Dualisme Gelombang Partikel (KELOMPOK 3)

MAKALAH FISIKA “DUALISME GELOMBANG PARTIKEL”

KELOMPOK 3 (XII IPA 3) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

ASYATI DWI PRAWIRADIJAYA FANDHITA EKA PRASATIA GUSENDA MAGISTRA IHFA AULIA M. BENI AL - AZIS RISMAWANTI NURFATIMAH

SMA NEGERI 1 PANDEGLANG Jln. Raya Serang KM. 3 Cigadung –  Cigadung –  Pandeglang,   Pandeglang, Banten 2016

KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan nikmat serta hidayah-Nya terutama nikmat kesempatan dan kesehatan sehingga kami dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “Dualisme Gelombang Partikel”. Shalawat beserta salam kita sampaikan kepada Nabi akhir zaman yakni Muhammad SAW yang telah memberikan pedoman hidup yakni al-qur’an al-qur’an dan sunnah untuk keselamatan umat di dunia. Kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada segenap pihak yang telah memberikan bimbingan serta arahan selama penulisan makalah ini. Kami pun menyadari bahwa banyak terdapat kekurangan - kekurangan dalam penulisan makalah ini, maka dari itu kami mengharapkan kritik dan saran yang konstruktif dari para  pembaca demi kesempurnaan makalah ini.

Pandeglang, 27 Agustus 2016

Kelompok 3

i

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ................................................................................................................ i DAFTAR ISI .............................................................................................................................. ii BAB I PENDAHULUAN  A.

Latar Belakang ................................................................................................................ 1

B.

Rumusan Masalah ............................ .............................. ............................... ................. 1

C.

Tujuan ................. .............................. .............................. .............................. .................. 1

D.

Manfaat .......................................................................................................................... 1

BAB II PEMBAHASAN  A.

Pengertian Dualisme Gelombang Partikel ..................................................................... 2

B.

Radiasi Benda Hitam ............................. .............................. ............................... ........... 2 a. Energi Radiasi .......................................................................................................... 2  b. Hukum Pergeseran Wien ......................................................................................... 3 c. Teori Klasik dan Teori Planck .............................. .............................. ..................... 3

C.

Efek Fotolistrik .............................................................................................................. 4

D.

Efek Compton ................................................................................................................ 5

E.

Teori de Broglie ............................................................................................................. 6

BAB III

PENUTUP  A.

Kesimpulan .......................................................................................................................... 7

B.

Saran .................................................................................................................................... 7

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................ iii

ii

BAB I PENDAHULUAN

A. Latarbelakang

Pada awal abad ke- 20 Albert Einstein dan Max Planck ilmuwan yang telah mempelopori teori kuantum yang menjelasakan sifat  –   sifat partikel dari gelombang. Setelah itu  bermunculan ilmuan lain seperti pada tahun 1923 A.H. Compton menemukan bahwa cahaya memiliki sifat kembar sebagai gelombang dan sebagai partikel. Penemuan ini menyebabkan De Broglie berpikir sebagaimana cahaya bersifat gelombang dan partikel, maka partikel pun dapat bersifat gelombang. Canggung-nya para ilmuan terhadap hipotesis De Broglie karena gagasan nya tidak tidak berdasarkan eksperimental tidak seperti teori kuantum yang mempunyai fakta fakta empiris. Akan tetapi setelah 3 tahun kemudian, Hipotsis De Broglie terbukti kebenaranya oleh dua ahli fisika Amerika Serikat yaitu Clinton Davisson dan Lester Germer. Dalam hipotesis-nya De Broglie menyatakan partikel-partikel seperti elektron, neutron maupun proton mempunyai sifat dualisme yaitu partikel dan gelombang. B. Rumusan Masalah

a. Apa yang dimaksud dengan dualisme gelombang partikel ?  b. Apa itu radiasi benda hitam, energi radiasi, hukum pergeseran wien, teori klasik & teori  planck, energi compton, efek fotolistrik, dan teori de b roglie. C. Tujuan

a. Mengetahui tentang dualisme gelombang partikel.  b. Mengetahui tentang radiasi benda hitam, energi radiasi, hukum pergeseran wien, teori klasik & teori planck, energi compton, efek fotolistrik, dan teori de broglie. D. Manfaat

a. Dengan pembuatan makalah ini, kita dapat mengetahui materi tentang dualisme gelombang partikel.  b. Dengan pembuatan makalh ini kita dapat mengetahui tentang hal  –   hal apa saja yang dibahas di dalam materi dualisme gelombang partikel, seperti radiasi benda hitam, energi radiasi, hukum pergeseran wien, teori klasik & teori planck, energi compton, efek fotolistrik, dan teori de broglie.

