FISIKA MODEREN

FISIK

A M

OD

ER

EN

Ed

isi K

e - 2

Dr. T

arm

izi, M.P

d

Dicetak oleh :

Percetakan & PenerbitSYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS

Darussalam, Banda AcehTelp. (0651) 8012221 Email. upt.percetakan@unsyiah.ac.id

SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS

Edisi Ke - 2 Drs. Tarmizi, M.Pd

Fisika Moderen

_______________________________________________________

Judul Buku

Fisika Modern

_______________________________________________________

Penulis

Drs. Tarmizi, M.Pd

_______________________________________________________

Penerbit

Syiah Kuala Universty Press

Kampus Universitas Syiah Kuala

Jl. Tgk. Chik Pante Kulu

Email : upt.percetakan@unsyiah.ac.id

Telp (0651) 8011221

______________________________________________________

Desain Cover

ZULFIKAR

_______________________________________________________

Edisi Pertama : Februari 2010

Edisi Kedua : Februari 2016

ISBN : 978-602-1270-48-6

________________________________________________________

Dicetak oleh

Syiah Kuala Universty Pres

Darussalam, Banda Aceh

_______________________________________________________

Fisika ModerenPage1

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .................................................................................................................. iii

BAB I TEORI RELATIVITAS ............................................................................................... 1

