PARTIKEL DALAM BOX. Bentuk umum persamaan orde dua adalah: ay" + b Y' + cy = 0

dokumen-dokumen yang mirip
BAB IV OSILATOR HARMONIS

BAB III OPERATOR 3.1 Pengertian Operator Dan Sifat-sifatnya

PENDAHULUAN. Di dalam modul ini Anda akan mempelajari Gas elektron bebas yang mencakup: Elektron

PARTIKEL DALAM SUATU KOTAK SATU DIMENSI

BAGIAN 1 PITA ENERGI DALAM ZAT PADAT

MATERI II TINGKAT TENAGA DAN PITA TENAGA

Xpedia Fisika. Soal Fismod 1

PENDAHULUAN RADIOAKTIVITAS TUJUAN

MATERI PERKULIAHAN. Gambar 1. Potensial tangga

MEKANIKA KUANTUM DALAM TIGA DIMENSI

UN SMA IPA 2008 Fisika

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

PERKEMBANGAN TEORI ATOM

PERSAMAAN SCHRÖDINGER TAK BERGANTUNG WAKTU DAN APLIKASINYA PADA SISTEM POTENSIAL 1 D

BAB FISIKA ATOM. Model ini gagal karena tidak sesuai dengan hasil percobaan hamburan patikel oleh Rutherford.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

D. 85 N E. 100 N. Kunci : E Penyelesaian : Kita jabarkan ketiga Vektor ke sumbu X dan dan sumbu Y, lihat gambar di bawah ini :

PR ONLINE MATA UJIAN: FISIKA (KODE A07)

Copyright all right reserved

UN SMA IPA 2008 Fisika

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

SOAL UN FISIKA DAN PENYELESAIANNYA 2008

PEMERINTAH KABUPATEN LOMBOK UTARA DINAS PENDIDIKAN PEMUDA DAN OLAHRAGA MUSYAWARAH KERJA KEPALA SEKOLAH (MKKS) SMA TRY OUT UJIAN NASIONAL 2010

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

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

Xpedia Fisika. Soal Fismod 2

UN SMA IPA 2008 Fisika

BAB 2 STRUKTUR ATOM PERKEMBANGAN TEORI ATOM

SOAL UN FISIKA DAN PENYELESAIANNYA 2005

Antiremed Kelas 12 Fisika

LATIHAN UJIAN NASIONAL

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

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

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

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB FISIKA ATOM I. SOAL PILIHAN GANDA

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

A. 5 B. 4 C. 3 Kunci : D Penyelesaian : D. 2 E. 1. Di titik 2 terjadi keseimbangan intriksi magnetik karena : B x = B y

Dualisme Partikel Gelombang

UN SMA IPA 2009 Fisika

Mengenal Sifat Material. Teori Pita Energi

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

ARSIP SOAL UJIAN NASIONAL FISIKA (BESERA PEMBAHASANNYA) TAHUN 1996

BAB V MOMENTUM ANGULAR Pengukuran Simultan Beberapa Properti Dalam keadaan stasioner, momentum angular untuk elektron hidrogen adalah konstan.

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

BAB II PROSES-PROSES PELURUHAN RADIOAKTIF

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

UJIAN NASIONAL TP 2008/2009

Struktur Atom dan Sistem Periodik

Antiremed Kelas 12 Fisika

D. I, U, X E. X, I, U. D. 5,59 x J E. 6,21 x J

D. 15 cm E. 10 cm. D. +5 dioptri E. +2 dioptri

HAND OUT FISIKA KUANTUM MEKANISME TRANSISI DAN KAIDAH SELEKSI

drimbajoe.wordpress.com 1

= (2) Persamaan (2) adalah persamaan diferensial orde dua dengan akar-akar bilangan kompleks yang berlainan, solusinya adalah () =sin+cos (3)

(A) 3 (B) 5 (B) 1 (C) 8

ORBITAL DAN IKATAN KIMIA ORGANIK

Mata Pelajaran : FISIKA

PENDAHULUAN. Atom berasal dari bahasa Yunani atomos yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi.

