PERTEMUAN KE-1 PENGANTAR FISIKA MODERN (2 SKS) Nurun Nayiroh, M.Si TA ARUF Nama : Nurun Nayiroh, M.Si Alamat Asal : Keling-Kepung-Kediri Alamat sekarang : Perum Joyogren Blok HH No.19 Malang Alamat e-mail : nayiroh@gmail.com atau nurun@fis.uin-malang.ac.id Blog : http://nurun.lecturer.uin-malang.ac.id Telepon : 085 234 642 740 JURUSAN KIMIA UIN MALIKI MALANG Tujuan Instruksional Umum LATAR BELAKANG FISIKA DASAR FISIKA MODERN Fisika Klasik Memberikan pemahaman terhadap bidang fisika khususnya Fisika Quantum dan diharapkan memperoleh dasar atau landasan kuat untuk mengembangkan sains modern dan /atau menerapkan pada teknologi modern terutama yang terkait dengan Sains Kimia 1
Satuan dan Konstanta 10-15 10-9 10-18 10-12 10-6 10 6 10 9 10 12 10 15 10 18 Pokok Bahasan Teori Relativitas Dualisme Partikel dan Gelombang Struktur Atom Mekanika kuantum Model Atom Mekanika Kuantum Molekul dan Zat Padat Fisika Inti Topik 1: Teori Relativitas Khusus Gerak Relatif Postulat Relativitas Einstein Konsekuensi Postulat Einstein Momentum & Massa relativistik Energi Relativistik Topik 2:Teori Kuantum Radisai (Dualisme Partikel dan Gelombang) Sifat Partikel dari Gelombang Gelombang elektromagnetik Teori quantum cahaya Teori Gelombang De Broglie Sifat Gelombang dari Partikel Fungsi Gelombang dan Interprestasi Statistik Prinsip Ketidakpastian Heisenberg 2
Topik 3: Struktur Atom Model Awal dari Atom Model Atom Rutherford Orbit Elektron Spektrum Atomik Atom Bohr Laser Topik 4: Mekanika Kuantum Fungsi dan Persamaan Gelombang Persamaan Schrodinger Partikel dalam kotak Osilator Harmonik Topik 5: Model Atom Menurut Teori Kuantum Atom Menurut Mek. Kuantum Atom Hidrogen Atom Kompleks & Tabel Periodik Aplikasi (Sinar-X, Fluoresensi, Fosforisensi, Laser, Holografi) Topik 6: Molekul dan Zat Padat Ikatan dan energi potensial pada molekul Spektrum Molekul Ikatan dlm Zat Padat Pita Energi pada Zat Padat Kristal amorf 3
Topik 7: Fisika Inti Struktur dan Sifat Inti Energi Ikat dan Gaya Inti Radioaktivitas Peluruhan alfa, beta dan sinar gama Hukum Kekekalan Peluruhan Waktu Paro dan Laju Peluruhan Deret Peluruhan Reaksi Nuklir, Fisi, Fusi, dan Reaktor Nuklir Kerusakan dan Pengukuran Radiasi Referensi Beiser, A., Konsep Fisika Modern (terjemahanthe Houw Liong), Erlangga, Jakarta, 1983. Atam P. Arya, Elementary Modern Physics, Addison Wesley. Eisberg R., and Resnick R.,Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles, John Wiley, 1974. Krane, K.S., 1983, Modern Physics, John Wiley & Sons Beiser, A., 1995, Concepts of Modern Physics, 5th Edition, McGraw-Hill, Inc., New York. Giancoli, D..C., 1998, Physics, 5th ed., Prentice Hall, New Jersey. Tipler, P.A., 1991, Physics, 3rd ed., Worth Publishers, New York. DLL Kontrak Perkuliahan PENILAIAN UAS 35% UTS 30% Tugas 15% Kuis 20% Absensi sebagai prasyarat mengikuti UAS (80% masuk) KOMITMEN PERKULIAHAN Minimal 4 kali absen untuk mengikuti UAS Terlambat dalam pengumpulan Tugas dianggap nilai 0 Tidak ada remidi Kuis ataupun UTS dan UAS 4
WHAT? salah satu bagian dari ilmu Fisika yang mempelajari perilaku materi dan energi pada skala atomik dan partikel-partikel subatomik atau gelombang dan partikel bergerak dengan kecepatan tinggi HOW? KLIK!!!! FISIKA MODERN WHY? WHEN? Perumusan-perumusan dalam Fisika Klasik tidak lagi mampu menjelaskan fenomenafenomena yang terjadi pada materi yang sangat kecil dan berkecepatan tinggi mendekati kecepatan cahaya. Dikembangkan pada awal abad 20 How? Fisika Modern diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa besaran energi suatu benda yang berosilasi (osilator) tidak lagi bersifat kontinu, namun bersifat diskrit (kuanta),sehingga muncullah istilah Fisika Kuantum dan ditemukannya konsep dualisme partikel-gelombang. Konsep dualisme dan besaran kuanta ini merupakan dasar dari Fisika Modern. Konsep Fisika Modern Fisika Modern secara umum dibagi menjadi 3 bagian pembahasan yaitu Model atom Teori kuantum lama Teori kuantum modern Fisika Menyenangkan... 5