1.1. KECEPATAN RELATIVISTIK ........................................................................... 1

1.2. POSTULAT RELATIVITAS KHUSUS ............................................................. 2

1.3.TRANSFORMASI GALILEO............................................................................... 3

1.3.1. TRASFORMASI GALILEO UNTUK KOORDINAT

DAN WAKTU ........................................................................................... 3

1.3.2. TRANSFORMASI GALILEO UNTUK KECEPATAN

DAN PERCEPATAN ................................................................................. 5

1.4. MEDIUM GELOMBANG CAHAYA ................................................................ 8

1.4.1. PERCOBAAN MICHELSON MORLEY ....................................... 8

1.4.2. POSTULAT EINSTEIN .................................................................. 12

1.5. TRANSFORMASI LORENTZ ............................................................................ 12

1.5.1. TRANSFORMASI LORENTZ UNTUK KOORDINAT ............... 13

1.5.2. TRANSFORMASI LORENTZ UNTUK WAKTU ....................... 14

1.5.3. TRANSFORMASI LORENTZ UNTUK KECEPATAN ............... 15

1.6. RELATIVITAS PANJANG (KONSTRAKSI LORENTZ .................................. 17

1.7. RELATIVITAS WAKTU ( DILATASI WAKTU ) ............................................. 19

1.7.1. BUKTI PEMULURAN WAKTU ................................................... 20

1.7.2. PARADOKS KEMBAR ................................................................ 21

1.8. RELATIVITAS MASSA .................................................................................... 24

1.9. RELATIVITAS ENERGI ................................................................................... 26

1.10. RELATIVITAS MOMENTUM .......................................................................... 28

1.11. HUBUNGAN ENERGI DAN MOMENTUM RELATIVITAS ......................... 29

.BAB II SIFAT PARTIKEL DARI GELOMBANG .................................................................. 31

2.1. RADIASI BENDA HITAM ................................................................................. 31

2.1.1. PERCOBAAN BENDA HITAM .................................................. 31

2.1.2. LAJU ENERGI RADIASI KALOR .............................................. 33

2.1.3. RUMUS RAYLEIG JEANS ......................................................... 34

2.1.4. HUKUM PERGESERAN WIEN .................................................. 36

2.1.5. TEORI PLANCK .......................................................................... 37

2.1.6. PEMBUKTIAN HUKUM PERGESERAN WIEN ...................... 39

2.1.7. PEMBUKTIAN HUKUM STEFAN BOLTZMAN ..................... 41

2.2. EFEK FOTOLISTRIK ...................................................................................... 42

2.2.1. PERCOBAAN EFEK FOTOLISTRIK ......................................... 42

2.2.2. HASIL PERCOBAAN EFEK FOTOLISTRIK ............................ 43

2.2.3. GRAFIK HUBUNGAN ANTARA ENERGI KINETIK

ELEKTRON DAN FREKUENSI CAHAYA ............................... 44

2.3.MOMENTUM FOTON DAN EFEK COMPTON ............................................... 48

Fisika Moderen

2.3.1. MOMENTUM FOTON ................................................................ 48

2.3.2. EFEK COMPTON ........................................................................ 49

2.4. SINAR-X52

2.4.1. PENEMUAN SINAR–X ............................................................... 52

2.4.2. PRODUKSI SINAR–X ................................................................. 52

2.4.3. DIFRAKSI SINAR–X ................................................................... 53

BAB III SIFAT GELOMBANG DARI PARTIKEL................................................................. 60

3.1. TEORI DE BROGLIE ...................................................................................... 60

3.2. PERCOBAAN DAVISSON – GERMER ........................................................ 6

3.3. PERCOBAAN G.P. THOMSON ..................................................................... 63

3.4. MIKROSKOP ELEKTRON............................................................................. 64

BAB IV STRUKTUR ATOM .................................................................................................... 66

4.1 SPEKTRUM ATOM ........................................................................................ 66

4.2 RUMUS EMPERIS BALMER ........................................................................ 66

4.3 MODEL ATOM ............................................................................................... 71

4.3.1. MODEL ATOM THOMSON ........................................................ 71

4.3.2. MODEL ATOM RUTHERFORD ................................................. 71

4.3.3. ENERGI ATOM RUTHERFORD ................................................ 72

4.3.4. KELEMAHAN MODEL ATOM RUTHERFORD....................... 73

4.3.5. MODEL ATOM BOHR ................................................................ 73

4.4 EKSPERIMEN FRANCK- HERTZ ................................................................. 78

4.5 SPEKTRUM SINAR – X ................................................................................ 79

BAB V TEORI KUANTUM .................................................................................................. 84

5.1 BENTUK TUNAK PERSAMAAN SCHRODINGER .................................... 84

5.2 PERSAMAAN SCHRODINGER ATOM HIDROGEN ................................. 86

5.3 PEMISAHAN VARIABEL .............................................................................. 89

5.4 BILANGAN KUANTUM UTAMA ................................................................ 91

5.5 BILANGAN KUANTUM ORBITAL.............................................................. 91

5.6 BILANGAN KUANTUM MAGNETIK.......................................................... 93

5.7 MOMEN MAGNETIK ELEKTRON .............................................................. 96

5.8 ENERGI POTENSIAL MAGNETIK .............................................................. 97

5.9 EFEK ZEEMAN NORMAL ............................................................................ 98

BAB VI ATOM BERELEKTRON BANYAK ....................................................................... 102

6.1 EFEK ZEEMAN ANOMALOUS .................................................................... 102

6.2 BILANGAN KUANTUM SPIN ...................................................................... 103

6.3 ELEKTRON ..................................................................................................... 105

6.3.1 DIAGRAM TINGKAT ENERGI ................................................ 105

6.3.2 PENGISIAN ORBITAL ................................................................ 107

6.4 SISTEM PERIODIK UNSUR .......................................................................... 108

Fisika ModerenPage3

6.4.1 ENERGI IONISASI....................................................................... 108

6.4.2 UNSUR TRANSISI ....................................................................... 109

6.4.2.1 FEROMAGNETIK.......................................................... 109

6.4.2.2 PARAMAGNETIK ......................................................... 109

6.4.2.3 DIAMAGETIK................................................................ 110

6.4.3 GOLONGAN O ............................................................................. 110

6.4.4 UNSUR GOLONGAN I ............................................................... 111

6.4.5 UNSUR GOLONGAN VII ........................................................... 111

6.4.6 UNSUR METALOID .................................................................... 112

6.4.6.1 ATOM SILIKON ............................................................ 112

6.4.6.2 ATOM ARSENIK ........................................................... 113

6.4.6.3 ATOM INDIUM ............................................................. 114

6.4.7 SEMIKONDUKTOR .................................................................... 114

6.4.7.1 SEMIKONDUKTOR TIPE- N....................................... 114

6.4.7.2 SEMIKONDUKTOR TIPE- P ....................................... 115

6.5 RESISTIVTAS LISTRIK ................................................................................. 117

6.6 SINAR LASER ................................................................................................ 117

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 120

Fisika Moderen

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Allah Shubhanahu Wata’ala atas rahmat dan karuniaNya

lah, penulis telah selesai menyempurnakan isi buku ajar matakuliah Fisika Moderen ini untuk

edisi ke-2. Kemudian selawat dan salam kepada junjungan alam Nabi Muhammad Shallallahu

‘Alaihi Wasallam beserta keluarganya sekaliannya.

