Ringkasan Materi Kelas XII
I. Gelombang Gelombang merupakan perambatan dari getaran A.
Dibedakan berdasarkan: berdasarkan : Gelombang mekanik (gel. yg memerlukan medium perambatan)
1. Medi Medium um per peram amba bata tan n Gelomabang Elektromagnetik (gel yg tidak memerlukan medium perantara)
Gelombang longitudinal (arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya)
2. Arah Arah pera peramb mbat atan an
Gelombang tranversal (arah getarnya tegak lurus arah rambatnya B. Persama Persamaan an Gelomba Gelombang ng Berjala Berjalan n v=
λ T
! ingat:
v
Ket: v = kecepatan rambat λ = panjang gelombang T = periode
atau v = λ . f
= λ . f
λ = T .v
= n.λ
k =
2π
λ
f = frekuensi y
Ket: y = simpangan A = amplitudo
= A. sin .ω .t
ω = kecepatan sudut ( ω = 2π f atau ω =
2π T
)
t = waktu y p
= A. sin .ω .t p menjauhi
v
mendekati
x atau A. sin .ω t + v v 2π x = A. sin . ω .t − Tv 2π x = A. sin . ω .t − λ = A. sin .( ω .t + kx ) = A. sin .( ω .t ± kx ) = A. sin .ω t −
o
p
y p x
x
C. Gelom Gelomba bang ng Stasi Stasione oner r Terjadi akibat perpaduan (interferensi) antara gelombang datang dan gelombang pantul 1. Gelomba Gelombang ng stasione stasionerr ujung ujung tetap tetap
simpul
y
= y1 + y 2 = A. sin .( ω t − kx ) − A. sin .( ω t + kx ) = 2 A. sin .kx. cos .ω t
A ' y1
= A.sin .( ω t − kx )
gel.datang
y 2
= A. sin .( ω t + kx + π )
gel.pantul
=
= 2 A. sin .kx
− A. sin .( ω t + kx )
2. Gelomba Gelombang ng stasione stasionerr ujung ujung bebas bebas perut
y1
= A. sin .( ω t − kx ) gel.datang
y 2 gel.pantul
y
= y1 + y 2 = A. sin .( ω t − kx ) + A. sin .( ω t + kx ) = 2 A. sin .ω t . cos .kx
A '
= 2 A. sin .ω t
= A. sin .( ω t + kx )
Letak simpul dan perut pada gelombang stasioner a. Letak simpul dan perut perut pada pada gelombang gelombang stasioner stasioner ujung ujung tetap tetap
Letak simpul
Letak perut
λ
x n+1
= 2n ×
x n+1
= ( 2n + 1)
4
; n = 0,1,2,...
λ 4
; n = 0,1,2,...
b. Letak simpul dan perut perut pada pada gelombang gelombang stasioner stasioner ujung ujung bebas bebas
Letak simpul
x n +1
= ( 2n + 1)
x n +1
= 2n ×
Letak perut
λ 4
λ 4
; n = 0,1,2,...
; n = 0,1,2,...
D. Sifat Sifat – Sifat Sifat Gelom Gelombang bang 1. Dispersi gelombang Bentuk Bentuk pulsa pulsa berubah berubah ketika ketika pulsa pulsa meramb merambat at sepanja sepanjang ng tali. tali. Pulsa Pulsa terseba tersebar r disebut juga dengan dispersi. Dispersi gelombang adalah perubahan bentuk gelomba gelombang ng ketika ketika gelomba gelombang ng meramba merambatt melalui melalui suatu suatu medium medium.. Kebanyakan bentuk bentuk mediu medium m nyata nyata yang yang kita kita temui temui adala adalah h gelo gelomba mbang ng nondi nondispe spersi rsi yaitu yaitu gelombang yang pulsanya berbentuk tetap. 2. Difraksi gelombang Dalam suatu medium yang sama gelombang akan merambat lurus. Gelombang lurus akan merambat ke seluruh medium dalam gelombang lurus juga. Namun hal tersebut tidak berlaaku pada medium yang ada penghalang berupa celah. Untuk ukuran celah yang tepat gelombang yang datang dapat melentur setelah melaluin melaluin celah celah tersebu tersebut. t. Lentura Lenturan n gelomba gelombang ng akibat akibat dari dari celah celah penghal penghalang ang disebut Difraksi gelombang . Jika penghalang yang diberikan lebar hanya muka
gelomban gelombang g pada pada tepi celah celah saja saja yang yang melengk melengkung ung.. Untuk Untuk pengha penghalang lang yang sempit maka difraksi terlihat jelas, yaitu gelombang lurus setelah melalui celah berbentuk lingkaran – lingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya. 3. Interferensi gelombang Gelombang – gelombang yang berpadu akan mempengaruhi medium. Pengaruh dari dari gelom gelomban bang g – gelo gelomb mbang ang yang yang berpa berpadu du terseb tersebut ut diseb disebut ut Interferensi gelombang . Dengan Dengan menggu menggunaka nakan n konsep konsep fase, fase, dapat dapat kita katakan katakan bahwa bahwa interferensi konstruksi (saling menguatkan) terjadi bila kedua gelombang yang berpadu memiliki fase yang sama. Amplitudo gelombang paduan sama dengan 2 kali amplitudo masing – masing gelombang. Sedangkan Interferansi destruktif (saling (saling meniad meniadakan akan)) terjadi terjadi bila kedua kedua gelomba gelombang ng yang yang berpadu berpadu berlawa berlawanan nan fase. Amplitudo gelombang paduan sama dengan nol. 4. Polarisasi gelombang Pola Polari risa sasi si
dapa dapatt
meng mengha hamb mbat at
laju laju
gelo gelomb mban ang. g.
