Soal Fisika Kuantum Kelompok 1.docx

TUGAS FISIKA KUANTUM LATIHAN SOAL DAN PEMBAHASAN EFEK FOTOLISTRIK DAN EFEK COMPTON SERTA MODEL ATOM HIDROGEN MENURUT BOHR

Disusun Oleh : Kelompok I 1. Leni Yulianingsih

(20160111064013)

2. Dian Putrian Permata Sari

(20160111064028)

3. Naomi Ernita Mambai

(20160111064023)

4. Sardi M. Rajagukguk

(20160111064007)

5. Masita Mardani

(20160111064030)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS CENDERAWASIH JAYAPURA 2019

SOAL DAN PEMBAHASAN TENTANG EFEK FOTOLISTRIK DAN EFEK COMPTON

1. Frekuensi ambang suatu logam sebesar 8,0 x 1014 Hz dan logam tersebut disinari dengan cahaya yang mempunyai frekuensi 1015 Hz. Jika tetapan Planck = 6,6 x 10-34 Js, tentukan energy kinetic electron yang terlepas dari permukaan logam tersebut! Jawaban : Frekuensi ambang f0 = 8,0 x 1014 Hz Frekuensi foton cahaya f = 1015 Hz Tetapan Planck h = 6,6 x 10-34 Js Maka energy kinetic dapat diperoleh dengan : EKm = hf – W0 EKm = hf – hf0 = 6,6 x 10-34 Js (1015 Hz – 8,0 x 1014 Hz) EKm = 1,32 x 10-19 J Karena 1,6 x 10-19 J = 1 eV, maka EKm dapat kita nyatakan dalam satuan Ev yaitu: EKm = 1,32 x 10-19 J / 1,6 x 10-19 J = 0,825 eV.

Sumber: https://www.ayo-sekolahfisika.com/2016/02/soal-dan-pembahasan-efek-fotolistrik.html

2. Pada percobaan penyinaran suatu lempeng logam yang fungsi kerja logam adalah 2,1 eV, jika kecepatan rambat cahaya 300000 km/s, tetapan Planck h = 6,6 x 10-34 Js, tentukan: a. Energi cahaya minimal yang diperlukan agar electron lepas dari logam, b. Frekuensi cahaya minimal yang diperlukan agar electron lepas dari logam, c. Panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar electron lepas dari logam. Jawaban : Fungsi kerja logam W0 = 2,1 eV = 2,1 x 1,6 x 10-19 J = 3,36 x 10-19 J Tetapan Planck h = 6,6 x 10-34 Js a. Energi cahaya minimal yang diperlukan agar electron lepas dari logam adalah:

Energi minimal = energy ambang atau fungsi kerja logam W0 = 2,1 eV = 2,1 x 1,6 x 10-19 J = 3,36 x 10-19 J.

b. Frekuensi cahaya minimal yang diperlukan agar electron lepas dari logam adalah:

W0 = hf0 3,36 x 10-19 J = 6,6 x 10-34 Js x f0 f0 = 5,1 x 1014 Hz. c. Panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar electron lepas dari logam

adalah: W0 = hf0 = hc/λ0 λ0 = hc/W0 = (6,6 x 10-34 Js) (3,0 x 108 m/s) / (3,36 x 10-19 J) λ0 = 5,89 x 10-7 m = 589 nm.

Sumber: https://www.ayo-sekolahfisika.com/2016/02/soal-dan-pembahasan-efek-fotolistrik.html

3. Jika diketahui fungsi kerja logam adalah 2,2 eV dan cahaya yang digunakan memiliki panjang gelombang 450 nm dengan konstanta Planck 6,6 x 10-34 Js, tentukan: a. Energi ambang logam dalam satuan joule, b. Frekuensi ambang logam, c. Panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas electron dari logam, d. Panjang gelombang dari cahaya yang digunakan, e. Frekuensi dari cahaya yang digunakan, f. Energy foton cahaya yang digunakan dan, g. Energy kinetic dari electron yang lepas dari logam. Jawaban: Diketahui fungsi kerja logam W0 = 2,2 eV Panjang gelombang cahaya λ = 450 nm = 450 x 10-9 m a. Energi ambang logam adalah: W0 = 2,2 eV = 2,2 x 1,6 x 10-19 J = 3,52 x 10-19 J. b. Frekuensi ambang: W0 = hf0 3,52 x 10-19 J = 6,6 x 10-34 Js x f0 f0 = 5,33 x 1014 Hz = 533 GHz.

c. Panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas electron dari logam adalah: λ0 = c/f0 λ0 = (3 x 108 m/s) / (5,33 x 1014 Hz) = 5,63 x 10-7 m = 563 nm. d. Panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah: λ = 450 nm = 450 x 10-9 m = 4,5 x 10-7 m. e. Frekuensi dari cahaya yang digunakan adalah: f = c/λ = (3 x 108 m/s) / (4,5 x 10-7 m) f = 6,67 x 1014 Hz = 667 GHz. f. Energy foton cahaya yang digunakan adalah: E = hf = (6,6 x 10-34 Js) (6,67 x 1014 Hz) E = 4,40 x 10-19 J E = 2,75 eV. g. Energy kinetic dari electron yang lepas dari logam adalah: E = W0 + Ek 4,40 x 10-19 J = 3,52 x 10-19 J + Ek Ek = 4,40 x 10-19 J – 3,52 x 10-19 J Ek = 0,88 x 10-19 J = 0,55 eV.