Buku Fisika Moderen edisi pertama tahun 2010 telah digunakan dalam perkuliahan mulai

tahun ajaran 2010/2011 sampai dengan 2014/2015. Buku Fisika Moderen edisi ke-2 tahun 2016

ini mulai digunakan dalam perkuliahan tahun ajaran 2015/2016.

Penyajian dan tingkat kedalaman materi dalam buku Fisika Modern ini telah disesuaikan

dengan kebutuhan guru fisika modern di SMA/MA dan kebutuhan calon mahasiswa yang akan

melanjutkan studinya di program magister. Diharapkan kepada mahasiswa calon guru fisika

SMA/MA tidak hanya mempelajari buku Fisika Modern ini, akan tetapi agar mendapatkan

wawasan yang lebih luas lagi, perlu mempelajari melalui buku-buku lain, internet, jurnal dan

lain-lain sebagainya.

Walaupun penulis telah berusaha semaksimal mungkin dalam usaha menyempurnakan isi

buku ini menurut kadar ilmu yang ada pada penulis, namun masih ada kekurangan, kesalahan

ataupun kejanggalannya, baik tentang isi dan susunan materi. Oleh sebab itu penulis masih

sangat mengharapkan adanya kritikan dan saran dari para pakar, pembaca dan pemakai, guna

kesempurnaan isi dan susunan materi pada masa-masa mendatang. Atas saran dan kritikan,

penulis mengucapkan terimakasih.

Banda Aceh, Februari 2016

Penulis,

Fisika ModerenPage5

BAB I

TEORI RELATIVITAS

1.1. KECEPATAN RELATIVISTIK

Sinar tampak (cahaya) termasuk gelombang elektromagnetik. Baik medan listrik maupun

medan magnetik tidak memerlukan medium untuk perambatannya, sehingga gelombang cahaya

dapat merambat melalui ruang hampa udara (ruang vakum). Berdasarkan teori gelombang

elektromagnetik, Maxwell telah menghitung besarnya cepat rambat gelombang elektromagnetik

yaitu sebesar c = 2,99792 x 108 m/s = 3 x 10

8 m/s. Kenyataannya dalam kehidupan manusia

sehari-hari selalu ditemukan bahwa kecepatan-kecepatan mobil, kereta api, pesawat terbang

merupakan kecepatan-kecepatan rendah, artinya kecepatan - kecepatan tersebut masih jauh lebih

kecil bila dibandingkan dengan cepat rambat gelombang cahaya. Elektron dengan massa 9,11 x

10-31

kg yang dipercepat melalui beda potensial sekitar 36,5 kV baru dapat bergerak dengan

kelajuan sekitar 1,12 x 108 m/s.

Walaupun hukum Newton telah dapat menjelaskan peristiwa yang berhubungan dengan

benda-benda yang bergerak dengan kecepatan rendah, tetapi hukum ini gagal menjelaskan

peristriwa-peristiwa yang berhubungan dengan benda-benda yang bergerak dengan kecepatan

yang mendekati cepat rambat gelombang cahaya. Kecepatan yang mendekati cepat rambat

gelombang cahaya disebut kecepatan relativistik.

Salah satu uji kasus hukum ini adalah pada akselerator, yaitu alat untuk mempercepat

gerak partikel bermuatan listrik, proton, deutron, elektron dan laian-lain sebagainya. Walaupun

beda potensial yang sangat tinggi (sampai jutaan volt) dioperasikan pada akselerator tersebut

untuk mempercepat elektron, akan tetapi kenyataannya diperoleh bahwa kelajuan elektron

tersebut tidak melebihi dari 0,99 c. Sedangkan secara eksperimen hubungan antara beda

potensial dan kelajuan elektron adalah

2. Kelajuan cahaya dalam vakum memiliki nilai sama, yaitu c = 3 x 108 m/s dalam semua

kerangka acuan inersial.

