Ringkasan Materi Fisika Kelas Xii

Ringkasan Materi Kelas XII I. Gelombang Gelombang merupakan perambatan dari getaran A. Dibedakan berdasarkan: Gelombang mekanik (gel. yg memerlukan medium perambatan)

1. Medium perambatan

Gelomabang Elektromagnetik (gel yg tidak memerlukan medium perantara)

Gelombang longitudinal (arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya)

2. Arah perambatan

Gelombang tranversal (arah getarnya tegak lurus arah rambatnya B. Persamaan Gelombang Berjalan

λ v = atau v = λ . f T

! ingat:

v = λ. f

Ket: v = kecepatan rambat λ = panjang gelombang T = periode f = frekuensi

λ = T.v

Ket: y = simpangan A = amplitudo

y = A. sin .ω.t

ω = kecepatan sudut ( ω = 2πf atau ω = t = waktu y p = A. sin .ω.t p menjauhi

v

o

p

x

 = n.λ 2π k= λ

2π ) T

mendekati

x  x  = A. sin .ω  t −  atau A. sin .ω  t +   v  v 2πx    = A. sin . ω.t − Tv   2πx    = A. sin . ω.t − λ   = A. sin .( ω.t + kx ) y p = A. sin .( ω.t ± kx )

C. Gelombang Stasioner Terjadi akibat perpaduan (interferensi) antara gelombang datang dan gelombang pantul 1. Gelombang stasioner ujung tetap

simpul

y = y1 + y 2 = A. sin .( ωt − kx ) − A. sin .( ωt + kx ) = 2 A. sin .kx. cos .ωt

A ' = 2 A. sin .kx y1 = A. sin .( ωt − kx )

gel.datang

y 2 = A. sin .( ωt + kx + π )

gel.pantul

= − A. sin .( ωt + kx ) 2. Gelombang stasioner ujung bebas perut

y1 = A. sin .( ωt − kx ) gel.datang y 2 = A. sin .( ωt + kx )

gel.pantul

y = y1 + y 2 = A. sin .( ωt − kx ) + A. sin .( ωt + kx ) = 2 A. sin .ωt. cos .kx

A ' = 2 A. sin .ωt

Letak simpul dan perut pada gelombang stasioner a. Letak simpul dan perut pada gelombang stasioner ujung tetap

λ ; n = 0,1,2,... 4

Letak simpul

x n +1 = 2n ×

Letak perut

x n +1 = ( 2n + 1)

λ ; n = 0,1,2,... 4

b. Letak simpul dan perut pada gelombang stasioner ujung bebas Letak simpul

Letak perut

x n +1 = ( 2n + 1)

x n +1 = 2n ×

λ ; n = 0,1,2,... 4

λ ; n = 0,1,2,... 4

D. Sifat – Sifat Gelombang 1. Dispersi gelombang Bentuk pulsa berubah ketika pulsa merambat sepanjang tali. Pulsa tersebar disebut juga dengan dispersi. Dispersi gelombang adalah perubahan bentuk gelombang ketika gelombang merambat melalui suatu medium. Kebanyakan bentuk medium nyata yang kita temui adalah gelombang nondispersi 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 celah tersebut. Lenturan gelombang akibat dari celah penghalang disebut Difraksi gelombang. Jika penghalang yang diberikan lebar hanya muka

gelombang pada tepi celah saja yang melengkung. Untuk penghalang 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 gelombang – gelombang yang berpadu tersebut disebut Interferensi gelombang. Dengan menggunakan konsep fase, dapat kita katakan 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 meniadakan) terjadi bila kedua gelombang yang berpadu berlawanan fase. Amplitudo gelombang paduan sama dengan nol. 4. Polarisasi gelombang Polarisasi

dapat

menghambat

laju

gelombang.