Sumber: https://www.ayo-sekolahfisika.com/2016/02/soal-dan-pembahasan-efek-fotolistrik.html

4. Permukaan suatu lempeng logam tertentu disinari dengan cahaya monokromatik. Percobaan ini diulang dengan panjang gelombang cahaya yang berbeda. Ternyata, tidak ada electron keluar jika lempeng disinari dengan panjang gelombang di atas 500 nm. Dengan menggunakan panjang gelombang tertentu λ, ternyata dibutuhkan tegangan 3,1 volt untuk menghentikan arus fotolistrik yang terpancar dari lempeng. Tentukan panjang gelombang λ tersebut!

Jawaban: Panjang gelombang ambang λ0 = 500 nm

Potensial penghenti V0 = 3,1 volt EKmaks = eV0 , dengan e = muatan electron = 1,6 x 10-19 C. Besar hc = 19,8 x 10-26 Jm EKmaks = hf – hf0 eV0 = hf – hf0 eV0 = (hc/λ) – (hc/λ0) (1,6 x 10-19 C)(3,1 volt) = (19,8 x 10-26 Jm) / λ - (19,8 x 10-26 Jm) / (500 x 10-9 m) 4,96 x 10-19 = (19,8 x 10-26 Jm) / λ – 3,96 x 10-19 8,92 x 10-19 = (19,8 x 10-26 Jm) / λ λ = 2,22 x 10-7 m = 222 nm.

Sumber: https://www.ayo-sekolahfisika.com/2016/02/soal-dan-pembahasan-efek-fotolistrik.html

5. Grafik antara energy kinetic maksimum electron foto terhadap frekuensi penyinaran pada efek fotolistrik ditunjukkan pada gambar berikut ini. Dari grafik tersebut, tentukan: a. Tetapan Planck dan, b. Fungsi kerja logam.

Jawaban : a. Gradien garis pada grafik EKm terhadap f menyatakan tetapan Planck h dan titik potong garis terhadap sumbu f menyatakan frekuensi ambang f0. Dengan demikian: f0 = 4 x 1014 Hz h = tan θ = (52 x 10-20 J) / [(12-4) x 1014 Hz] h = 6,5 x 10-34 Js.

b. Fungsi kerja logam atau energi ambang W0 adalah: W0 = hf0 = (6,5 x 10-34 Js) (4 x 1014 Hz) W0 = 2,6 x 10-19 J = 1,625 eV.

Sumber: https://www.ayo-sekolahfisika.com/2016/02/soal-dan-pembahasan-efek-fotolistrik.html

6. Cahaya kuning dari lampu gas Na mempunyai panjang gelombang sebesar 589 nm. Tentukan energi fotonnya dalam eV? Jawaban : E = hf = E=

hc 𝜆

(4,14 x 10−15 eV.s)(3 x 108 m/s 589 x 10−9 m

E = 2,11 eV Energi yang akan diperoleh sebuah elektron atau proton bila dipercepat dengan perbedaan tegangan sebesar 2,11 eV. Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/47-teori-kuantum-planck 7. Tentukan kuanta energy yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 6600 Å jika kecepatan cahaya adalah 3 x 108 m/s dan tetapan planck 6,6 x 10-34 Js ?

Jawaban : 𝑐

E = h (𝜆) 3 𝑥 108 𝑚/𝑠

E = (6,6 x 10-34 Js) (6600 𝑥 10−10 Js) E = 3 x 10-19 J Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/47-teori-kuantum-planck 8. Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh mampu monokromatis 100 watt adalah 5,5 x 10-7m. Cacah foton (partikel cahaya) per sekon yang dipancarkan sekitar? Jawaban : P = 100 watt (energy yang dipancarkan tiap sekon adalah 100 joule) Energy 1 foton 𝑐

E = h (𝜆)

3 𝑥 108 𝑚/𝑠

E = (6,6 x 10-34 Js) (5,5 𝑥 10−7 Js) E = 2,8 x 1020 J Jumlah foton (n) n = 100 joule 3 𝑥 108 𝑚/𝑠

n = (6,6 x 10-34 Js) (5,5 𝑥 10−7 Js) n = 2,8 x 1020 foton Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/47-teori-kuantum-planck 9. Tentukan perbandingan kuanta energy yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 6000 Å dan sinar dengan panjang gelombang 4000 Å?