1

BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian Dualisme Gelombang Partikel

Menurut asal kata, pengertian partikel dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia yaitu unsur dasar benda atau bagian benda yang san gat kecil dan berdimensi. Partikel disebut materi yang sangat kecil seperti butir pasir, elektron, atom atau molekul. Dualisme yaitu paham  bahwa dulu kehidupan ini ada dua prinsip yg saling bertentangan. Jadi dualisme partikel yaitu dua paham yang berbeda mengenai suatu materi yaitu partikel dan gelombang. Dualisme gelombang

partikel

menyatakan

bahwa cahaya dan benda bahwa cahaya dan benda memperlihatkan sifat memperlihatkan sifat

gelombang dan partikel. dan partikel.   Konsep utama dalam mekanika kuantum,  kuantum,  dualitas menyatakan kekurangan konsep mengenai "Partikel" dan "Gelombang" untuk menjelaskan bagaimana  perilaku objek kuantum. Ide awal dualitas ini muncul pada tahun 1600-an terjadi perdebatan tentang sifat cahaya sifat cahaya dan benda, dan benda,   ketika

teori

cahaya

yang

saling

bersaing

yang

diusulkan

oleh Christiaan Huygens dan Isaac Newton.  Newton.  Melalui hasil riset Albert Einstein, Louis de Broglie dan kawan-kawan, sampai saat ini para ilmuwan ilmuwan telah menerima suatu Gagasan mengenai Dualisme Gelombang Partikel bahwa seluruh objek memiliki sifat gelombang dan  partikel. Meskipun fenomena ini hanya dapat terdeteksi dalam skala kecil, seperti atom. seperti atom. Dualitas gelombang partikel merupakan dasar-dasar teori mekanika kuantum yang erat kaitanya dengan perkembangan kemajuan ilmu pengetahuan manusia. B. Radiasi Benda Hitam

- redup  tidak panas - terang  panas Pada saat kita mendekatkan tangan pada lilin menyala dan lampu minyak yang sedang menyala selama selang waktu tertentu, kita akan m erasakan radiasi kalor yang dihasilkan oleh lampu minyak lebih panas dibandingkan lilin, sehingga kita dapat menyimpulkan bahwa lampu minyak memiliki suhu yang lebih tinggi daripada lilin. Berdasarkan hal tersebut, dap at disimpulkan bahwa makin tinggi suhu suatu benda, makin besar pula energi kalor yang di  pancarkannya. a. Energi Radiasi

Joseph Stefan dan Ludwig Boltzmann telah melakukan pengukuran laju energi kalor radiasi yang dipancarkan oleh permukaan suatu benda. Hasil yang diperoleh selanjutnya dike2

nal dengan sebagai hukum Stefan-Boltzmann yang berbunyi :  Energi yang di pancarkan oleh suatu permukaan benda bend a dalam bentuk be ntuk radiasi kalor ka lor per  satuan waktu sebanding dengan luas permukaan dan sebanding dengan pangkat empat  suhu mutlak permukaan itu. “ 

“ 

Kalor yang dipancarkan tiap detik :

 =  4 =

Keterangan : P = daya radiasi (W) Q = energi kalor (J) T = waktu (s)

 = konstanta stefan− boltzmann

(5,67 X 10-8 W/m2K 4)

e = emisivitas benda A = luas permukaan benda (m (m2) T = suhu mutlak permukaan benda (K)

Emisivitas e suatu benda menyatakan kemampuann benda untuk memancarkan radiasi kalor dibandingkan dengan benda hitam sempurna.  Benda hitam sempurna memiliki emisivitas e = 1, yaitu benda yang dapat menyerap semua energi kalor yang datang dan dapat memancarkan energi kalor dengan sempurna. Jadi, nilai emisivitas e adalah antara 0 dan 1 (0 (0 ≤ e ≤ 1). 1). Benda sempurna merupakan suatu model idealisasi. Jadi, sebenarnya tidak ada sebuah  benda yang berperilaku sebagai benda hitam sempurna. Berdasarkan definisi benda hitam sempurna kita dapat membuat model benda hitam yang menyerap hampir seluruh radiasi yang mengenainya. b. Hukum Pergeseran Wien

Wilhelm Wien, seorang ilmuwan fisika berkebangsaan Jerman menemukan suatu hubungan empiris sederhana antara panjang gelombang yang dipancarkan untuk intensitas maksimum (λm) dengan suhu mutlak (T) sebuah benda yang dikenal sebagai hukum  pergeseran Wien. Wien.