Teori Kuantum Lama Teori Kuantum lama memperkenalkan besaran-besaran fisika, seperti energi merupakan besaran diskrit bukan besaran kontinu seperti halnya dibahas dalam mekanika klasik. Teori kuantum lama diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa energi yang dipancarkan oleh sumber (berupa osilator) bersifat kuanta/diskrit karena hanya bergantung pada frekuensinya bukan pada amplitudo seperti dalam mekanika klasik dimana besaran amplitudo tidak terbatas (kontinu). Pada tahun 1900 Max-Planck merumuskan besaran energi yang bersifat diskrit dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh benda hitam yaitu E = nhf dimana n = 1, 2, 3,... dan h = 6,626 x 10-34 Joule/detik (konstanta Planck). Albert Next. Einstein pada tahun 1905 menggunakan konstanta Planck dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh berkas cahaya/foton (penemuan efek fotolistrik) Konsep yang paling mendasar dalam fisika modern adalah konsep dualisme partikel dan gelombang. Konsep ini sangat penting karena perilaku partikel dan gelombang semuanya sudah dipelajari dan diamati di fisika klasik. Konsep dualisme partikel-gelombang ini diamati oleh 2(dua) eksperimen yaitu efek fotolistrik oleh Albert Einstein dan eksperimen difraksi partikel/elektron oleh G.P. Thomson dan Davison Germer. Teori Kuantum Modern Teori Kuantum Modern dikembangkan dalam perhitungan energi partikel atau elektron menggunakan persamaan gelombang yang dirumuskan oleh Erwin Schroedinger, karenanya dikenal dengan persamaan Schroedinger : Aplikasi dimana ψ adalah fungsi gelombang dari partikel/elektron, m adalah massa elektron, ħ= h / 2p, E adalah energi dan V adalah potensial. Persamaan ini bersama dengan prinsip ekslusi Pauli yang menyatakan bahwa elektron dan partikel Fermion lain tidak dapat memiliki keadaan kuantum yang sama (energi, orbital, spin dll) merupakan dasar bagi penerapan teori kuantum modern dalam menjelaskan efek Zeeman, atom berelektron banyak, osilator harmonis dan atom hidrogen. 6
Mempelajari Fisika modern adalah salah satu bentuk upaya mengamalkan ayat al-qur an untuk menjadi insan ulul albab. Surat Ali Imran ayat 190-191 إ ن ف ي خ ل ق ال سم و ات و األ ر ض و اخ ت ال ف الل ي ل و الن ھ ار آل ي ات أل ول ي األ ل ب ا ب( 190 )ال ذ ين ي ذ ك ر ون الله ق ي ام ا و ق ع ود ا و ع ل ى ج ن وب ھ م و ي ت ف كر ون ف ي خ ل ق ال سم و ات و األ ر ض ر ب ن ا م ا (191) خ ل ق ت ھ ذ ا ب اط ال س ب ح ان ك ف ق ن ا ع ذ اب الن ار ) Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, dan silih bergantinya malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi orang-orang yang berakal, (yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadaan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi (seraya berkata): "Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan ini dengan sia-sia. Maha Suci Engkau, maka peliharalah kami dari siksa neraka. dari ayat di atas, kita dapat menyimpulkan beberapa sifat ulul albab sebagai berikut : Dapat melihat tanda-tanda kekuasaan Allah SWT pada penciptaan langit dan إ ن ف ي خ ل ق ال سم و ات و األ ر ض و اخ ت ال ف الل ي ل ( malam bumi serta pergantian siang dan (و الن ھ ار آل ي ات أل ول ي األ ل ب اب Senantiasa berzikir kepada Allah SWT di mana saja berada dan situasi kondisi.(ال ذ ين ي ذ ك ر ون الله ق ي ام ا و ق ع ود ا و ع ل ى ج ن وب ھ م ( pun bagaimana Tiada henti-hentinya mengembangkan ilmu, meningkatkan kualitas ilmu dan.(و ي ت ف كر ون ف ي خ ل ق ال سم و ات و األ ر ض ( pengetahuan metodologi ilmu Selalu memohon dan memanfaatkan potensi dan kesempatan yang disediakan (ر ب ن ا م ا خ ل ق ت ھ ذ ا ب اط ال ( SWT oleh Allah ) س ب ح ان ك ( SWT Mengakui kekuasaan Allah Cenderung menjauhkan prilaku menyimpang dan kembali pada prilaku yang ف ق ن ا ع ذ اب الن ار ( SWT mendapat keridhaan Allah? APA YANG HARUS ANDA LAKUKAN SEKARANG? 7