Sifat Gelombang Pada Partikel

BAB I

PENDAHULUAN

Sistem mekanika yang berkaitan daengan sistem kuantum lazim disebut”mekanika kuantum”.dalam hal ini akan dibahas serangkaian bukti percobaan yang mendukung perilaku gelombang berbagai partikel seperti elektron.Dalam fisika klasik,hukum-hukum yang mengatur kekhasan gelombang dan partikel sama sekali berbeda.gerak peluru memenuhi hukum-hukum yang berlaku bagi partikel,seperti mekanika newton;sedangkan gelombang mengalami interferensi dan difraksi,yang tidak dapat dijelaskan dengan mekanika newton yang berlaku bagi partikel.Energi yang diambil sebuah partikel(atau peluru)terpusat dalam ruang batas partikel; sebaliknya energi gelombang,tersebar diseluruh ruang pada muka-muka gelombangnya yang terus mengembang. Berlawanan dengan perbedaan tegas yang berlaku dalam fisika klasik ini,teori kuantum mensyaratkan bahwa,dalam lingkungan mikroskopik,partikel kerap kali mematuhi pula hukum-hukum yang berlaku pada gelombang! Dengan demikian,kita dipaksa untuk membuang beberapa pengertian klasik tentang perbedaan partikel dan gelombang.Kita telah mengetahui bagaimana elektron,apabila mengalami hamburan compton,berperilaku seperti bola bilyar klasik,sehingga kita cenderung mempercayai bahwa dengan semacam tang yang sangat halus kita akan dapat memungut elektron.Tetapi,jika elektron adalah sebuah gelombang,maka kita sama sekali tidak dapat melakukan hal tersebut.

Dalam upaya memberikan suatu sistem pemahaman masuk akal dan matematis untuk memecahkan dilema-dilema seperti itu,kita akan merujuk kesejumlah aksioma,analogi dan contoh yang tudak ada pasangannya dalam fisika klasik,sehingga mungkin akan membuat kita akan akan ragu tentang landasan dari logika fisika kuantum.sejak mekanika kuantum pertama kali dikemukakan,para fisikawan telah menggeluti dilema yang sama ini,namun jawaban yang memuaskan terhadap penjelasan mengapa ketercampuradukan perilaku gelombang dan partikel yang penuh teka-teki ini harus terjadi,belumlah terpecahkan.hal yang terpenting adalah penerapan berlakunya..Rumusan matematikanya kita menghitung secara terinci sifat berbagai atom serta intiya dengan ketelitian yang sangat luar biasa.

Ciri perkembangan fisika biasanya ditandai dengan periode panjang pekerjaan eksperimen dan teori tidak memuaskan yang kadang-kadang diselingi oleh cetusan berbagai gagasan mendalam yang menyebabkan perubahan mencolok dalam cara kita memandang alam semesta. Seringkali,semakin dalam gagasan yang dicetuskan dan semakin berani orang mengambil langkah awl semakin sederhana pula gagasan itu tampak dalam sudut pandang sejarah, sehingga kita cenderung bersandar kebelakang dan bertanya dalam hati, “mengapa saya tidak memikirkannya?” Teori relativitas einstein merupakan salah satu contohnya dan hipotesis si warga peranciLouis deBroglie adalah contoh lain.

BAB II

PEMBAHASAN

Sifat Dualisme Gelombang Partikel

Pada tahun 1924, Louis de Broglie, seorang ahli fisika dari prancis mengemukakan hipotesis tentang gelombang partikel. Gagasan ini adalah timbal balik daripada gagasan partikel cahaya yang dikemukakan Max Planck. Louis de Broglie meneliti keberadaan gelombang melalui eksperimen difraksi berkas elektron. Dari hasil penelitiannya inilah diusulkan “materi mempunyai sifat gelombang di samping partikel”, yang dikenal dengan prinsip dualitas.

Sifat partikel dan gelombang suatu materi tidak tampak sekaligus, sifat yang tampak jelas tergantung pada perbandingan panjang gelombang de Broglie dengan dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya. Pertikel yang bergerak memiliki sifat gelombang. Fakta yang mendukung teori ini adalah petir dan kilat. Kilat akan lebih dulu terjadi daripada petir. Kilat menunjukan sifat gelombang berbentuk cahaya, sedangkan petir menunjukan sifat pertikel berbentuk suara.

Gelombang Partikel

Hipotesis tentang gelombang partikel berasal dari gagasan foton Einstein. Kemudian diterapkan Louis de Broglie pada 1922, sebelum Compton membuktikannya, untuk menurunkan Hukum Wien (1896). Ini menyatakan bahwa "bagian tenaga elektromagnet yang paling banyak dipancarkan benda (hitam) panas adalah yang frekuensinya sekitar 100 milyar kali suhu mutlak (273 + suhu Celsius) benda itu". Pekerjaan ini ternyata memberi dampak yang berkesan bagi de Broglie.