Dalam bab ini akan dibahas hanya teori relativitas khusus, meliputi penjumlahan kecepatan

relativistik, penyusutan panjang (kontraksi panjang), pemuluran waktu (dilatasi waktu), massa

relativistik, energi dan momentum relativistik.

eV

Rumus tersebut menunjukkan bahwa apabila besar beda potensial AKV yang dioperasikan pada

2

1 2

AK mv

sebuah akselerator ditingkatkan 4 kali semula, maka energi kinetik elektron juga akan meningkat

menjadi 4 kali semula dan kelajuan elektron akan meningkat mejadi 2 kali semula. Berarti bila

pada suatu saat kecepatan elektron yang dihasilkan oleh sebuah akselerator adalah 0,6 c,

kemudian beda potensial dinaikkan menjadi 4 kali semula, maka kelajuan elektron menjadi 2 x

0,6 c = 1,2 c. Tetapi dalam eksperimen hanya diperoleh kelajuan elektron tetap sebesar 0,99 c.

Ini menunjukkan bahwa hukum mekanika Newton bertentangan dengan hasil percobaan yang

berhubungan dengan kecepatan relativistik.

Pada tahun 1905 Einstein mengemukakan teori relativitas khusus untuk menjelaskan batas

kecepatan suatu partikel. Disebut teori relativitas khusus karena hanya berlaku bagi kerangka

acuan inersial. baru pada tahun 1916 Einstein mengusulkan teori relativita umum yang

digunakan bagi semua kerangka acuan, baik inersial mapun noninersial. Dalam teori ini, Eintein

mengemukakan dua postulat dasar sebagai berikut :

1. Semua hukum fisika memiliki bentuk yang sama pada semua kerangka acuan inersial

Fisika Moderen

BAB II

SIFAT PARTIKEL DARI GELOMBANG

Sifat khas dari cahaya adalah dapat menunjukkan peristiwa pemantulan, pembiasan,

interferensi dan difraksi. Oleh karena itu teori fisika klasik menganggap cahaya adalah

gelombang. Kemudian teori Maxwell menyatakan bahwa cahaya (sinar tampak) adalah

gelombang elektromagnetik.

Dalam bab yang lalu telah diperoleh fakta bahwa mekanika Newton harus diganti dengan

teori relativitas khusus Einstein, apabila dilakukan pembahasan tentang kecepatan partikel yang

berada dalam orde kecepatan cahaya. Walaupun pada awal abad ke-20 telah banyak

permasalahan yang dapat diterangkan dengan menggunakan teori relativitas, namun masih ada

hasil-hasil percobaan dan persoalan-persoalan teoritis yang belum terjawab. Misalnya fenomena

spektra radiasi benda hitam, efek fotolistrik, radiasi sinar-x dan hamburan Compton, tidak

dapat dijelaskan jika cahaya masih dipandang sebagai gelombang.

Sehubungan dengan fenomena radiasi benda hitam, pada tahun 1990 Max Planck

menyatakan bahwa cahaya dianggap sebagai aliran partikel yang terdiri dari paket-paket energi

yang disebut kuanta atau foton. Jadi cahaya dipandang selain bersifat sebagai gelombang juga

bersifat sebagai partikel. Dapatlah dikatakan bahwa cahaya memiliki sifat dualisme, yaitu dalam

keadaan tertentu sifat gelombang cahaya lebih menonjol daripada sifat partikel cahaya dan dalam

keadaan lainnya sifat partikel cahaya lebih menonjol daripada sifat gelombangnya.

