Edisi Ke - 2
Drs. Tarmizi, M.Pd
FISIKA MODEREN
Dicetak oleh :
Percetakan & Penerbit SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS Telp. (0651) 8012221 Email.
[email protected] Darussalam, Banda Aceh
SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS
FISIKA MODEREN Drs. Tarmizi, M.Pd
SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS 2016
_______________________________________________________ Judul Buku
Fisika Modern _______________________________________________________ Penulis Drs. Tarmizi, M.Pd _______________________________________________________ Penerbit Syiah Kuala Universty Press Kampus Universitas Syiah Kuala Jl. Tgk. Chik Pante Kulu Email :
[email protected] 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 _______________________________________________________
Page ii
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 Moderen
Page iii
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
Page iv
2.4.
2.3.1. MOMENTUM FOTON ................................................................ 48 2.3.2. EFEK COMPTON ........................................................................ 49 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
Page v
Fisika Moderen
6.5 6.6
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 RESISTIVTAS LISTRIK ................................................................................. 117 SINAR LASER ................................................................................................ 117
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 120
Fisika Moderen
Page vi
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
Page 121
