ole pencipta ekanika kuantu. Efek fotolistrik dijelaskan secara ateatis ole Albert Einstein yang eperluas kuanta yang dikebangkan ole Max Planck. Huku eisi fotolistrik: 1. Untuk loga dan radiasi tertentu, jula fotoelektro yang dikeluarkan berbanding lurus dengan intensitas caaya yg digunakan.
3 . Untuk loga tertentu, terdapat frekuensi iniu radiasi. di bawa frekuensi ini fotoelektron tidak bisa dipancarkan. 3. Di atas frekuensi tersebut, energi kinetik yang dipancarkan fotoelektron tidak bergantung pada intensitas caaya, naun bergantung pada frekuensi caaya. 4. Perbedaan waktu dari radiasi dan peancaran fotoelektron sangat kecil, kurang dari 1-9 detik.
4 BAB II. EFEK FOTOLISTRIK Peneuan Hertz Gelobang Maxwell Prediksi paling draatis teori Maxwell elektroagnetise, diterbitkan pada taun 1865, adala adanya gelobang elektroagnetik bergerak pada kecepatan caaya, dan kesipulan bawa caaya itu sendiri anya seperti gelobang. Eksperientalis ini ditantang untuk engasilkan dan endeteksi radiasi elektroagnetik enggunakan beberapa bentuk aparatus listrik. Usaa jelas pertaa yang berasil adala dengan Heinric Hertz pada taun Dia enggunakan sebua kuparan induksi tegangan tinggi enyebabkan percikan discarge antara dua lebar kuningan, engutip dia, "Bayangkan tubu silinder kuningan, 3 c diaeter 6 c, ditenga sela sepanjang panjangnya ole cela percikan yang kutub pada sisinya dibentuk ole lingkup radius c. " Idenya adala bawa sekali percikan ebentuk jalur elakukan antara dua konduktor kuningan, biaya dengan cepat akan berosilasi bolak-balik, eancarkan radiasi elektroagnetik dari panjang gelobang irip dengan ukuran konduktor sendiri. Untuk ebuktikan bawa eang ada radiasi yang dipancarkan, itu arus terdeteksi. Hertz enggunakan sepotong kawat tebaga 1 tebal ebungkuk ke lingkaran diaeter 7,5 c, dengan lingkup kuningan kecil di sala satu ujungnya, dan ujung kawat itu enunjuk, dengan titik dekat bola. Dia enabakan ekanise sekrup seingga titik bisa bergerak sangat dekat dengan lingkungan secara terkendali. Ini "peneria" dirancang seingga arus berosilasi bolak-balik di kawat akan eiliki periode alai dekat dengan dari "peancar" yang dijelaskan di atas. Adanya uatan berosilasi di peneria akan ditandai dengan percikan di seluru perbedaan [kecil] antara titik dan lingkungan [biasanya, kesenjangan ini seratus ilieter]. [Disarankan untuk Hertz bawa kesenjangan ini percikan bisa diganti sebagai detektor ole kaki seekor katak yang sesuai disiapkan, tapi itu ternyata tidak berasil.] Penelitian ini sangat sukses - Hertz apu endeteksi radiasi ingga lia belas eter jaunya, dan dala serangkaian percobaan cerdik ditetapkan bawa radiasi tercerin dan ebias seperti yang diarapkan, dan bawa itu terpolarisasi. Masala utaa - faktor pebatas dala deteksi - sedang dapat eliat percikan kecil dala receiver. Dala upaya untuk eningkatkan percikan Deteksi, dia datang atas sesuatu yang sangat isterius. Untuk kutipan
5 dari Hertz lagi [dia disebut peancar percikan A, B peneria]: "Aku kadang-kadang tertutup percikan B dala kasus gelap seingga lebi uda ebuat pengaatan, dan dengan deikian saya engaati bawa percikan panjang aksiu enjadi jelas lebi kecil dala kasus ini daripada sebelunya. Pada engapus berturut-turut berbagai bagian kasus, terliat bawa anya sebagian saja yang elakukan ini adala efek erugikan yang ditayangkan percikan B dari percikan A. Partisi pada sisi yang dipaerkan efek ini, tidak anya ketika berada di lingkungan langsung dari spark B, tetapi juga ketika sela pada jarak yang lebi besar dari B antara A dan B. fenoena A begitu luar biasa disebut untuk penyelidikan lebi dekat. " Hertz keudian eulai investigasi yang sangat teliti. Ia eneukan bawa peneria percikan kecil lebi kuat jika terkena sinar ultraviolet dari peancar percikan. Butu waktu laa untuk encari ini keluar - ia pertaa kali diperiksa untuk beberapa jenis efek elektroagnetik, tetapi eneukan selebar kaca efektif terlindung percikan. Dia keudian eneukan sepotong kuarsa tidak perisai percikan, diana ia enggunakan prisa kuarsa untuk eeca caaya dari besar percikan ke dala koponen-koponennya, dan eneukan bawa panjang gelobang yang ebuat percikan sedikit lebi kuat berada di luar terliat, di ultraviolet. Pada taun 1887 Heinric Rudolf Hertz eneukan fenoena efek Fotolistrik yang ebingungkan para Fisikawan waktu itu. Sebua loga ketika diberi caaya akan elepaskan elektron, yang akan engasilkan arus listrik jika disabung ke rangkaian tertutup. Jika caaya adala gelobang seperti yang tela diprediksikan ole Fisika klasik, aka searusnya seakin tinggi intensitas caaya yang
6 diberikan aka seakin besar arus yang terdeteksi. Naun asil eksperien enunjukkan bawa walaupun intensitas caaya yang diberikan aksiu, elektron tidak uncul juga dari plat loga. Tetapi ketika diberikan caaya dengan panjang gelobang yang lebi pendek [frekuensi lebi tinggi, ke ara warna ungu dari spektru caaya] dari sebelunya, tiba-tiba elektron lepas dari plat loga seingga terdeteksi arus listrik, padaal intensitas yang diberikan lebi kecil dari intensitas sebelunya. Berarti, energi yang dibutukan ole plat loga untuk elepaskan elektronnya tergantung pada panjang gelobang. Fenoena ini tidak dapat dijelaskan ole para Fisikawan pada waktu itu. Kalau caaya itu eang benar-benar gelobang, yang eiliki sifat kontinyu, bukanka searusnya energi yang bisa diserap darinya bisa bernilai berapa saja? Tapi ternyata anya jula energi tertentu saja yang bisa diserap untuk elepaskan elektron bebas.
