MODUL IV FISIKA MODERN EFEK COMPTON

Transkripsi

1 MODUL IV FISIA MODERN EFE COMPTON Tujuan instruksional umum Agar mahasiswa daat memahami tentang Efek Comton Tujuan instruksional khusus: - Daat menerangkan tentang momentum foton - Daat menerangkan efek anjang gelombang omton - Daat menerangkan tentang efek Comton Buku rujukan : Fisika modern Johanes Surya Halliday-Resnik Olimiade Fisika

2 4. Foton dan elektron berlaku sebgai bola billiard Menurut teori kuantum ahaya, foton berlaku sebagai artikel,hanya tidak memunyai massa diam. Jika hal itu benar kita harus bisa menganalisa tumbukan antara foton dengan elektron misalnya ara yang sama seerti tumbukan billiard dianalisis dalam mekanika endahuluan. Gambar 4. menunjukkan bagaimana tumbukkan serua tiu digambarkan dengan foton sinar-x menumbuk elektron dan kemudian mengalami hamburan dari arah semula sedangkan elektronnya menerima imuls dan mulai bergerak. Dan tumbukkan foton daat diandang sebagai artikel yang kehilangan sejumlah energi yang besarnya sama dengan energi kinetik yang diterima oleh elektron, walauun sebenarnya kita mengamati dua foton berbeda. jika semula memunyai frekuensi f maka foton hambur memunyai frekuensi yang lebih rendah f sehingga ehilangan energi foton = Energi yang diterima elektron Dari embahasan sebelumnya bahwa momentum artikel tak bermassa berkaitan dengan energi menurut rumus E =.(4. arena energi foton hf momentum ialah: Momentum foton E hf.(4. momentum tidak seerti energi meruakan kuantitas vektor yang memunyai arah dan besaran, dan dalamtumbukkan momentum harus kekal dalam masing-masing sumbuh dan dari kedua sumbu saling tegak lurus.(bila lebih dari dua benda bertumbukkan tentu saja

3 momentum harus kekal ada maisng-masing sumbu dari ketiga sumbu saling tegak lurus. Arah yang diilih di sini ialah arah semula dan satu lagi tegak lurus ada bidang yang mengandung elektron dan foton hambur.gambar 4. Gambar 4. a. Penghamburan foton oleh elektron disebut efe omton. energi dan momentum adalah kekal dalam keadaan seerti itu dan foton hambur kehilangan energi (anjang gelombang hasilnya lebih anjang dibanding foton datang (b Diagram vektor momentum dan komonen momentum semula ialah foton hambur serta elektron hamburnya. hf/, momentum foton hambur ialah hf / danmomentumelektron awal sektor akhir ialah berurutan 0 dan dalam arah foton semula Momentum awal = momentum akhir hf hf 0 os os (4.3 dan tegak lurus ada arah ini Momentum awal =momentum akhir hf 0 sin sin.(4.4 sudut menyatakan sudut antara arah mula-mula dan arah foton hambur, dan ialah sudut antara arah foton mula dan elektron yang tertumbuk. Dari ersamaan-ersamaan diatas kita sekarang mendata rumus yang menghubungkan beda anjang gelombang

4 antara foton mula dan foton hambur dengan sudut antara masing-masing, kedua besaran itu meruakan kuantitas yang diukur. Langka awalnya dengan mengalikan kedua ersamaan itu dengan maka: os sin hf hf os hf sin dengan mengkuadratkan ersamaan ini dan menambahkannya sudut daat dieliminasi tinggi ( hf ( hf ( hf os ( hf..(4.5 emudian kita samakan kedua rumus untuk energi total artikel E E m 0 m o 4 sehingga ( m o m 0 4 m o karena hf hf kita daatkan ( hf ( hf ( hf ( hf m 0 ( hf hf.(4.6 subtisutisikan harga didalam ersamaan maka kita mendaatkan m o h ( hf hf ( hf ( hf ( os (4.7 Hubungan ini lebih sederhana jika dinyatakan dalam anjang gelombang sebagai engganti frekuensi bagi ersamaan di atas dengan h,

5 m0 f f ( ( hf ( hf ( h os dan karena f dan f f dan f efek omton h mo ( os..(4.8 ersamaan (4.8 diturunkan oleh Arthur H.omton ada awal tahun 90 dan gejala yang dierikannya yang ertama kali diamatinya, dikenal sebagai efek Comton. Gejala ini menunjukkan bukti kuat teori kuantum radiasi. Persamaan(4.8 memberikan erubahan anjang gelombang yang diharakan terjadi untuk foton yang terhambur dengan sudut oleh artikel yang bermassa diam m o dan erbedaan ini tidak bergantung dari anjang gelombang foton datang kuantitas Panjang gelombang Comton h mo..(4.9 disebut anjang gelombang Comton dari artikel enghabur untuk elektron,46x0 m dengan,46 m(m= iometer =0 m dalam ersamaan (4.8 menjadi Efek Comton ( os.(4.0 dari ersamaan(4.0 diatas kita liaht bahwa erubahan anjang gelombang terbesar yang daat terjadi ada =80 ketika itu erubahan anjang gelombang menjadi dua kali

6 anjang gelombang Comton. arena anjang gelombang Comton untuk elektron ialah.=,46 m, dan lebih keil lagi untuk artikel yang lain karena massanya lebih besar, maka erubahan anjang gelombang maksimum dalam efek Comton adalah 4,85 m. Perubahan sebesar itu atau lebih keil lagi hanya bisa teramati untuk sinar-x karena ergeseran anjang gelombang ahaya tamak kurang dari 0.0 ersen dari anjang gelombang awal sedangkan untuk sinar-x dengan =0, nm,besaran itu menjadi beberaa ersen. Soal Sinar-x yang anjang gelombangnya 0 m dihamburkan oleh suatu sasarn a. Cari anjang gelombang sinar-x yang dihamburkan 45 b. Cari anjang gelombagn maksimum yang ada dalam sinar-x yang terhambur. Cari energi kinetik maksimum elektron ayng terhentak(elektron reol Jawaban: ( os sehingga ( os45 0m 0,93 0,7 m b. - maksimum bila (-os = sehingga 0 m 4,9 m 4,9 m. Energi kinetik hentak yang maksimum sama dengan beda antara energi foton datang dan energi foton terhambur sehingga maks h ( f f h dengan

7 diberikan dalam b. jadi maks (6,66x0 0 6,54x0 5 40,8 kev j 34 j. s(3x0 m / m 8 m / s ( 0m 4,9 m Demontrasi ekserimental efek Comton daat dilakukan seara langsung. Seerti dalam gambar. Seberkas sinar-x dengan anjang gelombang tunggal yang diketahui diarahkan ada target (sasaran, dan anjang gelombang sinar-x hambur juga ditentukan untuk berbagai sudut. Hasilnya ditunjukkan ada gambar 4.3 hasil ini menunjukkan ergeseran anjang gelombang seerti diramalkan ada ersamaan (4.8 tetai ada masing-masing susdut sinar-x hambur termasuk juga sinar-x dengan anjang gelombang awal. Hal ini tidak terlalu sukar untuk dimengerti. dalam enurunan ersamaan (4.8 diangga bahwa artikel hamburd daat bergerak bebas suatu angga yang nalar karena banyak elektron dalam materi terikat lemah