1. Jelaskan mengapa radiasi benda hitam tidak dapat dijelaskan dalam fisika klasik.
Jawab :
Sebelumnya ada 2 teori klasik yang menjelaskan spektrum radiasi benda hitam, yaitu teori Wien dan teori Rayleigh-Jeans. Teori Wien menyatakan hubungan antara intensitas radiasi dengan panjang gelombang menggunakan analogi antara radiasi dalam ruangan dan distribusi kelajuan molekul gas. Namun, Teori Wien hanya mampu menjelaskan radiasi benda hitam untuk panjang gelombang yang pendek tetapi gagal untuk panjang gelombang yang panjang. Teori Rayleigh-Jeans menyatakan hubungan antara intensitas dan panjang gelombang radiasi dengan menggunakan penurunan dari teori klasik murni. Namun, teori ini hanya mampu menjelaskan panjang gelombang yang panjang tetapi gagal untuk panjang gelombang yang pendek. Jelas bahwa fisika klasik gagal menjelaskan radiasi benda hitam karena fisika klasik menyatakan bahwa spektra radiasi benda hitam adalah kontinu.
Akhirnya penjelasan yang memuaskan datang dari Max Planck yang mengajukan rumus empiris dan model teoritis yang ternyata sangat cocok dengan hasil pengamatannya. Asumsi Max Planck yaitu.
(1) Energi radiasi yang dipancarkan oleh getaran-getaran molekul benda bersifat diskret, yang besarnya adalah En = nhf dengan n = bilangan kuantum (1, 2, 3, ...), f = frekuensi getaran molekul (Hz), dan h = konstanta Planck.
(2) Molekul-molekul menyerap atau memancarkan energi radiasi dalam paket diskret yang disebut kuantum atau foton. Energi radiasi terkuantisasi dengan besar energi satu foton yaitu hf.
Karena kecocokkan dari pernyataan ini menandai lahirnya teori kuantum yang diawali oleh Teori Planck.
2. Apa makna konstanta Planck h ?
Jawab :
Konstanta Planck (lambang h) adalah konstanta fisika untuk menjelaskan ukuran kuanta.
3. Jelaskan fenomena efek fotolistrik secara klasik dan modern atau kuantum. Dimana perbedaan mendasarnya ?
Jawab :
Secara Klasik
Efek fotolistrik secara klasik didasarkan pada teori gelombang cahaya yang berorientasi pada dua sifat gelombang cahaya yaitu intensitas dan frekuensi. Namun, efek fotolistrik yang dijelaskan oleh teori gelombang cahaya gagal dalam menerangkan beberapa sifat efek fotolistrik.
Secara Kuantum
Efek fotolistrik secara kuantum didasarkan pada teori foton. Teori foton menyatakan bahwa semua foton memiliki energi yang sama (E = hf) sehingga menaikkan intensitas cahaya berarti menambah jumlah foton, tetapi tidak menambah energi tiap foton selama frekuensi tetap. Einstein menyatakan bahwa dalam interaksi antara foton dan elektron di dalam logam, sifat partikel cahayalah yang berperan yaitu terjadi tumbukan antara foton cahaya dengan elektron ibarat tumbukan antara dua bola biliar.
Perbedaan
Secara Klasik (Teori Gelombang Cahaya)
- Energi kinetik elektron foto harus bertambah jika intensitas cahaya diperbesar. Namun gagal karena fakta menunjukkan energi kinetik maksimum elektron foto tidak bergantung pada intensitas cahaya.
- Efek fotolistrik dapat terjadi pada setiap frekuensi asalkan intensitasnya memenuhi. Hal ini bertentangan dengan kenyataan bahwa setiap permukaan membutuhkan frekuensi minimum tertentu (frekuensi ambang fo) untuk dapat menghasilkan elekton foto.
- Diperlukan waktu yang lama agar elektron berhasil mengumpulkan energi untuk keluar dari permukaan logam. Namun, ternyata elektron dapat terlepas dari permukaan logam hampir tanpa selang waktu setelah penyinaran.
- Teori gelombang tidak dapat menjelaskan mengapa energi kinetik maksimum elekton foto bertambah jika frekuensi cahaya diperbesar.
Secara Kuantum (Teori Foton)
- Kenaikan intensitas cahaya menyebabkan bertambahnya jumlah elektron yang terlepas, tetapi karena energi elektron tidak berubah maka energi kinetik maksimum elekton foto juga tidak berubah.
- Kenaikan frekuensi cahaya akan meningkatkan energi kinetik elektron foto yang memenuhi hubungan berikut ini Ekm = hf - Wo.
- Elektron terlepas dari permukaan logam sesaat setelah penyinaran karena cahaya bersifat partikel (paket energi) sehingga terjadi transfer energi spontan dari foton ke elektron dengan interaksi satu-satu.
- Jika frekuensi cahaya f < frekuensi ambang fo, maka tidak ada elektron yang terlepas dari permukaan logam, berapapun intensitas cahaya yang digunakan.
4. Apakah sama antara photovoltaic dan sel surya ?
Jawab :
Sel surya sama saja dengan photovoltaic atau sel photovoltaic yaitu sebuah alat yang tersusun dari material semikonduktor yang dapat mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik secara langsung. Sel surya pada dasarnya terdiri atas sambungan p-n yang sama fungsinya dengan sebuah dioda. Sel surya mengikuti prinsip photovoltaic, maksudnya dalam cahaya matahari terkandung energi dalam bentuk foton dan ketika foton mengenai permukaan sel surya, elektron-elektronnya akan tereksitasi dan menimbulkan aliran listrik.