7 Pendekatan Hallwacs 'Sipler Taun berikutnya, 1888, fisikawan Jeran, Wilel Hallwacs, di Dresden, enulis: "Dala sebua publikasi baru-baru ini Hertz tela dijelaskan investigasi teradap ketergantungan panjang aksiu dari sebua induksi percikan pada radiasi yang diteria dari induksi lain percikan. Dia ebuktikan bawa fenoena yang diaati adala suatu tindakan dari sinar ultraviolet No caaya lebi lanjut tentang itu. sifat fenoena bisa diperole, karena kondisi ruit penelitian di ana ia uncul. Saya tela berupaya untuk eperole fenoena terkait yang akan terjadi dala kondisi sederana, untuk ebuat penjelasan dari fenoena lebi uda Sukses itu. diperole dengan enyelidiki tindakan dari lapu listrik pada tubu beruatan listrik. " Dia keudian enjelaskan eksperiennya yang sangat sederana: plat elingkar seng dipasang berdiri dengan isolasi serta dilengkapi dengan kawat ke electroscope daun eas, yang keudian dibebankan negatif. electroscope yang ilang uatannya dengan sangat labat. Naun, jika pelat seng terkena sinar ultraviolet dari lapu busur, atau dari agnesiu terbakar, uatannya keluar dengan cepat. Jika piring itu beruatan positif, tidak ada uatan yang keluar. [Kai enunjukkan ini sebagai deo kulia, enggunakan lapu UV sebagai suber.] Mungkinka caaya ultraviolet enta bagaiana erusak sifat isolasi dari dudukan plat seng? Mungkinka efek listrik atau agnetik dari arus besar di lapu busur enta bagaiana enyebabkan keluarnya uatan? Meskipun percobaan Hallwac suda dapat dipastikan kebenarannya, ia tidak engerti teori apa yang sedang terjadi. J.J. Toson Mengidentifikasi Partikel Pada kenyataannya, situasi asi belu jelas sapai 1899, ketika Toson enetapkan bawa sinar ultraviolet enyebabkan elektron enjadi dipancarkan, partikel-partikel yang saa diteukan dala sinar katoda. Metode-Nya adala untuk enyertakan perukaan loga yang akan terkena radiasi dala tabung vaku, dengan kata lain untuk ebuat katoda dala sebua
8 tabung sinar katoda. Fitur baru adala bawa elektron itu arus dikeluarkan dari katoda ole radiasi, bukan ole edan listrik yang kuat yang digunakan sebelunya. Pada saat ini, ada gabar yang asuk akal tentang apa yang terjadi. Ato dala katoda berisi elektron, yang terguncang dan bergetar disebabkan ole edan listrik dari radiasi. Akirnya beberapa dari ereka akan bergetar dan akan dikeluarkan dari katoda. Hal ini beranfaat epertibangkan dengan ati-ati bagaiana jula dan kecepatan elektron yang dipancarkan akan diarapkan bervariasi dengan intensitas dan warna radiasi. Peningkatan intensitas radiasi akan engguncang elektron lebi keras, seingga orang akan berarap lebi untuk enjadi dipancarkan, dan ereka akan enebak keluar dengan kecepatan yang lebi besar, rata-rata. Meningkatkan frekuensi radiasi akan engguncang elektron lebi cepat, seingga dapat enyebabkan elektron untuk keluar lebi cepat. Untuk lapu sangat redup, itu akan eerlukan waktu untuk elektron bekerja sapai aplitudo getaran yang cukup engeluarkannya. Peneuan Mengejutkan ole Lenard Pada taun 19, Lenard epelajari bagaiana energi foto elektron yang dipancarkan bervariasi dengan intensitas caaya. Dia enggunakan lapu karbon busur, dan dapat eningkatkan intensitas seribu kali lipat. Elektron dikeluarkan dari pelat loga, kolektor, yang terubung ke katoda elalui kawat dengan aeter sensitif, untuk engukur arus yang diasilkan ole iluinasi. Untuk engukur energi elektron dikeluarkan, Lenard dibebankan pelat kolektor negatif, untuk encega elektron datang ke ara itu. Jadi, elektron anya dikeluarkan dengan energi kinetik yang cukup untuk bergerak ini adala bukti potensial akan berkontribusi pada saat ini. Lenard eneukan bawa ada tegangan iniu didefinisikan dengan baik yang berenti setiap elektron endapatkan elalui, kita akan enyebutnya Vstop. Yang engejutkan, ia eneukan bawa Vstop tidak tergantung saa sekali pada intensitas caaya! Menggandakan intensitas caaya dua kali lipat jula elektron yang dipancarkan, tetapi tidak epengarui energi dari elektron yang dipancarkan. Bidang berosilasi lebi kuat terlontar elektron lebi, tapi energi individu aksiu elektron dikeluarkan adala saa seperti untuk bidang lea.