Jika elektron, proton dan neutron yang masing-masing mempunyai massa dan digolongkan

sebagai kelompok partkel, apakah partikel seperti elektron juga memiliki sifat dualisme ? Louis

de Broglie dengan hipotesisnya bahwa partikel seperti elektron yang bergerak dengan kecepatan

tertentu dapat memiliki sifat gelombang dengan panjang gelombang yang sesuai. Berdasarkan

hipotesis ini, maka partikelpun memiliki sifat dualisme (dualisme gelombang partikel). Hipotesis

de Broglie dibuktikan melalui percobaan difraksi elektron yang dilakukan oleh Davisson-

Germer dan G.P.Thomson

2.1. RADIASI BENDA HITAM

2.1.1. PERCOBAAN RADIASI BENDA HITAM

Sumber cahaya dapat diperoleh melalui benda-benda padat yang dipanaskan, seperti filamen

lampu pijar ataupun lucutan listrik dalam gas, seperti lampu TL, lampu neon dan helium. Jika

sebuah lampu pijar 100 watt dan 5 watt dinyalakan secara bersama-sama selama selang waktu

tertentu. Lampu 100 watt menyerap 100 joule energi listrik setiap detik, sedangkan lampu 5 watt

menyerap 5 joule energi listrik setiap detik. Berarti energi yang digunakan lampu 100 watt lebih

besar daripada lampu 5 watt. Ternyata suhu lampu 100 watt lebih tinggi daripada lampu 5 watt.

Hal ini menunjukkan bahwa makin besar energi yang diserap oleh suatu benda makin tinggi

kenaikan suhunya dan makin tinggi suhu suatu benda makin besar energi kalor yang dipancarkan

benda tersebut.

Suatu benda hitam adalah permukaan benda hitam atau kusam yang merupakan penyerap

dan sekali gus pemancar radiasi kalor yang baik. Sedangkan permukaan putih atau mengkilat

adalah penyerap dan pemancar radiasi kalor yang buruk.

Sebuah kotak yang permukaan dalamnya dicat warna putih, kotak dilengkapi dengan

tutup dan pada salah satu dindingnya di beri lubang, maka lubang tersebut dapat berfungsi

sebagai benda hitam (Gambar 2.1.1).

Mula-mula ketika tutup kotak dalam keadaan terbuka dan kotak berada di tempat yang

terang (sinar matahari ) ternyata lubang menunjukkan warna putih (terang), akan tetapi ketika

tutup kotak ditutup, lubang menunjukkan warna hitam (gelap). Mengapa demikian ?

Fisika Moderen

BAB III

SIFAT GELOMBANG DARI PARTIKEL

Jika elektron, proton dan neutron yang masing-masing mempunyai massa dan digolongkan

sebagai kelompok partkel, apakah partikel seperti elektron juga memiliki sifat dualisme ? Louis

de Broglie dengan hipotesisnya bahwa partikel seperti elektron yang bergerak dengan kecepatan

tertentu dapat memiliki sifat gelombang dengan panjang gelombang yang sesuai. Berdasarkan

hipotesis ini, maka partikelpun memiliki sifat dualisme (dualisme gelombang partikel). Hipotesis

de Broglie dibuktikan melalui percobaan difraksi elektron yang dilakukan oleh Davisson-

Germer dan G.P. Thomson

Dalam peristiwa interferensi dan difraksi cahaya, sifat gelombang cahaya lebih menonjol

daripada sifat partikelnya, sedangkan dalam peristiwa efek fotolistrik dan efek Compton, sifat

partikel cahaya lebih menonjol daripada sifat gelombangnya. Sifat partikel dinyatakan oleh

besaran momentum (p), sedangkan besaran gelombang dinyatakan oleh besaran panjang

gelombang (λ).

3.1.TEORI DE BROGLIE

Dalam tahun 1913 Niels Bohr memadukan antara konsep klasik dan kuantum dengan postulat

Bohr pertama, menyatakan bahwa elektron atom dapat mengelilingi inti atom tanpa

memancarkan energy gelombang elektromagnetik. Elektron berada pada orbit yang momentum

angulernya merupakan kelipatan dari

adalah Ln = m v rn

Jika n = 1, maka panjang gelombang elektron menurut postulat Bohr menjadi

Bandingkan rumus postulat Bohr dengan rumus momentum foton p = . ( persamaan ( 2.11).

