9. Fisika Atom & Inti

download 9. Fisika Atom & Inti

of 64

  • date post

    01-Oct-2015
  • Category

    Documents

  • view

    34
  • download

    5

Embed Size (px)

description

ppt

Transcript of 9. Fisika Atom & Inti

  • Fisika Umum (MA 301)Topik hari ini

    Fisika Atom & Inti

  • Fisika Atom

  • Model Awal AtomModel atom J.J. Thomson Bola bermuatan positifMuatan-muatan negatif (elektron) yang sama banyak-nya menempel pada bola tersebutModel watermelon

  • Uji EksperimentalHarapan:Sebagian besar terhambur dengan sudut kecil Tidak terjadi hamburan yang terpantul

    Hasil:Terhambur dengan sudut kecil dan besarTerjadi hamburan yang terpantul!!!

  • Uji EksperimentalBerkas partikel alfaLapisan tipis emas

  • Model AtomModel Rutherford

    Model Planet Berdasarkan hasil eksperimen lapisan emas tipis yang ditumbuk berkas alfa Muatan positif terkonsentrasi di pusat atom, dinamakan nukleusElectron mengorbit nukleus seperti planet mengorbit matahari

  • Kelemahan Model RutherfordAtom mengemisi radiasi elektromagnetik dengan frekuensi karakteristik tertentu Model Rutherford tidak bisa menjelaskan fenomena ini

    Elektron Rutherford mengalami percepatan sentripetal sehingga meradiasikan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang samaIni berarti elektron akan kehilangan energi Radius elektron mengelilingi nukleus akan semakin mengecil Elektron akhirnya akan jatuh ke nukleus dengan lintasan spiralTidak terjadi!!!

  • Spektrum EmisiGas bertekanan rendah diberikan beda potensial (dieksitasi) Gas akan mengemisikan cahaya karakteristiknyaKetika cahaya hasil emisi dilewatkan pada spektrometer, deretan garis cahaya tampak teramati Setiap garis memiliki panjang gelombang dan warna yang berbeda Deretan garis ini dinamakan spektrum emisi

  • Spektrum Emisi HidrogenJ. J. Balmer memformulaskan spektrum garis Hidrogen

    RH adalah konstanta Rydberg RH = 1.0973732 x 107 m-1n integer, n = 1, 2, 3, Garis spektral berkaitan dengan nilai n tertentuDikenal dengan Deret Balmer Contoh garis spektraln = 3, = 656.3 nmn = 4, = 486.1 nm

  • Teori Bohr Tentang AtomPada tahun 1913 Bohr memberikan penjelasan tentang spektrum atomModel atom yang diajukan menjelaskan mengapa atom stabil

  • Asumsi Bohr tentang AtomElektron bergerak melingkar mengelilingi inti karena pengaruh gaya Coulomb Gaya Coulomb menghasilkan percepatan senntripetal Hanya orbit elektron tertentu yang stabil Pada orbit-orbit ini atom tidak mengemisikan energi dalam bentuk radiasi elektromagneti Sehingga energi atom tetap dan mekanika klasik dapat digunakan untuk menjelaskan gerak elektron Radiasi diemisikan oleh atom apabila loncat dari keadaan yang energinya lebih tinggi ke keadaan yang energinya lebih rendahProses loncat tidak dapat dijelaskan secara klasik

  • Asumsi Bohr LanjutanTentang elektron yang loncat:Frekuensi yang diemisikan dalam proses loncat berkaitan dengan perubahan energi atomSecara umum, frekuensi yang diemisikan tidak sama dengan frekuensi elektron mengorbit