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

PROJEK 2 PENCARIAN ENERGI TERIKAT SISTEM DI BAWAH PENGARUH POTENSIAL SUMUR BERHINGGA

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

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Dapat menambah informasi dan referensi mengenai interaksi nukleon-nukleon

D. 80,28 cm² E. 80,80cm²

model atom mekanika kuantum

Fisika Modern (Teori Atom)

C. Kunci : E Penyelesaian : Diket mobil massa = m Daya = P f s = 0 V o = 0 Waktu mininiumyang diperlukan untuk sampai kecepatan V adalah :

BINOVATIF LISTRIK DAN MAGNET. Hani Nurbiantoro Santosa, PhD.

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

D. 0,87 A E. l A. Bila Y merupakan simpangan vertikal dari sebuah benda yang melakukan gerak harmonis sederhana dengan amplitudo A, maka :

LATIHAN FISIKA DASAR 2012 LISTRIK STATIS

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

IR. STEVANUS ARIANTO 1

Elektron Bebas. 1. Teori Drude Tentang Elektron Dalam Logam

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

kimia REVIEW I TUJUAN PEMBELAJARAN

Struktur atom merupakan satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya.

ENERGI POTENSIAL. dapat dimunculkan dan diubah sepenuhnya menjadi tenaga kinetik. Tenaga

PERKEMBANGAN MODEL ATOM DI SUSUN OLEH YOSI APRIYANTI A1F012044

KB.2 Fisika Molekul. Hal ini berarti bahwa rapat peluang untuk menemukan kedua konfigurasi tersebut di atas adalah sama, yaitu:

LATIHAN UAS 2012 LISTRIK STATIS

SOAL SELEKSI PENERIMAAN MAHASISWA BARU (BESERA PEMBAHASANNYA) TAHUN 1989

FONON I : GETARAN KRISTAL

TEORI PERKEMBANGAN ATOM

Struktur dan Ikatan Kimia. Muhamad A. Martoprawiro

SOAL DAN PEMBAHASAN FINAL SESI I LIGA FISIKA PIF XIX TINGKAT SMA/MA SEDERAJAT PAKET 1

K 1. h = 0,75 H. y x. O d K 2

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

PEMBAHASAN SOAL PRA UAN SOAL PAKET 2

KEGIATAN BELAJAR 2 KONFIGURASI ELEKTRON, HUBUNGANNYA DENGAN LETAK UNSUR DALAM SISTEM PERIODIK, DAN SIFAT PERIODIK UNSUR

Dibuat oleh invir.com, dibikin pdf oleh

A. 100 N B. 200 N C. 250 N D. 400 N E. 500 N

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

PERHITUNGAN TINGKAT ENERGI SUMUR POTENSIAL KEADAAN TERIKAT MELALUI PERSAMAAN SCHRODINGER MENGGUNAKAN METODE BEDA HINGGA

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

Struktur atom. Bagian terkecil dari materi disebut partikel. Beberapa pendapat tentang partikel materi :

SOAL LATIHAN CHEMISTRY OLYMPIAD CAMP 2016 (COC 2016)

Nama Anggota Kelompok: 1. Ahmad Samsudin 2. Aisyah Nur Rohmah 3. Dudi Abdu Rasyid 4. Ginanjar 5. Intan Dwi 6. Ricky

1. Wati mengukur panjang batang logam dengan menggunakan micrometer skrup seperti gambar di bawah ini.

Fisika UMPTN Tahun 1986

Transkripsi:

1 PARTIKEL DALAM BOX Elektron dalam atom dan molekul dapat dibayangkan mirip partikel dalam box. daerah di dalam box tempat partikel tersebut bergerak berpotensial nol, sedang daerah diluar box berpotensial tertentu atau tak terhingga, box dibayangkan sebagai ruangan dengan dindingnya adalah energi potensial.. Bentuk umum persamaan orde dua adalah: ay" + b Y' + cy = 0

atau d d a Y + b Y + c Y = 0 (-1) dx dx atau ad Y + bdy + cy = 0 atau (ad + bd + c)y = 0 (-) dan ad + bd + c = 0 persamaan karakteristik (-3) Akar-akar penyelesaiannya adalah

