DUALISME GELOMBANG CAHAYA

DUALISME GELOMBANG CAHAYA

Kompetensi Inti                     :

1.1. Menghargai dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya

2.1.Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.

3.1.Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural berdasarkan rasa ingintahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah.

4.1. Mengolah,  menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak  terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.

Kompetensi Dasar                 :

1.8       Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagad raya melalui pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya.

2.8       Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat; tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis;  kreatif; inovatif dan peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan percobaan , melaporkan, dan berdiskusi

3.8       Menjelaskan secara kualitatif gejala kuantum yang mencakup sifat radiasi benda hitam, efek fotolistrik, efek compton, dan sinar X dalam kehidupan sehari - hari

4.8       Menyajikan Laporan tertulis dari berbagai sumber tentang penerapan efek fotolistrik

Indikator

1.      Menjelaskan fenomena radiasi benda hitam, efek fotolistrik, efek compton, dan sinar X

2.      Mendeskripsikan hipotesis Planck tentang kuantum cahaya

3.      Menghitung panjang gelombang berdasarkan formulasi hukum pergeseran wien

4.      Menerapkan konsep radiasi benda hitam, efek fotolistrik, efek compton, dan sinar X

5.      Merangkum beberapa penerapan fenomena radiasi benda hitam, efek fotolistrik, efek compton, dan sinar X

Tujuan

1.    Peserta didik dapatMenjelaskan fenomena radiasi benda hitam, efek fotolistrik, efek compton, dan sinar X

2.     Peserta didik dapat  Mendeskripsikan hipotesis Planck tentang kuantum cahaya

3.   Peserta didik dapat Menghitung panjang gelombang berdasarkan formulasi hukum pergeseran wien

4.    Peserta didik dapat Menerapkan konsep radiasi benda hitam, efek fotolistrik, efek compton, dan sinar X

5. Peserta didik dapatMerangkum beberapa penerapan fenomena radiasi benda hitam, efek fotolistrik, efek compton, dan sinar X

Pengertian Dualisme Gelombang Partikel

Dualisme Gelombang Partikel menyatakan bahwa cahaya dan benda memperlihatkan sifat gelombang dan partikel. Konsep utama dalam mekanika kuantum, dualitas menyatakan kekurangan konsep mengenai "Partikel" dan "Gelombang" untuk menjelaskan bagaimana perilaku objek kuantum.

Teori ini berawal dari  perdebatan tentang sifat cahaya, ketika Sir Isaac Newton menyatakan gagasan-nya pada abad-17 tentang teori partikel cahaya. Teori ini menganggap cahaya sebagai berkas partikel yang sangat ringan yang terpancar dengan kelajuan yang sangat tinggi. Gagasan Newton di sanggah oleh seorang ilmuwan belanda Christian Huygens yang mempunyai pendapat yang kontradiktif. Teori Huygens menyatakan bahwa cahaya merupakan gelombang yang bergerak menembus ruang sebagaimana air melintasi permukaan kolam.

Melalui hasil kerja Albert Einstein, Louis de Broglie dan lainnya, teori ini diterima dan menyatakan bahwa seluruh objek memiliki sifat gelombang dan partikel (meskipun fenomena ini hanya dapat terdeteksi dalam skala kecil, seperti atom).

1.      Radiasi Benda Hitam

Benda hitam adalah benda yang yang dapat menyerap semua radiasi yang dikenakan padanya. Radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam disebut sebagai radiasi benda hitam. Pada dasarnya benda yang mempunyai suhu di atas nol kelvin akan memancarkan radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan spektrum tertentu.

Radiasi Menurut Stefan Boltzman

    

https://warwick.ac.uk/fac/sci/physics/intranet/pendulum/stefan/\

Radiasi energi dari sebuah benda bergantung pada jenis, ukuran, dan suhu benda. Joseph Stefan dan Luwigh Boltzman menemukan bahwa laju energi radiasi dari benda sabanding dengan luas permukaan benda dan pangkat empat dari temperarur mutlaknya. Secara matematis Stefan-Boltzman merumuskan bahwa laju energi radiasi yang dipancarkan benda memenuhi persamaan:

P = intensitas radiasi kalor yang dipancarkan benda tiap detiknya (watt)
e = emisivitas benda
σ = kontante Stefans – Boltzmann (5,670 x 10^-8Wm^-2K^-4)
A = luas permukaan benda (m²)
T = suhu benda (K)

2.      Hukum Pergeseran Wien

https://blogpenemu.blogspot.co.id/2015/06/wilhelm-wien-penemu

      Wilhem Wien mencoba menemukan hubungan empiris antara panjang gelombang radaisi yang dipancarkan benda hitam dan suhu benda. Wien mengamati bahwa puncak intensitas radiasi pada grafik intensitas terhadap panjang gelombnag radiasi bergeser ke arah panjang gelombang  yang lebih pendek ketika suhu mutlah bendanya semakin tinggi. 

 

Perumusan empiris Wien yang menyatakna hubungan intensitas radaisi dengan panjang gelombang

 

3.      Hipotesis Max Planck

Planck mengajukan gagasan baru yang cukup radikal untuk menjelaskan radiasi benda hitam. Gagasan Planck adalah energy yang dipancarkan tidak bersifat kontinu melainkan mempunyai nilai tertentu yang bersifat diskrit yaitu kelipatan bilangan bulat dari hf dengan h adalah konstanta Planck. Inilah Hipotesis Kuantum Planck yang terkenal. Secara matematis dituliskan:

E = h  f

 

E	=	Energi tiap foton dalam Joule.
f	=	Frekwensi cahaya.
h	=	Tetapan Planck yang besarnya          h = 6,625 .10 –34 J.det

Perumusan Empiris Plack

.