Efek Efekny nya a
hany hanya a
dial dialam amii
gelombang transversal. Gelombang trasveral memiliki arah rambat yang tegak lurus lurus denga dengan n bidan bidang g ramb rambat atnya nya.. Jika Jika gelo gelomb mbang ang transv transver ersa sall memi memilik likii arah arah rambat pada suatu garis lurus gelombang ini terpolarisasi linier. 5. Efek dopler Efek Efek dople doplerr untuk untuk semu semua a gelom gelomba bang ng munc muncul ul ketika ketika ada ada gerak gerak relati relatiff antra antra sumbe sumberr gelo gelomba mbang ng deng dengan an peng pengam amat. at. Ketik Ketika a gelo gelomb mban ang g dan dan peng pengama amatt bergerak relatif saling mendekati, pengamat akan mendapatkan frekuensi yang lebih tinggi daripada frekuensi yang dipancarkan. Sedangkan ketika gelombang dan pengamat saling menjauhi, pengamat akan mendapatkan frekuensi yang lebih rendah dari yang dipancarkan.
II. II. Gelom Gelomban bang g Elekt Elektro roma magne gneti tik k Gelomb Gelombang ang elektro elektromag magneti netik k adalah adalah rambat rambatan an perubaha perubahan n medan medan listrik listrik dan medan magnet.
Ciri Gelombang Elektromagnetik :
Vektor perubahan medan listrik tegak lurus dengan vektor perubahan medan magnet
Menunjukkan gejala: difraksi, polarisasi, pemantulan
Diserap dengan konduktor dan diteruskan oleh isolator
Teori – Teori:
Coulomb : ”Muatan listrik menghasilkan medan listrik yang kuat”
Oersted : ”Di sekitar arus listrik terdapat medan magnet”
Faraday Faraday : ”Peruba ”Perubahan han medan medan magnet magnet akan menimb menimbulka ulkan n medan medan listrik”
Lorentz : ”Kawad berarus listrik dalam medan magnet terdapat gaya”
Biot Biot Savar Savartt :”Alir :”Aliran an muata muatan n (arus (arus)) listri listrik k mengh menghas asilk ilkan an meda medan n magnet”
Huygens: ”Cahaya sebagai gerak gelombang”
Maxwell : ”Perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet” , ”Cahaya adalah gelombang elektromagnetik”
Dalam
hipot potesisn sisnya ya
Max Maxwell
meng engemukakan
bahw ahwa
gelom lombang
elektromagnetik akan memenuhi keempat persamaan yang telah diajukan. c=
Ket:
1
c = cepat rambat elektromagnetik elektromagnetik
µ 0 ε 0
µ 0 = permeabilitas ruang hampa ( 4π × 10 −7 WbA-1m-1) ε 0 = permitivitas ruang hampa ( 8,85418 × 10 −12 C2 N-1m-2)
8 Oleh karena itu besar c yaitu 2,99792 × 10 m/s
1. Dispersi Cahaya Peristiwa peruraian cahaya disebut dispersi cahaya. Jika sinar polikromatik melew lewati
suatu atu
pris risma
maka aka
cahay ahaya a
akan
terurai rai
menjad jadi
sin sinar
monokromatik. Dispersi terjadi karena adanya perbedaan panjang gelombang sehingga kecepatan tiap gelombang pun berbeda – beda.
δ w
= ( nw − 1) β
Ket:
δ w = deviasi warna n w = indeks bias warna
β
= sudut pembias prisma
Dari sudut deviasi warna spektrum dapat menghitung sudut dispersinya
ϕ = d u
− d m = ( nu − 1) β − ( n m − 1) β
Ket:
nu = indeks bias untuk warna ungu n m = indeks bias warna merah d u = sudut deviasi warna ungu
ϕ = ( nu
− nm ) β
d m = sudut deviasi warna merah
ϕ = sudut dispersi Perbandingan antara sudut dispersi dan sudut deviasi rata – rata disebut dengan daya dispersi (W ) atau dispersi relatif W =
( nu − n m ) ( nr − 1)
2. Interferensi Cahaya Interferensi terjadi jika dua atau lebih gelombang koheren yang memiliki beda fase tetapa dipadukan. Interferensi distruktif (saling melemahkan) akan terjadi jika kedua gelombang itu berbeda fase 180 o. Sedangkan Sedangkan interferensi interferensi konstruktif konstruktif (memperkuat) jika kedua gelombang itu sefase.
•
Interferensi celah ganda Young d sin θ = ( 2n − 1)
•
2
λ atau d sin θ = ( n − 1) λ
Lapisan Tipis
∆S = 2t = mλ '+
1
1 2
λ ' Atau
1 ∆S = 2t = m + λ ' ; m = 0,1,2,3,... 2
Intensitas gelombang elektromagnetik (S) / energi rata – rata per satuan luas S =
E 0 B0
S =
1
µ 0 2
sin 2 ( kx − ϖ t ) 2
ε 0 E 0 c
E 0 B0
S max
=
S =
E 0
µ 0 2
2cµ 0
Radiasi Kalor: Konduksi: partikelnya bergetar
zat padat
Konveksi: molekul berpindah
zat cair dan gas
Radiasi: tanpa zat perantara Spektrum gelombang elektromagnetik : Ket:
1. Gel. el. Radio dio
e = emitivitas
2. Gel. el. Radar dar I =
3. Gel. Gel. Infr Infram amer erah ah
W A
∇ = konstanta bolztman
= e∇T
4
4. Caha Cahaya ya Tampa ampak k 5. Sina Sinarr Ult Ultra ra Ungu Ungu 6. Sinar X 7. Sinar Ga Gama
III.