3 x 1, b ( b a 4ac) Penyelesaian umum persamaan differensial orde dua (-1) tersebut adalah: Y = A.e 1 + B. e D x D x A dan B adalah sembarang konstanta, sedang D 1 dan D adalah akar-akar persamaan karakteristik (-3)

4 Contoh: Tentukan bentuk umum penyelesaian Y" + 3Y' + 4Y = 0 Jawab: Persamaan karakteristiknya : D + 3D + 4 = 0, a = ; b = 3; c = 4 Akar-akarnya: x 1, b ( b 4ac) a 3 3 4 D 1. = = 3 / 4 + 5 3 / 4 i Jadi Penyelesaiannya adalah: Y = A. 3 / 4 5 / 4 i e 3 x + B. 3 / 4 5 / 4 i e 3 x

5. Partikel Dalam Box Satu Dimensi Bayangkan sebuah partikel yang bergerak dalam box satu dimensi. box satu dimensi adalah penggal garis yang panjangnya a yang terletak pada sumbu x. Sepanjang sumbu x fungsi energi potensialnya tak terhingga kecuali pada penggalan sepanjang a yang potensialnya 0. Jika partikel berada di dalam box, maka energi potensialnya adalah nol (V (0<x<a) = 0) sedang jika berada di luar box, energi potensialnya tak terhingga.

6 Gambar.1: Fungsi energi Potensial Partikel dalam Box satu Dimensi Dari gambar.1 tampak bahwa sumbu x terbagi atas tiga area, yaitu area I ( x < 0), area II (0 < x < a) dan area III ( x > a). Bagaimana fungsi gelombang partikelnya dan energi partikel pada masing-masing daerah tersebut?

7 Lihat persamaan Schrodinger bebas waktu atau persamaan (5-1 Bab I) d dx ( x) m + (E V (x) ) ( x) 0 (-4) Partikel di luar box (area I dan III), V x =, sehingga (EV) = dan persamaan (-4) dapat ditulis: d dx x x (-5) Jadi: x = 1 d dx atau x = 0 (-6) x

8 Kesimpulan: Jika berada di luar box, partikel tidak bergerak Bagaimanakah jika partikel berada dalam box yaitu area II? Jika berada dalam box, V x = 0 sehingga (-4) dapat ditulis: d ( x) m + (E V(x) ) ( x) 0 dx d x me + = 0 dx ad Y cy 0 x (-7)

9 Persamaan (-7) di atas adalah persamaan differensial orde dua yang persamaan karakteristiknya adalah: D me + = 0 Ingat! D me + = 0 me 4ac) a = 1; b = 0; c = x 1, b ( b a Sehingga akar-akarnya adalah:

10 me 0 4.1..1 me = = 1 me 1 = i me i = me D 1. = Bentuk umum penyelesaian persamaan Schrodinger satu dimensi: = A. e i 1/ (me) x + B. e i (me) 1/ x (-8)

11 Agar bentuknya sederhana (me) 1/ x / ditulis sehingga (-8) ditulis: (x) = A. e i e -i (-9) Menurut persamaan Euler : e i = cos + i sin dan e -i = cos i sin sehingga (-9) dapat ditulis: (x) = A( cos + i sin ) + B. (cos i sin = A cos + A i sin + B. cos i sin = A cos + B. cos A i sin i sin

1 = (A + B) cos (A i i ) sin (x) = P cos Q sin (-10) dengan P dan Q adalah tetapan sembarang yang baru. Dengan mengembalikan harga (me) 1/ x/ maka (-10) dapat ditulis: (x) = P cos{(me) 1/ x/} + Q sin(me) 1/ x/} (-11) Untuk menentukan P dan Q kita gunakan kondisi khusus tertentu. dipostulatkan bahwa adalah kontinum, artinya tidak ada lompatan nilai jika x kontinum.