  • Ukuran Relatif AtomDiameter orbit elektron dalam model atom Bohr ditentukan oleh muatan listrik yang terdapat pada inti atomTinjau atom hidrogen, jika muatan listrik positif pada inti dibuat dua kalinya, maka gaya yang dialami elektron menjadi duakalinya, sehingga elektron akan tertarik dan orbitnya akan mengecil menjadi setengah kali orbit semula. Tapi, ini tidak terjadi.Penambahan muatan positif di inti mengakibatkan adanya penggandengan elektron lain untuk berada di orbit yang pertama. Penambahan elektron ini membuat atom menjadi netral.Atom yang sekarang bukan lagi Hidrogen, melainkan HeliumPenambahan proton selanjutnya dalam inti, akan menarik elektron kedalam orbit yang lebih dekat dengan inti, dan selanjutnya, akan ada lagi penggandengan elektron lain (ketiga) untuk mengorbit diorbit ke dua, penambahan elektron ini membuat atom menjadi netral. Atom yang sekarang bukan lagi Helium, melainkan Lithium

  • Jika proses penambahan proton dalam inti berlanjut terus, maka akan dihasilkan berbagai jenis unsurKetika muatan inti bertambah terus, elektron baru terus ditambahkan pada orbit terluar, orbit yang dalam akan mengalami penyusutan karena semakin kuatnya gaya tarik oleh intiIni berarti, unsur yang berat tidak selalu memiliki diameter yang lebih besar dari pada unsur yang ringanContoh, diameter atom uranium sekitar tiga kali diameter atom hidrogen, padahal massa uranium lebih besar 238 kali dari massa hidrogenTiap unsur memiliki orbit elektron yang berbeda-beda, artinya jari-jari orbit atom sodium akan sama untuk atom-atom sodium yang lain dan tentu saja berbeda untuk unsur yang lain

    Ukuran Relatif Atom

  • Gelombang de BroglieSalahsatu postulat Bohr adalah momentum sudut elektron adalah terkuantisasi, tapi tidak ada penjelasan mengapa pembatasan tersebut terjadide Broglie mengasumsikan bahwa elektron orbit akan stabil hanya jika kelilingnya sama dengan bilangan integer kali panjang gelombang

  • Gelombang de Broglie dalam Atom HidrogenDalam contoh ini, tiga panjang gelombang bersesuaian dengan keliling orbitSecara umum, keliling harus sama dengan bilangan integer kali panjang gelombang

    tapi , sehingga

  • Mekanika KuantumDualisme cahaya, sebagai partikel dan sebagai gelombangErwin Schrodinger memformulasikan persamaan matematis yang menjelaskan bagaimana gaya luar mempengaruhi gelombang (mirip Hk. Newon)Probabilistik

  • Prinsip Korespondensi Bohr Prinsip Korrespondensi Bohr menyatakan bahwa mekanika kuantum cocok dengan fisika klasik ketika perbedaan energi antara tingkat-tingkat terkuantisasi sangat kecil Serupa dengan Mekanika Newton yang merupakan kasus khusus dari Mekanika Relativistik ketika v
  • Sifat AtomSemua atom tersusun atas inti dan elektron yang mengorbit intiNomor atom , Z, menyatakan jumlah proton dalam inti, pada atom netral, jumlah elektron sama dengan jumlah protonNomor neutron , N, menyatakan jumlah neutron dalam intiNomor massa , A, menyatakan jumlah nukleon dalam intiA = Z + NNukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun intiNomor massa tidak sama dengan massa

    Notasi

    Contoh:

    Nomor massa 27Nomor atom 13Terdiri dari 13 proton, 14 (27 13) neutron dan 13 elektron (atom netral) Dimana X adalah simbol kimia dari unsur

  • Fisika Inti

  • Fisika Inti; Sejarah1896 Lahirnya fisika intiBecquerel menemukan radioaktivitas dalam uranium Rutherford menunjukkan tiga tipe radiasiAlfa (Inti He)Beta (elektron)Gama (foton berenergi tinggi)1911 Rutherford, Geiger dan Marsden melakukan eksperimen hamburan Memperoleh informasi tentang muatan intiGaya Nuklir merupakan gaya jenis baru1919 Rutherford dan coworkers mengamati reaksi inti pertama kali 1932 Cockcroft dan Walton pertamakali menggunakan pemercepat proton untuk menghasilkan reaksi inti1932 Chadwick menemukan neutron1933 Curie menemukan radioaktif buatan1938 Hahn dan Strassman menemukan fisi nuklir1942 Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol

  • AtomMari kita lihat ada apa di dalamnya!