Jawaban : 𝜆1 = 6000 Å 𝜆2 = 4000 Å 𝑐

E = h (𝜆) E1/E2 = 𝜆1 : 𝜆2 E1/E2 = 6000 : 4000 E1/E2 = 2 : 3 Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/47-teori-kuantum-planck 10. Energy foton sinar gamma adalah 108eV. Jika h = 6,6 x 10-34 Js dan c = 3 x 108 m/s. tentukan panjang gelombang sinar gamma tersebut dalam satuan angstrong ?

Jawaban : E = 108 eV = 108 x (1,6 x 10-19) joule = 1,6 x 10-11 joule h = 6,6 x 10-34Js 𝜆 =….? 𝜆= hc/E 𝜆= (6,6 x 10-19) (3 x 108) / (108) 𝜆= 12,375 x 1015 m 𝜆= 12,375 x 10-5 Å Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/47-teori-kuantum-planck

11. Bola lampu mempunyai spesifikasi 132 W/220 V, ketika dinyalakan pada sumber tegangan 110 V memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 628 nm. Bila lampu meradiasikan secara seragam ke segala arah, maka jumlah foton yang tiba persatuan waktu persatuan luas di tempat yang berjarak 2,5 m dari lampu adalah ... (h =6,6.10−34 J s) ? Jawaban : Daya lampu yang memiliki spesifikasi 132W/220V saat dipasang pada tegangan 110 V dayanya akan turun menjadi: P2 = (V2 /V1)2 x P1 P2 = (110/220)2 x 132 watt P2 = 33 watt Intensitas (daya persatuan luas) pada jarak 2,5 m I = (P/A) dengan A adalah luas permukaan, anggap berbentuk bola (luas bola empat kali luas lingkaran) I = (P/4𝜋r2) I = (33/4𝜋(2,5)2) = 0,42 watt/m2 Jumlah foton (n) n = 0,42 : (hc/λ) n = (0,42) : (6,6 x 10-34)(3 x 108) / (628 x 10-9) n = (0,42) : (3,15 x 10-19) n = 1,33 x 1018 foton Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/47-teori-kuantum-planck 12. Sebuah keping logam yang mempunyai energi ambang 2 ev disinari dengan cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 6000 Å hingga elektron meninggalkan permukaan logam. Jika h = 6,6 × 10−34 Js dan kecepatan cahaya 3 × 108 m/detik, maka berapa energi kinetik elektron yang lepas? Sumber soal : Ebtanas tahun 1986 Jawaban : Energi ambang Wo = 2 eV = 2 x (1,6 x 10−19 ) = 3,2 x 10−19joule Panjang gelombang λ = 6000 Å = 6000 x 10−10 = 6 x 10−7 m Menentukan energi kinetik foto elektron: E = W0 + Ek hf = W0 + Ek

𝑐

h (λ ) = W0 + Ek

(3 𝑥 108 )

(6,6 x 10-34) 6 𝑥 10−7 = 3,2 𝑥 10−19 + 𝐸𝑘 3,3 x 10-19 = 3,2 x 10-19 + Ek Ek = 3,3 x 10-19 – 3,2 x 10-19 Ek = 0,1 x 10-19 joule.

Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/42-efek-foto-listrik 13. Cermati gambar percobaan penyinaran suatu lempeng logam dengan cahaya berikut.

Jika fungsi kerja logam adalah 2,2 eV dan cahaya yang disinarkan memiliki panjang gelombang λ dan frekuensi f tentukan : a) energi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam b) frekuensi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam c) panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar elektron lepas dari logam Diketahui: c = 3 x 108 m/s h = 6,6 x 10−34 Js 1 eV = 1,6 x 10−19 joule Ditanya: a). W0 = .....? b). f0 =......? c). λ =......? Jawaban : a) Energi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam Energi cahaya minimal tidak lain adalah energi ambang atau fungsi kerja logam. Sehingga: W0 = 2,2 eV W0 = 2,2 x (1,6 x 10−19 ) joule W0 = 3,52 x 10−19 joule

b) Frekuensi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam Ingat energi foton atau cahaya adalah E = hf, E disini dilambangkan sebagai W0 sehingga: W0 = h fo W0 = 3,52 x 10-19 W0 = 6,6 x 10−34 x f0 f0 = 0,53 x 1015 joule c) Panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar elektron lepas dari logam Hubungkan dengan kecepatan cahaya Λmax = c / f0 λmax = 3 x 108 / 0,53 x 1015 λmax = 5,67 x 10−7 m Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/42-efek-foto-listrik

14. Cermati gambar percobaan penyinaran suatu lempeng logam dengan cahaya berikut.

Jika fungsi kerja logam adalah 2,1 eV dan cahaya yang disinarkan memiliki panjang gelombang 2500 Å dengan konstanta Planck 6,6 x 10−34 Js dan 1 eV = 1,6 x 10−19 joule, tentukan : a) energi ambang logam dalam satuan joule b) frekuensi ambang c) panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam d) frekuensi dari cahaya yang disinarkan dalam Hz e) energi foton cahaya yang disinarkan f) energi kinetik dari elektron yang lepas dari logam

