FISIKA KUANTUM.
W
w
.-d
DR. RIDWAN ABDULLAH SANI, M.Si
MUHAMMAD KADRI. M.Sc
FISIKAKUANTUM
..1
R
FISIKAKUANTUM
Bul
Copyrighto20'14
HakCiptaDilindungi,-Jndang-Undang
nenraltartli
Drlarang
mengutrp.
menscanataumemperbanyak
dalambentukapapuntanpaizint"rtrlir dlirarUuikan
penulis/Pe
nerbit
natelllatika
litujukan t
lnlr,rk n]efi
P e n u l i sN a s k a h :
DR. RID\\',\N ABDUI,I,,\II SA\I. NI.Si
MT;IIAM]\,IAD K,.\DRI. }I.SC
lelllbelai ar
lada lllahi
t\\ al
lllell
nrenjelask;
D e s a i nS a m p u l :
Drs. GamalKartono
tlsi
f-..nsep
t3:'.lIallli'l
r'.skanika
Penerbit
U N I M E DP R E S S
G e d u n g L e m b a g aP e n e l i t i a nLa n t a i 1
J l . W i l l e m l s k a n d a rP s r V , M e d a n
C o n t a c tp e r s o n: f i t r i ak a r t r k a
08536226822
w w w . u n i m e d . a. i(d
C e t a k a nP e r t a m a: N o v e m b e r2 0 1 4
x,272halaman:18x20cm
lsBN : 978.602-l
: j t : . 1 - .6J - 6
Diterbitkan
:
Penerbit
UnimedPress.Universitas
NegenMedan,
Jl.Willemlskandar
PasarV
MedanEstate20222
Email:unimedpressl
3@gmarl.com
Contactperson: 08216216\208
Jalan
..nnsel
DAFTAR ISI
/tgfiKata Pengantar
D a f t a rI s i . . . . . . . . . . . . . .
B . { B L R a d i a sBi e n d aH i t a m
...'.'............v
..............vii
. " ' . " . . . . . . . 'I. '
l
l.l.RadiasiBendaHitam.........
...'.'...'...'.'..."..1
Planck
l . 2 .H i p o t e s K
i su a n t u m
. " " . . . . . ' . " . ' . . .1. .5' .
B A B2 . E f e kf o t o l i s t r idka ne f e kC o m p t o.n. . . . . . . . . . . " . . . . . . . . . . '1. ' . ' . . " 2
2 . l . E f e kF o t oL i s t r i k
Z . 2 . K u r v a R a d i aSsi n
i ar-X
2 . 3 .E f e kC o m p t o n
.'..'.,......".."21
..."...'.33
......'......"'.'.'.'39
n e n u r uBt o h r " ' . . . ' . "' .. . . . . . . . . .5' .3. .
l t o mt ' li d r o g e M
B . { B3 . M o d e A
...."53
3 . l . S p e k t r uAmt o mH i d r o g e n . . . .
.......................57
3 . 2 . P e r k e m b a nTgeaonr iM o d e lA t o r r r
n e n u r uBt o h r ' . . . . . . . . ' . . . . . . . . ' . . . . . . . 6 2
3 . 3 . M o dA
e lt o mH i d r o g eM
n e n u r uSt o t n t n e r t b. .l 'd, . .-.... . . . . '7. 7
Alt o mHi d r o g e M
3.4.Mode
B A B 4 . D u a l i s m e G e l o m b a n g P a r t i k e l . ..' . ."' . " . . . . . . . ' . . . . " . . 8 7
..'...........'......87
4 . l . H i p o t e sdiesB r o g l i .e. . . . . . . . . . . . . . .
...'.............91
4 . 2 . E k s p e r i mDeanv i s s o n - G e r m e r . . . . '
.-......".".....'.."96
4 . 3 . P a kG
e te l o m b a n g
.......'...'100
Heisenberg.
Ketidakpastian
4.4.Prinsip
auantum
B A B 5 . L a n d a s aMne k a n i kK
5.l.FungsiGelombang
Kuantum
dalantMekanika
5.2.Operator
" . . . . . . . . . . " . "I .l .3.
. . . . . ' . . . . . . ' . .l.3. . . ' l
...'.......122
vii
5 . 3 . F u n gEs i g e nd a nN i l a iE i g e n
5 . 4 . P o s t uM
l aet k a n i kK
auantum....
. . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 8B . \ E
. . , . . . . . . . . . . .1. .3. 3
...
BAB 6. Persamaan
Schrodineer
BebasWaktu...........
145
I
I
6.l.KarakteristikPersam
S caharno d i n g e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 5
6.2.Solusi
Persamaan
Schrodinger
BebasWaktu.................