13 di luar box nyambung dengan di dalam box ketika melalui dinding box (pada x = 0 atau x = a). karena di luar box = 0 dimanapun termasuk di dinding box, maka di dalam box pun harus bernilai nol ketika melalui dinding. Jadi, di dinding box ketika x = 0, maka pada (- 11) adalah nol, (x=0 dan (x=a jadi: (x)=pcos{(me) 1/.0/}+Q sin{(me) 1/.0 /}= 0 Jadi: (x) = P cos 0 + Q sin 0 = 0

14 P + 0 = 0, jadi P = 0 Kalau P = 0, maka Q tidak mungkin 0 karena sin 0 sudah pasti 0 dan (-11) menjadi: (x) = Q sin (me) 1/ x / (-1) Untuk menentukan harga Q, kita gunakan x = a Pada kondisi ini juga harus = 0. Jadi Q sin (me) 1/ a /= 0 Q sin x = 0 Karena Q pasti tidak nol, maka sin (me) 1/ a /= 0 sin x = 0

15 sehingga (me) 1/ a /= + n (-13) Jika kedua ruas dikuadratkan, maka [(me) 1/ a /] = (n me a / = n Dari sini kita peroleh m a h 8m a n h 8m a E = n E = n n = 1,,... (-14) E =

16 Q: Mengapa harga n tidak dimulai dari nol? A: Jika n = 0 diijinkan berarti pada keadaan itu E = 0. E = 0 tidak mungkin, karena dengan demikian hanya terjadi jika partikel tidak bergerak. Untuk partikel yang bergerak E = 0 tidak diijinkan, jadi n = 0 juga tidak diijinkan. Jika E pada (-14) kita masukkan pada (-1), kita peroleh: (x) = Q sin (me) 1/ x / n = Q sin x (-15) a = Q sin n ( x) a

17 Untuk memperoleh Q, kita gunakan sifat fungsi ternormalisasi, yaitu bahwa untuk fungsi normal, harga total peluangnya = 1, jadi: P ( 0 < x < a ) = Q a 0 Jadi Q = sin a n x a 1/ l 0 dx dx = 1 = 1, jadi: Dengan demikian fungsi gelombang partikel dalam box satu dimensi diperoleh, yaitu (x) = a 1/ n sin x (-16) a

18 Grafik Fungsi tersebut adalah n = 1 n = n = 3 Gambar.. Grafik fungsi gelombang Partikel Dalam Box Satu Dimensi n = 1 n = n = 3 Gambar.3. Grafik Partikel Dalam Box

19.3 Partikel Bebas Satu Dimensi Bagaimana energi partikel bebas. Partikel bebas adalah partikel yang tidak mendapat gaya sama sekali. Karena gaya adalah turunan energi potensial terhadap koordinat x, berarti energi potensial pada partikel tersebut bukan fungsi x tetapi hanya konstanta saja, artinya berapapun harga x maka energi potensial partikel tidak berubah. Besarnya energi potensial untuk partikel bebas disebut zero level energi yang dengan bebas dapat kita tentukan.

0 Seandainya kita pilih energi potensial V = 0, (Awas zero level energi belum tentu nol joule) maka persamaan (1-8 Bab I) menjadi: d dx x m E + Persamaan di atas sama dengan persamaan (-7), jadi penyelesaiannya: x = 0 (x) = A. 1/ i(me) x / i(me) x / e + B. 1/ e (-17) Selanjutnya kondisi batas yang bagaimana yang dapat kita gunakan untuk menentukan energi? harus mempunyai harga tertentu (tidak takterhingga) berapapun harga x yang kita pilih,

1 atau untuk < x < harga adalah terhingga. maka energi partikel bebas paling kecil adalah nol dan tidak mungkin berharga negatif sebab jika E negatif maka : 1/ 1/ i ( me) i( m E ) 1/ = i 1(m E ) 1/ = ( m E ) akibatnya suku pertama persamaan (-17) di atas akan menjadi jika pada x =.