Diketahui : fo = 2,1 eV h = 6,6 x 10-34 Js 1 eV = 1,6 x 10-19 J Ditanya : a) . E =..... ? b) . fo =...... ? c) . λmaks = …. ? d) . f =......? e ). E = .....? f ) Ek = ....? Jawaban : E = W0 + Ek atau hf = hf0 + Ek a) energi ambang logam dalam satuan joule W0 = 2,1 x (1,6 x 10−19 ) joule = 3,36 x 10−19 joule b) frekuensi ambang W0 = h f0 W0 = 3,36 x 10−19 = 6,6 x 10−34 x f0 f0 = 0,51 x 1015 Hz c) panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam λmax = c / f0 λmax = 3 x 108 / 0,51 x 1015 λmax= 5,88 x 10−7 m d) frekuensi dari cahaya yang disinarkan dalam Hz f = c/λ f = 3 x 108/2,5 x 10−7 f = 1,2 x 1015 Hz e) energi cahaya yang disinarkan E = hf E = (6,6 x 10−34) x 1,2 x 1015 = 7,92 x 10 −19 joule f) energi kinetik dari elektron yang lepas dari logam E = W0 + Ek 7,92 x 10 −19 = 3,36 x 10−19 + Ek

Ek = 7,92 x 10 −19 − 3,36 x 10−19 = 4,56 x 10−19 joule Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/42-efek-foto-listrik

15. Hubungan energi kinetik elektron dan frekuensi penyinaran pada gejala foto listrik terlihat pada grafik di bawah ini.

Apabila konstanta Planck h, berapa besarnya fungsi kerja logam? (Sumber soal : Ebtanas 1989) Jawaban : Dari gambar terlihat frekuensi ambang adalah 4 Hz, sehingga nilai fungsi kerja logam Wo = hfo = h(4) = 4h. Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/42-efek-foto-listrik 16. Frekuensi ambang natrium adalah 4,4 x 1014 Hz. Berapa besar potensial penghenti dalam volt bagi natrium saat disinari dengan cahaya yang frekuensinya 6,0 x 1014 Hz? Diketahui: f = 6,0 x 1014 Hz f0 = 6,0 x 1014 Hz Ditanya: Potensial penghenti = ......? Jawaban : Ek = h(f−f0) Ep = qV dimana muatan elektron adalah 1,6 x 10−19 C. Ekelectron = Eplistrik h(f - f0) = qV 6,6 x 10-34 (6 x 1014 – 4,4 x 1014) = 1,6 x 10-19 V V=

6,6 x 10−34 x (1,6 x 1014 ) 1,6 x 10−19

V = 0,66 volt Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/42-efek-foto-listrik

Untuk nomor 17, 18, 19 Diketahui: c = 3 x 108 m/s h = 6,63 x 10-34 Js me = 9,1 x 10-31 kg 1 eV = 1,602 x 10-19 J 1 Ǻ = 10-10 m 17. Pada sebuah eksperimen hamburan menggunakan berkas sinar X, diketahui fraksi ∆𝜆

perubahan panjang gelombang ( 𝜆 )adalah 1% saat sudut hamburannya 120°. Berapakah panjang gelombang sinar X yang digunakan?

Jawaban : Dari soal yang diketahui adalah: ∆𝜆 = 1% = 0,01 𝜆 𝜃 = 120° Kemudian akan dicari panjang gelombang (𝜆). Dari persamaan efek Compton kita punya ∆𝜆 = 𝜆2 − 𝜆1 =

ℎ (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃) 𝑚𝑒 𝑐

Substitusikan nilai-nilai h, me, c dan 𝜃 kita dapatkan ∆𝜆 =

ℎ 6,63 𝑥 10−34 𝐽𝑠 (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃) = (1 − 𝑐𝑜𝑠120°) 𝑥108 𝑚 𝑚𝑒 𝑐 −31 (9,1 𝑥 10 𝑘𝑔) (3 𝑠 ) 3

= (2,43 x 10-12) (2) m = 3,64 x 10-12 m Karena

∆𝜆 𝜆

= 1% = 0,01

Maka 𝜆 = 100 . ∆𝜆 = 100 (3,64 x 10-12 m) = 3,64 x 10-10 m Jadi panjang gelombang yang digunakan dalam eksperimen tersebut adalah 3,64 x 10-10 m. Sumber: file:///C:/Users/ASUS/Downloads/130811312-Efek-Compton.pdf 18. Suatu berkas cahaya dalam eksperimen hamburan Compton terhambur dengan panjang gelombang 0,01 nm. Jika sudut hamburan foton adalah 90°, berapakah panjang gelombang foton yang datang?