Pada musim panas 1923, de Broglie menyatakan, "secara tiba-tiba muncul gagasan untuk memperluas perilaku rangkap (dual) cahaya mencangkup pula alam partikel". Ia kemudian memberanikan diri dengan mengemukakan bahwa "partikel, seperti elektron juga berperilaku sebagai gelombang". Gagasannya ini ia tuangkan dalam tiga makalah ringkas yang diterbitkan pada 1924; salah satunya dalam jurnal vak fisika Perancis, Comptes Rendus.

Penyajiannya secara terinci dan lebih luas kemudian menjadi bahan tesis doktoralnya yang ia pertahankan pada November 1924 di Sorbonne, Paris. Tesis ini berangkat dari dua persamaan yang telah dirumuskan Einstein untuk foton, E=hf dan p=h/. Dalam kedua persamaan ini, perilaku yang "berkaitan" dengan partikel (energi E dan momentum p) muncul di ruas kiri, sedangkan ruas kanan dengan gelombang (frekuensi f dan panjang gelombang , baca: lambda). Besaran h adalah tetapan alam yang ditemukan Planck, tetapan Planck.

Secara tegas, de Broglie mengatakan bahwa hubungan di atas juga berlaku untuk partikel. Ini merupakan maklumat teori yang melahirkan gelombang partikel atau de Broglie. Untuk partikel, seperti elektron, momentum p adalah hasilkali massa (sebanding dengan berat) dan lajunya. Karena itu, panjang gelombang de Broglie berbanding terbalik dengan massa dan laju partikel. Sebagai contoh, elektron dengan laju 100 cm per detik, panjang gelombangnya sekitar 0,7 mm.

Menurut de Broglie, partikel yang bergerak sangat cepat, mempunyai cirri-ciri gelombang. Sifat-sifat gelombang dari partikel dinyatakan dalam persamaan:

λ = h/mv

dimana: λ = panjang gelombang

m = massa partikel

v = kecepatan

h = tetapan Planck

persamaan diatas dikenal dengan nama persamaan de Broglie dimana persamaan ini dapat dipergunakan untuk menghitung besarnya panjang gelombang dari suatu partikel yang bergerak dengan kecepatan v.

Partikel dan sifat gelombang

Berdasarkan ide yang dikemukakan oleh Einstein, sebuah foton dengan energi hv (frekuensi v dan panjang gelombang λ) memiliki momentum linear searah dengan arah pergerakannya dan dengan besarannya p yang dinyatakan sebagai berikut:

Pada tahun 1923, A. H. Compton membenarkan ide ini dengan menggunakan eksperimen hamburan sinar-X dan elektron. Sehingga, perilaku sebuah foton yang memiliki momentum sebesar h/λ dan energi hv dapat diketahui. Pada tahun 1923, de Broglie mempostulasikan bahwa sebuah partikel dapat memiliki panjang gelombang yang berkaitan dengan momentum yang ia miliki melalui persamaan (1.25) di mana momentum dan panjang gelombang adalah saling berhubungan satu dengan yang lainnya dan sebaliknya. Sifat gelombang dari sebuah elektron disebut sebagai gelombang elektron dan secara umum sifat gelombang dari materi disebut sebagai gelombang materi atau gelombang de Broglie. Panjang gelombang λ untuk gelombang materi diberikan oleh persamaan berikut, di mana juga ekivalen dengan persamaan.

Hubungan ini dikenal sebagai hubungan de Broglie

Contoh 1. 9. Hitung panjang gelombang dari sebuah berkas elektron yang mengalami akselerasi dari 0 V hingga 150 V.

(Jawaban) Energi kinetik, E adalah energi yang diperoleh melalui percepatan yang dihasilkan oleh beda potensial yang diberikan yaitu sebesar 150 V.

Secara umum, terdapat persamaan-persamaan berikut untuk elektron yang memiliki masa m, kecepatan v, momentum p dan energi kinetik E.

 Dengan menggunakan hubungan de Broglie λ = h/p, kita akan mendapatkan

(Sebuah rumus yang berguna untuk mendapatkan panjang gelombang λ dari sebuah gelombang elektron dengan energi kinetik Z eV diberikan oleh λ = √150/Z x 10 -10 m ). Bintik yang indah yang ditunjukkan pada Gambar 1.10 diamati oleh M. T. F. Laue pada tahun 1912 ketika gelombang sinar-X dipancarkan melalui sebuah kristal. Ini menunjukkan proses difraksi oleh sinar-X yang memiliki perilaku sebagai gelombang elektromagnetik. Gelombang sinar-X yang dipantulkan oleh susunan yang teratur dari atom-atom yang terpisah dengan jarak d (Gambar 1.11) akan mengalami penguatan jika kondisi berikut dipenuhi

Ini disebut sebagai kondisi Bragg untuk refleksi (Hukum Bragg) dan n disebut sebagai orde refleksi. Hal yang sama, gelombang elektron telah dikonfirmasi dengan eksperimen bahwa ia menunjukkan fenomena difraksi terhadap susunan atom-atom yang teratur pada kristal. Hal ini ditunjukkan oleh C. J. Davisson dan L. H. Germer pada tahun 1925 dan juga oleh G. P. Thompson pada tahun 1927. Bentuk dari difraksi elektron ditunjukkan pada gambar 1.12. Distribusi spasial yang tidak homogen yang dibentuk oleh interferensi gelombang elektron sangat berhubungan erat dengan pembentukan dan penghancur an ikatan kimia.

