Transcript Document 9654379

Mata kuliah : K0014 – FISIKA INDUSTRI
Tahun
: 2010
DUALISME CAHAYA
Pertemuan 25
DUALISME CAHAYA
1. Cahaya Berprilaku Sebagai Gelombang dan Sebagai
Partikel
Cahaya mempunyai sifat dualisme , yaitu : sebagai
gelombang dan sebagai partikel.
Cahaya sebagai gelombang.
Merupakan gelombang EM , yang dapat merambat di
ruang hampa , maka cahaya mempunyai: panjang
gelombang (), frekuensi (f ) ; periode ( T ) ;
kecepatan rambat ( V ).
Intensitas : I = ε0 C E2
C = kecepatan cahaya
E2 = harga rata-rata dari kuadrat sesaat
medan listrik
Bina Nusantara
Cahaya sebagai partikel :
Cahaya sebagai partikel disebut foton, yang mempunyai
- Momentum : p = h /  = h f / c
- Energi ( = tenaga kuanta cahaya )= h f
Menurut teori kuantum cahaya :
Radiasi benda hitam dipancarkan dalam catuan (
tidak kontinu ) yang disebut kuanta. Energi kuantum
berbanding lurus dengan frekuansi , yaitu : E = h f
h = konstanta Plank
= 6,624x10-34 J/s
Intensitas cahaya sebagai foton : I = N h f
N = jumlah foton perdetik persatuan luas
f = frekuensi
Bina Nusantara
Intensitas dari cahaya sebagai gelombang dan sebagai
foton haruslah sama, maka :
 c E2
N 0
hf
Bina Nusantara
2. Efek Fotolistrik
Pengamatan atas adanya gelombang berprilaku sebagai
partikel terjadi saat Einstein menyinari suatu permukaan
logam dengan cahaya berpanjang gelombang pendek ,
ternyata permukaan logam mengeluarkan elektronelektron . Susunan peralatan untuk menunjukkan
adanya pelepasan elektron-elektron seperti gambar
berikut.
cahaya
katoda
e
anoda
e
Tabung hampa udara
V
A
E +
6
e
A = anoda , K = katoda , E = baterai
A* = amper meter , V = volt meter
- Cahaya, dengan λ cukup pendek, datang pada
permukaan metal ( katoda )
- Beberapa elektron bebas akan memperoleh energi
yang cukup untuk meninggalkan permukaan metal
- Dengan diberi beda potensial, fotoelektron (elektron)
akan bergerak menuju anoda, hingga dihasilkan arus
listrik, yang dapat diamati dengan ampermeter .
Untuk dapat terjadinya efek fotolistrik, cahaya datang
haruslah mempunyai  <  kritis ( krt ) .
Setiap metal mempunyai krt tertentu, yang berhubungan
dengan frekuensi ambang ( f0 )
Bina Nusantara
Menurut Einsten : energi dari suatu berkas cahaya
adalah terpusat dalam paket-paket kecil , yang
disebut “ Quanta Cahaya atau Foton “
Energi Kuanta = Energi kinetik Maksimum Elektron
+ Fungsi kerja dari permukaan
hf = Kmax + hf0
hf = Energi kuanta yang mengenai permukaan logam
hf0 = Fungsi kerja
= Energi minimum yang diperlukan elektron untuk
dapat terlepas dari permukaan logam
f0 = frekuensi ambang (cut 0ff) , frekuensi minimum
cahaya agar proses photolistrik dapat terjadi .
Kmax = Energi kinetik maksimum fotoelektron
Fungsi Kerja dari beberapa logam
Logam
cesium
Kalium
Natrium
Litium
Kalsium
Tembaga
Perak
Platina
Lambang
Cs
K
Na
Li
Ca
Cu
Ag
Pt
1 eV = 1,6x10-19 Joule
Fungsi Kerja (eV)
1,9
2,2
2,3
2,5
3,2
4,5
4,7
5,6
Potensial Penghenti (V0 )
Potensial, dimana arus fotoelektron menjadi nol ,
setelah arah beda potensial dibalikan
maka :
Kmax = e V0
Intensitas Cahaya
- sebagi gelombang : I = 0 c E2
0 = konstanta dielektrik dalam hampa
c = kecepatan cahaya
E2 = harga rata-rata dari kuadrat besaran sesaat
dari gelombang elektrik
- sebagai partikel : I = N h f
N = jumlah photon perdetik persatuan luas
f = frekuensi cahaya
3. Sinar-X
Sinar X merupakan fenomena terpancarnya gelombang
( foton ) akibat adanya elektron berkecepatan tinggi
menumbuk permukaan logam, dimana terjadi eksitasi
elektron ke tingkat energi lebih rendah
Untuk memperoleh elektron berkecepatan tinggi, maka
elektron dipercepat melalui beda potensial yang besar.
- Sifat Sinar X
1. Panjang gelombang () sinar X adalah sangat pendek
yaitu : 0,001 - 10 nm
2. Sinar X mempunyai daya tembus yang besar
- Rumus Duane – Hunt
Panjang gelombang sinar X yang berhubungan dengan
potensial pemercepat dimana besarnya tidak dapat
lebih kecil dari suatu harga tertentu ( min ).
Menurut Duane-Hunt hubungan tersebut adalah
λ min = (1.24 x 10-6 m ) / V
V = potensial pemercepat
4. Hamburan Compton
Menurut teori kuantum,foton berperilaku laku sebagai
partikel namun tanpa massa diam. Sebagai partikel maka
foton dapat bertumbukan dengan benda , misalnya elektron
sehingga berlaku hukum tumbukan dalam mekanika.
Gambar di bawah melukiskan tumbukan foton sinar X dengan
elektron yang disebut hamburan Compton .
E = hf
p = h/λ
foton datang
E = hf’
p =h/λ’
φ
foton
terhambur
θ
elektron
terhambur
E =√(m02c2+ p2c2)
pe
Foton(cahaya) datang dengan energi E = hf dan
momentum p = h/λ
Bina Nusantara
menumbuk elektron yang sedang diam. Setelah
tumbukan foton terhambur dengan sudut φ dan elektron
dengan sudut θ .
Foton yang dihamburkan mempunyai panjang
gelombang λ’ yang lebih panjang sebesar Δλ = λ’ – λ dari
panjang gelombang foton datang λ.
Dengan menganggap tumbukan bersifat elastis, maka:
Kekekalan momentum :
Momentum awal = momentum akhir
Komponen horisontal : h/λ + 0 = h/λ’ cos φ + pe cos θ
0 = h/λ’ sin φ + pe sin θ
pe = m0 V / {√ 1-(V/c)2}
disini m = m0 / {√ 1-(V/c)2} = massa relativistik
Komponen vertikal
Bina Nusantara
:
Dari hukum kekekalan energi kinetik:
h f = h f’ + (m-m0)c2
dimana (m-m0)c2 merupakan pernyataan relativistik
dari energi kinetik elektron, dengan m0 = massa
diam. Dengan menyelesaikan persamaan-persamaan
di atas, diperoleh : Δλ = λ’ – λ = h / m0 c (1 - cos φ)
Hasil ini amat menunjang teori dualisme cahaya ,
bahwa cahaya dapat bersifat dualistis .
Bina Nusantara