Jawaban : Dari soal yang diketahui adalah: Panjang gelombang hambur (𝜆2) = 0,01 nm = 0,01 x 10-9 m = 10-11 m θ = 90° Kemudian akan dicari panjang gelombang dating (𝜆1). Dari persamaan efek Compton kita punya 𝜆2 − 𝜆1 =

ℎ (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃) 𝑚𝑒 𝑐

Substitusikan nilai-nilai 𝜆2 , h, me, c dan 𝜃 kita dapatkan 𝜆2 − 𝜆1 =

ℎ (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃) 𝑚𝑒 𝑐 6,63 𝑥 10−34 𝐽𝑠

10-11 m − 𝜆1 = (9,1 𝑥 10−31 𝑘𝑔)(3 𝑥 108 𝑚/𝑠) (1 − cos 90°) 10-11 m − 𝜆1 = (2,43𝑥10−12 )(1) 𝑚 𝜆1 = (10-11− 2,43 𝑥10−12 ) 𝑚 𝜆1 = (10 𝑥 10−12 − 2,43𝑥10−12 ) 𝑚 = 7,57 𝑥10−12 𝑚 Jadi panjang gelombang datangnya adalah 7,57 𝑥10−12m. Sumber: file:///C:/Users/ASUS/Downloads/130811312-Efek-Compton.pdf

19. Sinar X dengan panjang gelombang 4 pm ditembakkan pada sebuah sasaran dan terhambur. Berapakah panjang gelombang maksimum pada sinar X yang dihamburkan? Berapa pula energi kinetik maksimum elektron yang terhentak?

Jawaban : Dari soal yang diketahui adalah Panjang gelombang datang (𝜆1 ) = 4 pm = 4 x 10-12 m Kemudian akan dicari panjang gelombang hambur maksimum (𝜆2 ) dan energi kinetik hentak maksimum elektron. Dari persamaan efek Compton kita punya 𝜆2 − 𝜆1 =

ℎ (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃) 𝑚𝑒 𝑐

𝜆2 = 𝜆1 +

ℎ (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃) 𝑚𝑒 𝑐

Sehingga 𝜆2 maksimum apabila 1 – cos 𝜃 = 2 (maksimum bila 𝜃 = 180°) Substitusikan nilai-nilai 𝜆1 , h, me, dan c kita dapatkan

𝜆2 = 𝜆1 +

ℎ (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃) 𝑚𝑒 𝑐

= 4 x 10-12 m

6,63 𝑥 10−34 𝐽𝑠 𝑚 𝑠

(9,1 𝑥 10−31 𝑘𝑔)(3 𝑥 108 )

2

= 8,86 x 10-12 m Untuk energi hentak maksimum sama dengan beda energi foton datang dengan energi foton hambur (maksimum) sehingga 1

1

1

2

𝑚

1

1

Ek = hc [𝜆 − 𝜆 ] =(6,63 𝑥 10−34 𝐽𝑠)(3 𝑥 108 𝑠 ) [4 𝑥 10−12 − 8,86 𝑥 10−12 ] Ek = 2,73 x 10-15 J = 17,04 keV Jadi panjang gelombang hambur maksimumnya adalah 8,86 x 10-12 m dan energi hentak maksimumnya sebesar 17,04 keV. Sumber: file:///C:/Users/ASUS/Downloads/130811312-Efek-Compton.pdf

20. Jika h = 6,6 × 10-34 Js, c = 3,0 × 108 m/s, dan m = 9,0 × 10-31 kg, tentukan perubahan panjang gelombang Compton! Diketahui: h = 6,6 × 10-34 Js c = 3,0 × 108 m/s m = 9,0 × 10-31 kg Ditanya: Δλ = ... ? Jawaban : ℎ (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃) ∆𝜆 = 𝑚𝑐 6,6 𝑥 10−34 𝐽𝑠 (1 − cos 180°) = (9,0 𝑥 10−31 𝑘𝑔)(3 𝑥 108 𝑚/𝑠) = 0,49 𝑥 10−11 𝑚 Sumber: http://www.nafiun.com/2014/06/pengertian-efek-fotolistrik-efek-comptonrumus-contoh-soal-praktikum-jawaban-penerapan-aplikasi-radiasi-benda-hitamgejala-fisika.html

SOAL DAN PEMBAHASAN TENTANG MODEL ATOM HIDROGEN MENURUT BOHR 1. Manakah pernyataan berikut ini yang merupakan pernyataan teori atom Bohr? a. Tidak dapat menjelaskan efek Zeemen b. Tidak dapat menjelaskan gaya sentripetal electron c. Bertentangan dengan fisika klasik d. Bertentangan dengan teori Dalton e. Tidak dapat menentukan energy transisi Jawaban : (a) karena kelemahan model atom Bohr adalah tidak dapat menjelaskan spectrum warna atom berelktron banyak, dimana Bohr menjelaskan electron tidak memancarkan/menyerap energy ketika mengintari inti.

Sumber : [𝟏]

2. Pernyataan dibawah ini yang tidak sesuia dengan model atom Bohr adalah… a. atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif dan masssa inti merupakan bagian kecil dari massa atom. b. elekton bergerak mengelilingi inti atom menurut lintasan tertentu. c. Selama electron bergerak mengelilingi inti atom electron tidak memancarkan atau menyerap energy. d. Electron berpindah dari lintasannya ke lintasan yang rendah energinya bila memancarkan foton. e. Electron berpindah ke lintasan yang energinya lebih tinggi bila menyerap energy.