λ m T = C = 2,898 x 10-13 m K dengan C adalah konstanta pergeseran Wien. Intensitas terhadap panjang gelombang radiasi suatu benda hitam sempurna untuk tiga keadaan suhu yang berbeda. Puncak  –   puncak spektrumnya akan bergeser ke arah λ m yang semakin besar dengan berkurangnya suhu. Salah satu kegunaan hukum pergeseran Wien adalah untuk memperkirakan suhu Matahari. c. Teori Klasik dan Teori Planck

Masalah besar yang menarik dan belum terpecahkan terpecahk an oleh para ilmuwan fisika di akhir abad 19 adalah penjelasan ilmiah mengenai radiasi benda hitam dan pergeseran Wien. Ada dua teori klasik yang mencoba menjelaskan spektrum radiasi benda hitam, yaitu teori Wien dan teori Rayleigh-Jeans. Teori Wien menyatakan hubungan antara radiasi dengan panjang geombang menggunakan analogi antara radiasi dalam ruangan dan distribusi kelajuan molekul gas. Secara matematika teori Wien dapat dituliskan sebagai berikut.

I = 8(  )5

-bcl λ T

e

3

Persamaan tersebut hanya mampu menjelaskan radiasi benda hitam untuk panjang gelomban g yang pendek, tetapi gagal untuk panjang gelombong yang panjang. Teori Rayleigh-Jeans menyatakan hubungan antara intensitas dan panjang gelombang radiasi dengan menggunakan penurunan dari teori klasik murni, yang secara matematis dapat dituliskan sebagai.

    = 32  2λ  ⁴ Persamaan ini berhasil menjelaskan radiasi benda hitam untuk panjang gelombang yang  panjang, tetapi gagal untuk panjang pan jang gelombang yang pendek. p endek. Akhirnya, penjelasan yang memuaskan datang dari Max Planck yang mengajukan rumus empiris dan model teoretis yang ternyata sangan cocok dengan hasil pengamatan.Teori pengamatan. Teori  Planck dapat dituliskan secara matematis sebagai berikut.

 2ℎ 1  =  λ 5  BT − 1 Max Planck menggunakan dasar teoretis untuk memperkuat rumus empirisnya dengan membuat asumsi berikut. 1. Energi Radiasi yang dipancarkan oleh getaran molekul –  molekul –  molekul   molekul benda bersifat diskret, yang besarnya

 = ℎ

dengan n adalah bilangan kuantum (n (n = 1, 2, 3, . . . .) dan  f adalah frekuensi getaran molekul, sedangkan h adalah konstanta Planck yang besarnya 6,626 x 10-34 J s. 2. Molekul –  Molekul –  molekul   molekul menyerap atau memancarkan energi radiasi dalam paket dalam paket diskret yang disebut kuantum atau foton. Energi radiasi terkuantitasi, di mana besar energi satu foton sama dengan hf. C. Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron-elektron dari permukaan logam (disebut elektron foto) ketika logam tersebut disinari dengan cahaya. Efek fotolistrik ini  pertama kali diamati oleh Hertz pada tahun 1887 1 887 dan diselidiki secara detail oleh Hallwachs dan Lenard pada tahun 1886-1900. Analisis yang paling tepat dikembangkan oleh Albert Einstein pada tahun 1905 berdasarkan asumsi Max Planck dengan mengajukan pustulat bahwa cahaya terdiri dari paket paket energi yang disebut kuanta atau foton .

Ano

Kato

Rangkaian ini memiliki sebuah tabung kaca hampa udara yang berisi pelat logam

4

K dan A. Pada saat tabung di tempatkan di ruang gelap ternyata jarum galvanometer G menunjukan angka 0. Ini berarti tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian. Ketika cahaya menokromatis dengan frekuensi tertentu di arahkan ke pelat K, maka galvanometer G mencatat adanya arus ini menunjukan menunjuka n bahwa telah terjadi aliran elektron yang melewati ruang antara K dan A. Arus listrik ini karena adanya elektron - elektron yang keluar dari  pelat K menuju pelat A. Hubungan antara energi kinetik maksimum yang dapat dicapai elektron foto dengan potensial henti Vo adalah :

mv 

2

m=

e Vo

Dengan e adalah muatan elektron (e (e =1,6 x 10-19 C ) Berikut beberapa kegagalan teori gelombang fotolistrik : 1. Besar energi maksium elektron foto tidak bergantung pada intensitas cahaya. 2. Setiap permukaan membutuhkan frekuensi minimum tertentu yang disebut frekuensi ambang f  ambang f o untuk dapat menghasilkan elektron foto. 3. Elektron elektron dapat terlepas dari permukaan logam hampir tampa selang waktu (kurang dari 10-9 sekon ) setelah penyinaran. 4. Teori gelombang tidak dapat menjelaskan mengapa energi kinetik maksimum elektron foto bertambah jika frekuensi cahaya di perbesar. Menurut einstein, semua energi foton diberikan kepada elektron sehingga foton lenyap karena elektron terikat oleh energi ikat tertentu tertentu dalam logam, maka di perlukan kerja minimun yang disebut fungsi kerja atau energi ambang .