Efeknya hanya

dialami

gelombang transversal. Gelombang trasveral memiliki arah rambat yang tegak lurus dengan bidang rambatnya. Jika gelombang transversal memiliki arah rambat pada suatu garis lurus gelombang ini terpolarisasi linier. 5. Efek dopler Efek dopler untuk semua gelombang muncul ketika ada gerak relatif antra sumber gelombang dengan pengamat. Ketika gelombang dan pengamat 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. Gelombang Elektromagnetik Gelombang elektromagnetik adalah rambatan perubahan medan 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 : ”Perubahan medan magnet akan menimbulkan medan listrik”  Lorentz : ”Kawad berarus listrik dalam medan magnet terdapat gaya”  Biot Savart :”Aliran muatan (arus) listrik menghasilkan medan magnet”  Huygens: ”Cahaya sebagai gerak gelombang”  Maxwell : ”Perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet” , ”Cahaya adalah gelombang elektromagnetik” Dalam

hipotesisnya

Maxwell

mengemukakan

bahwa

gelombang

elektromagnetik akan memenuhi keempat persamaan yang telah diajukan. c=

Ket:

1

c = cepat rambat elektromagnetik

µ 0ε 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)

Oleh karena itu besar c yaitu 2,99792 × 10 8 m/s 1. Dispersi Cahaya Peristiwa peruraian cahaya disebut dispersi cahaya. Jika sinar polikromatik melewati

suatu

prisma

maka

cahaya

akan

terurai

menjadi

sinar

monokromatik. Dispersi terjadi karena adanya perbedaan panjang gelombang sehingga kecepatan tiap gelombang pun berbeda – beda.

δ w = ( n w − 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 = du − dm = ( nu − 1) β − ( n m − 1) β ϕ = ( nu − n m ) β

Ket: nu = indeks bias untuk warna ungu

n m = indeks bias warna merah d u = sudut deviasi warna ungu 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 180o. Sedangkan interferensi konstruktif (memperkuat) jika kedua gelombang itu sefase. •

Interferensi celah ganda Young 1 d sin θ = ( 2n − 1) λ atau d sin θ = ( n − 1) λ 2

•

Lapisan Tipis 1 1  ∆S = 2t = mλ '+ λ ' Atau ∆S = 2t =  m + λ ' ; m = 0,1,2,3,... 2 2 

 Intensitas gelombang elektromagnetik (S) / energi rata – rata per satuan luas S=

E 0 B0 sin 2 ( kx − ϖt ) µ0

1 2 S = ε 0 E0 c 2

S max =

E 0 B0 µ0 2

E S = 0 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. Radio

e = emitivitas

2. Gel. Radar I=

3. Gel. Inframerah 4. Cahaya Tampak

∇ = konstanta bolztman

W = e∇T 4 A

5. Sinar Ultra Ungu 6. Sinar X 7. Sinar Gama

III.

Teori Relativitas Khusus Teori relativitas khusus dikemukakan oleh Albert Einstein 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 cahaya di ruang hampa mutlak/sama,

tidak

tergantung

maupun sumber cahaya. 1  PENJUMLAHAN KECEPATAN RELATIVITAS

v=

( v1 + v 2 )  v1 .v 2  1 + 2  C  

pada

gerak

adalah

pengamat

v1 = laju benda 1 terhadap bumi v 2 = laju benda 2 terhadap benda 1 v = laju benda 2 terhadap bumi C = kecepatan cahaya

 DILATASI WAKTU Pengertian dilatasi waktu ialah selang waktu yang dipengaruhi oleh gerak relatif kerangka (v).

Dt =

Dto 2 Ο 1 − v  c2 

  

Dto = selang waktu yang diamati pada kerangka diam (diukur dari kerangka bergerak)

Dt = selang waktu pada kerangka bergerak (diukur dari kerangka diam)  KONTRAKSI PANJANG

v L = Lo 1 −   c

2

L = panjang benda pada kerangka bergerak Lo = panjang benda pada kerangka diam

 MASSA RELATIVITAS m=

mo v 1−   c

2

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 pembahasan relativitas tidak berlaku hukum kekekalan massa karena massa benda yang bergerak > massa benda diam, tapi hukum kekekalan massa energi tetap berlaku.

IV.