4.      Efek Fotolistrik

Perhatikan vidio dibawah ini  

Peristiwa terlontarnya atau terlepasnya elektron pada permukaan logam ketika logam disinari. Heinrich Hertz adalah orang yang menemukan efek ini, namun dia tidak dapat menjelaskan efek ini dengan baik. Dengan menggunakan hipotesis Planck, Albert Einstein

berhasil menjelaskan efek ini dengan sempurna. Planck menganggap energi radiasi GEM dipancarkan dalam bentuk paket-paket atau kuanta energi. Ini aneh karena gelombang termasuk bersifat kontinu tidak terpaket-paket. Ini berarti gelombang termasuk cahaya memiliki sifat layaknya partikel atau materi. Paket-paket cahaya tersebut disebut dengan foton. Dengan teori inilah Einstein menjelaskan efek fotolistrik dengan baik yang membawanya pada penghargaan nobel.

 

Hasil percobaan:

1)      Arus listrik yang terbaca amperemeter terjadi seketika saat logam disinari (delay time sangat kecil sekitar 1 ns.

2)      Jika frekuensi sinar dan tegangan dijaga tetap maka arus listrik sebanding dengan intensitas cahaya.

3)       Jika Intensitas cahaya dan frekuensi dijaga tetap dan tegangan diperbesar maka
arus listrik akan turun hingga menuju nol. Tegangan saat arus listrik nol disebut
sebagai tegangan henti / stopping potential (V0).

4)       Untuk bahan tertentu stopping potential berubah secara linear terhadap frekuensi

5)      Untuk bahan tertentu, terdapat frekuensi ambang (threshold frequency)

Einstein telah menjelaskan untuk mengeluarkan elektron dari permukaan logam di butuhkan energi ambang. Jika radiasi elektromagnetik yang terdiri dari foton mempunyai energi yang lebih besar di bandingkan energi ambang, maka elektron akan terlepas. Akibatnya energi elektron maksimum dapat di tentukan :

EK_max = hf – W

h                 = konstanta Planck (6,63  10-34 Js)

EK_max          = enegi kinetik maksimum elektron (Joule)

f                  = frekuensi cahaya (Hz)

W                = energi ambang atau fungsi kerja

5.      Efek Compton

Efek compton ditemukan oleh Arthur Holy Compton pada tahun 1923. Menurut teori kuantum cahaya, foton berlaku sebagai partikel, hanya foton tidak memiliki massa diam. Jika pendapat ini benar, maka berdasarkan peristiwa efek fotolistrik yang dikemukakan oleh Einstein, Arthur Holy Compton pada tahun 1923 telah mengamati gejala-gejala tumbukan antara foton yang berasal dari sinar X dengan elektron. bahwa foton seperti partikel dengan energi hf dan momentum hf/c cocok seperti yang diusulkan oleh Einstein.

 

Skema percobaan Compton untuk menyelidiki tumbukan foton dan elektron

Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan kekekalan energi Compton berhasil menunjukkan bahwa perubahan panjang gelombang foton terhambur dengan panjang gelombang semula, yang memenuhi persamaan :

  

λ = panjang gelombang sinar X sebelum tumbukan (m)
λ’ = panjang gelombang sinar X setelah tumbukan (m)
h = konstanta Planck (6,625 × 10^-34  Js)
m_o = massa diam elektron (9,1 × 10^-31  kg)
c = kecepatan cahaya (3 × 10⁸ ms^-1)
θ = sudut hamburan sinar X terhadap arah semula (derajat atau radian)

1.      Penerapan Dualisme Gelombang dalam kehidupan sehari-hari:

Sinar x

https://manfaat.co.id/manfaat-sinar-x-dalam-kehidupan-sehari-hari

Sinar-X atau sinar Röntgen adalah salah satu bentuk dari radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang berkisar antara 10 nanometer ke 100 pikometer (sama dengan frekuensi dalam rentang 30 petahertz - 30 exahertz) dan memiliki energi dalam rentang 100 eV - 100 Kev. Sinar-X umumnya digunakan dalam diagnosis gambar medis dan Kristalografi sinar-X. Sinar-X adalah bentuk dari radiasi ion dan dapat berbahaya.

 

Fungsinya :

a)      Dalam bidang kesehatan

• Ilmu kedokteran : sinar x  dapat digunakan untuk melihat kondisi tulang, gigi serta organ tubuh yang lain tanpa melakukun pembedahan langsung pada tubuh pasien. Biasanya, masyarakat awam menyebutnya dengan sebutan ‘’FOTO RONTGEN’’.
• Sinar-X digunakan untuk mengambil gambar foto yang dikenal sebagai radiograf. Sinar-X  boleh menembusi badan manusia tetapi diserap oleh bahagian yang lebih tumpat seperti tulang. Gambar foto sinar-X digunakan untuk mengesan kecacatan tulang, mengesan tulang yang patah dan menyiasat keadaan organ-organ dalam badan
• Sinar-X  digunakan untuk memusnahkan sel-sel kanker. Hal ini dikenal sebagai radioterapi.

b)      Dalam bidang Perindustrian, memeriksa retakan dalam struktur plastik  dan getah.

c)      Dalam bidang penelitian ilmiah Sinar-X  digunakan untuk menyelidik struktur hablur dan jarak pemisahan antara atom-atom dalam suatu bahan hablur.

d)     Dalam bidang penerbangan sinar X  digunakan untuk mengetahui instrument pesawat yang mengalami kerusakan. Hasil dari penggunaan sinar X ini memudahkan tehnisi pesawat untuk melakukan perawatan terhadap instrument pesawat yang mengalami kerusakan.