Teori Relat elativ iviitas Kh Khusus Teori eori rela relati tivi vita tas s khus khusus us dike dikemu muka kaka kan n oleh oleh Albe Albert rt Eins Einste tein in
setelah
percobaan Michelson dan Morley dapat membuktikan bahwa hipotesa tentang medium eter tidak ada sama sekali. Teori relativitas khusus didasarkan pada dua postulat, yaitu: • Postulat I
:
Hukum-hukum fisika berlaku pada suatu kerangka koordinat S, berlaku juga bagi kerangka koordinat yang lain (S'), yang
• Postulat II
:
bergerak dengan kecepatan tetap relatf terhadap S. Nilai cepat rambat cahay aya a di ruang hampa mutlak/sama,
tidak
terga te rgant ntung ung
maupun sumber cahaya. 1
PENJUMLAHAN KECEPATAN RELATIVITAS
v=
( v1 + v 2 )
1 + v1 .v2 C 2
pada pa da
gera ge rak k
adalah
penga pen gama matt
v1 = laju benda 1 terhadap bumi v 2 = laju benda 2 terhadap benda 1 v = laju benda 2 terhadap bumi C = kecepatan cahaya
DILATASI DILATASI WAKTU
Pengertian dilatasi waktu ialah selang waktu yang dipengaruhi oleh gerak relatif kerangka (v).
Dt =
Dto
v Ο − c 2
1
2
Dto = selang waktu yang diamati pada kerangka diam (diukur dari kerangka bergerak) Dt = selang waktu pada kerangka bergerak (diukur dari kerangka diam)
KONTRAKSI PANJANG 2
L
v 1 −
= Lo
c
L = panjang benda pada kerangka bergerak Lo = panjang benda pada kerangka diam
MASSA RELATIVITAS m=
mo 2
v 1 − c
mo = massa diam m = massa relativitas = massa benda dalam kerangka bergerak
Kesetaraan Massa - Energi
Semakin cepat suatu benda bergerak maka semakin besar energi total (E) yang dimiliki benda, karena massa relativitasnya bertambah besa E
= Ek + Eo
Ek = ( m = mo ) C
2
E = energi total = m.c 2 Eo = energi diam = mo.c 2 Ek = energi kinetik benda
Catatan: Pada Pada pemb pembah ahasa asan n relati relativit vitas as tidak tidak berla berlaku ku huku hukum m kekek kekekal alan an mass massa a karena massa benda yang bergerak > massa benda diam, tapi hukum kekekalan massa energi tetap berlaku.
IV. IV.
DUALI UALISM SME E GELO GELOMB MBA ANG PA PARTIK RTIKEL EL
Gejala Foto Listrik
Emisi Emisi (pancar (pancaran) an) elektron elektron dari dari logam logam sebagai sebagai akibat akibat penyinar penyinaran an gelomba gelombang ng elektromagnetik (cahaya) pada logam tersebut. Hasil-hasil percobaan menunjukkan bahwa : a. Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron elektron-elektron yang diemisikan. b. Kece Kecepat patan an elekt elektron ron-el -elekt ektron ron yang yang diem diemisi isikan kan hanya hanya berga bergantu ntung ng kepada kepada frekwen frekwensi si cahaya, cahaya, makin makin besar besar frekwens frekwensii cahaya cahaya makin makin besar besar pula kecepatan elektron yang diemisikan. c. Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama. Peristi Peristiwa-p wa-peris eristiwa tiwa di atas atas tidak tidak dapat dapat diungka diungkap p dengan dengan teori teori cahaya cahaya Huygens.
Besar paket energi tiap foton dirumuskan Planck sebagai berikut :
E
=
h. f
E = Energi tiap foton dalam Joule. f = Frekwensi cahaya. h = Tetapan Planck yang besarnya h = 6,625 .10 –34 J.det
Cahay Cahaya a yang yang inten intensit sitas asnya nya besar besar memi memilik likii foton foton dalam dalam jumla jumlah h yang yang sangat banyak. Tiap-tiap foton hanya melepaskan satu elektron. Semakin besar intensitas cahaya semakin banyak pula elektron-elektron yang diemisikan. Bila frekuensi cahaya sedemikian sehingga h.f = a, maka foton itu hanya mampu mampu mele melepas paska kan n elekt elektron ron tanpa tanpa memb memberi eri ener energi gi kine kinetik tik pada pada elek elektro tron. n. Penyinaran dengan cahaya yang frekwensi lebih kecil tidak akan menunjukkan gejala foto listrik.
Sifat Kembar Cahaya
Gejala-gejala interferensi dan difraksi memperlihatkan sifat gelombang yang dimiliki cahaya, dilain pihak cahaya memperlihatkan sifat sebagai paket-paket energi (foton). Timbu Timbull suatu suatu gagasan gagasan apakah apakah foton foton itu dapat dapat diartik diartikan an sebaga sebagaii partike partikellpartikel. Untuk menjawab pertanyaan ini A.H. Compton mempelajari tumbukantumbu tumbuka kan n antar antara a foton foton deng dengan an elekt elektron ron.. Kesim Kesimpu pulan lan yang yang diper diperole olehny hnya a menunjukkan bahwa foton dapat berlaku sebagai partikel dengan momentum. Tidak idak ada ada kera keragu guan an lagi lagi bahw bahwa a caha cahaya ya memi memili liki ki sifa sifatt kemb kembar ar,, seba sebaga gaii gelombang dan sebagai partikel.
Hipotesa de Broglie
Jika cahaya cahaya yang yang memilik memilikii sifat sifat gelomb gelombang, ang, memiliki memiliki sifat sifat partikel partikel,, maka maka wajarlah bila partikel-partikel partikel-partikel seperti elektron memiliki sifat gelombang, demikian hipotesa yang dikerjakan oleh de Broglie (tahun 1892). Panjang gelombang cahaya dengan frekwensi dan kecepatannya mempunyai hubungan sebagai berikut : Menurut Compton
P foton
=
h. f c l =
P foton h p
=
h
λ
Hubung Hubungan an ini berlaku pula bagi bagi partikel partikel.. Menurut Menurut de Broglie Broglie,, jika ada part partik ikel el yang ang mome moment ntum umnya nya p, maka maka part partik ikel el itu itu dapa dapatt bers bersif ifat at seba sebaga gaii gelombang dengan panjang gelombang l = Panjang gelombang partikel. p = Momentum partikel.