DUALISME GELOMBANG PARTIKEL  Gejala Foto Listrik

Emisi (pancaran) elektron dari logam sebagai akibat penyinaran gelombang elektromagnetik (cahaya) pada logam tersebut. Hasil-hasil percobaan menunjukkan bahwa : a. Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan. b. Kecepatan elektron-elektron yang diemisikan hanya bergantung kepada frekwensi cahaya, makin besar frekwensi cahaya makin besar pula kecepatan elektron yang diemisikan. c. Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama. Peristiwa-peristiwa di atas tidak dapat diungkap dengan teori 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 Cahaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumlah 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 melepaskan elektron tanpa memberi energi kinetik pada elektron. 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). Timbul suatu gagasan apakah foton itu dapat diartikan sebagai partikelpartikel. Untuk menjawab pertanyaan ini A.H. Compton mempelajari tumbukantumbukan antara foton dengan elektron. Kesimpulan yang diperolehnya menunjukkan bahwa foton dapat berlaku sebagai partikel dengan momentum. Tidak ada keraguan lagi bahwa cahaya memiliki sifat kembar, sebagai gelombang dan sebagai partikel.  Hipotesa de Broglie Jika cahaya yang memiliki sifat gelombang, memiliki sifat partikel, maka wajarlah bila 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

Pfoton =

h. f c l=

Pfoton = h p

h λ

Hubungan ini berlaku pula bagi partikel. Menurut de Broglie, jika ada partikel yang momentumnya p, maka partikel itu dapat bersifat sebagai gelombang dengan panjang gelombang l = Panjang gelombang partikel. p = Momentum partikel.  Percobaan Davisson dan Germer Momentum elektron : 1 p = m.v = 2.m. m.v 2 2 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 6,6.10 −34 = = 1,65.10 −10 m p 4.10 −24 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 percobaan Davisson dan Germer menunjukkan bahwa elektronelektron 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 oleh Heisenberg, karena adanya sifat dualisme cahaya. "Pengukuran

posisi

dan

momentum

partikel

secara

serentak,

selalu

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  2.e.Vo  mv = eVo → v =   2  m  Panjang gelombang elektron (partikel) yang bergerak mengikuti rumusan de Broglie, yaitu:

λ=

h = m.v

h 2.e.m.Vo

Jadi panjang gelombang elektron di dalam mikroskop elektron berbanding 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 = n.h. f l

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 dapat disimpulkan dari hipotesis Planck, bahwa cahaya adalah partikel sedangkan Maxwell menyatakan bahwa cahaya adalah gelombang, disebut dualisme cahaya.

 Efek Foto Listrik Peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan suatu zat (logam), bila permukaan logam tersebut disinari cahaya (foton) yang memiliki energi lebih besar dari energi ambang (fungsi kerja) logam. Efek fotolistrik ini ditemukan oleh Albert Einstein, yang menganggap 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

= energi foton yang menyinari logam = Fo frekuensi ambang = fungsi kerja

E Vo

= energi minimum untuk melepas elektron = muatan electron = 1.6 x 10-19 C = potensial penghenti

Proses kebalikan foto listrik adalah proses pembentukan sinar X yaitu proses perubahan

energi

kinetik

elektron

yang

bergerak

menjadi

gelombang

elektromagnetik (disebut juga proses Bremmsstrahlung).

VI.

Medan Magnet 1. µ r =

µ µo

2. B =

φ A

3. H =

B µ

4. B = µH = µ .r.µo.H 5. Benda magnetik = nilai permeabel kurang dari satu,

ex:

bismut, tembaga

Benda paramagnetik = nilai permeabel relatif lebih besar dari satu, alumunium, platina, oksigen Benda feromagnetik = nilai permeabel relatif sampai beberapa ribu 6. Rumus Biot Savart dB = k=

µ0 I . 4π π .a

µ0 Weber = 10 −7 4π A.m

7. Induksi Magnetik B=

µo I . 2 π .a

H=

B B I = = µ µ o. µ r 2π .a

8. Induksi mahnetik di sekitar arus lurus

ex:

B=

µ 0 a.I .N µ a 2 .I .N . 2 . sin α 1 atau B = 0 = 2 r 2 r3

9. Induksi Magnetik di pusat lingkaran 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=

µ0 .n.I 2

11. Toroida B = µ .n.I N 2π .R

n=

12. Gaya Lorentz F = B.I .. sin α F = B.q.v sin α 13. Bear gaya lorentz tiap satuan panjang F=

µ0 I p I q . 2 π .a

14. Gerak partikel bermuatan dalam medan listrik a=

q.E m

W = F .d = q.E.d E k = q.E.d 1 1 2 2 mv 2 − mv1 = q.E.d 2 2 15. Lintasan partikel jika v tegak lurus E t=

 v

d=

1 2 1 q.E 2 at = . . 2 2 m vx 2

Kecepatan pada saat meninggalkan medan listrik 2

v = vx + v y v y = a.t =

2

q.E  . m vx

Arah kecepatan dengan bidang horisontal θ tgθ =

vy vx

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

µr =permeable relative

a = jari – jari lingkaran

µ = permeabilitas zat

r = jarak

B = induksi magnet

I = kuat arus

φ = Fluks

N = banyak lilitan

H = kuat medan magnet

l = panjang kawat

A = luas bidang yang ditembus q = muatan listrik

F = gaya Lorentz

θ = sudut antara v dengan B

R = jari – jari lintasan partikel

VII. •

v = kecepatan partiikel

Fisika Atom Teori – teori atom

1. Dalton:

a. Atom merupakan partikel terkecil dari suatu zat b. Atom – atom suatu zat tidak dapat diuraikan menjadi partikel yang lebih kecil

c. Atom suatu unsur tidak dapat tidak dapat diubah menjadi unsur lainnya d. Atom – atom suatu unsur identik, artinya mempunyai 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 suatu reaksi atom – atom bergabung menurut perbandingan tertentu h. Bila dua atom membentuk dua macam senyawa atau lebih, maka perbandingan atom – atom yang sama dalam kedua senyawa itu sederhana Kelemahan: 1. atom tidak dapat dibagi lagi bertentangan 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 – elektron yang tersebar di antara muatan positif dengan jumlah yang sama

Kelemahan: bertentangan dengan eksperimen Rutherford dengan hamburan sinar alfa ternyata muatan positif tidak merata namun terkumpul menjadi satu yang disebut dengan inti atom. 3. Rutherford:

a. atom terdiri dari muatan positif, dan sebagian besar massa atom terkumpul di tengah – tengah atom disebut dengan inti atom

b. di sekeliling inti atom terdapat elektron yang 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   1 = R 2 − 2 , n = 3,4,5.... λ n  2

Kelemahan: 1. model atom ini tidak dapat menunjukkan 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: Ei = energi electron pada kulit atom mula – mula

E f = energi elektron pada kulit atom terakhir Jika Ei lebih besar dari Ef, atom akan memancarkan foton. Sedangkan jika Ef lebih besar dari Ei, atom akan menyerap foton. Keunggulan: Teori ini dapat menerengkan banyak aspek dari gejala atomik, seperti garis spektrum emisi dan absorpsi dari atom hidrogen Kekurangan:

1. terpecahnya garis spektrum jika suatu atom berada dalam medan magnetik atau sering disebut dengan efek Zeeman 2. adanya spektrum garis yang dipancarkan oleh atom berelektron banyak 3. cara menggambarkan elektron – elektron yang bergerak mengitari inti dalam orbit yang berbentuk lingkaran 5. Mekanikan Kuantum Dikembangkan oleh Louis de Broglie, Wolfgang Pauli, Erwin Schordinger, Werner Heisenberg. Dalam teori ini untuk dapat menentukan kedudukan elektron dalam suatu atom digunakan empat bilangan atom yaitu: bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum orbital atau azimuth (l), bilangan kuantum magnetik (ml), bilangan kuantum spin (ms).  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: En =