Berdasarkan kepada sifat dualisme cahaya, maka Louis de Broglie pada tahun 1924

mengemukakan teori yang menyatakan bahwa partikel seperti elektron yang bergerak ada

kemungkinan memiliki sifat gelombang dengan panjang gelombang yang sesuai. Elektron yang

bergerak dengan kecepatan v memiliki momentum p = mv, sehingga panjang gelombang de

Broglie dari elektron tersebut adalah

(3-1)

hcλ

pc pc

nm eV 1240

λ p

h

mv

h

h

λ

λ . p

h

mv

h

hnλ n

p

hnr π2 n n

mv p

h

hnr vm n

2π

hnLn

2π

hn .Berdasarkan rumus momentum anguler pada orbit n

2π

Fisika Moderen

BAB V

TEORI KUANTUM

Dalam tahun 1896 seorang fisikawan Belanda bernama Pieter Zeeman mengamati spektrum

yang dipancarkan oleh atom-atom gas yang berada di dalam medan magnetik homogen. Hasil

pengamatan Zeeman menjelaskan bahwa sebuah spektral yang dihasilkan oleh suatu atom gas

akan terpecah menjadi tiga garis yang terpisah apabila atom gas tersebut dipengaruhi oleh medan

magnetik luar homogen. Peristiwa ini disebut efek Zeeman Normal.

Terjadinya efek Zeeman tidak dapat dijelaskan oleh orbit lingkaran model atom Bohr, karena

orbit lingkaran hanya memiliki satu orientasi atom atau hanya satu arah momentum sudut.

Vektor momentum sudut L adalah vektor yang melalui inti atom dan tegak lurus bidang orbit.

Arah vektor L dan arah putaran elektron ditunjukkan oleh kaedah tangan kanan. Jika jempol

menyatakan arah vektor L, maka arah putaran empat jari menyatakan arah putaran elektron

dalam orbitnya.

Berdasarkan efek Zeeman, maka Arnold Sommerfeld mengusulkan bahwa orbit elektron

selain berbentuk lingkaran harus ada yang berbentuk ellips. Dengan orbit ellips, orientasi orbit

dapat lebih dari satu. Oleh karena itu untuk menyatakan keadaan kuantum dari elektron

diperlukan dua bilangan kuantum lain yang menyatakan vektor momentum sudut orbital, yaitu

bilangan kuantum orbital dan bilangan kuantum magnetik.

bilangan kuantum yang menentukan besar momentum sudut elektron diberi lambang L,

bulat mulai dari nol sampai dengan (n-1).

Dalam bab ini akan dibahas, bagaimana cara medan magnetik mempengaruhi atom,

sehingga menybabkan terjadinya Efek Zeeman Normal ?

5.1. BENTUK TUNAK PERSAMAAN SCHRODINGER

Letak perbedaan antara mekanika klasik ( mekanika Newton) dan meanika kuantum adalah pada

cara menafsirkannya. Dalam mekanika klasik, kedudukan dan momentum akhir sebuah partikel

dapat ditentukan oleh kedukan dan momentum awal serta gaya-gaya yang beraksi pada partikel

tersebut. Semua besaran tersebut dapat diukur dengan ketelitian yang tinggi, namun dalam

mekanika kuantum kedudukan dan momentumn awal serta gaya-gaya yang beraksi tidak dapat

diukur dengan ketelitian yang tinggi. Misalnya dalam mengukur jari-jari lintasan elektron dalam

atom hidrogen, apakah selalu diperoleh angka tepat sama dengan 5,28 x 10-11

m. Oleh karena itu

di dalam mekanika kuantum diambil angka peluang terbesarnya. Dalam setiap eksperimen sering

menghasilkan harga-harga yang berbeda, mungkin lebih besar atau lebih kecil, akan tetapi

sebahagian besar berpeluang terbesar diperoleh angka sama dengan 5,28 x 10-11

m.

Kuantitas yang diperlukan dalam mekanika kuantum adalah fungsi gelombang dari

partikel yang dinyatakan oleh ψ. Dalam penentuan harga fungsi gelombangψ, maka disyaratkan

partikel mempunyai kebebasan bergerak, artinya partikel tidak dipengaruhi oleh gaya eksternal.

Contohnya adalah getaran harmonik, gerak elektron dalam atom dan gerak partikel dalam kotak.