9 Tapi Lenard elakukan sesuatu yang lain. enggunakan lapu busur yang sangat kuat, ada intensitas yang cukup untuk eisakan warna dan eeriksa efek fotolistrik enggunakan lapu warna yang berbeda. Dia eneukan bawa energi aksiu dari elektron dikeluarkan tidak bergantung pada warna naun panjang gelobang pendek, caaya dengan frekuensi yang lebi tinggi enyebabkan elektron akan dikeluarkan dengan lebi banyak energi. Hal ini, bagaianapun, sebua kesipulan yang cukup kualitatif --- pengukuran energi tidak terlalu direproduksi, karena ereka sangat sensitif teradap kondisi perukaan, di negara kususnya oksidasi parsial. Dala vacua terbaik tersedia waktu itu, oksidasi signifikan dari perukaan segar terjadi di puluan enit. [Rincian perukaan sangat penting karena elektron yang dipancarkan tercepat adala ereka dengan uda ke perukaan, dari ikatan ereka pada benda padat sangat bergantung pada sifat perukaan --- itu loga urni atau capuran loga dan ato oksigen?] Question: In te above figure, te battery represents te potential Lenard used to carge te collector plate negatively, wic would actually be a variable voltage source. Since te electrons ejected by te blue ligt are getting to te collector plate, evidently te potential supplied by te battery is less tan V stop for blue ligt. Sow wit an arrow on te wire te direction of te electric current in te wire.
10 Pertanyaan: Pada gabar di atas, baterai erupakan potensi Lenard digunakan untuk engisi pelat kolektor negatif, yang sebenarnya akan enjadi suber tegangan variabel. Karena elektron dikeluarkan ole sinar biru yang sapai ke plat kolektor, jelas potensi yang disediakan ole baterai kurang dari Vstop untuk caaya biru. Tapilkan dengan pana pada kawat ara arus listrik dala kawat. Penjelasan dan keterangan Einstein Pada taun 195 Einstein eberikan penafsiran yang sangat sederana dari asil Lenard's. Dia anya enduga bawa radiasi yang asuk arus dianggap sebagai kuanta dari frekuensi f, dengan f frekuensi. Dala potoeission, satu kuantu tersebut diserap ole satu elektron. Jika elektron adala beberapa jarak enjadi baan katoda, beberapa energi akan ilang ketika bergerak ke ara perukaan. Akan selalu ada beberapa biaya elektrostatik dengan elektron perukaan daun, ini biasanya disebut fungsi kerja, W. elektron yang paling energik yang dipancarkan akan enjadi sangat dekat dengan perukaan, dan ereka akan eninggalkan katoda dengan energi kinetik E = f - W
11 Pada tegangan negatif pada plat kolektor sapai arus berenti, untuk itu Vstop, elektron energi kinetik tertinggi arus eiliki evstop energi ketika eninggalkan katoda. Dengan deikian, ev stop = f W Dengan deikian teori Einstein ebuat prediksi kuantitatif yang sangat jelas: jika frekuensi caaya insiden yang bervariasi, dan Vstop diplot sebagai fungsi frekuensi, keiringan garis arus / e. Hal ini juga jelas bawa ada frekuensi caaya iniu untuk suatu loga tertentu, bawa untuk yang kuantu energi saa dengan fungsi kerja. Caaya di bawa ini frekuensi itu, tidak peduli seberapa terang, tidak akan enyebabkan potoeission. Dari Pebaasan diatas dapat disipulkan bawa energi yang dibutukan ole plat loga untuk elepaskan elektronnya tergantung pada panjang gelobang, dan diungkap ole Einsten bawa al ini dikarenakan ketika frekuensi caaya yang diberikan lebi tinggi, aka walaupun terdapat anya 1 foton saja [intensitas renda] dengan energi yang cukup, foton tersebut apu untuk elepaskan 1 elektron dari ikatannya. Intensitas caaya dinaikkan berarti akan seakin banyak jula foton yang dilepaskan, akibatnya seakin banyak elektron yang akan lepas. Einstein enjawab teka-teki engenai fotolistrik. Einstein terasur dengan teori relativitasnya. Hapir seua orang kenal forula E = c, naun sedikit saja yang engetaui apa itu efek fotolistrik yang engantarkan Einstein sebagai iluwan peneria adia Nobel. Pada taun 191 panitia adia Nobel enuliskan bawa Einstein dianugrai pengargaan tertinggi di bidang sains tersebut atas jasanya di bidang fisika teori terutaa untuk peneuan uku efek fotolistrik. Sangat engerankan engapa ia tidak eneria Nobel dari teori relativitas yang berdapak filosofis tinggi tersebut. Mungkinka anya panitia adia Nobel yang tau, atau ada alasan pragatis di balik itu?