13,6 eV n2

 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 1 untuk perputaran ke kanan dan m s = − 2 2

untuk perputaran ke kiri. Untuk bilangan kuantum spin dengan m s = +

1 maka 2

dilambangkan dengan tamda panah ke atas. Sedangkan untuk m s = −

1 2

dilambangkan dengan tanda panah ke bawah. •

Spektrum Emisi dan Absorpsi

Merupakan bukti adanya tingkat – tingkat energi dalam atom a. Spektrum Emisi 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. Spektrum Absorpsi Merupakan spektrum yang terjadi karena penyerapan panjang gelombang tertentu dari suatu cahaya. Terdiri atas sederetan gari hitam pada spektrum

kontinu. Penyerapan terhadap panjang gelombang tertentu pada foton yang memiliki energi tepat sama dengan selisih energi antara tingkat eksitasi dengan tingkat dasar. Rumus – Rumus: e2 Ep = − k r

1 e2 Ek = − k 2 r

1 e2 Etotal = − k 2 r

n2  h  r=   me 2 k  2π 

Energi Stasioner: E = 2

r1 : r2 : r3 : ... = 12 : 2 2 : 3 2 : ...

 1 1 1 = R 2 − 2 λ nB  nA

   

 R = 1,097.107 m-1 (tetapan Ridberg)  Deret Lyman, nA = 1 , nb = 2,3,4... Deret Balmer, n A = 2 , nb = 3,4,5... Deret Paschen, n A = 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 n λ min → f max → n B = ∞

VIII.

Fisika Atom

 Struktur Inti Atom

Energi Pancaran;  1 1 E = 13,6 −  n A nB

13,6 eV n2

 eV → E = hf 

Ket: e = muatan electron r = jari – jari lintasan electron Ep = Energi Potensial 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 Fsentripetal = Florentz

Ket: m = massa isotop q = muatan isotop r = jari – jari lintasan B = induksi magnetik E = kuat medan listrik v = kecepatan partikel

v2 m = Bqv r m=

Bqr v

Massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon-nukleon pembentuknya. Mengakibatkan adanya energi ikat inti. Misal: massa inti He < ( 2m p + 2mn ) 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 10-27 kg = 931 MeV/C2

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 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. 0,693 T1 = λ 2

Ket:

1 N(t) = N0   2

n

n=

t T1 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 − µx

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 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: 1. Konduktor ( < 10-6 Wm) 2. Semikonduktor (10-6 Wm - 104 Wm) 3. Isolator ( > 104 Wm)

 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: 1. Dioda, dapat berfungsi sebagai penyearah arus, stabilisasi tegangan dan detektor. 2. Transistor, dapat berfungsi sebagai penguat arus/tegangan dan saklar.Transistor terdiri dari dua jenis yaitu PNP dan 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 = ∆r = / rm − ru / Plan paralel = ∆t = / t m − t u / Prisma = ∆ϕ = δ u − δ m Lensa =

∆s ' = / s ' m − s 'u / ∆f = / f m − f u /

Menjadikan Dispersi:

Prisma Akromatik ( n ' u − n ' m ) β ' = ( nu − n m ) β Lensa Akromatik 1 1 = f gab.merah f gab.ungu

Cincin Newton rk 2 =

1 1 R( 2k − 1) λ (max), rk 2 = R( 2k ) λ (min) 2 2

Cermin Fressnell p.d 1 p.d 1 = ( 2k ) λ (max) , = ( 2k − 1) λ (min)  2  2

Selaput Tipis 1 1 2n' d . cos r = ( 2k − 1) λ (max), 2n' d . cos r = ( 2k ) λ (min) 2 2

X.

Imbas Elektromagnetik

GGL imbas: 1. Perubahan Fluks:

Eind = − N

dφ dt

2. Perubahan Arus:

Eind = − L

dφ dt

3. Induksi Timbal Balik:

Eind 1 = − M

4. Kawat Memotong Garis Gaya:

Eind = B.I .v sin α

5. Kumperan Berputar

Eind = N .B. A.ω sin ωt

Induktansi Diri: 1. L = N

φ i

dt1 dt , E ind 2 = − M 2 dt1 dt 2

µ 0 .N 2 . A 2. L =  3. M = N 2 4. M =

φ1 φ , M = N1 2 i1 i2

µ 0. .N 1 .N 2 . A (Induktansi Ruhmkorff) 

Transformator

Np : Ns = Ep : Es

1. Ideal:

Np : Ns = Is : Ip

2. Tidak Ideal:

Ps = η .Pp

Ket:

Eind =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