Hal ini melanggar ketentuan bahwa berapapun harga x yang kita pilih, harga harus tidak tak-terhingga (= terhingga, tertentu, ada nilainya). Jadi untuk partikel bebas: E 0 (-18) Berbeda dengan partikel tak-bebas yang energinya terkuantisasi (= diskrit = hanya mempunyai harga tertentu saja), maka partikel bebas dapat mempunyai sembarang harga (kontinum) asal tidak negatif. Hal penting lain adalah bahwa fungsi gelombang partikel bebas tidak dapat dinormalisasikan karena

3 * dx tidak mungkin = 1, padahal syarat ternormalisasi adalah * dx = 1.

4.4 Partikel Dalam box satu Dimensi (Lanjutan) Perhatikan gambar.4 di bawah: Energi potensial partikel adalah V = V 0 untuk x < 0 (daerah I); V = 0 untuk 0 < x < a (daerah II) dan V = V 0 untuk x > a (daerah III). Persamaan Schrodinger untuk daerah I dan III adalah: d ( x) m + (E V 0) ( x) dx sehingga penyelesaiannya adalah: (x) = A. ( ) 1/ m V0 E x e / 1/ m( V0 E) x / + B. e 0

5 Untuk membedakan antara penyelesaian I dan penyelesaian III maka untuk penyelesaian I kita tulis: (x) = C. ( ) 1/ m V0 E x e / m( V ) / + D. 1/ 0E x e (-19) sedang penyelesaian III, kita tulis: (x) = F. ( ) 1/ m V0 E x e / m( EV ) / + G. 1/ 0 x e (-0) I II III V x x = 0 Gambar.4: x = a (a) (b ) (c) (a) Energi Potensial Untuk partikel dalam one dimension rectangular well (b) Fungsi gelombang keadaan dasar (ground state) pada potensial tersebut (c) Fungsi gelombang keadaan eksitasi pertama (first excited state) pada potensial tersebut

6 Bagaimana penyelesaian untuk daerah II? Karena V= 0 untuk daerah II maka penyelesaian persamaan Schrodingernya adalah sama persis dengan yang sudah kita bicarakan pada pasal.. Jadi persamaan (-11) juga merupakan bentuk umum penyelesaian untuk daerah II. Untuk daerah II (x) = P cos{(me) 1/ x/} + Q sin(me) 1/ x/} (-1) Penuntasan (-19) dan (-0), sangat ditentukan oleh besar E dibandingkan V 0.

7 Penuntasan untuk E < V 0 sangat berbeda dengan penuntasan untuk E > V 0 (Inilah bedanya dengan mekanika klasik. Secara klasik, E selalu lebih besar dari pada V sebab E = V + T dengan T = energi kinetik yang selalu positif). Bagaimana jika E < Vo? Untuk E < V 0 maka (V 0 E) 1/ adalah bilangan real, positif. Dengan demikian untuk daerah I nilai = jika x =. Padahal harus terhingga untuk sembarang harga x. Untuk menghindari hal ini maka D harus nol. Jika D = 0, maka untuk x = harga = 0 dan ini diijinkan.

8 (x) = C. ( ) 1/ m V0 E x e / m( V ) / + D. 1/ 0E x e (-19) Analog dengan itu, pada Y daerah III, F juga harus nol, sehingga persamaan (-19) dan (-0) berturutturut menjadi: (x) = C. ( ) 1/ m V0 E x e / (-1) m( EV ) / (x) = G. 1/ 0 x e (-) Untuk memperoleh harga C, maka kita terapkan kondisi batas, bahwa di x = 0, nilai daerah I = daerah II, sedang untuk mencari G kita terapkan bahwa di x = a nilai daerah II = dengan daerah III. Jadi

9 I = II ( x = 0) (-3) II = III (x =a) (-4) Ada 4 konstanta yang harus ditentukan yaitu C untuk I, G untuk III serta P dan Q untuk II. Jadi hanya dengan (-3) dan (-4) saja, tidak mungkin kita menentukan 4 tetapan. Untuk itu kita gunakan: di/dx = dii/dx ( x = 0) (-5) dii/dx = diii/dx (x =a) (-6)

30 Dari (-3) kita peroleh C = P. Dari (-5) kita peroleh Q = V 0 E E 1/. P. Dari (-4) kita peroleh G yang dinyatakan dalam P. Selanjutnya P dihitung dengan normalisasi. Jika P, Q, C dan G sudah diperoleh maka untuk masing-masing daerah dapat ditentukan dan baik di dalam kotak maupun di luar kotak harga 0. Itu artinya betapapun kecilnya ada kemungkinan menjumpai partikel di luar kotak jika dinding kotak berpotensial tidak tak terhingga.