Percobaan Davisson dan Germer
Momentum elektron : 1 2.m. m.v 2 2
p
= m.v =
p
=
2m. Ek
p
=
2 . 9,1 .10
-31
. 54 . 1,6 .10
-19
p = 4 .10 -24 kg m/det Menurut de Broglie, panjang gelombang elektron : l =
h p
=
6,6.10 −34 4.10
− 24
= 1,65.10 −10 m
Untuk memperoleh pola difraksi diperlukan kisi-kisi yang lebar celahnya kira-kira sama dengan panjang gelombang yang akan diuji. Sebab jika celah terlampau lebar, tidak menimbulkan gangguan pada gelombang, dan jika kisi terlampau sempit, pola-pola difraksi sukar teramati. Kisi-kisi yang tepat untuk memperoleh pola difraksi gelombang elektron adalah kisi yang terjadi secara alamiah yakni celah-celah yang berada antara deretan atom-atom kristal bahan padat, dalam hal ini dipergunakan kisi kristal nikel. Hasil Hasil percoba percobaan an Davisso Davisson n dan Germer Germer menunju menunjukka kkan n bahwa bahwa elektron elektron-elektron dapat menimbulkan pola-pola difraksi.Kini tidak disangsikan lagi bahwa apa yang kita kenal sebagai materi dapat pula menunjukkan sifat gelombang, tepat seperti yang diramalkan oleh de Broglie.
Prinsip Ketidakpastian Heisenberg
Prinsip ini dikemukakan dikemukakan oleh Heisenberg, karena adanya sifat dualisme cahaya. "Pen "Pengu guku kura ran n
posi posisi si
dan dan
mome moment ntum um
part partik ikel el
seca secara ra
sere serent ntak ak,,
sela selalu lu
menghasilkan ketidakpastian yang lebih besar dari konstanta Planck". Dx.Dp= H Dx = ketidakpastian posisi partikel Dp = ketidakpastian momentum partikel Panjang gelombang sinar elektron pada mikroskop elektron. Elektron bergerak di dalam beda potensial mikroskop elektron, sehingga: Ek = Elistrik 1 2
mv 2
2.e.Vo = eVo → v = m
Panjang Panjang gelomb gelombang ang elektron elektron (partike (partikel) l) yang yang bergerak bergerak mengiku mengikuti ti rumusan rumusan de Broglie, yaitu:
λ =
h m.v
=
h 2.e.m.Vo
Jadi Jadi panja panjang ng gelom gelomba bang ng elektr elektron on di dalam dalam mikro mikrosk skop op elekt elektron ron berba berband nding ing terbalik dengan akar tegangan
V.
(
Vo yang dipakai.
Radiasi Benda Hitam
Hipotesis Planck
Berdasarkan percobaan terhadap energi radiasi benda hitam, Max Planck membuat hipotesis:
"Radiasi hanya dipancarkan (atau diserap) dalam bentuk satuan-satuan/kuantum energi disebut foton yang besarnya berbanding lurus dengan frekuensi radiasi". Energi total foton (masa foton = 0): E =
n.h.c l
= n.h. f
E = energi radiasi (joule)
h = konstanta Planck = 6.62 x 10-34 J.det f = frekuensi radiasi (Hz) l = panjang gelombang radiasi (m) n = jumlah foton, jadi energi cahaya adalah terkuantisasi Jadi Jadi dapat dapat disimpul disimpulkan kan dari dari hipotesi hipotesis s Planck, Planck , bahwa bahwa cahay cahaya a adala adalah h partikel sedangkan sedangkan Maxwell menyatak menyatakan an bahwa bahwa cahaya cahaya adalah adalah gelomban gelombang, g, disebut dualisme cahaya. cahaya . Efek Foto Listrik
Peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan suatu zat (logam), bila permukaan logam logam tersebut tersebut disinari disinari cahaya cahaya (foton) (foton) yang yang memilik memilikii energi energi lebih lebih besar besar dari dari energi ambang (fungsi kerja) logam. Efek fotolist fotolistrik rik ini ditemuka ditemukan n oleh Albert Albert Einstei Einstein, n, yang yang mengang menganggap gap bahwa bahwa cahaya (foton) yang mengenai logam bersifat sebagai partikel. Energi kinetik foto elektron yang terlepas: Ek = h f - h fo Ek maks = e Vo hf h fo fo
= en energi rgi fot foto on yan yang g me menyin nyina ari lo logam = Fo Fo fre freku kuen ensi si amba ambang ng = fun fungs gsii ker kerja ja
= energi minimum untuk melepas elektron = muatan electron = 1.6 x 10 -19 C = potensial penghenti
E Vo
Proses kebalikan foto listrik adalah proses pembentukan sinar X yaitu proses peru peruba baha han n
ener energi gi
kine kineti tik k
elek elektr tron on
yang yang
berg berger erak ak
menj menjad adii
gelo gelomb mban ang g
elektromagnetik (disebut juga proses Bremmsstrahlung).
VI.