  • Inti AtomBermuatan Positif, Apakah hanya ada Proton dalam Inti?Th 1930, W Bothe dan Becker menembaki berilium dg partikel alpha ternyata ada pancaran radiasi netral yang bisa memukul keluar proton dg energi 5.7 MeV.

    Kayanya sinar gamma neh tapi energi sinar gamm~55 MeV (ga mungkin). Jadi radiasi netral itu apa sebenarnya?

    1932 Chadwick mennyatakan pancaran radiasi netral = pancaran partikel neutral yang disebut (neutron) yang massanya~massa proton

    Sifat-sifat neutronMeluruh jika diluar inti, =15,5 menitmn=1,0086654u=1,6748.10-27 kg, mn>mpSpin Bermuatan netral so, inti atom terdiri dari proton dan neutron

  • Sifat IntiSemua inti tersusun atas proton dan neutronPengecualian inti atom hidrogenNomor atom , Z, menyatakan jumlah proton dalam intiNomor neutron , N, menyatakan jumlah neutron dalam intiNomor massa , A, menyatakan jumlah nukleon dalam intiA = Z + NNukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun intiNomor massa tidak sama dengan massa

    Notation

    Contoh:

    Nomor massa 27Nomor atom 13Terdiri dari 13 proton dan14 (27 13) neutron Dimana X adalah simbol kimia dari unsur

  • Muatan dan massaMuatan:Elektron mempunyai muatan negatif tunggal, -e (e = 1.60217733 x 10-19 C)Proton mempunyai muatan positif tunggal, +e Sehingga, muatan dari inti adalah ZeNeutron tidak bermuatanMembuatnya sulit dideteksi Massa:Menggunakan atomic mass units, u, untuk menyatakan massa1 u = 1.660559 x 10-27 kgBerdasarkan definisi bahwa massa satu C-12 adalah tepat 12 uMassa juga dapat dinyatakan dalam MeV/c2Dari ER = m c21 u = 931.494 MeV/c2

  • Ringkasan Massa

  • Ukuran IntiDiselidiki pertama kali oleh Rutherford pada percobaan hamburanDiperoleh pernyataan seberapa dekat partikel alfa bergerak mendekati inti sebelum berbalik arah karena gaya tolak CoulombEK partikel diubah menjadi EPatauUntuk emas: d = 3.2 x 10-14 m, dan untuk perak: d = 2 x 10-14 m Biasa dinyatakan dalam femtometers dimana 1 fm = 10-15 m (juga dinamakan satu fermi)

  • Ukuran IntiSejak eksperimen yang dilakukan oleh Rutherford, banyak eksperimen lain yang menyimpulkan sebagai berikutKebanyakan inti hampir bulatJejari reratanya

    ro = 1.2 x 10-15 m

  • Kerapatan IntiVolume dari inti (asumsinya bola) sebanding dengan jumlah total nukleonIni memberikan bahwa semua inti memiliki kerapatan yang sama rr = Ro A1/3 dimana Ro = 1.2 fm ratom ~ 103 kg/m3 rnucleus ~ 1017 kg/m3

  • Energi IkatEnergi total dari sistem terikat (inti) adalah lebih kecil dari energi kombinasi penyusun nukleonPerbedaan energi ini dinamakan energi ikat inti Dapat juga dinyatakan sebagai sejumlah energi yang diperlukan untuk memecah inti menjadi proton dan neutronEnergi ikat per nukleon

  • Kesetabilan IntiTerdapat gaya tolak elektrostatis yang sangat besar antar sesama proton dalam intiGaya ini dapat menyebabkan inti hancur

    Inti tetap stabil