Photon: partikel and gelombang

dokumen-dokumen yang mirip
Schrodinger s Wave Function

PERTEMUAN KEEMPAT FISIKA MODERN TEORI KUANTUM TENTANG RADIASI ELEKTROMAGNET TEKNIK PERTAMBANGAN UNIVERSITAS MULAWARMAN

Fungsi distribusi spektrum P (λ,t) dapat dihitung dari termodinamika klasik secara langsung, dan hasilnya dapat dibandingkan dengan Gambar 1.

DUALISME PARTIKEL-GELOMBANG

Teori Atom Mekanika Klasik

Dualisme Partikel Gelombang

FISIKA MODERN. Staf Pengajar Fisika Departemen Fisika,, FMIPA, IPB

LEMBAR SOAL ULANGAN TENGAH SEMESTER GANJIL TAHUN (UTAMA) Mata Pelajaran (Beban) : Fisika 4 ( 4 sks) Hari/Tanggal : Rabu, 29 Septembr 2010

Fisika Umum (MA 301) Topik hari ini. Fisika Atom & Inti

#2 Dualisme Partikel & Gelombang (Sifat Partikel dari Gelombang) Fisika Modern Eka Maulana, ST., MT., MEng. Teknik Elektro Universitas Brawijaya

Fisika Modern (Teori Atom)

Pendahuluan. Setelah mempelajari bab 1 ini, mahasiswa diharapkan

FISIKA MODERN UNIT. Radiasi Benda Hitam. Hamburan Compton & Efek Fotolistrik. Kumpulan Soal Latihan UN

FI 353 Fisika Modern - P.Sinaga 1

Xpedia Fisika. Soal Fismod 2

RADIASI BENDA HITAM DAN TEORI PLANCK

FISIKA SET 9 RELATIVITAS EINSTEIN DAN INTI ATOM DAN LATIHAN SOAL SBMPTN TOP LEVEL - XII SMA A. RELATIVITAS KHUSUS. a. Relativitas kecepatan

#2 Dualisme Partikel & Gelombang Fisika Modern Eka Maulana, ST., MT., MEng. Teknik Elektro Universitas Brawijaya

Agus Purwanto, Ph.D. 7 September 2016

XV. PENDAHULUAN FISIKA MODERN

PROBABILITAS PARTIKEL DALAM KOTAK TIGA DIMENSI PADA BILANGAN KUANTUM n 5. Indah Kharismawati, Bambang Supriadi, Rif ati Dina Handayani

Getaran Dalam Zat Padat BAB I PENDAHULUAN

Antiremed Kelas 12 Fisika

FISIKA. Sesi TEORI ATOM A. TEORI ATOM DALTON B. TEORI ATOM THOMSON

LATIHAN UJIAN NASIONAL

RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN Nama Sekolah : SMA Negeri 1 Sanden Mata Pelajaran : Kimia Kelas/Semester : XI/1 Alokasi Waktu : 3 JP

Ringkasan Efek Fotolistrik

RADIASI BENDA HITAM DAN TEORI PLANCK

Mengenal Sifat Material. Teori Pita Energi

RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN

Batasan KIMIA FISIKA DALTON BOHR M. KUANTUM

SIFAT GELOMBANG PARTIKEL DAN PRINSIP KETIDAKPASTIAN. 39. Elektron, proton, dan elektron mempunyai sifat gelombang yang bisa

FISIKA MODERN DAN FISIKA ATOM

METODE X-RAY. Manfaat dari penyusunan makalah ini adalah sebagai berikut :

Atom menyusun elemen dengan bilangan sederhana. Setiap atom dari elemen yang berbeda memiliki massa yang berbeda.

Copyright all right reserved

SIFAT-SIFAT INTI. PERTEMUAN KEEMPt

PEMERINTAH PROVINSI DAERAH KHUSUS IBUKOTA JAKARTA DINAS PENDIDIKAN

PENDAHULUAN RADIOAKTIVITAS TUJUAN

Fisika Modern : Definisi, Konsep dan Aplikasinya

PR ONLINE MATA UJIAN: FISIKA (KODE A07)

SNMPTN 2011 FISIKA. Kode Soal Gerakan sebuah mobil digambarkan oleh grafik kecepatan waktu berikut ini.