12 Efek fotolistrik erupakan proses perubaan sifat-sifat konduksi listrik di dala aterial karena pengaru caaya atau gelobang elektroagnetik lain. Efek ini engakibatkan terciptanya pasangan elektron dan ole di dala seikonduktor, atau pancaran elektron bebas dan ion yang tertinggal di dala etal. Fenoena pertaa dikenal sebagai efek fotolistrik internal, sedangkan fenoena kedua disebut efek fotolistrik eksternal. Einstein enyelesaikan paper yang enjelaskan efek ini pada tanggal 17 Maret 195 dan engirikannya ke jurnal Annalen der Pysik, persis 3 ari setela ulang taunnya yang ke 6. Di dala paper tersebut Einstein untuk pertaa kalinya eperkenalkan istila kuantu [paket] caaya. Pada pendauluan paper ia berarguentasi bawa proses-proses seperti radiasi benda ita, fotoluinesens, dan produksi sinar katode, anya dapat dijelaskan jika energi caaya tersebut tidak terdistribusi secara kontinyu. Ide Einstein eicu Louis de Broglie enelurkan konsep gelobang ateri. Konsep ini enyatakan benda yang bergerak dapat dianggap sebagai suatu gelobang dengan panjang gelobang berbanding terbalik teradap oentunya. Sederananya, ide de Broglie ini erupakan kebalikan dari ide Einstein. Kedua ide ini selanjutnya ebantu elairkan ekanika kuantu elalui persaaan Scroedinger yang enandai berakirnya asa fisika klasik. Upaya Millikan untuk enyangkal Teori Einstein Jika kita eneria teori Einstein, aka, ini adala cara yang saa sekali berbeda untuk engukur konstanta Planck. Ali fisikawan Aerika Robert Millikan, yang tidak eneria teori Einstein, yang diliatnya sebagai serangan teradap teori gelobang caaya, bekerja selaa sepulu taun, sapai 1916, pada efek fotolistrik. Dia bakan dirancang teknik untuk Scraping ebersikan loga perukaan dala tabung vaku. Untuk seua usaanya dia eneukan asil engecewakan: ia engkonfirasikan teori Einstein, pengukuran terus-enerus untuk konstanta Planck dala,5% dengan etode ini. Naun sala satu iburan untuknya adala dia endapatkan adia Nobel untuk serangkaian percobaan
13 Pada kenyataanya, inila ikwal lairnya fisika odern yang enapik asusi teoriteori apan saat itu. Sala satunya adala teori Maxwell yang berasil eadukan fenoena kelistrikan dan keagnetan dala satu forula serta enyipulkan bawa caaya erupakan sala satu wujud gelobang elektroagnetik. Jelas dibutukan waktu cukup laa untuk eyakinkan kounitas fisika jika caaya eiliki sifat granular. Nyatanya dibutukan apir 11 taun ingga seorang Robert Millikan berasil ebuktikan ipotesis Einstein. Tidak tanggung-tanggung juga, Millikan engabiskan waktu 1 taun untuk pebuktian tersebut. Pada saat itu Einstein epublikasikan paper lain berjudul Teori Kuantu Caaya. Di dala paper ini ia enjelaskan proses eisi dan absorpsi paket caaya dala olekul, serta engitung peluang eisi spontan dan eisi yang diinduksi yang selanjutnya dikenal sebagai koefisien Einstein A dan B. Kedua koefisien ini beranfaat dala enjelaskan secara teoretis peneuan laser di keudian ari. Tuju taun keudian Artur Copton berasil ebuat eksperien yang ebuktikan sifat kuantu caaya tersebut dengan bantuan teori relativitas kusus.. Aplikasi Efek Fotolistrik Apaka Anda perna bertanya-tanya bagaiana sebua kaera otoatis dapat engabil gabar yang besar tanpa engatur? Kaera eiliki built-in ligt eter. Ketika caaya datang ke ligt eter, enyerang sebua benda loga yang elepaskan elektron dan enciptakan arus. Ini secara otoatis ebuka dan enutup lensa untuk enyesuaikan kondisi pencaayaan tinggi dan renda. detektor asap dan beberapa alar pencuri juga beroperasi enggunakan prinsip dasar efek fotolistrik. Sangat engerankan jika kita endengar bawa aplikasi pertaa efek fotolistrik berada dala dunia iburan. Dengan bantuan peralatan elektronika saat itu suara dubbing fil direka dala bentuk sinyal optik di sepanjang pinggiran keping fil. Pada saat fil diputar, sinyal ini dibaca kebali elalui proses efek fotolistrik dan sinyal listriknya diperkuat dengan enggunakan aplifier tabung seingga engasilkan fil bersuara. Aplikasi paling populer di kalangan akadeis adala tabung foto-pengganda [potoultiplier tube]. Dengan enggunakan tabung ini apir seua spektru radiasi elektroagnetik dapat diaati. Tabung ini eiliki efisiensi yang sangat tinggi, bakan ia