Jawaban : (a) Teori model atom Bohr berdasarkan dua postulat fundamental tidak berdasarkan pada kaliamat opsen a.

Sumber [𝟐]

3. Persamaan panjang gelombang spertum atom hydrogen yang termasud kedala spertum deret Paschen adalah…. Jawaban : a.

1 𝜆

1

= 𝑅 (1 − 𝑛2 ), n = 2,3,4

Pembahasan: Deret Paschen(Deret Iframerah I)

b c. d. e.

1

1

1

1

= 𝑅 (22 − 𝑛2 ), n = 3,4,5 𝜆 1 𝜆

𝜆 𝜆

1

1

1

1 42

1

− 𝑛2 ), n = 4,5,6

= 𝑅 (32 − 𝑛2 ), n = 4,5,6

1 1

1

=𝑅 𝜆

= 𝑅 (4 − 𝑛2 ), n =,5,6 ,7

=𝑅

1 52

1

Sumber [𝟐]

− 𝑛2 ), n = 6, 7, 8

4. Energy ikat electron atom hydrogen pada lintas dasar = - 13,6 eV. Besarnya energy foton yang dipancarkan oleh transisi electron dari lintasan dengan bilangan 4 dan 2 mengikuti deret balmer adalah…. a. 2,45 eV

c. 2,45 eV

b. 2,35 eV

d. 2,55 eV

e. 2,65eV

Jawaban : (d) Diketahui Energi foton ≡ 𝐸𝑓 = 𝐸𝐵 − 𝐸𝐴 ; 𝑛𝐵= 4 ; 𝑛𝐴 = 2 Dinyata 𝐸𝑓 … ? Penyelesaian: 𝐸𝑓 = 𝐸𝐵 − 𝐸𝐴 =

−13,6 𝑛𝐵

2

-

−13,6 𝑛𝐴

2

=

−13,6 42

-

−13,6 22

= 2,55 eV Sumber : [𝟐]

5. Dalam model atom Bohr, ketika electron atom hydrogen berpindah dari orbit dengan bilagan kuatum n = 1 ke n = 3 , maka electron tersebut akan… (𝐸𝑛 = −13,6⁄𝑛2 ). a. Menyerap energy sebesar 1,50 eV b. Memancarkan energy sebesar 1,50 eV c. Menyerap energy sebesar 2,35 eV d. Memancarkan energy sebesar 12,09 eV e. Menyerap energy sebesar 12,09 eV

Jawaban : Diketahui 𝑛1 = 1 dan 𝑛2 = 3 , Ditanya 𝐸𝑛 … . ? 𝑎𝑡𝑎𝑢 ∆𝐸 Penyelesaian: ∆𝐸 = −13,6⁄𝑛2 1 1 ∆𝐸 = −13,6 𝑒𝑉 ( 2 − 2 ) 𝑛2 𝑛1

∆𝐸 = −13,6 𝑒𝑉 (

1

1

32

− 2)

1

1

9

1

1

∆𝐸 = −13,6 𝑒𝑉 ( − ) = ∆𝐸 = −13,6 𝑒𝑉 × −0,888 = 12,09 𝑒𝑉

Sumber[𝟏]

6. Energy electron dalam keadaan dasar didalam atom hydrogen adalah – 13,6 eV. Energy electron pada bilangan kuantum n =4 adalah…. a. 0,76 eV

c. 0,96 eV

b. 0,85 eV

d 1.24 eV

e. !,36 eV

Jawaban: ( b ) Diketahui: n = 4 Ditnya E….? Penyelesaian: E=

– 13,6 eV 𝑛2

– 13,6 eV

==

42

==

– 13,6 eV 16

= - 0,85 eV

Sumber [𝟏]

7. Jika persamaan energy lintas electron tunggal dari sebuah atom hidrogen adalah 𝐸𝑛 = −13,6⁄ 𝑛2

maka sebuah electron yang tereksitasi dari lintasan n =1 ke n = 4 mengalami

perubahan energy electron sebesar… a. 12,75 eV

c. 7,20 eV

b. 10,20 eV

d.6,85 eV

e. 3,40 eV

Jawaban: ( a ) Diketahui 𝑛1 = 1 dan 𝑛2 = 4 , Ditanya 𝐸𝑛 … . ? 𝑎𝑡𝑎𝑢 ∆𝐸 Penyelesaian: ∆𝐸 = 13,6⁄𝑛2 ∆𝐸 = −13,6 𝑒𝑉 (

1 1 − 2) 2 𝑛2 𝑛1

∆𝐸 = −13,6 𝑒𝑉 (

1 42

1

1

1

16

− 2) = ∆𝐸 = −13,6 𝑒𝑉 (

1

− )= ∆E = −13,6 𝑒𝑉 × −0,9375 = 12,75 𝑒𝑉 1

Sumber [𝟏] 8. Sebuah electron berpindah lintasan dari 𝑛𝐵= 2 dan 𝑛𝐴 = 1 dengan memancarkan energy. Tentukan, (a) berapakah energy foton yang dipancarkan. (b) frekuensi foton. (c)Panjang gelombang foton. ( c = 3 × 108 ) Jawaban: Diketahui 𝑛𝐵= 2 ; 𝑛𝐴 = 1 ; ℎ = 6,62 × 1034 Energi foton ≡ 𝐸𝑓 = 𝐸𝐵 − 𝐸𝐴