Difraksi (Diffraction)

1. RADIASI BENDA HITAM Beberapa Pengamatan

BAGIAN 1 PITA ENERGI DALAM ZAT PADAT

DifraksiCahaya. Dede Djuhana Kuliah Fisika Dasar 2 Fakultas Teknik Kelas FD2_06 Universitas Indonesia 2011

07/10/2014 SIFAT GELOMBANG DARI PARTIKEL. Nurun Nayiroh, M.Si. Pertemuan ke-6 FISIKA MODERN. Tokoh Sifat gelombang dari partikel

BAB FISIKA ATOM. a) Tetes minyak diam di antara pasangan keping sejajar karena berat minyak mg seimbang dengan gaya listrik qe.

CATATAN KULIAH PENGANTAR SPEKSTOSKOPI. Diah Ayu Suci Kinasih Departemen Fisika Universitas Diponegoro Semarang 2016

Relativitas Khusus Prinsip Relativitas (Kelajuan Cahaya) Eksperimen Michelson & Morley Postulat Relativitas Khusus Konsekuensi Relativitas Khusus

MODUL 05 SPEKTRUM ATOM

CHAPTER I RADIASI BENDA HITAM

PREDIKSI UN FISIKA V (m.s -1 ) 20

Bahan Kuliah Fisika Dasar 2. Optika Fisis

Xpedia Fisika DP SNMPTN 02

Answer: (Buku Ajar Kimia Umum,hal 9)

BAB V. SIFAT GELOMBANG DARI PARTIKEL

Kumpulan Soal Fisika Dasar II

LEMBAR SOAL ULANGAN AKHIR SEMESTER TAHUN (UTAMA) Mata Pelajaran (Beban) : Fisika 4 ( 4 sks) Hari/Tanggal : Rabu, 01 Desembar 2010

SMA / MA IPA Mata Pelajaran : Fisika

DIFRAKSI KRISTAL dan KISI RESIPROK

SOAL LATIHAN PEMBINAAN JARAK JAUH IPhO 2017 PEKAN VIII

TEORI MAXWELL Maxwell Maxwell Tahun 1864

Kunci dan pembahasan soal ini bisa dilihat di dengan memasukkan kode 5976 ke menu search. Copyright 2017 Zenius Education

Antiremed Kelas 12 Fisika

Fisika Ujian Akhir Nasional Tahun 2003

Theory Indonesian (Indonesia) Sebelum kalian mengerjakan soal ini, bacalah terlebih dahulu Instruksi Umum yang ada pada amplop terpisah.

Pertanyaan berhubungan dengan gambar di bawah ini serta pilihan yang ada.

Fisika UMPTN Tahun 1986

Xpedia Fisika. Soal Fismod 1

4. Sebuah sistem benda terdiri atas balok A dan B seperti gambar. Pilihlah jawaban yang benar!

UJIAN NASIONAL TAHUN PELAJARAN 2007/2008

IPA KESEHATAN: Fisika. Dr. Zaroh Irayani, M.Si.

EINSTEIN DAN TEORI RELATIVITAS

SOAL UN FISIKA DAN PENYELESAIANNYA 2005

TEORI ATOM Materi 1 : Baca teori ini, kerjakan soal yang ada di halaman paling belakang ini

D. 30 newton E. 70 newton. D. momentum E. percepatan

TRY OUT UJIAN NASIONAL SMA PROGRAM IPA AKSES PRIVATE. Mata pelajaran : MATEMATIKA Hari/Tanggal : / 2013

UJIAN SEKOLAH 2016 PAKET A. 1. Hasil pengukuran diameter dalam sebuah botol dengan menggunakan jangka sorong ditunjukkan pada gambar berikut!

