Efek Compton Dualisme Gelombang Cahaya

Fisika SMAMA XII 230 yang diusulkan oleh Einstein. Percobaan Compton cukup sederhana yaitu sinar X monokromatik sinar X yang memiliki panjang gelombang tunggal dikenakan pada keping tipis berilium sebagai sasarannya. Kemudian untuk mengamati foton dari sinar X dan elektron yang terhambur dipasang detektor. Sinar X yang telah menumbuk elektron akan kehilangan sebagian energinya yang kemudian terhambur dengan sudut hamburan sebesar T terhadap arah semula. Berdasarkan hasil pengamatan ternyata sinar X yang ter- hambur memiliki panjang gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang sinar X semula. Hal ini dikarenakan sebagian energinya terserap oleh elektron. Jika energi foton sinar X mula-mula hf dan energi foton sinar X yang terhambur menjadi hf – hf’ dalam hal ini f f’, sedangkan panjang gelombang yang terhambur menjadi tambah besar yaitu O Oc. Dengan menggunakan hukum ke- kekalan momentum dan kekekalan energi Compton berhasil menunjukkan bahwa perubahan panjang gelombang foton terhambur dengan panjang gelombang semula, yang memenuhi persamaan : .... 7.6 dengan O = panjang gelombang sinar X sebelum tumbukan m Oc = panjang gelombang sinar X setelah tumbukan m h = konstanta Planck 6,625 × 10 -34 Js m o = massa diam elektron 9,1 × 10 -31 kg c = kecepatan cahaya 3 × 10 8 ms -1 T = sudut hamburan sinar X terhadap arah semula derajat atau radian Besaran sering disebut dengan panjang gelombang Compton. Jadi jelaslah sudah bahwa dengan hasil pengamatan Compton tentang hamburan foton dari sinar X menunjukkan bahwa foton dapat dipandang sebagai partikel, sehingga mem- perkuat teori kuantum yang mengatakan bahwa cahaya mem- punyai dua sifat, yaitu cahaya dapat sebagai gelombang dan cahaya dapat bersifat sebagai partikel yang sering disebut sebagai dualime gelombang cahaya. T Foton terhambur Elektron terhambur Foton datang Elektron diam hf c hf Gambar 7.7 Skema percobaan Compton untuk menyelidiki tumbukan foton dan elektron 231 Fisika SMAMA XII Pada percobaan efek Compton seberkas sinar X dengan frekuensi 3.10 19 Hz ditembakkan pada elektron diam. Pada saat menumbuk elektron terhambur dengan sudut 60 o . Bila diketahui m o = 9,1.10 -31 kg, h = 6,62.10 -34 Js, dan c = 3.10 8 ms, hitunglah frekuensi sinar X yang terhambur Penyelesaian Diketahui : f = 3 × 10 19 Hz T = 60 o m o = 9,1 × 10 -31 kg h = 6,62 × 10 -34 Js c = 3 × 10 8 ms Ditanyakan : f c = …… ? Jawab : Oc – O = 1 – cos T = 1 – cos 60 o = 1 – 0,5 = = 0,1212 × 10 -11 m O = = = 1 × 10 -11 m Oc = O + 0,1212 × 10 -11 m = 1 × 10 -11 + 0,1212 × 10 -11 m = 1,1212 x 10 -11 m f’ = = = 2,676 × 10 19 Hz Jadi, frekuensi sinar X yang terhambur sebesar 2,676 × 10 19 Hz. Contoh Soal Fisika SMAMA XII 232 Soal Latihan : Pada percobaan Compton seberkas sinar X dengan panjang gelombang 0,6 nm menumbuk sasaran elektron dalam atom karbon, apabila sinar X dihamburkan membentuk sudut 90 o terhadap arah semula. Hitunglah panjang gelombang sinar X yang terhambur Pada percobaan efek Compton yang mengamati hamburan sinar X setelah menumbuk elektron diam, merupakan bukti bahwa cahaya dapat berkelakuan sebagai partikel. Tetapi mengapa efek Compton tidak tampak pada gelombang dalam daerah cahaya tampak Coba jelaskan bagaimana pendapatmu

D. Sifat Gelombang dari Partikel

Wawasan Produktivitas : Inovatif dan Kreatif Berdasarkan peristiwa efek fotolistrik dari Einstein, yang kemudian didukung dengan percobaan yang dilakukan oleh Compton telah membuktikan tentang dualisme sifat kembar cahaya, yaitu cahaya bisa berkelakuan sebagai gelombang, tetapi cahaya juga dapat bersifat partikel. Pada tahun 1924 Louise de Broglie mengemukakan pendapatnya bahwa cahaya dapat berkelakuan seperti partikel, maka partikel pun seperti halnya elektron dapat berkelakuan seperti gelombang. Sebuah foton dengan frekuensi f memiliki energi sebesar hf dan memiliki momentum p = , karena c = f O, maka momentum foton dapat dinyatakan p = sehingga panjang gelombang foton dapat dinyatakan O = . Untuk benda yang bermassa m bergerak dengan kecepatan memilki momentum linier sebesar mv maka panjang gelombang de Broglie dari benda itu dinyatakan dengan persamaan : V A K V elemen pemanas detektor elektron Logam Nikel T = 50 o Gambar 7.8 Skema percobaan Louise de Broglie 233 Fisika SMAMA XII Berapakah panjang gelombang de Broglie dari sebuah elektron yang bergerak dengan kelajuan 2 × 10 5 ms jika massa elaktron 9,1 x 10 -31 kg dan h = 6,6 × 10 -34 Js? Penyelesaian : Diketahui : v = 2 × 10 5 ms m = 9,1 × 10 -31 kg h = 6,6 × 10 -34 Js Ditanyakan : O = …? Jawab : O = = = = 3,63 × 10 -10 m = 3,63 Å O = = .... 7.7 Untuk menguji hipotesis yang dilakukan oleh Louise de Broglie pada tahun 1927, Davisson dan Germer di Amerika Serikat dan G.P. Thomson di Inggris secara bebas meyakinkan hipotesis Louise de Broglie dengan menunjukkan berkas elektron yang terdifraksi bila berkas ini terhambur oleh kisi atom yang teratur dari suatu kristal. Davisson dan Germer melakukan suatu eksperimen dengan menembakkan elektron berenergi rendah yang telah diketahui tingkat energinya kemudian ditembakkan pada atom dari nikel yang diletakkan dalam ruang hampa. Berdasarkan hasil pengamatan Davisson dan Germer terhadap elektron-elektron yang terhambur ternyata dapat menunjukkan adanya gejala interferensi dan difraksi. Dengan demikian hipotesis de Broglie yang menyata- kan partikel dapat berkelakuan sebagai gelombang adalah benar. Contoh Soal