Efek Compton
Gejala Compton
merupakan gejala hamburan (efek) dari penembakan suatu
materi dengan sinar-X.
Efek ini ditemukan oleh Arthur Holly Compton pada
tahun 1923. Jika sejumlah
elektron yang dipancarkan ditembak dengan sinar-X,
maka sinar-X ini akan
terhambur. Hamburan sinar-X ini memiliki frekuensi yang
lebih kecil daripada
frekuensi semula. Dalam teori gelombang elektromagnetik, intensitas cahaya terhambur bergantung sudut hamburan dan tidak bergantung Panjang gelombang datang. dalam eksperimen Compton memperlihatkan beberapa fakta berikut:
- radiasi terdiri dari dua Panjang gelombang
- Panjang gelombang hambur > dari Panjang gelombang datang
- Panjang gelombang hambur bergantung pada sudut hamburan
dari fenomena tersebut , Compton memberi sebuah gagasan, yaitu:
- foton mempunyai partikel seperti momentum
- proses hamburan adalah tumbukan elstis antara foton dan electron
Menurut teori
klasik, energi dan momentum gelombang elektromagnetik
dihubungkan oleh:
gambar 1.1
Sumber: file:///C:/Users/user/Documents/semester%205/fisek%203/sma12fis%20Fisika%20JokoBudiyanto.pdfGambar 1.1 hamburan Compton sinar X oleh electron.
Foton tersebar memiliki energy yang lebih sedikit dan panjang gelombang yang
lebih panjang daripada foton yang datang karena energy pantulan electron.
Perubahan panjang gelombang diperoleh dari kekekalan energy dan momentum.
Jika massa foton (m)
dianggap nol. Gambar 1.1 menunjukkan
geometri tumbukan antara foton dengan panjang gelombang λ, dan elektron yang
mula-mula berada dalam keadaan diam. Compton menghubungkan sudut hamburan θ
terhadap yang datang dan panjang gelombang hamburan 1λ dan 2 λ . p1 merupakan momentum
foton yang datang dan p2 merupakan momentum foton yang dihamburkan, serta p.c
merupakan momentum elektron yang terpantul. Kekekalan momentum dirumuskan:
Dengan mengambil perkalian titik
setiap sisi diperoleh: 
Kekekalan energi memberikan: 
Hasil Compton adalah: 
Dengan : 
Sewaktu
bekerja dengan tabung sinar katoda pada tahun 1895, W. Rontgen menemukan bahwa
“sinar” dari tabung dapat menembus bahan yang opak (tak tembus) terhadap cahaya
dan mengaktifkan layar pendar atau film foto. Sinar ini berasal dari titik
dimana electron dalam tabung tersebut atau tabung kacanya sendiri. Rontgen
tidak dapat menyimpangkan sinar-sinar ini dalam medan magnetic, sebagaimana
yang diharapkan jika sinar tersebut berupa partikel bermuatan, tidak juga dapat
mengamati difraksi atau interferensi, sebagaimana diharapkan jika sinar
tersebut berupa gelombang. Beliau memberi nama sinar tersebut dagan sebutan
Sinar X.
gambar 2.1 (a)
gambar 2.1 (b)
Gambar
2.1 (a) diagram sketsa percobaan laue. Kristal bertindak
sebagai kisi tiga dimensi yang mendifraksi berkas sinar X dan menghasilkan
tebaran titik teratur yang disebut pola laue pada plat fotografi. (b) pola
difraksi sinar X laue modern dari Kristal niobium diborida dengan menggunakan
sinar X 20-kV dari sasaran molybdenum
rontgen menyelidiki sinar
ini secara intensif dan menemukan bahwa semua bahan tembus oleh sinar tersebut
dalam drajat tertentu dan bahwa drajat ketertembusan berkurang dengan
meningkatnya densitas bahannya. kenyataan ini mengarah pada pengggunaan medis
sinar X dalam beberupa bulan setelah makalah pertama beliau. Rontgen merupakan
orang penerima hadiah nobel pertama untuk Fisika pada tahun 1901.