152
I
6.3.Solusi
Persamaan
Schrodinger
untukPartikelBebas.....I 55
6 . 4 .R a p aAt r u s . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Dafii
.161
6.5.Teorem
Ea
hrenfest
....................163
BAB 7. SolusiPersamaan
Schrodinger
pailaBeberapa
Potensial........
171
7.1.Partikeldalam Kotak PotensialdenganDinding Tak
Berhingga..
.............171
7.2.PartikeldalamPotensialBerbentukTangga...................
I 81
7.3.Partikel
melewatiPotensialPenghalang
......188
7 . 4 . O s i l a t oHra r m o n i k
....................194
BAB 8. Aplikasi persamaanSchrodingerdalam kasusatom
Hidrogen
...............2|.9
8.1.Persamaan
Schrodinger
dalamKoordinat8o1a..............
209
8 . 2 .S o l u s iP e r s a m a aAnn g u l e r . . . . .
...................,.212
8 . 3 . S o l u sPi e r s a m a aRna d i a l . . . . . . . .
..........,...........217
B A B 9 . M o m e n t u mA n g u l e rE l e k t r o n . . . . .
9.1. MomentumAngulerOrbital
9 . 2 . S p i nE l e k t r o n
9 . 3 .M o m e nD i p o lM a g n e t i k . . . . . . . . . . . .
................223
,...223
.............234
.................240
9.4. lnteraksiMomenfumAngulerOrbrtaldan Spin............244
viii
128 B.{B 10.Interaksi
Atom denganMedandanRadiasiGelombang
133
Elektromasnetik...........
..........i+q
r45
l 0 . l . E f ' e kZ e e m aC
n a nE f b kS t a r k . . . . . . . . . .
.....,....249
10.2.Persamaan
Schrodinger
denganGangguan
Berganturrg
Waktu........
...........252
l 0 . 3 . P i r a nLtA
i SER
.....261
145
152
155
1 6 1 DattarPustaka
r63
270
l7l
t7l
r81
188
194
:09
r09
)2
:17
:3
-:J
t-r4
t-10
"tA
_ta
ix
B I O G R APFEI N U L I S
r o, p i n s i
ng
i i l a h i r k adni P a n g k a l p i n a P
A b d u l l aS
h and
Ridwan
M
e
n
y
e
l
esaikan
BangkB
a e l i t u n pg a d at a n g g aLl 0 J u n i1 9 6 4 .
k u l i a hS 1p a d at a h u n1 9 8 7d i j u r u s a nP e n d i d i k aFni s i k laK l P
ai l T B ,
B a n d u n gl u, l u s5 2 p a d at a h u n1 9 9 3d i j u r u s a nF i s i k d
B
e
rtugas
l
T
B
.
p
a
d
a
F
i
s
i
k
a
t a h u n2 0 0 0d i j u r u s a n
d a nl u l u s5 3
menjadi
NegeriMedan(dh lKlPMedan)sejaktahun 1"988,
di Universitas
kepalalaboratoriumFisikaperiode2003-2007,DirekturSPMUTPSDP
Unimedperiode
KetuaLembagaPenelitian
Unimedperiode2004-2007,
kepadaMasyarakatUnimed
2007-2011,Ketua LembagaPengabdian
Propinsi
periode20L2-20J.6.
Sainsdi DinasPendidikan
PelatihOlimpiade
Tinggi
Pendidikan
reviewerDewan
SumateraUtaratahun 2004-2009,
sejak
pembimbing
P4TKBandung
KTI-online
tahun2005-201,2,
Depdiknas
o n t u kp e n e l i t i apne n d i d i k aMnI P Ap a d a
t a h u n2 0 0 9d, a nk o n s u l t aUnn e s c u
s e b e r a pbau k uF i s i k da a nP e n d i d i k asne, r t am e m b i n a
t a h u n2 0 1 4 M
. enulib
Utara.
Sumatera
GuruFisikaPropinsi
Asosiasi
M u h a m m a d K a d r i ,S . S i ,M . S c l a h i r d r M e d a n , p r o p i n s i
S u m a t e r aU t a r a ,p a d at a n g g a l2 8 N o p e m b e r1 9 7 9 .L u l u sS L d a r ij u r u s a nF i s i k aU n i m e dp a d at a h u n 2 0 0 4 ,d a n l u l u sS 2 d a r i U n i v e r s i t a sS a i n s M a l a y s i a p a d a t a h u n 2 0 1 1 ' .
M e n j a d id o s e nd i j u r u s a nF i s i k aU n i m e ds e j a kt a h u n 2 0 0 5 .
Memiliki keahlian dalam pemetaan air tanah
m e n g g u n a k at ne k n i kp e n c i t r a a rne s i s t i v i t adsu a d i m e n s r .