Ditanya: 𝐸𝑓 … ? Penyelesaian: a. 𝐸𝑓 … ? 𝐸𝑓 = ∆𝐸 𝐸𝑓 = 𝐸𝐵 – 𝐸𝐴 = =

1

(−13,6 ) – 𝑛

𝑛𝐵 2

−13,6 𝑛𝐵 2

1

𝐴

-

−13,6 𝑛𝐴 2

=

2

(−13,6)

−13,6 12

−13,6

-

22

= -10,2 eV

∆𝐸 = −1,632 × 10−18 joule (tanda (-) menyataka pemancaran energy). b. Frekuensi Foton (f) adalah ∆𝐸 = ℎ . 𝑓 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑓 = 𝑓=

∆𝐸 ℎ

∆𝐸 1,632 × 10−18 = = 2,47 × 1015 𝐻𝑧 ℎ 6,62 × 1034

c. Panjang Gelombang Foton (𝞴) 𝑐

𝞴=

𝑓

3×108

=

2,47×1015

= 1,215 × 10−7m

Sumber : [𝟑]

9. Electron atom hydrogen berada pada orbit Borh n = 2. Jika K = 9 × 109 Nm2/c2 dengan e = 1,6 × 10−19 C, dan me = 9,1 × 10−31 Kg, tentukan (a) Jari-jari orbit, (b) Gaya elektrostatik yang bekerja pada electron, (c) kelajuan electron.

Jawaban: Diketahui n = 2 ; K = 9 × 109 Nm2/c2 ; e = 1,6 × 10−19 C ; me = 9,1 × 10−31 Kg ketetapan 0,53 Ditanya : a. rn……?

b. Fc.....?

c. v…..?

Penyelesaian: a. Jari- jari orbit (rn) rn = 0,53 x n2 = 0,53 x 22 = 0,53 x 4 = 2,12 b. Gaya elektrostatik yang bekerja pada electron (Fc) Fc =

Fc =

𝑘.

𝑒2

𝑟𝑛 2

Nm2

=

(9×109 2 ) ( 1,6×10−19 )2 c (2,12×10−10 )2

23,04 ×10−29 4,4944×10−20

= 5,13 × 10−9 N

c. kelajuan electron (ve)

(9×109

=

Nm2 ) c2

(2.56 ×10−38 )

4,50×10−20

Fs = Fc 𝑚𝑒 . 𝑣 2 𝑟

= Fc maka 𝑣 2 = 𝑟

𝑟

𝑟

Fc sehingga 𝑣 = √ 𝐹 𝑚𝑒 𝑚𝑒 𝑐

(5,13×10−9 )(2,12×10−10 )

𝑣 = √𝑚 𝐹𝑐 = √ 𝑒

𝑣 = 1,093 × 106 m/s

9,1×10−31

(10,8756×10−19 )

=√

9,1×10−31

=√1,195 × 1012

Sumber : [𝟑]

10. Tentukan panjang gelombang terpanjang dan terpendek deret Balmer atom hydrogen jika konstanta Rydberg R = 1,097 × 107 m−1 !

Jawaban: Diketahui R = 1,097 × 107 m−1 Panjang gelobang terpanjang terjadi jika electron mmengalami transisi dari kulit n = 3 ke 1

1

1

n=2. Maka akan sesui dengan persamaan 𝜆 = 𝑅 (22 − 𝑛2 ) Ditanya 𝜆 …..? Penyelesaian : 1 1 1 = 𝑅 ( 2 − 2) 𝜆 2 𝑛 1 1 1 1 1 = 1,097 × 107 m−1 ( 2 − 2 ) = 1,097 × 107 m−1 ( − ) 𝜆 2 3 4 9 1 9 4 5 = 1,097 × 107 m−1 ( − ) = 1,097 × 107 m−1 ( ) 𝜆 36 36 36 1 = 1,097 × 107 m−1 (0,139) = 0,152483 × 107 𝜆 1 𝜆= = 6,55810 … × 10−7 = 656 × 10−9 m = 656 nm 0,152483 × 107 Sumber : [𝟑]

Referensi : [1] Internet … http:// ennyzaliavari.blogpsot.com/2017/02/soal dan pembehasan fisika atom.html? [2] Sulisyo dan Setyono. Intisari Fisika Untuk SMA. 2007. Bantung. Cv Penerbit Pustaka setia Bandung. [3] Internet…www.nafiun. com/2014/06/fisika atom teori