D. 30 newton E. 70 newton. D. momentum E. percepatan

ORBITAL DAN IKATAN KIMIA ORGANIK

Pertanyaan Final (rebutan)

UN SMA IPA 2010 Fisika

Benda akan berhenti setelah bergerak selama... A. 4 sekon B. 5 sekon C. 8 sekon D. 10 sekon E. 20 sekon

3. Dari grafik di samping, pada saat t = 5 sekon, percepatannya adalah. a. 32 m/s 2 b. 28 m/s 2 c. 20 m/s 2 d. 12 m/s 2 e. 4 m/s 2

PAKET SOAL 1.c LATIHAN SOAL UJIAN NASIONAL TAHUN PELAJARAN 2011/2012

PREDIKSI 8 1. Tebal keping logam yang diukur dengan mikrometer sekrup diperlihatkan seperti gambar di bawah ini.

IDE-IDE DASAR MEKANIKA KUANTUM

1. Diameter suatu benda diukur dengan jangka sorong seperti gambar berikut ini.

SNMPTN 2011 Fisika KODE: 559

BAB I PENDAHULUAN. Dalam fisika, dualisme partikel gelombang menyatakan bahwa setiap. dijelaskan melalui teori kuantum (Krane, 1992).

D. 80,28 cm² E. 80,80cm²

BAB 2 STRUKTUR ATOM PERKEMBANGAN TEORI ATOM

1. Pengukuran tebal sebuah logam dengan jangka sorong ditunjukkan 2,79 cm,ditentikan gambar yang benar adalah. A

BAB RELATIVITAS. Htung kecepatan rudal pada Contoh 10.1 berdasarkan relativitas Einstein.

MODUL V FISIKA MODERN RADIASI BENDA HITAM

Apa yang dimaksud dengan atom? Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur

FISIKA MODERN I (Pendekatan Konseptual) Dr. A.Halim, M.Si

FISIKA SMA MODUL. Tim Akademik - PT Rezeki Lancar Terus

D. 6 E. 8. v = 40ms -1 Ep =?

Transkripsi:

Photon: partikel and gelombang Cahaya energinya terkuantisasi. Memiliki energi dan momentum E = hf = hc 1240 ev nm = λ λ p = E c = hf c = h λ Cahaya memiliki (dual nature)sifat dualisme. Yaitu memiliki sifat gelombang dan partikel Diterapkan pada seluruh radiasi elektromagnetik Effek photoelectric menunjukan sifat cahaya sebagai partikel Cahaya tersusun oleh partikel partikel yang disebur photon Interference and diffraction Menunjukan gelombang dan partikel dan probabilistic characteristics dari cahaya Fisika Modern - P.Sinaga 1

Matter waves(gelombang materi) Jika gelombang cahaya memiliki sifat partikel, mungkin materi memiliki sifat sebagai gelombang? de Broglie mempostulatkan bahwa panjang gelombang materi dikaitkan dengan momentumnya adalah λ = h p Ini disebut panjang gelombang de Broglie Nobel prize, 1929 Fisika Modern - P.Sinaga 2

Why h / p? Works for photons λ = h p Kita berargumentasi bahwa dapat di aplikasikan pada apapun Photons dan bola sepak keduanya mengikuti relasi yang sama. Setiap benda memiliki kedua sifat wave-like and particle-like Fisika Modern - P.Sinaga 3

Wavelengths dari benda massive debroglie wavelength = λ = h p p=mv untuk nonrelativistic (v<<c) partikel dengan massa. λ = h mv Fisika Modern - P.Sinaga 4

Wavelength of a football FootBall League, Chicago. 1999: "... short circumference, 21 to 21 1/4 inches; massa, 14 to 15 ons. atau (0.43-0.40 kg) Misal ketika ditendang bola bergerak dengan kelajuan 60, 70 mph, atau. (27-32 m/s) Momentum: mv = 0.4 kg ( ) 30 m /s ( )=12 kg m /s λ = h p 6.6 10 34 J s = 12 kg m /s = 5.5 10 35 m = 5.5 10 26 nm Fisika Modern - P.Sinaga 5