31 Bagaimana Jika E > V 0 Untuk membahas ini marilah kita tulis kembali (-19) dan (-0): (x) = C. ( ) 1/ m V0 E x e / m( V ) / + D. 1/ 0 E x e (-19) (x) = F. ( ) 1/ m V0 E x e / m( EV ) / + G. 1/ 0 x e (-0) Jika E > V 0 maka (V 0 E) negatif sehingga (V 0 E) 1/ imajiner, akibatnya: mv 1/ 0 E = i mv 1/ 0 E ( ) / (x) = C. 1/ i m V0 E x im ( V ) / e + D. 1/ 0 E x e (-7) ( ) / (x) = F. 1/ i m V0 E x im ( V ) / e + G. 1/ 0 E x e (-8)

3 Ternyata bentuk persamaan (-7) dan (-8) ini identik dengan persamaan (-17) yaitu fungsi gelombang partikel bebas. (x) = A. 1/ i( me) x/ i(me) x / e + B. 1/ e (-17) Jadi dapat disimpulkan bahwa untuk energi potensial V 0 yang terhingga dan E > V 0 ternyata partikel dalam keadaan bebas dan kondisi ini disebut unbound state. Dengan logika sebaliknya maka untuk E < V 0 kondisinya disebut bound state.

33 Studi yang detail menunjukkan bahwa banyaknya bound state energi level (N) dinyatakan dengan persamaan: N mv 1/ 8 o. a h dengan m adalah massa partikel, V o adalah energi potensial, a adalah panjang box dan h adalah tetapan Planck

34.5 Efek Terobosan (Tunnel Effect) Untuk partikel dalam rectangular well (pasal.4), gambar -5 dan persamaan untuk I dan III yaitu persamaan (-1) dan (-) menunjukkan bahwa pada kondisi bound state (yaitu jika energi partikel lebih kecil dari pada energi potensialnya yaitu V 0 yang tidak tak terhingga) peluang mendapatkan partikel di daerah I dan III adalah tidak nol. Sifat seperti ini ditolak oleh logika klasik karena kondisi E < V ini sangat mustahil mengingat menurut logika klasik E = T + V dengan T adalah energi kinetik yang selalu positif.

35 Perhatikan partikel yang berada dalam box satu dimensi dengan tinggi dan ketebalan dinding tertentu. (Gambar.5). Secara klasik, partikel tidak mungkin dapat menerobos dinding box manakala energi partikel itu tidak melebihi energi potensial dinding yang besarnya V 0 itu. Namun mekanika kuantum menunjukkan bahwa ada peluang yang besarnya tertentu bagi sebuah partikel yang eneginya < V 0 yang dijumpai berada di luar box.

36 Pengertian terobosan (tunelling) merupakan penetrasi partikel terhadap daerah yang secara klasik merupakan daerah terlarang (forbidden region), atau lewatnya partikel melalui penghalang energi potensial yang besarnya lebih dari energinya. Karena tunneling adalah efek mekanika kuantum, maka kejadiannya adalah pada partikel-partikel kecil. Makin kecil massa partikel, makin mudah ia melakukan terobosan. Terobosan elektron adalah yang paling besar kemungkinannya. Terobosan hidrogen lebih mungkin dari pada atom-atom lain.