h

= konstanta Plank = 6,6 x 10 -34 Js

W0

= fungsi kerja / energi ambang

D. Efek Compton

Pada tahun 1923. Seorang ilmuwan fisika berkebangsaan Amerika bernama Arthur Holy Compton (1892-1962) mempelajari gejala tumbukan antara foton dan elektron. elektron. Berdasarkan kesetaraan massa dan energi E = mc2 dan besarnya energi tiap foton E= diperoleh persamaan momentum sebuah foton, yaitu :

 dapat  5

Setelah terjadi tumbukan antara foton dengan elektron, maka foton kehilangan energinya sebesar ∆E = hf   f  –   –  hf   hf i sehingga panjang gelombang setelah bertumbukan akan  bertambah besar( λ f > λ i). i). Apabila  adalah sudut penyimpangan arah foton bertumbukan terhadap arah mula-mula, maka berdasarkan hukum kekekalan momentum, Hubungan antara λ f dan λ i memenuhi persamaan :



Dengan : λ f

= panjang gelombang foton sebelum tumbukan (m)

λ i

= panjang gelombang foton sesudah tumbukan (m)

h

= konstanta planck (h = 6,625 X 10-34 J s)

m

= massa elektron (me = 9,1 X 10-31 kg) atau massa partikel penghambur.

c

= kecepatan cahaya (c = 3 X 108 m/s)



= sudut hamburan (derajat atau radian)

E. Teori de Broglie

Cahaya memiliki sifat gelombang yang dapat diamati dalam peristiwa interferensi dan difraksi cahaya serta memiliki sifat partikel yang dapat diamati dalam peristiwa efek fotolistrik  p) dan sifat gelombang dan efek Compton. Sifat partikel dinyatakan oleh besaran momentum ( p dinyatakan dengan besaran panjang gelombang ( λ  λ). Seorang ilmuwan fisika berkebangsaan prancis bernama Louis De Broglie mengemukakan teori yang menyatakan bahwa partikel bahwa partikel (seperti elektron ) yang bergerak ada kemungkinan memiliki sifat gelombang dengan panjang gelombang tertentu. tertentu. Partikel yang  bergerak dengan deng an kecepatan kecep atan v memiliki momentum p = mv sehingga sehing ga pertikel akan memiliki  panjang gelombang de Broglie sebesar sebesa r :

Keterangan : h

= konstanta Plank = 6,626 x 10 –  34 Js

m = massa partikel (kg) v

= kecepatan gerak partikel (m/s)

Panjang gelombang de Broglie ini dapat di buktikan melalui pola difraksi elektron dari  percobaan yang di lakukan oleh C.J.Davisson dan L.H.Germer pada ta hun 1927.

6

BAB III PENUTUP

A. Kesimpulan

Prinsip tentang Dualisme Partikel menyatakan bahwa cahaya dan benda memperlihatkan sifat gelombang dan partikel. Teori fisika klasik yang menganggap bahwa cahaya sebagai gelombang tidak dapat menerangkan spektrum radiasi benda hitam. Lalu Max Planck dapat menjelaskan dengan adanya fenomena efek fotolistrik. Perkembangan terus  berlanjut A. H. Compton Comp ton menyatakan men yatakan caha ya memiliki sifat kembar sebagai gelombang gelomban g dan sebagai partikel. Penemuan ini menyebabkan de Broglie berpikir sebagaimana caha ya bersifat gelombang dan partikel, maka partikel pun dapat bersifat gelombang. Teori dari de Broglie menjadi variabel khusus lahirnya prinsip Dualisme Partikel . Louis de Broglie, menjelaskan bahwa cahaya dapat berada dalam suasana tertentu yang terdiri dari partikel-partikel, kemungkinan berbentuk partikel pada suatu waktu Partikel yang bergerak memiliki sifat gelombang. Fakta yang mendukung teori ini adalah petir dan kilat. Kilat akan lebih dulu terjadi daripada petir. Kilat menunjukan sifat gelombang be rbentuk cahaya, sedangkan petir menunjukan sifat pertikel berbentuk suara. Hipotesis de Broglie dibuktikan oleh C. Davidson an LH Giermer (Amerika Serikat) dan GP Thomas (Inggris). B. Saran

Semoga makalah ini bermanfaat, kami sadari makalah ini banyak kekurangan maka dari itu kami butuhkan saran maupun kritik yang membangun agar kami bisa belajar lagi dan membuat makalah yang lebih baik.

7

DAFTAR PUSTAKA  Nugroho, Djoko. 2009 . Fisika . Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII . Jakarta : Penerbit Erlangga. Supiyanto. 2007 . Fisika . Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII . Jakarta : Penerbit Phibeta.

iii