Panjang gelombangnya sangat kecil 1 nm = 10-9 m Wavelength cahaya merah = 700 nm Spacing antara atoms dlm zat padat ~ 0.25 nm Wavelength bola sepak = 10-26 nm Apa yang membuat bola sepak wavelength sangat kecil? Massa besar, momentum besar,panjang gelombang pendek λ = h p = h mv Fisika Modern - P.Sinaga 6

Mekanika Quantum : Physics of the microscopic world Benda Makroskopik tidak bisa menunjukan effek dari mekanika quantum. Ini nampak dalam pendulum: Tingkat tingkat Energi terquantisasi, tetapi kediskritannya terlalu kecil untuk dideteksi. Sifat gelombangnya juga terlalu kecil untuk dapat dideteksi Fisika Modern - P.Sinaga 7

Panjang gelombang elektron Diperlukan objek yang massanya kecil untuk menunjukan effek gelombang Elektron adalah partikel yang sangat ringan Massa elektron = 9.1x10-31 kg λ = h p = h mv = 6 10 34 J s ( 9 10 31 kg) velocity ( ) Panjang gelombang bergantung pada massa dan kecepatan Kecepatan makin besar maka panjang gelombang makin kecil Fisika Modern - P.Sinaga 8

Panjang gelombang dari elektron 1 ev Panjang gelombang materi Momentum dari elektron ialah. p = mv, jadi λ = h p E kinetic = p2 2m p = 2mE kinetic λ = h p = h 2mE kinetic = hc 2mc 2 E kinetic Fisika Modern - P.Sinaga 9

Sedikit komplikasi Dengan tanpa menghitung perhatikan ini h hc λ = = p 2 mc 2 E kinetic Sama konstanta seperti sebelumnya Energi kinetik Energi diam Wavelength = energi konstanta diam energi Kinetik Fisika Modern - P.Sinaga 10

Latihan Suatu neutron massanya 2000 kali dari massa diam elektron. Apabila kedua partikel itu memiliki energi sama 1 ev. Bagaimanakah perbandingan panjang gelombang kedua partikel itu? A. Keduanya sama B. neutron wavelength < elektron wavelength C. neutron wavelength > elektron wavelength Wavelength bergantung pada momentum, yaitu h/p. Momentum sama -> wavelength sama. Momentum = 2mE, bergantung pada energi dan massa Fisika Modern - P.Sinaga 11

Mengapa menggunakan energi diam? Partikel penting dalam mekanika quantum dicirikan oleh energi diamnya Dalam relativitas semua observer mengukur energi diam yang sama. elektron: proton: neutron: mc 2 ~ 0.5 MeV mc 2 ~ 940 MeV mc 2 ~ 940 MeV Berbeda untuk beda partikel 1 MeV = 1 juta elektron-volt Fisika Modern - P.Sinaga 12

Kecenderungan umum Wavelength = energi konstanta diam energi kinetik Wavelength mengecil ketika energi diamnya (mass) membesar Wavelength mengecil ketika energi kinetiknya membesar Fisika Modern - P.Sinaga 13

Wavelength dari elektron 1 ev Untuk suatu elektron, konstanta λ = 1240 ev nm 2 0.511 MeV 1 E kinetic = 1.23 ev 1/ 2 nm E kinetic Energi diam Energi kinetik 1 ev elektron, 10 ev eletron 100 ev eletron λ=1.23 nm λ=0.39 nm λ=0.12 nm Fisika Modern - P.Sinaga 14

Latihan Elektron yang energinya 10 ev memiliki panjang gelombang ~0.4nm.Berapakah panjang gelombang elektron yang energinya 40 ev? A. 0.2 nm B. 0.4 nm C. 0.8 nm Wavelength = energi konstanta diam energi Kinetik Fisika Modern - P.Sinaga 15