14 sanggup endeteksi foton tunggal sekalipun. Dengan enggunakan tabung ini, kelopok peneliti Superkaiokande di Jepang berasil enyelidiki assa neutrino yang akirnya dianugrai adia Nobel pada taun. Di saping itu efek fotolistrik eksternal juga dapat dianfaatkan untuk tujuan spektroskopi elalui peralatan yang bernaa potoelectron spectroscopy atau PES. Efek fotolistrik internal eiliki aplikasi yang lebi enyentu asyarakat. Abil conto foto-diode atau foto-transistor yang beranfaat sebagai sensor caaya berkecepatan tinggi. Bakan, dala kounikasi serat optik transisi sebesar 4 Gigabit perdetik yang setara dengan pulsa caaya sepanjang 1 pikodetik [1-11 detik] asi dapat dibaca ole sebua fotodiode. Sel surya yang sangat kita kenal anfaatnya dapat enguba energi ataari enjadi energi listrik elalui efek fotolistrik internal. Sebua seikonduktor yang disinari dengan caaya tapak akan eisakan elektron dan ole. Kelebian elektron di satu sisi yang disertai dengan kelebian ole di sisi lain akan enibulkan beda potensial yang jika dialirkan enuju beban akan engasilkan arus listrik. Akir-akir ini kita dibanjiri ole produk-produk elektronik yang dilengkapi dengan kaera CCD [carge coupled device]. Sebut saja kaera pada ponsel, kaera digital dengan resolusi ingga 1 Megapiksel, atau peindai kode-batang [barcode] yang dipakai diseluru superarket, keseuanya eanfaatkan efek fotolistrik internal dala enguba citra yang dikeendaki enjadi data-data elektronik yang selanjutnya dapat diproses ole koputer. Jadi, tanpa kita sadari kita tela eanfaatkan efek fotolistrik baik internal au pun eksternal dala keidupan seari-ari. Bab III. Efek Copton
15 Taun 193 Artur Holy Copton dapat enunjukkan bawa ketika sinar- Xonokroatik diarakan ke unsur ringan karbon,radiasi aburan terdiri dari dua koponen,yang pertaa lebi panjang dari sinar datang dan yang kedua saa dengan radiasi sinar datang. Copton juga engaati bawa selisi antara panjang gelobang sinar X datang dengan panjang gelobang sinar X terabur eningkat teradap sudut aburan,peristiwa ini disebut efek Copton. Selisi panjang gelobang ini tidak bergantung pada sinar datang dan juga erupakan sifat alai dari baan pengabur. Efek Copton adala sala satu dari 3 proses yang eleakan energi suatu sinar ionisasi. Bila suatu sinar jatu pada perukaan suatu ateri sebagian daripada energinya akan diberikan kepada ateri tersebut, sedangkan sinar itu sendiri akan di sebarkan. Radiasi sinar X onokroatik K dari anoda enuju Kristal karbon,setela diaburkan elalui sudut yang diketaui lalu sinar X tersebut dilewatkan elalui sejula cela enuju Kristal dala spectroeter Bragg,diana sinar X didifraksikan ole Kristal lalu asuk ke ruang ionisasi yang engukur intensitas sinar X terdifraksi. dengan engukur sudut difraksi diana intensiitas aksiu diaati,aka keungkinan untuk enentukan panjang gelobang [ ] sinar X yang diaburkan ole kristal karbon pada sudut tertentu [ ] dari persaaan Bragg. Copton engaati dua puncak yang eiliki panjang geobang berbeda dala radiasi terabur. Pada sudut aburan 9,panjang gelobang pertaa [ ] sesuai dengan panjang gelobang sinar X onokroatikk olybdenu yaitu,79 n,sedangkan panjang gelobang kedua yaitu epunyai panjang gelobang,73 n. Selisi kedua panjang gelobang tersebut [ ] yaitu,3 n yang sesuai dengan nilai peritungan dari persaaan Copton. puncak intensitas pada panjang gelobang,73 n disebabkan aburan Copton dari elektron yang
16 dianggap bebas,karena energi ikatnya dala ato kecil jika dibandingkan energi f foton sinar X datang. puncak intensitas =,79 n [saa dengan panjang gelobang sinar X datang ] disebabkan aburan dari elektron terikat dala ato. da l a al ini oentu recoil [elektron yang terbental] diabil ole keseluruan ato yang lebi berat disbanding elektron,aka engasilkan pergeseran panjang gelobang yang sangat kecil [diabaikan ] seingga foton terabur epunyaienergi dan panjang gelobang yang saa dengan sinar datang. Peruusan teori efek Copton dapat diuraikan sebagai berikut,isal foton berenergi f enubuk sebua elektron bebas dala keadaan dia. Foton terabur akibat tubukan epunyai energi f dan epunyai sudut denganara foton datang. sedangkanelektron terpental [recoil] akibat tubukan tersebut dan epunyai sudut dengan ara foton datang. Dari uku kekekalan energi f = f + E k =f +c c diana k = 1 1 v c f = f + c [k-1] [.1.] Dari uku kekekalan oentu Pada subu x, f c f ' cos k v cos c..[..] Pada subu y, f ' sin k v sin c [.3.] Moentu sebelu tubukan saa dengan oentu sesuda tubukan dan oentu elektron dia = nol. Dari persaaan [.1,] c c kc ' c
17 Lalu kedua sisi dikuadratkan ' ' c k c c 1 ' k c c.[.4.] Dari persaaan [..] cos cos ' k v cos cos ' k v..[.5.] Dari persaaan [.3.] sin sin ' v k sin sin ' k v..[.6.] Kuadratkan persaaan [.5.] dan [.6.] lalu julakan sin cos sin ' cos ' cos ' v k v k cos ' ' v k.[.7.] Persaaan [.4.] dikurangi [.7.]