Medan Magnet 1. µ r
=
µ µ o
φ
2. B =
A
3. H =
B
µ
4. B = µ H = µ .r .µ o.H 5.
Benda magnetik = nilai permeabel kurang dari satu,
ex:
bismut, tembaga
Benda Benda parama paramagne gnetik tik = nilai nilai permea permeabel bel relatif relatif lebih lebih besar besar dari satu, alumunium, platina, oksigen Benda feromagnetik = nilai permeabel relatif sampai beberapa ribu 6. Rumus Biot Savart
µ 0 I . 4π π .a
dB
=
k =
µ 0 4π
= 10 −
7
Weber A.m
7. Induksi Magnetik B =
µ o
H =
.
I
2 π .a B
=
B
µ µ o. µ r
=
I 2π .a
8. Induksi mahnetik di sekitar arus lurus
ex:
B =
µ 0 a. I . N µ 0 . . sin α atau B = 1 2 r 2 2
=
a 2 . I . N r 3
Induksi Magnetik di pusat lingkaran
9.
B =
µ 0 I . N 2
.
a
10. Solenoide Induksi magnetik di tengah – tengah solenoide B = µ 0 .n. I
Bila p tepat di ujungasolenoide B =
µ 0 2
.n. I
11. Toroida B = µ .n. I N
n=
2π . R
12. Gaya Lorentz F = B. I .. sin α F = B.q.v sin α
13. Bear gaya lorentz tiap satuan panjang F = 14.
a
=
µ 0 I p I q . 2 π .a
Gerak partikel bermuatan dalam medan listrik q. E m
W = F .d = q. E .d E k 1 2
= q. E .d
mv 2
15.
t =
2
−
1 2
mv1
= q. E .d
2
Lintasan partikel jika v tegak lurus E
v
d =
1 2
2
at
=
1 q. E 2 . . 2 m vx 2
Kecepatan pada saat meninggalkan medan listrik
=
v
v y
v x
2
+ v y 2
= a.t =
q. E . m v x
Arah kecepatan dengan bidang horisontal θ tg θ =
v y v x
16. Gerak partikel bermuatan dalam medan magnet Lintasan partikel bermuara dalam medan magnet berupa lingkaran Jari – jari:
R
=
m.v B.q
17. Momen Kolpel yang timbul pada kawat persegi dalam benda magnet
τ = B.i. A.N . sin θ
µ r =permeable relative
a = jari – jari lingkaran
µ = permeabilitas zat
r = jarak
B = induksi magnet
I = kuat arus
φ = Fluks
N = banyak lilitan
H = H = kuat medan magnet
l = panjang kawat
yang g dit ditembus A = luas bidang yan
F = gaya aya Lorentz ntz
q = muatan listrik
v = kecepatan partiikel
θ = sudut antara v dengan B
R = jari – jari lintasan partikel
VII.
• 1.
Fisika Atom Teori – teori teo ri atom
Dalton:
a . Atom merupakan partikel terkecil dari suatu zat b. Atom Atom – atom atom suat suatu u zat zat tidak tidak dapa dapatt diura diuraika ikan n menj menjadi adi partikel yang lebih kecil
c. Atom suatu unsur tidak dapat tidak dapat diubah menjadi unsur lainnya d. Atom Atom – atom atom suatu suatu unsu unsurr ident identik, ik, artin artinya ya memp mempuny unyai ai bentuk, ukuran, dan massa yang sama e. Atom suatu zat berbeda sifat dengan atom zat yang lain f . Dua atom atau lebih yang berasal dari unsur yang lain dapat membentuk suatu senyawa g. Pada Pada suatu suatu reaks reaksii atom atom – atom atom berga bergabu bung ng menur menurut ut perbandingan tertentu h. Bila Bila dua dua atom atom memb memben entuk tuk dua dua maca macam m senya senyawa wa atau atau lebih, maka perbandingan atom – atom yang sama dalam kedua senyawa itu sederhana Kelemah Kelemahan: an: 1. atom tidak tidak dapat dapat dibagi lagi lagi bertentang bertentangan an dengan eksperimen 2. dalton tidak membedakan pengertian atom dengan molekul 3. atom merupakan bola kecil yang keras dan padat bertentangan dengan eksperimen JJ. Thomson dan Faraday 2.
JJ. Thomson:
a. Atom merupakan suatu bola yang mempunyai muatan positif yang terbagi merata ke seluruh isi atom b. muatan atom positif ini dinetralkan dengan elektron – elek elektro tron n yang yang terse terseba barr di antar antara a muata muatan n posit positif if dengan jumlah yang sama
Kelemah Kelemahan: an: bertenta bertentangan ngan dengan dengan eksperim eksperimen en Rutherf Rutherford ord dengan dengan hambura hamburan n sinar alfa ternyata muatan positif tidak merata namun terkumpul menjadi satu yang disebut dengan inti atom. 3.
Rutherford:
a. atom terdiri dari muatan positif , positif , dan sebagian besar massa atom terkumpul di tengah – tengah atom disebut dengan inti atom
b. di seke sekeli lili ling ng inti inti atom atom terd terdap apat at elek elektr tron on yang ang mengitari inti pada jarak yang relatif jauh c. muatan inti atom sama dengan muatan elektron yang mengelilingi inti, sehingga atom bersifat netral Tahun 1885 Johan Jakob Balmer menemukan rumus yang dapat menjelaskan spektrum hidrogen secara empiris. Rumus tersebut dapat menjelaskan panjang gelombang yang dipancarkan hidrogen 1 1 = R 2 − 2 , n = 3,4,5.... λ 2 n 1
Kelemahan: Kelemahan: 1. model model atom ini tidak tidak dapat menunjukkan menunjukkan kestabilan kestabilan atom 2. model atom ini tidak dapat menunjukkan bahwa spektrum atom atom hidrogen adalah spektrum garis tertentu 4.