Can this be correct? Jika elektron adalah waves, maka haruslah dapat menunjukan efek seperti gelombang misal. Interferensi, diffraksi Elektron 25 ev memiliki panjang gelombang 0.25 nm, sama dengan jarak antar atom dalam kristal Fisika Modern - P.Sinaga 16

Kristal: atom tersusun secara teratur Lapisan bidang dari atom atom Garam dapur (NaCl = Sodium Chloride) Struktur kristal cubic. Atom Na and Cl membentuk pola teratur Jarak antar atom (spacing) ~ 0.3 nm. Fisika Modern - P.Sinaga 17

refleksi gelombang dari kristal Reflesi dari bidang berikutnya Refleksi dari bidang atas Tampak samping Gelombang refleksi dari lapisan atom yang berbeda dalam kristal akan berinterferensi. Beda panjang lintasan optik ~ jarak antar atom atom Fisika Modern - P.Sinaga 18

Difraksi X-ray Susunan Diffraction spot mengindikasikan susunan atom Digunakan untuk menentukan susunan atom atom dari molekul kompleks. e.g. DNA Struktur Molecular Pola difraksi X- ray Fisika Modern - P.Sinaga 19

Eksperimen Davisson-Germer Difraksi elektron dari kristal tunggal nickel Membuktikan bahwa elektron adalah gelombang Bright spot: constructive interference Davisson: Nobel Prize 1937 54 ev electrons (λ=0.17nm) Fisika Modern - P.Sinaga 20

Electron Diffraction X-rays electrons The diffraction patterns are similar because electrons have similar wavelengths to X-rays Fisika Modern - P.Sinaga 21

Bragg Scattering Bragg scattering is used to determine the structure of the atoms in a crystal from the spacing between the spots on a diffraction pattern (above) Fisika Modern - P.Sinaga 22

Resolving Power of Microscopes To see or resolve an object, we need to use light of wavelength no larger than the object itself Since the wavelength of light is about 0.4 to 0.7 µm, an ordinary microscope can only resolve objects as small as this, such as bacteria but not viruses Fisika Modern - P.Sinaga 23

Scanning Electron Microscope (SEM) To resolve even smaller objects, have to use electrons with wavelengths equivalent to X-rays Virtual SEM Fisika Modern - P.Sinaga 24

Particle Accelerator Extreme case of an electron microscope, where electrons are accelerated to very near c Used to resolve extremely small distances: e.g., inner structure of protons and neutrons Fisika Modern - P.Sinaga 25 Stanford Linear Accelerator (SLAC)

Convention al Lithograph y Fisika Modern - P.Sinaga 26

Limits of Conventional The conventional method of photolithography hits its limit around 200 nm (UV region) Lithography It is possible to use X- rays but is difficult to focus Use electron or proton beams instead Fisika Modern - P.Sinaga 27

Proton Beam Micromachining (NUS) More information... Fisika Modern - P.Sinaga 28

Particle-wave duality Seperti cahaya, partikel juga bersifat dualisme Dapat menunjukan sifat seperti partikel (tumbukan, dsb) Dapat menunjukan sifat seperti gelombang (interferensi, difraksi, dsb). Namun kedua sifat tersebut tidak pernah muncul secara bersdamaan. Partikel seperti itu dapat dijelaskan memakai bahasa partikel atau bahasa gelombang tergantung fenomenanya Fisika Modern - P.Sinaga 29

interferensi partikel ide interferensi ini digunakan untuk mempelajari tentang struktur materi λ = 1240 ev nm 2 m 0 MeV 1 KE Elektron 100 ev : λ = 0.12nm Kristal kristal juga atom Elektron 10 GeV : Inti atom(nucleus), 3.2 fermi, 10-6 nm Proton 10 GeV : Inside the protons and neutrons:.29 fermi Fisika Modern - P.Sinaga 30

Let s study electron waves Ini adalah gelombang materi: λ = h p λ x dimanakah elektronnya? Gelombang mengembang takterbatas dalam arah +x dan -x Fisika Modern - P.Sinaga 31