18 [cos 1] c[ ] ' ' [cos 1] [ ' ] c Seingga selisi panjang gelobang foton terabur dengan foton datang c [1 cos ]...[.8.] c disebut panjang gelobang Copton ;, 4 Å c Dari persaaan [.8.] ' [1 cos ] c 1 1 f ' f c sin 1 1 f {1 sin } f ' f c f ' f 1 sin..[.9.] f Diana dan Ek=f-f, seingga energi kinetic elektron recoil c c Ek f sin 1 sin [.1.] Dari persaaan [..] dan [.3.] vccos f f ' cos....[.11.]
19 vcsin f ' sin.[.1.] Persaaan [.1.] dibagi [.11.] dan elalui persaaan [.9.] f sin 1 sin f 'sin tan f f 'cos f cos f 1 sin tan sin 1 sin cos sin cos cot tan [1 ] sin sin Seingga ara elektron recoil yaitu : cot tan 1 c.[.13.] Kegagalan teori fisika klasik atau teori gelobang elektroagnet, enjelaskan peristiwa efek Copton sebagai berikut : 1. Menurut teori gelobang elektroagnet, sinar-x terabur searuysnya,epunyai panjang gelobang [ ] yang saa seperti sinar-x datang, padaal enurut teori Copton panjang gelobang [ ] sinar-x terabur beda dengan sinar-x datang.. Intensitas radiasi sinar datang berfrekuensi f akan enyebabkan elektron-elektron unsur ringan [Carbon] berosilasi dengan frekuensi saa, padaal enurut teori Copton elektronunsur ringan berosilasi dengan frekuensi beda.
20 3. Osilasi elektron-elektron ini keudian akan eradiasikan gelobang elektroagnetik dengan frekuensi yang saa dan ara berbeda, padaal enurut teori Copton osilasi elektron-elektron eradiasikan gelobang elektroagnetik dengan frekuensi yang berbeda. Dengan enggunakan teori Planck-Einstein, Copton ebuat ruusan teori yang didasarkan pada postulat-postulat berikut : 1. Radiasi sinar onokroatik dengan frekuensi f terdiri dari aliran foton-foton yang asingasing energinya f dan oentunya f/c.. Haburan sinar-x datang ole ato sebua unsur adala asil tubukan elastis antara foton dan elektron, seingga terdapat kekekalan energi dan oentu Kesipulan dari asil eksperien aburan Copton yaitu : 1. Panjang gelobang [ ] radiasi yang diaburkan pada setiap sudut [ ] selalu lebi besar dari [ ] radiasi sinar datang.. Selisi panjang gelobang [ ] tidak tergantung [ ]sinar-x datang dan pada sudut tetap, aburan adala saa untuk seua unsur yang engandung elektron tidak terikat [bebas] pada keadaan lain. 3. Selisi panjang gelobang [ ] eningkat teradap sudut aburan [ ] dan epunyai nilai aksial pada =18 derajat. Keterbatasan-keterbatasan teori Copton : 1. Teori Copton tidak dapat enjelaskan keberadaan sinar-x dala radiasi terabur yang epunyai panjang gelobang saa dengan radiasi sinar-x datang.. Teori Copton tidak dapat enjelaskan bawa intensitas sinar-x terabur lebi besar dariapada sinar-x yang datang untuk unsur ato-ato ringan, tetapi untuk unsur-unsur ato berat justru intensitas sinar-x terabur lebi kecil daripada sinar-x yang datang. CONTOH SOAL Diketaui: c = 3 x 1 8 /s = 6,63 x 1-34 Js e = 9,1 x 1-31 kg
21 1 ev = 1,6 x 1-19 J 1 Ǻ = Pada sebua eksperien aburan enggunakan berkas sinar X, diketaui fraksi perubaan panjang gelobang [ ] adala 1% saat sudut aburannya 1 o. Berapakan panjang gelobang sinar X yang digunakan? Penyelesaian. Dari soal yang diketaui adala: 1%, 1 o 1 keudian akan dicari panjang gelobang [ ]. Dari persaaan efek Copton kita punya 1 [1 cos ] ec Substitusikan nilai-nilai, e, c dan kita dapatkan 34 6, 631 Js o 1 3 [1 cos ] [1 cos1 ] [,431 ][ ] 31 8 c [9,11 kg][31 / s] e 1 3, 641 karena 1%, 1 aka 1 13, 641 3, Q Jadi panjang gelobang yang digunakan dala eksperien tersebut adala 3, 641. Suatu berkas caaya dala eksperien aburan Copton terabur dengan panjang gelobang,1 n. Jika sudut aburan foton adala 9 o, berapaka panjang gelobang foton yang datang? Penyelesaian. Dari soal yang diketaui adala: Panjang gelobang abur [ ] =,1n =,1 x 1-9 = 1-11 o 9 keudian akan dicari panjang gelobang datang [ 1]. Dari persaaan efek Copton kita punya 1 [1 cos ] c Substitusikan nilai-nilai,, e, c dan kita dapatkan e