Bohr:
a. Elektron berputar mengelilingi inti pada lintasan tertentu dalam keadaan stasioner m.v.r = n
h 2π
Ket: m = massa electron v = kecept ketika mengorbit r = jari-jari orbit h = konstanta Plank n = 1,2,3,4...(bil kuantum utama)
b. Elektron dapat berpindah dari satu atom ke atom yang lain hf = E i
− E f
Ket:
E i = energi electron pada kulit atom mula – mula E f = energi elektron pada kulit atom terakhir
Jika Ei lebih besar dari E f , atom akan memancarkan foton. Sedangkan jika E f lebih besar dari E i, atom akan menyerap foton. Keunggu Keunggulan: lan: Teori ini dapat dapat meneren menerengka gkan n banyak banyak aspek aspek dari dari gejala gejala atomik, atomik, seperti garis spektrum emisi dan absorpsi dari atom hidrogen Kekurangan:
terpec ecah ahny nya a gari garis s spek spektr trum um jika jika suat suatu u atom atom bera berada da dala dalam m meda medan n 1. terp magnetik atau sering disebut dengan efek Zeeman 2. adanya spektrum spektrum garis yang dipancarkan dipancarkan oleh atom atom berelektron berelektron banyak 3. cara cara meng mengga gamb mbark arkan an elektr elektron on – elek elektro tron n yang yang berge bergerak rak meng mengita itari ri inti inti dalam orbit yang berbentuk lingkaran 5. Meka Mekani nika kan n Kuan Kuantu tum m Dikem Dikemba bangk ngkan an oleh oleh Loui Louis s de Brog Broglie lie,, Wolf Wolfgan gang g Pauli Pauli,, Erwin Erwin Scho Schordi rdinge ngerr, Werner Heisenberg. Dalam teori ini untuk dapat menentukan kedudukan elektron dalam dalam suatu suatu atom atom digunaka digunakan n empat empat bilangan bilangan atom yaitu: yaitu: bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum orbital atau azimuth (l), bilangan kuantum magnetik (m ), ). ). l bilangan kuantum spin (m s
Bilangan kuantum utama ( n )
Menyatakan besar energi total elektron atau tingkat energi utama dalam kulit atom dan menyetakan besarnya jari – jari rata – rata atom Besar energi total elektron: E n
=
13,6 n2
eV
Bilangan kuantum orbital ( l )
Menyatakan besar momentum angular (sudut) orbital elektron Besar momentum sudut: L = l ( l + 1)
h 2π
Bilangan kuantum magnetik ( ml )
Menyatakan arah momentum anguler elektron L z
= ml
h 2π
Bilangan kuantum spin ( m s )
Menyatakan arah perputaran elektron terhadap sumbunya. Nilai bilangan kuantum spin ada dua yaitu m s =
+
1 2
untuk perputaran ke kanan dan m s = −
1 2
+
1
dilambangkan dengan tamda panah ke atas. Sedangkan untuk m s = −
1
untuk perputaran ke kiri. Untuk bilangan kuantum spin dengan m s =
2
maka
2
dilambangkan dengan tanda panah ke bawah.
•
Spektrum Emisi dan Absorpsi
Merupakan bukti adanya tingkat – tingkat energi dalam atom a. Spek Spektr trum um Emi Emisi si Dihasilkan oleh pemancar gelombang yang memancarkan gelombang elektro magnetik. Spektrum emisi ada tiga macam yaitu: Spektrum garis Dihasilakn oleh gas bertekanan rendah yang dipanaskan. Terdiri dari garis – garis cahaya monokromatik dengan panjang tertentu. Panjang gelombang cahaya yang terdapat di spektrum merupakan karakteristik dari unsur tersebut. Adanya pemanasan atom gas akan menyerap energi sehingga berada pada keadaan tereksilasi. Dlam keadaan tersebut atom tiidak stabil dan akan berusaha ke keadaan dasar dengan memancarkan foton berupa gelombang elektromagnetik. Spektrum Pita Dihasilkan oleh gas dalam keadaan molekuler. Spektrum yang dihasilkan berupa kelompok – kelompok garis yang sangat rapat sehingga membentuk pita - pita Spektrum Kontinu Merupakan spektrum yang terdiri atas cahaya dengan semua panjang gelombang, walaupun dengan intensitas yang berbeda. Dihasilkan oleh zat cair, zat padat dan gas yang berpijar, atau gas yang bertekanan tinggi yang berpijar. Zat – zat tersebut berpijar karena memiliki atom – atom yang berjarak relatif satu antar atom, sehingga saling berinteraksi. Hal tersebut berakibat tingkat – tingkat energi atom bergeser untuk memenuhi aturan Pauli. b. Spek Spektru trum m Absor Absorps psii Merup Merupak akan an spek spektru trum m yang yang terja terjadi di kare karena na penye penyerap rapan an panja panjang ng gelom gelomba bang ng tertentu tertentu dari dari suatu suatu cahaya. cahaya. Terdiri erdiri atas atas sederet sederetan an gari gari hitam hitam pada pada spektrum spektrum
kontinu kontinu.. Penyera Penyerapan pan terhada terhadap p panjang panjang gelomba gelombang ng tertent tertentu u pada pada foton foton yang yang memiliki energi tepat sama dengan selisih energi antara tingkat eksitasi dengan tingkat dasar.
Rumus – Rumus:
Ep
= −k
e2
Ek = −
r
Etotal = −
1 2
k
1 2
k
e2 r
Energi Stasioner: E =
r
r 1 : r 2 : r 3 : ... = 12 : 2 2 : 3 2 : ...
1 1 = R 2 − 2 λ n A n B 7
-1
R = 1,097.10 m (tetapan Ridberg) Deret Lyman, n A = 1 , nb = 2,3,4... Deret Balmer, n A = 2 , nb = 3,4,5...