5. Apa itu XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) ? Apa perbedaannya dengan XRD (X-Ray Difraction) ?
Jawab :
XPS atau spektroskopi fotoelektron sinar-x adalah spektroskopi yang didasari oleh adanya pemisahan beresolusi tinggi dari energi ikatan elektron pada tingkat inti yang diemisikan oleh efek fotolistrik yang berasal dari radiasi sinar-x. Prinsip kerja XPS yaitu sumber foton berasal dari radiasi sinar-x dilewatkan pada sampel. Elektron yang berada di dekat inti atau kulit bagian dalam akan diemisikan keluar yang ditangkap oleh penganalisa dan dideteksi dalam bentuk energi ikat. Energi ikat elektron bagian dalam atau dekat inti oleh interface (permukaan) atau software akan ditampilkan dalam bentuk spektrum energi ikat terhadap intensitas, yang artinya pada akhirnya dapat diinterpretasikan sebagai kehadiran atom atau molekul tertentu.
Perbedaan XPS dan XRD
XPS
- Cahaya dianggap sebagai partikel karena prinsip kerjanya adalah sesuai dengan efek fotolistrik.
- Digunakan untuk melihat spektrum energi ikat terhadap intensitas dan interpretasi kehadiran atom atau molekul.
XRD
- Cahaya dianggap sebagai gelombang karena prinsipnya adalah difraksi cahaya (pembelokan arah gelombang).
- Digunakan untuk menganalisa padatan kristalin.
6. Jelaskan prinsip ketidakpastian Heisenberg. Apakah hubungannya dengan energi-waktu ?
Jawab :
Prinsip ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa tidak mungkin kita mengetahui posisi partikel secara teliti dan momentum partikel secara teliti pada saat yang bersamaan. Jika kita dapat menentukan posisi partikel secara teliti, pastilah momentumnya tidak teliti dan sebaliknya. Sama saja halnya dengan gerak elektron di sekitar inti atom, tentu saja posisi dan momentum elektron tidak dapat ditentukan dengan pasti karena elektron selalu bergerak. Yang dapat ditentukan hanyalah orbital (daerah kebolehjadian terbesar untuk menemukan elektron).
Hubungan prinsip ketidakpastian Heisenberg dengan energi-waktu
Hal ini tidak mungkin untuk menentukan energi dan waktu koordinat partikel dengan tepat. Semua pengukuran energi membawa ke dalam ketidakpastian. Keadaan terendah dari atom telah juga didefinisikan karena atom biasanya ada tanpa batas waktu pada keadaan dasar. Keadaan lain pada energi yang lebih tinggi kurang tepat karena atom cepat atau lambat akan bergerak secara spontan ke kondisi menurunkan energi.
7. Jelaskan arti persamaan Schrodinger.
Jawab :
Persamaan Schrodinger yaitu fungsi gelombang yang menyatakan perilaku dari partikel (elektron), termasuk tingkat-tingkat energi elektron yang diskret dalam atom, yang mengikuti suatu persamaan diferensial untuk gelombang.
8. Apa yang dimaksud sumur potensial ?
Jawab :
Sumur potensial yaitu daerah yang tidak mendapat pengaruh potensial sedangkan daerah sekitarnya mendapat pengaruh potensial.
9. Apa yang dimaksud dengan Efek Tunneling (Terobosan) ?
Jawab :
Efek Tunneling (Terobosan) yaitu suatu efek yang menunjukkan bahwa partikel datang dapat menembus dinding potensial (potential barrier), meskipun energi kinetik partikel lebih kecil daripada tinggi dinding potensial.
10. Apa yang dimaksud dengan Laser ?
Jawab :
LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) yaitu terjadinya proses penguatan cahaya oleh emisi radiasi yang terstimulasi. Atau diartikan sebagai mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik, biasanya dalam cahaya yang tidak dapat dilihat maupun dapat dilihat dengan mata normal melalui proses pancaran terstimulasi.
11. Sebutkan 3 elemen dasar di dalam laser ? Kondisi apa yang diperlukan agar laser dapat bekerja ?
Jawab :
Elemen dasar dalam laser yaitu.
(1) Media tambahan (gain media), keadaan energi yang berperan dalam perangsangan pancaran.
(2) Sumber pemompa (pumping source), menyediakan energi untuk melengkapi keadaan-keadaan sehingga perangsangan dapat terjadi.
(3) Lubang resonansi (resonant cavity), menyediakan jalur untuk foton.
Kondisi yang diperlukan agar laser bisa bekerja yaitu.
(1) Laser harus memenuhi sebagai sumber cahaya yang bersifat monokromatis dan koheren. Maksudnya yaitu hanya satu frekuensi yang dipancarkan atau sifat yang diakibatkan karena kesamaan frekuensi (monokromatis) dan sifat yang terjadi akibat kesamaan fasa (koheren).
(2) Harus ada media aktif yang memancarkan radiasi di wilayah yang dibutuhkan dari spektrum elektromagnetik. Laser bekerja pada spektrum inframerah sampai ultra ungu.
No comments:
Post a Comment