22 1 [1 cos ] c 6, 631 Js [9,11 kg][31 / s] o 1 1 [1 cos9 ] [, 431 ][1] 1 e [1, 431 ] [11, 431 ] 7,571 1 Q Jadi panjang gelobang datangnya adala 7, Sinar X dengan panjang gelobang 4 p ditebakkan pada sebua sasaran dan terabur. Berapaka panjang gelobang aksiu pada sinar X yang diaburkan? Berapa pula energi kinetik aksiu elektron yang terentak? Penyelesaian. Dari soal yang diketaui adala Panjang gelobang datang [ 1] = 4 p = 4 x 1-1 keudian akan dicari panjang gelobang abur aksiu [ ] dan energi kinetik entak aksiu elektron. Dari persaaan efek Copton kita punya 1 [1 cos ] 1 [1 cos ] c c e Seingga aksiu apabila 1 cos = [aksiu bila = 18 o ] Substitusikan nilainilai 1,, e, dan c kita dapatkan , 631 Js 1 1 [1 cos ] 41 8, c [9,11 kg][31 / s] Untuk e e energi entak aksiu saa dengan beda energi foton datang dengan energi foton abur [aksiu] seingga Ek c [6,631 Js][[31 / s]] ,86 1 Q Jadi 1 15 Ek, 73 1 J 17, 4keV panjang gelobang abur aksiunya adala 1 8,86 1 dan energi entak aksiunya sebesar 17,4keV 4. Berapa frekuensi sinar X terabur pada gejala Copton, jika frekuensi sinar X datang 3 x 1 19 Hz, dan sudut abur 6 o? Penyelesaian. Dari soal yang diketaui adala Frekuensi sinar datang 19 [ f ] 3 1 Hz, 6 1 o
23 keudian akan dicari frekwensi sinar abur [ f ]. Ingat bawa 8 c 31 / s 11 Seingga, f1 31 Hz Dan dari persaaan efek Copton kita punya 1 [1 cos ] c Substitusikan nilai-nilai 1,, e, c dan kita dapatkan 1 [1 cos ] c e 6, 631 Js o [1 cos ] 1 [1 cos 6 ] c [9,1 1 kg][3 1 / s] e [,431 ][ ] 11 1,11 Seingga kita dapatkan 8 c 31 / s 19 f, 681 Hz 11 1,11 19 Q Jadi frekuensi sinar X abur adala, 681 Hz 5. Seberkas sinar X terabur ole elektron bebas pada sudut 6 o. Jika panjang gelobang e sinar Xyang digunakan,4ǻ. Berapa persenka fraksi perubaan panjang gelobang sinar X tersebut? Penyelesaian. Dari soal yang diketaui adala Panjang gelobang abur [ ] =,4 Ǻ =,4 x 1-1 o 6 keudian akan dicari panjang gelobang datang [ 1]. Dari persaaan efek Copton kita punya 1 [1 cos ] ec Substitusikan nilai-nilai, e, c dan kita dapatkan 34 6, 631 Js o [1 cos ] [1 cos 6 ] 31 8 c [9,11 kg][31 / s] e 1 [,431 ][ ] 1, Fraksi perubaan panjang gelobang 1 1, 11 1% 5, 4% 1, 41 c f
24 Q Jadi Fraksi perubaan panjang gelobang adala 5,4% 6. Foton sinar-x enubuk elektron dia yang bebas, foton tersebut diaburkan elalui sudut 9. berapa frekuensinya setela tubukan jika frekuensi awal [sinar datang] f= Hz? Penyelesaian., 4.1 c c / s 1 1 cos, 4.1 c 1 1 ' c, 4.1 f ' f 1 1, , 8.1,33.1, f ' f ', 43.1 Hz SOAL 1. Jelaskan dengan singkat engapa efek Copton erupakan sala satu dari 3 proses yang eleakan energi suatu sinar ionisasi! Penyelesaian. Efek Copton adala suatu efek yang erupakan bagian interaksi sebua penyinaran teradap suatu ateri. Bila suatu sinar [ionisasi] jatu pada perukaan suatu ateri sebagian dari energinya akan diberikan kepada ateri tersebut, sedangkan sinar [ionisasi] itu sendiri akan di sebarkan seingga energi sinar [ionisasi] itu elea. Sebagai conto : ato dala siste periodik dengan noer ato yang besar seperti tibal akan eyerap energi sinar ionisasi efek fotoelektrik, sedangkan eleent yang bernoer ato kecil akan enyebarkan sinar ionisasi tersebut.. Menurut teori kuantu caaya, foton berlaku sebagai partikel, anya saja foton tidak epunyai assa dia. Cobala jelaskan dengan singkat bawa foton berlaku sebagai partikl enggunakan efek Copton! Penyelesaian. Ingat bawa pada percobaan aburan Copton yang dilakukan dengan foton sinar X yang terjadi adala foton enubuk elektron [yang ula-ula dala keadaan dia teradap siste koordinat laboratoriu] dan keudian engalai aburan dari aranya seula