= 3 , nb = 4,5,6... Deret Bracket, n A = 4 , nb = 5,6,7... Deret Pfund, n A = 5 , nb = 6,7,8... λ max → f min → n B = 1 lebihnya dari Deret Paschen, n A
n
λ min
VIII.
eV
Energi Pancaran;
1 1 − eV → E = hf n n A B
E = 13,6
Ket: e = muatan electron r = jari – jari lintasan electron Ep = Energi Potensial
1
n2
2
h r = 2 me k 2π n2
e2
13,6
→ f max → nB = ∞
Fisika Atom
Struktur Inti Atom
Ek = Energi Kinetic n = bilangan kuantum
λ = panjang gelombang h = tetapan Planck
Partikel-partikel pembentuk inti atom adalah proton (1P1) dan netron ( 0n1). Kedua partikel pembentuk inti atom ini disebut dengan nukleon. Simbol nuklida : ZXA atau ZAX dengan A = nomor massa Z = jumlah proton dalam inti = jumlah elektron di kulit terluar N = A - Z = jumlah netron di dalam inti atom Jenis Nuklida
Isotop : Atom-atom unsur tertentu ( Z sama) dengan nomor massa berbeda. Isoton: kelompok nuklida dengan jumlah netron sama tetapi Z berbeda. Isobar : kelompok nuklida dengan A sama tetapi Z berbeda. Pengukuran Massa Inti F sentripetal
m
v2 r
m=
= F lorentz
= Bqv Bqr
Ket: m = massa isotop q = muatan isotop r = jari – jari lintasan B = induksi magnetik E = kuat medan listrik v = kecepatan partikel
v
Massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon-nukleon pembentuknya. Mengakibatkan adanya energi ikat inti. Misal: massa inti He < ( 2m p
+ 2m n Energi Ikat DE = Dm.c 2 Dm = ( Z .mp + N .mn ) − mint i
Dalam fisika inti satuan massa biasa ditulis 1 sma (1 amu) = 1.66 x 10 MeV/C2
-27
kg = 931
satuan Dm : kg E = Dm . c2 (joule) sma E = Dm . 931 (MeV) Gaya Inti
Adanya sejumlah proton dalam initi akan menimbulkan gaya Coulomb yang saling menolak. Oleh karena itu diperlukan gaya yang dapat mengatasi gaya Coulomb tersebut dan mengikat neutron dan proton yang disebut gaya inti. Stabilitas inti
Suatu nuklida dikatakan stabil bila terletak dalam daerah kestabilan pada diagram N - Z. Untuk nuklida ringan (A < 20) terjadi kestabilan bila Z = N (N/Z = 1), sedangkan untuk nuklida dengan Z > 83 adalah tidak stabil. Radioaktivitas
Radioaktivitas adalah peristiwa pemancaran sinar-sinar a, b, g yang menyertai proses peluruhan inti.
Sinar α : Sinar β :
Sinar γ :
- identik dengan inti atom helium (2He4) - daya tembusnya kecil tapi daya ionisasinya besar. - identik dengan elektron ( le.) - daya tembus cukup besar tapi daya ionisasinya agak kecil - tidak bermuatan (gelombang elektromagnetik). - daya daya tembus paling besar tapi daya ionisasinya kecil (interaksi berupa foto listrik, Compton den produksi pasangan).
Kuat radiasi suatu bahan radioaktif adalah jumlah partikel ( α , β , γ ) yang dipancarkan tiap satuan waktu.
R = I . N R=
kuat radiasi satuan Curie 1 Curie (Ci) = 3,7 x 1010 peluruhan per detik.
l=
konstanta pelurahan, tergantung pada jenis isotop dan jenis yangmenyatakan kecepatan peluruhan inti.
N=
jumlah atom.
pancaran radioaktif,
Waktu paruh (T ½) adalah waktu yang diperlukan oleh ½ unsur radioaktif berubah menjadi unsur lain. Ket:
T 1 2
=
0,693
n
N ( t )
λ
1 = N 0 2
n=
t T 1 2
Jadi setelah waktu simpan t = T½ massa unsur mula-mula tinggal separuhnya, N = ½ No atau setelah waktu simpan nT½ Þ zat radioaktif tinggal (½)n Sinar radioaktif yang melewati suatu materi akan mengalami pelemahan intensitas dengan rumus: I = I 0 e
− µ x
Ket:
I 0 =intensitas sinar radioaktif sebelum melewati keping I =intensitar sinar radioaktif sesudah melewati keping x =tebal keping e =bilangan natural (2,71828) v =koef pelemahan oleh bahan keping
Bila I = ½ Io maka x = 0,693/m Þ disebut HVL (lapisan harga paruh) yaitu tebal keping yang menghasilkan setengah intensitas mula Jenis detektor radioaktif 1. Pencacah Geiger(G1M)
untuk menentukan/mencacah banyaknya radiasi sinar radioaktif 2. Kamar Kabut Wilson
untuk mengamati jejak partikel radioaktif 3. Emulsi Film
untuk mengamati jejak, jenis dan mengetahui intensitas partikel radioaktif 4. Pencacah Sintilad
untuk mencacah dan mengetahui intensitas partikel radioaktif.