277
w
.-d
DR. RIDWAN ABDULLAH SANI, M.Si
MUHAMMAD KADRI. M.Sc
FISIKAKUANTUM
..1
R
FISIKAKUANTUM
Bul
Copyrighto20'14
HakCiptaDilindungi,-Jndang-Undang
nenraltartli
Drlarang
mengutrp.
menscanataumemperbanyak
dalambentukapapuntanpaizint"rtrlir dlirarUuikan
penulis/Pe
nerbit
natelllatika
litujukan t
lnlr,rk n]efi
P e n u l i sN a s k a h :
DR. RID\\',\N ABDUI,I,,\II SA\I. NI.Si
MT;IIAM]\,IAD K,.\DRI. }I.SC
lelllbelai ar
lada lllahi
t\\ al
lllell
nrenjelask;
D e s a i nS a m p u l :
Drs. GamalKartono
tlsi
f-..nsep
t3:'.lIallli'l
r'.skanika
Penerbit
U N I M E DP R E S S
G e d u n g L e m b a g aP e n e l i t i a nLa n t a i 1
J l . W i l l e m l s k a n d a rP s r V , M e d a n
C o n t a c tp e r s o n: f i t r i ak a r t r k a
08536226822
w w w . u n i m e d . a. i(d
C e t a k a nP e r t a m a: N o v e m b e r2 0 1 4
x,272halaman:18x20cm
lsBN : 978.602-l
: j t : . 1 - .6J - 6
Diterbitkan
:
Penerbit
UnimedPress.Universitas
NegenMedan,
Jl.Willemlskandar
PasarV
MedanEstate20222
Email:unimedpressl
3@gmarl.com
Contactperson: 08216216\208
Jalan
..nnsel
DAFTAR ISI
/tgfiKata Pengantar
D a f t a rI s i . . . . . . . . . . . . . .
B . { B L R a d i a sBi e n d aH i t a m
...'.'............v
..............vii
. " ' . " . . . . . . . 'I. '
l
l.l.RadiasiBendaHitam.........
...'.'...'...'.'..."..1
Planck
l . 2 .H i p o t e s K
i su a n t u m
. " " . . . . . ' . " . ' . . .1. .5' .
B A B2 . E f e kf o t o l i s t r idka ne f e kC o m p t o.n. . . . . . . . . . . " . . . . . . . . . . '1. ' . ' . . " 2
2 . l . E f e kF o t oL i s t r i k
Z . 2 . K u r v a R a d i aSsi n
i ar-X
2 . 3 .E f e kC o m p t o n
.'..'.,......".."21
..."...'.33
......'......"'.'.'.'39
n e n u r uBt o h r " ' . . . ' . "' .. . . . . . . . . .5' .3. .
l t o mt ' li d r o g e M
B . { B3 . M o d e A
...."53
3 . l . S p e k t r uAmt o mH i d r o g e n . . . .
.......................57
3 . 2 . P e r k e m b a nTgeaonr iM o d e lA t o r r r
n e n u r uBt o h r ' . . . . . . . . ' . . . . . . . . ' . . . . . . . 6 2
3 . 3 . M o dA
e lt o mH i d r o g eM
n e n u r uSt o t n t n e r t b. .l 'd, . .-.... . . . . '7. 7
Alt o mHi d r o g e M
3.4.Mode
B A B 4 . D u a l i s m e G e l o m b a n g P a r t i k e l . ..' . ."' . " . . . . . . . ' . . . . " . . 8 7
..'...........'......87
4 . l . H i p o t e sdiesB r o g l i .e. . . . . . . . . . . . . . .
...'.............91
4 . 2 . E k s p e r i mDeanv i s s o n - G e r m e r . . . . '
.-......".".....'.."96
4 . 3 . P a kG
e te l o m b a n g
.......'...'100
Heisenberg.
Ketidakpastian
4.4.Prinsip
auantum
B A B 5 . L a n d a s aMne k a n i kK
5.l.FungsiGelombang
Kuantum
dalantMekanika
5.2.Operator
" . . . . . . . . . . " . "I .l .3.
. . . . . ' . . . . . . ' . .l.3. . . ' l
...'.......122
vii
5 . 3 . F u n gEs i g e nd a nN i l a iE i g e n
5 . 4 . P o s t uM
l aet k a n i kK
auantum....
. . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 8B . \ E
. . , . . . . . . . . . . .1. .3. 3
...
BAB 6. Persamaan
Schrodineer
BebasWaktu...........
145
I
I
6.l.KarakteristikPersam
S caharno d i n g e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 5
6.2.Solusi
Persamaan
Schrodinger
BebasWaktu.................