Analogi dengan bunyi Gelombang bunyi juga memiliki karakteristik yang sama Tetapi sering kita dapat menentukan lokasi gelombang bunyi contoh. Pantulan echoes dari dinding. Dapat membuat pulsa bunyi contoh: Cepat rambat bunyi di udara = 340 m/s Spatial extent dari pulsa bunyi = 3.4 meters. Fisika Modern - P.Sinaga 32

Beat frequency: spatial localization What does a sound particle look like? contohnya ialah beat frequency (layangan) Dua gelombang bunyi yang frekuensinya hampir sama dijumlahkan. QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture. QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture. Constructive interference amplitude besar Destructive interference Amplitude kecil Constructive interference Amplitude besar Fisika Modern - P.Sinaga 33

Making a particle out of waves 440 Hz + 439 Hz 440 Hz + 439 Hz + 438 Hz 440 Hz + 439 Hz + 438 Hz + 437 Hz + 436 Hz Fisika Modern - P.Sinaga 34

Spatial extent dari gelombang bunyi terlokalisasi 8 4 0-4 -8 x -15-10 -5 0 5 10 15 J x = spatial spread dari wave packet Spatial extent mengecil ketika spread termasuk panjang gelombang membesar. Fisika Modern - P.Sinaga 35

Kejadian sama untuk matter wave Membangun partikel terlokalisasi dengan cara menjumlahkan gelombang gelombang yang panjang gelombangnya berbeda sedikit. Menurut de Broglie λ = h /p, masing masing dari komponen ini memiliki momentum yang berbeda sedikit. Kita katakan bahwa terdapat ketidakpastian(uncertainty) dalam momentum atau energi Dan tetap masih tidak dapat diketahui lokasi exact dari partikel! Gelombang masih menyebar meliputi x ( uncertainty posisi) x dapat direduksi, tetapi panjang gelombang jadi lebih menyebar (menjadikan penyebaran dalam momentumnya). Fisika Modern - P.Sinaga 36

Interpretasi 8 4 0-4 -8-15 -10-5 0 5 10 15 J Untuk bunyi kita dapat mengatakan bahwa pulsa bunyi berada dipusat pada suatu posisi, tetapi memiliki sebaran. Tidak seperti itu untuk partikel mekanika quantum. Banyak pengukuran mengindikasikan bahwa elektron adalah suatu point particle. Interpretasi, menentukan besar dari wave-pulse elektron di suatu titik dalam ruang adalah sama dengan menentukan probability menemukan elektron pada titik tersebut. Fisika Modern - P.Sinaga 37

Heisenberg Uncertainty Principle menggunakan x = uncertainty posisi p = uncertainty momentum Heisenberg menunjukan bahwa perkalian Planck s constant ( x ) ( p ) selalu lebih besar dari ( h / 4π ) Sering ditulis sebagai ( x) ( p) ~ h/2 dimana h = h disebut h-bar 2π Fisika Modern - P.Sinaga 38

The Uncertainty Principle The more precisely the position is determined, the less precisely the momentum is known in this instant, and vice versa. Werner Heisenberg, 1927 x px h 2 Fisika Modern - P.Sinaga 39

Position dan Momentum partikel Dalam mekanika Quantum tidak mungkin menentukan posisi dan momentum (kecepatan) dari suatu partikel secara simultan (pada saat yang bersamaan ) dengan ketelitian tak hingga. suatu partikel sebenarnya tidak memiliki posisi dan momentum pada saat yang sama. Fisika Modern - P.Sinaga 40

Thinking about uncertainty ( x) ( p) ~ h/2 Untuk suatu classical particle, p=mv, jadi ketidakpastian untuk momentum berhubungan dengan ketidakpastian untuk kecepatan. x ( ) ( v ) ~ h /2m Dikatakan bahwa ketidakpastian kecil untuk benda massive, tetapi menjadi sangat penting untuk benda benda sangat ringan, seperti elektron elektron. Benda besar atau massive tidak menunjukan effek dari mekanika quantum. Fisika Modern - P.Sinaga 41