25 sedangkan elektronnya eneria ipulse dan ulai bergerak. Dala tubukan ini foton dapat dipandang sebagai partikel yang keilangan sejula energi yang besarnya saa dengan energi kinetik K yang diteria ole elektron. 3. Suatu elektron bebas diaburkan dala ara ebentuk sudut dengan foton datang pada percobaan aburan copton. Buktikan energi kinetik elektron adala Dengan c Penyelesaian = [1- cos ] E ' E c = [1- cos ] E ' E c 1 c E[1- cos ] = E ' Ec Ec E ' = c E[1- cos ] K E E ' E c E K c E Ec [1- cos ] Ec E [1- cos ] - Ec K c E[1- cos ] E [1- cos ] [1- cos ] E [1- cos ] K E c [1 [1- cos ]] c E [1- cos ] K c E 1 [1- cos ] c [ ] [1- cos ] K c 1 [1- cos ] c [1 cos ] K 1 [1 cos ]
26 [1- cos ] K c 1 [1- cos ] c [1- cos ] K, 1 [1- cos ] c 4. Ada dua proses yang terjadi bila seberkas sinar X ditebakkan kesebua ato, yaitu : energi berkas sinar X terserap ole ato dan sinr X yang diaburkan ole ato. Jelaskanlan kedua bua proses tersebut dengan singkat! Penyelesaian. Dala proses yang pertaa, berkas sinar X terserap ato elalui efek foto listrik yang engakibatkan tereksitasinya ato atau terleparnya elektron dari ato. Ato akan kebali ke keadaan dasarnya dengan eancarkan elektron [elalui Auger effect] atau eancarkan sinar X floresen yang eiliki panjang gelobang karakteristik ato tereksitasinya. Sedangkan dala proses kedua, ada bagian berkas yang engalai aburan tanpa keilangan energi [panjang gelobangnya tetap] dan ada bagian yang terabur dengan keilangan sebagian energi [aburan Copton] 5. Hitungla selisi panjang [ ] foton sinar-x yang diaburkan elalui sudut 9 ole elektro bebas yang dia. Penyelesaian cos, c 9, Sinar gaa 6 KeV diaburkan ole elektron bebas,anggapelektron ula-ula dia,tentukan energi aksiu elektron terabur? Penyelesaian Energi sinar datang 15 E f 6KeV 9, 6.1 J , c c 1, f E 9, cos aksiu jika cos =,aka =,4.1 c -1 Jika cos =-1, =18 aka foton akan dipantulkan bukan terabur, ', 184.1, 4.1, 46.1 Energi aksiu elektron terabur
27 , 66.1, ' c ' ', 46.1, E c 9,1.1 J 9,1.1 1, E 5, 69.1 ev 5, 69KeV 16
28 I. KESIMPULAN 1. Efek fotolistrik adala fenoena terlepasnya elektron loga akibat disinari caaya.. Ditinjau dari perspektif sejara, peneuan efek fotolistrik erupakan sala satu tonggak sejara kelairan fisika kuantu. 3. Toko-toko yang berperan penting pada kelairan efek fotolistrik adala, Hertz, Lenard,Eintein,Max Planck,Wilel Hallwacs serta JJ Toson. 4. Dala perkebangannya efek fotolistrik diaplikasikan pada kaera digital dan berbagai alat-alat elektronik lainnya yang enggunakan sensor caaya. 5. Panjang gelobang [ ] radiasi yang diaburkan pada setiap sudut [ ] selalu lebi besar dari [ ] radiasi sinar datang. 6. Selisi panjang gelobang [ ] tidak tergantung [ ]sinar-x datang dan pada sudut tetap, aburan adala saa untuk seua unsur yang engandung elektron tidak terikat [bebas] pada keadaan lain. 7. Selisi panjang gelobang [ ] eningkat teradap sudut aburan [ ] dan epunyai nilai aksial pada =18 derajat.
29 DAFTAR PUSTAKA Abdurraan.9.Efek fotolistrik.ttp://blog.unila.ac.id/abdurraanabe. Diakses pada 8. WIB tanggal 3 Noveber 1 Anoni. 7.Sejara efek fotolistrik.ttp://kabing.ui.ac.id. Diakses pada 8. WIB tanggal Oktober 1 Anoni. 9.Potoelectric_effect. ttp://galileo.pys.virginia.edu. Diakses pada 8.14 WIB tanggal 3 Noveber 1 Anoni..Efek fotolistrik.ttp://id.wikipedia.org/wiki/efek_fotolistrik.diakses pada 8.15 WIB tanggal Oktober 1 Anoni.9.Efekfotolistrik.ttp://siawa.unnes.ac.id.Diakses pada 8.19 WIB tanggal Oktober 1 Anoni.1.Sifat Partikel Caaya. ttp://aktifisika.wordpress.co. Diakses pada 8.3 WIB tanggal Oktober 1