Transcript 07.Modern Physics

1. Photoelectric effect
photon
K
electron
A
A
V
Potentiometer
Hertz, The photoelectric effect is the emission of
electrons when light strikes a surface.
Photocurrent i for a constant light frequency f as a function of
the potential VAC of the anode with respect to the cathode.
 = the minimum energy needed to remove an electron from
the surface
Kmax = ½mv2max = maximum kinetic energy of photoelectrons
where h is a universal constant called Planck's constant.
Vo = stopping potential
Contoh soal 1
Fluks energi matahari sampai ke bumi adalah 1,0 x 103 W/m2..
Berapakah cacah foton yang sampai di bumi per m2 tiap
detiknya jika cahaya matahari mempunyai panjang gelombang
rata-rata 5000 ?
Jawab
Energi tiap foton dapat dihitung
E = h = hc/ = (6,62 x 10-34 Js) (3 x 108 m/s ) /5 x 10-7 m
= 4,0 x10-19 J
Fluks energi foton yang sampai di bumi
1,0 x 103 W/m2 =1,0 x 103 Js-1m2
Ini berarti energi yang sampai di bumi per m2 tiap detiknya 1,0
x 103 J.
Oleh karena energi tiap foton adalah 4,0 x10-19 J
maka cacah foton yang sampai di bumi tiap m2 tiap detik adalah
detiknya 1,0 x 103 J / 4,0 x10-19 J = 2,5 x1021 foton.
Contoh soal 2
Energi yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam platina 9,9 x 10-19 J.
Berapakah frekuensi ambang cahaya untuk menghasilkan fotoelektron dari
platina tersebut?
Jawab
Energi foton yang dijatuhkan pada logam platina sebagian digunakan untuk
melepas ikatan elektron (B) dan sebagian lain menjadi energi kinetik
fotoelektron (Ek)
h
Ek
B
Gambar Foton menumbuk logam platina.
Energi foton yang besarnya sama dengan energi yang dibutuhkan untuk
melepas elektron dari ikatannya disebut energi ambang. Frekuensi yang
berkaitan dengan energi ambang disebut frekuensi ambang.
Dengan menggunakan E = -B + h atau h = E + B dimana E adalah energi
kinetik elektron. Jika E = 0 maka h = B disebut enegi ambang atau ho = B atau
o = B/h = 9,9 x 10-19 J / 6,62 x 10-34 Js
= 1,5 x1015 Hz
Time Dilation, Time Comparisons
• t 
t p
2
v
1
where  
 t p
c2
1
1 v
2
c2
• Observer O measures
a longer time interval
than observer O’
The Twin Paradox – The Situation
• A thought experiment involving a set of twins, Speedo and Goslo
• Speedo travels to Planet X, 20 light years from earth
– His ship travels at 0.95c
– After reaching planet X, he immediately returns to earth at the
same speed
• When Speedo returns, he has aged 13 years, but Goslo has aged 42
years
Length Contraction – Equation
2
LP
v
L
 LP 1  2

c
• Length contraction
takes place only along
the direction of
motion
Relativistic Momentum
• To account for conservation of momentum in all inertial
frames, the definition must be modified
p
mv
1 v c
2
2
 mv
– v is the speed of the particle, m is its mass as
measured by an observer at rest with respect to the
mass
– When v << c, the denominator approaches 1 and so p
approaches mv
Relativistic Energy
• The definition of kinetic energy requires
modification in relativistic mechanics
• KE = mc2 – mc2
– The term mc2 is called the rest energy of the
object and is independent of its speed
– The term mc2 is the total energy, E, of the object
and depends on its speed and its rest energy