Kerapatan peluang P untuk mendapatkan sebuah partikel pada saat melalui suatu titik tertentu

peluang mempunyai rumus seperti

dVψP x

2x

1

2

dalam ruang (x, y, z) pada saat t adalah berbanding lurus dengan ψ 2. Oleh karena itu kerapatan

Bilangan kuantum orbital disebut bilangan kuantum azimut, diberi lambang l , adalah

sedangkan bilangan kuantum magnetik, diberi lambang lm , adalah bilangan kuantum yang

menentukan arah momentum sudut elektron. Harga l dibatasi oleh harga n, yaitu bilangan

Fisika Moderen

BAB VI

ATOM BERELEKTRON BANYAK

6.1. EFEK ZEEMAN ANOMALOUS

Model Bohr- Sommerfeld yang menyatakan bahwa orbit elektron dalam mengelilingi inti atom

selain berbentuk lingkaran juga harus ada yang berbentuk ellips, ternyata telah berhasil

menjelaskan efek Zeeman normal (NEZ). Dalam model ini keadaan elektron ditetapkan

berdasarkan tiga bilangan kuantum n, l dan ml . Akan tetapi model atom Bohr- Sommerfeld tidak

dapat menjelaskan hasil eksperimen yang menyatakan bahwa sebenarnya garis-garis spektral itu

terpecah lebih dari tiga komponen. Fenomena ini disebut efek Zeeman Anomalous (AEZ).

Dalam tahun 1921, O. Stern dan W.Gerlach melakukan percobaan, yaitu mengarahkan

seberkas atom perak netral ( momentum sudut orbital total nol) yang berasal dari sebuah tungku

(oven) melewati celah kolimator dan kemudian berkas atom masuk kedalam daerah medan

magnetik tak hamogen (Gambar 6.1)

Gambar 6.1 : Diagram eksperimen Stern-Gerlach. Tanpa medan magnetik pada layar fotografik terbentuk garis lurus, tetapi dengan ada medan magnetik

terbentuk pola seperti pada gambar.

Dengan adanya medan magnetiktak homogen, maka pada layar fotografik terbentuk pola

seperti pada gambar. Gejala ini dapat ditafsirkan bahwa berkas atom semula telah dipisahkan

olehmedan magnetik tak homogen menjadi dua bahagian, yaitu berkas atom yang menyimpang

ke arah kutub magnetik U dan berkas atom yang menyimpang ke arah kutub magnetik S. Gaya

yang menyebabkan penyimpangan berkas atom adalah

(6-1)

Karena atom-atom dalam keadaan netral, maka momen magnetik yang berkaitan dengan

gerak orbital elektronnya adalah nol. Oleh karena itu interaksi magnetik yang menghasilkan

penyimpangan berkas atom dari arahnya semula harus berasal dari momen magnetik lainnya.

Fenomena ini membuktikan bahwa elektron-elektron di dalam atom memiliki duakutub magnetik

yang arah momen magnetiknya saling berlawanan. Momen magnetik ini disebut momen

magnetik spin. Di dalam medan magnetik homogen, maka momen magnetik spin hanya

mengalami momen gaya yang mempunyai kecendrungan untuk mensejajarkan dirinya terhadap

S

U

oven berisi

atom perak

netral

kolimator plat fotografik

dBθ cosuF sz

dz

Fisika Moderen

DAFTAR PUSTAKA

Beiser, Arthur (Alih Bahasa : The Houw Liong). (1990), Konsep Fisika Modern, Jakarta :

Erlangga.

Kanginan, Marthen. (2000). Fisika 2000, SMU Kelas 3 jilid 3C, Jakarta : Erlangga

Kaplan, Irving. (1962). Nuclear Physics, Cambridge : Addison Wesley Publishing Company.

Krane, Kenneth. S. (Penerjemah : Hans J) (1992). Fisika Modern, Jakarta : Universitas

Indonesia.

L. A. Littefield & N. Thorley. (1979) Atomic and Nuclear Physics An Introduction, New

York : Van Nostrand Reinhold Company. Ltd.

Fisika Moderen

FISIKA MODEREN

FISIK

A M

OD

ER

EN

Ed

isi K

e - 2

Dr. T

arm

izi, M.P

d

Dicetak oleh :

Percetakan & PenerbitSYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS

Darussalam, Banda AcehTelp. (0651) 8012221 Email. upt.percetakan@unsyiah.ac.id

SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS

Edisi Ke - 2 Drs. Tarmizi, M.Pd