37 Emisi partikel dari inti radioaktif merupakan efek tunneling yang dimiliki oleh partikel alfa menembus potensial penghalang yang ditimbulkan oleh gaya akibat interaksi antar partikel inti. Mengapa molekul NH 3 berbentuk piramid dan tidak planar sedang BF 3 berbentuk planar? Pertanyaan itu dapat dijelaskan melalui pemahaman terhadap efek ini. Ada sejumlah energi potensial yang menghalangi konversi dari bentuk planar ke piramidal. Atom H- nya amoniak (karena massanya kecil dapat menembus potensial penghalang itu sehingga H tidak

38 berada sebidang dengan N, sementara itu atom F yang ukurannya besar tidak mampu menembus potensial penghalang. Efek terobosan elektron memberi sumbangan yang signifikan untuk menjelaskan terjadinya reaksi oksidasi reduksi pada proses elektroda. Efek ini juga memberikan sumbangan pada penentuan laju reaksi kimia yang melibatkan hidrogen. (R.P.Bell, 1990)

39 V 0 x Gambar.5: Energi Potensial partikel dalam box satu dimensi dengan ketinggian dan ketebalan tertentu. Mikroskop jenis tertentu (disebut The scanning tunneling microscope yang ditemukan pada 1981) memanfaatkan sifat terobosan elektron melalui ruang antara kumparan kawat logam dengan permukaan padatan yang dapat menghantarkan arus listrik untuk

40 menghasilkan image atau gambaran masing-masing atom pada permukaan logam.

41 Soal-Soal Bab 1. Selesaikan Persamaan y'' + y' y = 0 dengan kondisi batas untuk x = 0, y = 0 dan untuk x = 0, y' = 1. Sebuah obyek makroskopik massanya 1 gram melintas dengan kecepatan 1 cm/s dalam kotak satu dimensi yang panjangnya 1 cm. Tentukan bilangan kuantum n. 3. Elektron dalam atom atau molekul dapat secara ekstrim dipandang sebagai partikel dalam box satu dimensi yang panjang boxnya mempunyai order ukuran atom atau molekul.

4 a) Untuk elektron yang berada dalam box yang panjangnya 1 A o hitunglah selisih dua energi level terendah b) Hitunglah panjang gelombang foton yang setara dengan transisi kedua level energi tersebut. 4. Ketika sebuah partikel yang massanya 9,1 x 10 8 gram berada dalam box satu dimensi mengalami transisi dari n = 5 ke n =, ia mengemisi foton dengan frekuensi 6,0 x 10 14 s 1. Tentukan panjang box. 5. Ketika sebuah elektron yang berada pada energi level tertentu mengalami transisi ke level dasar dalam sebuah box satu dimensi yang panjangnya

43 A o, ia mengemisi foton yang panjang gelombangnya 8,79 x 10 9 m. Tentukan dari energi level ke berapa elektron tersebut berasal? 6. Elektron pi dalam molekul terkonjugasi, misal 1,3 butadiena, dapat dipandang sebagai elektron yang bergerak dalam kotak satu dimensi yang panjang sama dengan panjang molekulnya. Dengan menggunakan aturan Pauli yang mengijinkan satu energi level dihuni oleh sepasang elektron yang spinnya berlawanan, tentukan panjang gelombang foton yang diserap jika elektron pi yang berada pada energi level tertinggi berpindah ke energi level terendah yang kosong. (Panjang molekul = 10 Angstrom)

44 7. Tulis fungsi gelombang partikel bebas satu dimensi bergantung waktu. 8. Buatlah sket untuk n = 3, 4 dan 5 9. Sebuah elektron yang berada pada box satu dimensi dengan energi potensial 15 ev. Jika panjang box Angstrom, berapakah banyaknya bound state yang diijinkan? 10. Jawablah betul atau salah pernyataan-pernyataan berikut: a) Partikel yang berada dalam box satu dimensi dengan energi level dasar (Ground State) Energy Level, mempunyai bilangan kuantum n = 0

45 b) Fungsi gelombang stasioner dari sebuah partikel dalam kotak adalah diskontinus pada titik tertentu. c) Turunan pertama dari fungsi gelombang stasioner dari sebuah partikel dalam kotak adalah diskontinus pada titik tertentu. d) Probabilitas maksimum setiap partikel dalam box selalu terletak di pertengahan panjangnya box. e) Untuk partikel dalam box dengan n =, probabilitas pada posisi kuarter kiri = probabilitas di kuarter kanan.