Karena teori klasik elektromagnetik
memperkirakan bahwa muatan listrik akan meradiasikan gelembang elektromagnetik
apabila muatan btersebut dipercepat (atau diperlambat), adalah lazim untuk
menganggap bahwa sinar x itu berupa gelombamg elektromagnetik yang dihasilkan
apabila electron diperlambat begitu mereka
dihentikan oleh sasarannya. Beberapa tahun kemudian, sedikit pemekaran
berkas sinar X setelah sinar X ini melewati celah yang lebarnya beberapa
perseribu millimeter telah diamati. Ini dianggap akibat difraksi, dan panjang
gelombang sinar X ditaksir kira-kira 01 nm.
Pada tahun 1912 M, laue menyarankan bahwa karena panjang gelombang sinar
X berorde sama dengan jarak pisah atom dalam kristsal, tebaran atom teratur
dalam dapat bertindak sebagai kisi tiga dimensi untuk difraksi sinar X. dalam
menganggapi saran ini, W Friedrich dan P. knipping membuat berkas kolimasi
sinar X melewati Kristal dan dan mengenai plat fotografi (gambar 2.1 a). disamping
berkas pusatnya, mereka mengamati tebaran titik teratur seperti btebaran
yang ditunjukan pada gambar 2.1 b. dari
analitis kedudukan teitik tersebut, mereka dapat menghitung bahwa berkas sinar
X tersebut memiliki panjang gelombang yang berjangka dari 0,01 hingga 0,05 nm.
Percobaan penting ini membenarkan dua pengandaian penting: (1) sinar X
merupakan radiasi elektromagnetik dan (2) atom-atom Kristal dibentuk dalam
tebaran teratur.
Gambar
2.2 spektrum sinar X molybdenum. Puncak tajam yang ditandai
dan
merupakan karakteristik unsure sasarannya.
Panjang gelombang potong
tak bergantung unsure sasaran dan dihubungkan
dengan tegangan tabung sinar-X oleh 
Gambar 2.2 menunjukan
lukisan intensitas terhadap panjang gelombang. Untuk spectrum yang dipancarkan dari tabung
sinar X di mana sasarannya (molybdenum dalam hal I ini) dibombardir dengan
electron. Spectrum itu terdiri atas sederetan garis tajam yang disebut spectrum
karakteristik yang ditimpakan pada spectrum kontinu yang disebut spectrum
bremsstrahlung (radiasi pengereman). Garis spectrum
merupakan karakteristik bahan sasaran dan beragam daari unsure ke unsure. Ini
serupa dengan spectrum optic unsure kecuali bahwa spectrum sinar X melibatkan
uransisi electron atom bagian dalam. Kita akan membahas spectrum optis dan
karkteristik spectrum sinar X. spectrum bremsstahlung dihasilkan oleh
perlambatan yang cepat sebagai akibat dari electron yang membombardir ketika mereka
menabrak sasarannya. Jika tegangan diantara spectrum sinar X V, energy kinetic
maksimum electron sama dengan eV ketika mereka menabrak sasarannya. Sering
sejumlah foton dipancarkan sewaktu elektronnya melambat. Akan tetapi,
kadang-kadang hanya satu foton dipancarkan dengan energy maksimum eV karena
panjang gelombang foton beragam secara terbalik dengan energinya
Pada tahun 1924, seorang mahasiswa
prancis, le de Broglie, dalam desertasinya mengusulkan bahwa electron mungkin
memiliki sifat-sifat gelombang. Penalarannya didasarkan pada kesimetrian alam.
Karena cahaya diketahui memiliki sifat gelombang dan partikel, mungkin materi
khusus electron juga memiliki karakteristik gelombang dan partikel. Usul ini
agak spekulatif karena belum ada bukti pada saat aspek apapun tentang electron.