HIPOTESIS De BROGLIE

Ciri perkembangan fisika biasanya ditandai dengan periode panjang pekerjaan eksperimen dan teori tidak memuaskan yang kadang-kadang diselingi oleh cetusan berbagai gagasan mendalam yang menyebabkan perubahan mencolok dalam cara kita memandang alam semesta. Seringkali,semakin dalam gagasan yang dicetuskan dan semakin berani orang mengambil langkah awl semakin sederhana pula gagasan itu tampak dalam sudut pandang sejarah, sehingga kita cenderung bersandar kebelakang dan bertanya dalam hati, “mengapa saya tidak memikirkannya?” Teori relativitas einstein merupakan salah satu contohnya dan hipotesis si warga peranciLouis deBroglie adalah contoh lainnya.

 Louis de Broglie mengemukakan hipotesis:

"Cahaya selain memiliki sifat sebagai partikel, juga memiliki sifat sebagai gelombang".

• Berdasarkan keyakinan akan adanya simetri di alam, Louis de Broglie (1924) mengusulkan suatu hipotesis bahwa partikel dan gelombang EM saling berinteraksi

• gelombang EM memiliki beberapa sifat yang mirip partikel

• kumpulan partikel juga menunjukkan perilaku sebagai gelombang EM

• haya dikenal sebagai radiasi gelombang EM dari benda yang dipanaskan

• De Broglie mengusulkan suatu hubungan antara panjang gelombang  dengan momentum partikel p = mv sebagai:

•  = h/p dengan h adalah konstanta Planck = 6.626 x 10-34 J sec.

BEBERAPA PENGAMATAN deBroglie:

• setiap benda akan memancarkan cahaya bila dipanaskan, contoh besi yang dipanaskan

• warna yang terpancar tidak bergantung pada jenis bahan atau warna asalnya, melainkan pada temperaturnya semata

• di samping cahaya tampak, benda tersebut juga memancarkan radiasi infra merah radiasi juga tetap terjadi bila benda yang digunakan berwarna hitam (mis: karbon)

• radiasi baru melemah jika benda didinginkan sampai mendekati temperatur mutlak (0 kelvin)

DUALISME PARTIKEL GELOMBANG

• Partikel dan gelombang sejak lama dikenal sebagai dua kuantitas yang berbeda dan sama sekali tidak berhubungan

• elektron dikenal sebagai partikel bermuatan negatif dan menjadi penghantar listrik dalam logam

• caManfaat dari hubungan de Broglie:

• Hubungan de Broglie, merupakan “jembatan” yang menghubungkan sifat partikel dari gelombang dan sifat gelombang dari partikel

• sifat dominan yang muncul adalah salah satu (tidak pernah keduanya tampil bersamaan) Ini dikenal sebagai “dualisme partikel gelombang

Aplikasi hubungan de Broglie:

• Efek Fotolistrik adalah percobaan yang menampilkan sifat partikel dari gelombang cahaya

• Difraksi elektron adalah percobaan yang menampilkan sifat gelombang dari partikel

Efek Fotolistrik:

• Cahaya biru monokromatik diarahkan pada elektroda negatif

• Arus listrik akan mengalir dan terbaca di pengukur arus

BAB III

PENUTUP

A. KESIMPULAN

• Partikel dan gelombang sejak lama dikenal sebagai dua kuantitas yang berbeda dan sama sekali tidak berhubungan

• elektron dikenal sebagai partikel bermuatan negatif dan menjadi penghantar listrik dalam logam

• cahaya dikenal sebagai radiasi gelombang EM dari benda yang dipanaskan

• Berdasarkan keyakinan akan adanya simetri di alam, Louis de Broglie (1924) mengusulkan suatu hipotesis bahwa partikel dan gelombang EM saling berinteraksi

• gelombang EM memiliki beberapa sifat yang mirip partikel

• kumpulan partikel juga menunjukkan perilaku sebagai gelombang EM

• De Broglie mengusulkan suatu hubungan antara panjang gelombang  dengan momentum partikel p = mv sebagai:

•  = h/p

• dengan h adalah konstanta Planck = 6.626 x 10-34 J sec.