152
I
6.3.Solusi
Persamaan
Schrodinger
untukPartikelBebas.....I 55
6 . 4 .R a p aAt r u s . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Dafii
.161
6.5.Teorem
Ea
hrenfest
....................163
BAB 7. SolusiPersamaan
Schrodinger
pailaBeberapa
Potensial........
171
7.1.Partikeldalam Kotak PotensialdenganDinding Tak
Berhingga..
.............171
7.2.PartikeldalamPotensialBerbentukTangga...................
I 81
7.3.Partikel
melewatiPotensialPenghalang
......188
7 . 4 . O s i l a t oHra r m o n i k
....................194
BAB 8. Aplikasi persamaanSchrodingerdalam kasusatom
Hidrogen
...............2|.9
8.1.Persamaan
Schrodinger
dalamKoordinat8o1a..............
209
8 . 2 .S o l u s iP e r s a m a aAnn g u l e r . . . . .
...................,.212
8 . 3 . S o l u sPi e r s a m a aRna d i a l . . . . . . . .
..........,...........217
B A B 9 . M o m e n t u mA n g u l e rE l e k t r o n . . . . .
9.1. MomentumAngulerOrbital
9 . 2 . S p i nE l e k t r o n
9 . 3 .M o m e nD i p o lM a g n e t i k . . . . . . . . . . . .
................223
,...223
.............234
.................240
9.4. lnteraksiMomenfumAngulerOrbrtaldan Spin............244
viii
128 B.{B 10.Interaksi
Atom denganMedandanRadiasiGelombang
133
Elektromasnetik...........
..........i+q
r45
l 0 . l . E f ' e kZ e e m aC
n a nE f b kS t a r k . . . . . . . . . .
.....,....249
10.2.Persamaan
Schrodinger
denganGangguan
Berganturrg
Waktu........
...........252
l 0 . 3 . P i r a nLtA
i SER
.....261
145
152
155
1 6 1 DattarPustaka
r63
270
l7l
t7l
r81
188
194
:09
r09
)2
:17
:3
-:J
t-r4
t-10
"tA
_ta
ix
B I O G R APFEI N U L I S
r o, p i n s i
ng
i i l a h i r k adni P a n g k a l p i n a P
A b d u l l aS
h and
Ridwan
M
e
n
y
e
l
esaikan
BangkB
a e l i t u n pg a d at a n g g aLl 0 J u n i1 9 6 4 .
k u l i a hS 1p a d at a h u n1 9 8 7d i j u r u s a nP e n d i d i k aFni s i k laK l P
ai l T B ,
B a n d u n gl u, l u s5 2 p a d at a h u n1 9 9 3d i j u r u s a nF i s i k d
B
e
rtugas
l
T
B
.
p
a
d
a
F
i
s
i
k
a
t a h u n2 0 0 0d i j u r u s a n
d a nl u l u s5 3
menjadi
NegeriMedan(dh lKlPMedan)sejaktahun 1"988,
di Universitas
kepalalaboratoriumFisikaperiode2003-2007,DirekturSPMUTPSDP
Unimedperiode
KetuaLembagaPenelitian
Unimedperiode2004-2007,
kepadaMasyarakatUnimed
2007-2011,Ketua LembagaPengabdian
Propinsi
periode20L2-20J.6.
Sainsdi DinasPendidikan
PelatihOlimpiade
Tinggi
Pendidikan
reviewerDewan
SumateraUtaratahun 2004-2009,
sejak
pembimbing
P4TKBandung
KTI-online
tahun2005-201,2,
Depdiknas
o n t u kp e n e l i t i apne n d i d i k aMnI P Ap a d a
t a h u n2 0 0 9d, a nk o n s u l t aUnn e s c u
s e b e r a pbau k uF i s i k da a nP e n d i d i k asne, r t am e m b i n a
t a h u n2 0 1 4 M
. enulib
Utara.
Sumatera
GuruFisikaPropinsi
Asosiasi
M u h a m m a d K a d r i ,S . S i ,M . S c l a h i r d r M e d a n , p r o p i n s i
S u m a t e r aU t a r a ,p a d at a n g g a l2 8 N o p e m b e r1 9 7 9 .L u l u sS L d a r ij u r u s a nF i s i k aU n i m e dp a d at a h u n 2 0 0 4 ,d a n l u l u sS 2 d a r i U n i v e r s i t a sS a i n s M a l a y s i a p a d a t a h u n 2 0 1 1 ' .
M e n j a d id o s e nd i j u r u s a nF i s i k aU n i m e ds e j a kt a h u n 2 0 0 5 .
Memiliki keahlian dalam pemetaan air tanah
m e n g g u n a k at ne k n i kp e n c i t r a a rne s i s t i v i t adsu a d i m e n s r .
277