Untuk frekuensi dan panjang gelombang electron, de Broglie memilih persamaan
Dengan p merupakan momentum dan E
merupakan energy electron. Persamaan (9) sama seperti persamaa planck Einstein
untuk energy foton. Persaamaan (10) juga berlaku untuk foton, sebagaimana yang
dilihat dari \
Karena momentum foton dihubungkan
dengan energinya oleh E=pc, kita proleh
Persamaan de Broglie dianggap
berlaku untuk seluruh materi. Akan tetapi, untuk benda-benda mikroskopik,
panjang gelombang yang dihitung dari persamaan (10) demikian kecilnnya sehingga
itdak munkin untuk mengamati sifat intrferensi dan difraksi gelombang yang
lazim. Sekalipun partikel sekecil
terlalu massif agar karakteristik gelombang teramati.
De Broglie menekankan bahwa keadaan
kuantum bohr untuk momentum sudut elektroon dalam atom hydrogen ekuivalen
dengan keadaan gelombang berdiri. Keadaan ini menyatakan bahwa
Dengan mensubtitusikan 
Dengan C merupakan
keliling orbit Bohr. Dengan demikian, keadaan kuantum bohr ekivalen dengan
mengatakan bahwa bilangan bulat gelombang electron harus sesuai dalam keliling
orbit melingkar sepertinyang ditunjukan gambar 2.3.
Penyesuaia bilangan bulat gelombang
electron kedalam keliling orbit Bohr serupa dengan penyesuaian bilangan bulat
setengah panjang gelombang kedalam panja ng pipa organ, sebagaimana pada
gelombang berdiri pada tali atau gelombang bunyi berdiri.
Gambar 2.3
gelombang berdiri mengelilibgi keliling suatu lingkaran
Misalnya, untuk gelombang berdiri
pada tali yang panjangnya L yang diikat pada kedua ujungnya gambar 2.4 keadaan
gelombang berdiri ialah
Untuk gelombang berjalan dengan
kecepatan
, frekuensi gelombang berdiri pada tali diberikan oleh
Gambar 2.4 gelombang berdiri pada tali
yang diikat pada kedua ujungnya. Frekuensi gelombang ini terkuantisasi dengan
kata lain, gelombang tersebut mungkin memiliki nilai tertentu yang diberikan
oleh
, dengan
merupakan frekuensi dasarnya.
Jika energy dikaitkan
dengan frekuensi gelombang berdiri, seperti pada persamaan (9), maka gelombang
berdiri menyiratkan energy yang terkuantisasi.
Gagasan
penjelasan keadaan energy diskrit materi dengan gelombang berdiri telah
menyebabkan perkembangan teori matematis yang lebih rinci oleh Erwin
schrodinger dan yang lain pada tahun 1928. Dalam teori ini, dikenal sebagai
teori kuantum, oleh fungsi gelombang yang
memetuhi persamaan gelombang yang agak serupa dengan
persamaan gelombang klasik untuk gelombang bunyi dan cahaya. Frekuensi dan
panjang gelombang electron dihubungkan dengan energy dan momentum foton.
Schrodinger meynyelesaikan masalah gelombang berdiri untuk atom hydrogen,
osilator hrmonik sederhana, dan system lain. Beliau menemukan bahwa frekuensi
yang diijinkan untuk digabungkan dengan hubungan de Broglie
telah menghasilkan seeretan tingkat energy untuk atom
hydrogen yang ditemukan oleh bohr yaitu,
Yang memperagakan bahwa
teori kuantum memberikan suatu metode umum dalam menemukan tingkat energy yang
terkuantisasi untuk suatu system yang diketahui. Teori kuantum merupakan dasar
pemahaman kita atas dunia modern, dari cara kerja inti atom ke spectrum radiasi
galaksi yang jauh dalam kosmologi.