Reaksi Inti
Tumbukan antara partikel - partikel yang berenergi tinggi dengan inti atom akan mengubah susunan inti tersebut sehingga terbentuklah inti baru yang berbeda dengan inti semula (inti sasaran) disebut dengan reaksi inti X + a → Y + b + Q atau X ( a, b )Y
Ket: X = inti sasaran a = partikel penembak Y = inti baru yang dihasilkan b = partikel yang dipancarkan
Q = energi reaksi 1. Fisi
Peristiwa pembelahan inti atom dengan partikel penembak, sehingga menghasilkan dua inti baru dengan nomor massa yang hampir sama. Contoh: Dalam reaktor atom: U235 + n Þ Xe140 + Sr94 + 2n + E 2. Fusi
Peristiwa penggabungan dua inti atom ringan, menghasilkan inti atom baru yang lebih berat. Contoh: reaksi di matahari: 1H2 + 1H2 ® 2He3 + on1 Piranti Eksperimen Fisika Inti 1. Reaktor Atom
Tempat berlangsungnya reaksi fisi, yaitu penembakan Uranium (U) dengan netron (n), menghasilkan banyak n yang dapat dikendalikan. Bila tidak dikendalikan terjadi bom atom. Komponen reaktor : - batang kendali - moderator - perisai - bahan bakar
2. Siklotron
Tempat pemercepat partikel (proton atau netron). Energi hingga 100 MeV. 3. Betatron
Tempat pemercepat elektron. Energi hingga 300 MeV. 4. Sinkrotron
Tempat pemercepat proton. Energi yang dicapai hingga hi ngga 500 GeV. 5. Akselerator
Tempat pemercepat proton atau elektron. Energi hingga 10 GeV. Semua piranti di atas digunakan untuk melakukan transmutasi inti. Radiosotop
Radioisotop adalah isiotop dari zat radioaktif, dibuat dengan menggunakan reaksi inti dengan netron.
misalnya 92 U 238 + 0 n 1 ® 29 U 239 + g Penggunaan radioisotop: - Bidang hidrologi - biologi - industri Pita Energi
Teori pita energi dapat menerangkan sifat konduksi listrik suatu bahan. Pita energi terdiri atas dua jenis yaitu: 1. Pita valensi (terisi penuh oleh 2N elektron di mana N adalah jumlah atom
suatu bahan) 2. Pita konduksi (terisi sebagian elektron atau kosong)
Di antara pita valensi dan pita konduksi terdapat celah energi yang layak tidak boleh terisi elektron. Semikonduktor
Hambatan jenis (kebalikan dari konduktivitas listrik) suatu bahan dapat dikelompokkan menjadi: Konduktor ( < 10-6 Wm) 1. Konduktor ( Semikonduktor (10-6 Wm - 104 Wm) 2. Semikonduktor (10-6 Isolator ( > 104 Wm) 3. Isolator ( Hubungan hambatan jenis (o) terhadap suhu
Pada bahan semikonduktor, hole (kekosongan) den elektron berfungsi sebagai pembawa muatan listrik (pengantar arus). Semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum disisipkan atomatom lain (atom pengotor). Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang sudah dimasukkan sedikit ketidakmurnian (doping). Akibat doping ini maka hambatan jenis semikonduktor mengalami penurunan. Semikonduktor jenis ini terdiri dari dua macam, yaitu semikonduktor tipe-P (pembawa muatan hole) dan tipe-N (pembawa muatan elektron). Komponen semikonduktor: Dioda, dapat berfungsi sebagai penyearah arus, stabilisasi tegangan dan 1. Dioda, detektor. 2. Transistor , dapat berfungsi sebagai penguat arus/tegangan dan
saklar.Transistor terdiri dari dua jenis yaitu PNP dan NPN. NPN.
IX.
Optik Fisis
Cahaya
Sinar yg dpt diuraikan
Polikromatik
Sinar yang tdk dapat diuraikan
Monokromatik
Dalam ruang hampa
Cepat rambat sama besar Frekuensi masing warna berbeda Pj. Gel tiap warna berbeda
Dispersi (Peruraian Warna): 1. Merah 2. Jingga 3. Kuning 4. Hijau 5. Biru 6. Nila 7. Ungu Benda bening = Plan paralel = Prisma = Lensa =
∆r = / r m − r u /
∆t = / t m − t u /
∆ϕ = δ u − δ m ∆ s ' = / s ' m − s 'u / ∆ f = / f m −
f u /
Menjadikan Di Dispersi:
Prisma Ak Akromatik ( n'u −n' m ) β ' = ( nu − nm ) β Lensa Akromatik 1 1 = f gab.merah f gab.ungu
Cincin Newton rk 2
=
1 2
R( 2k − 1) λ (max), rk 2
=
1 2
R( 2k ) λ (min)
Cermin Fressnell
p.d
= ( 2k )
1 2
λ (max) ,
p.d
= ( 2k − 1)
1 2
λ (min)
Selaput Tipis 2n' d . cos r = ( 2k − 1)
X.
1 2
1
λ (max), 2n' d . cos r = ( 2k ) λ (min) 2
Imbas Elektromagnetik
GGL imbas: d φ
1. Perubahan Fluks:
E ind
= − N
2. Perubahan Arus:
E ind
= − L
3. Induksi Timbal Balik:
E ind 1
= − M
4. Kawat Memotong Garis Gaya:
E ind
= B. I .v sin α
5. Kumperan Berputar
E ind
= N . B. A.ω sin ω t
Induktansi Diri: 1. L = N
φ i
dt
d φ dt dt 1 dt 1
, E ind 2
= − M
dt 2 dt 2
2. L =
µ 0 . N 2 . A
3. M = N 2 4. M =
φ 1 i1
, M = N 1
µ 0. . N 1 . N 2 . A
φ 2 i2
(Induktansi Ruhmkorff)
Transformator
Np : Ns
= Ep : Es
1. Ideal:
Np : Ns
= Is : Ip
2. Tidak Ideal: Ps
= η .Pp
Ket:
E ind =GGL Induksi N =banyak lilitan
φ =fluks magnet I =Kuat Arus Ns =banyak lilitan kumparan sekunder Pp =Daya Kumparan Primer Ep =tegangan kumparan primer
ω =kecepatan sudut
B =induksi magnet A =luas permukaan L =induktansi diri Np =banyak lilitan kumparan primer =panjang solenoida
Ps =Daya Kumparan Sekunder Es =tegangan kumparan sekunder M =induktansi Kirchoff