1. Berapakah panjang gelombang minimum
sinar X yang dipancarkan oleh tabung gambar televisi dengan tegangan 2000 v?
Jawab
2. Hitunglah persentase perubahan
panjang gelombang yang diamati dalam hamburan Compton dengan foton 20-KeV pada
diberikan oleh persamaan (5)
jawab
3. Carilah panjang gelombang de
brroglie suatu partikel yang bermasa
m/detik dari persamaan (10) diproleh ?
Jawab
4. Energy kinetic electron dalam keadaan
dasar (energy terendah) atom hydrogen
ialah 13,6 eV, yang menyebabkan energy
ikatan sebesar 13,6 eV carilah panjang
gelombang de broglie untuk electron ini.
dengan mengggunakan k = 13,6 eV
dalam persamaan
jawab
Soal
1.
Panjang gelombang foton setelah menumbuk electron semakin besar,
peristiwa tersebut akan mengakibatkan…..
a.
Energy foton berkurang
b.
Energy foton bertambah
c.
Kecepatan gerak foton berkurang
d.
Kecepatan gerak foton bertambah
e.
Energy system akan berubah
2.
Hubungan besar-besaran pada tumbukan foton dengan electron ditunjukan
dalam persamaan
a. Kecepatan
foton berkurang setelah tumbukan
b. Kecepatan
foton bertambah setelah tumbukan
c. Panjang
gelombang bertambah setelah tumbukan
d. Panjang
gelombang berkurang setelah tumbukan
e. Energy
system berubah setelah terjadi tumbukan
3. Jika suatu foton menabrak electron
sehingga terjadi efek Compton, peristiwa yang tidak terjadi yaitu….
a. Panjang gelombang foton bertambah
b. Energy foton berkurang
c. Berlaku hokum kekekalan nergy
d. Electron akan terpemtal dengan
energy tertentu
e. Energy system berkurang setelah
tumbukan
4. Siapakah penemu efek Compton?
a. Louis De Broglie
b. Arthur Holy Compton
c. Max planck
d. Einstein
e. Max Compton
1. Pada tahun berapakah rontgen
menemukan sinar X ?....
a. 1877
b. 1965
c. 1923
d. 1924
e. 1895
2. Rontgen merupakan orang penerima
hadiah nobel pertama fisika pada tahun? …
a. 1895
b. 1965
c. 1901
d. 1912
e. 1910
3. Jika h = 6,6 × 10-34 Js, c = 3,0 ×
108 m/s, dan m = 9,0 × 10-31 kg, tentukan perubahan panjang gelombang Compton!
a. 0,49× 10-11 m
b. 4,9 x 10-11 m
c. 49 x 10-11 m
d. 59 x 10-12 m
e. 5,9 x 10-12 m
4. Apakah yang dimaksud dengan dualism gelombang
pada cahaya?
a. Dua Gelombang cahaya yang sama
b. Cahaya sebagai gelombang dan partikel
c. Cahaya sebagai gelombang
transversal dan longitudinal
d. Cahaya merupakan gelombang yang
merambat
e. Cahaya merupakan partikel yang
terhambur
5. Sebuah electron yang dipercepat
melalui beda potensial 100 volt mempunyai laju v = 5,93x106 m/s .
berapakah panjang gelombang de Broglie, jika massa electron 9,11x10-31 kg
dan h=6,626x10-34 Js.
a. 1,23x10-10 m
b. 1,23x10-9 m
c. 1,23x10-8 m
d. 1,23x10-7 m
e. 1,23x10-6 m
6. Sebuah benda bermassa 1 gr jatuh
dari ketinggian 2 m. berapakah panjang gelombang de Broglie benda tersebut
sesaat sebelum menyentuh tanah? (h= 6,626x10-34 js)
a. 1,048x10-31 m
b. 1,048x10-26 m
c. 1,048x10-21 m
d. 1,048x10-16 m
e. 1,048x10-11 m
Tidak ada komentar:
Posting Komentar