11. Dalam hal apakah model atom bohr berbeda dengan model atom mekanika kuantum? Jawaban : Posisi elektron dalam atom. Bohr menyatakan elektron mengelilingi inti dengan jarak tertentu, sedangkan teori mekanika kuantum menyatakan posisi elektron dalam atom tidak dapat dipastikan, yang dapat diketahui hanya daerah kebolehjadian menemukan elektron. Sumber: https://books.google.co.id/books?id=kgbnz278esC&pg=PA26&lpg=PA26&dq=1.+Dalam+hal+apakah+model+atom+bohr+berbe da+dengan+model+atom+mekanika+kuantum?&source=bl&ots=qD82wvLGZI&sig=A CfU3U0lkrSLUh1hySJos1ait3tqB1ucg&hl=id&sa=X&ved=2ahUKEwiSkZG_8LPgAhUQTo8KHSk DBQUQ6AEwBHoECAQQAQ#v=onepage&q=1.%20Dalam%20hal%20apakah%20mo del%20atom%20bohr%20berbeda%20dengan%20model%20atom%20mekanika%20kua ntum%3F&f=false 12. Perbedaan utama antara model atom Rutherford dan model atom Bohr adalah.... Jawaban : Atom Rutherford menjelaskan elektron melepas energi ketika mengitari inti sedang Bohr menjelaskan elektron tidak memancarkan/menyerap energi ketika mengitari inti. Sumber: http://ennyzaliavari.blogspot.com/2017/02/soal-dan-pembahasan-fisika-atom.html 13. Elektron-elektron dalam atom beredar mengelilingi inti dan berada pada lintasan (tingkat energi) tertentu. Elektron dapat berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya disertai penyerapan atau pelepasan energi. Pernyataan ini dikemukaan oleh ? Jawaban : Niels Bohr Niels Bohr mengemukakan bahwa: 

Atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif di dalam suatu lintasan.



Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan yang lain dengan menyerap atau memancarkan energi sehingga energi elektron atom itu tidak akan berkurang. Jika

berpindah dari lintasan rendah ke lintasan yang lebih tinggi maka elektron akan menyerap energi. Sebaliknya, jika berpindah dari lintasan tinggi ke rendah maka akan memancarkan energi. Sumber: https://materikimia.com/10-contoh-soal-teori-atom-dan-pembahasannya/

14. Sebutkan kelebihan dan kelemahan teori atom Niels Bohr. Jawaban : Kelebihan Teori Atom Niels Bohr 

Dapat menjelaskan bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat perpindahan elektron.

Kelemahan Teori Atom Niels Bohr 

Tidak dapat menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak

Sumber: https://materikimia.com/10-contoh-soal-teori-atom-dan-pembahasannya/

15. Perbedaan model atom Bohr dengan model atom Rutherford terletak pada? Jawaban : Keberadaan elektron pada tingkat-tingkat energi tertentu saat mengelilingi inti atom Pembahasan: Menurut Bohr, elektron mengelilingi inti atom pada tingkat energi tertentu. Ketika elektronberpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi maka elektron akan menyerap energi, dan sebaliknya ketika elektron berpindah ke tingkat energi yang lebih rendah maka elektron akan memancarkan energi. Menurut Rutherford, atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif sehingga bermuatan netral. Sumber: https://materikimia.com/10-contoh-soal-teori-atom-dan-pembahasannya/ 16. Menurut model atom Bohr, jika elektron pada atom hidrogen bertransisi dari keadaan n ke keadaan (n − 1) maka perubahan radius atom hidrogen adalah sebanding dengan …. a. 2n − 1 b. 2(n − 1) c. 2n d. 2n + 1 e. 2(n + 1)

Jawaban : Jari-jari atom hidrogen pada keadaan n menurut model atom Bohr adalah : rn = n2 ro Sedangkan jari-jari atom hidrogen pada keadaan n − 1 adalah: rn−1 = (n − 1)2 ro Dengan demikian, perubahan jari-jari atom hidrogen yang bertransisi dari keadaan n ke keadaan (n − 1) adalah: Δr = rn − rn−1 = [n2 − (n − 1)2]ro = [n2 − (n2 − 2n + 1)]ro = (n2 − n2 + 2n − 1)ro = (2n − 1)ro Δr ~ 2n − 1 Jadi, perubahan radius atom hidrogen yang bertransisi dari keadaan n ke keadaan (n − 1) sebanding dengan 2n − 1 (A). Sumber: https://tanya-tanya.com/rangkuman-contoh-soal-pembahasan-fisika-modern/3/

17. Dalam model atom Bohr, ketika elektron atom hidrogen berpindah dari orbit dengan bilangan kuantum n = 1, ke n = 3, maka elektron tersebut akan....(En = − 13,6/n2). a. menyerap energi sebesar 1,50 eV b. memancarkan energi sebesar 1,50 eV c. menyerap energi sebesar 2,35 eV d. memancarkan energi sebesar 12,09 eV e. menyerap energi sebesar 12,09 eV

Sumber: http://ennyzaliavari.blogspot.com/2017/02/soal-dan-pembahasan-fisika-atom.html

18.

Sumber: http://soaldanjawabanfisika.blogspot.com/2016/12/soal-dan-jawaban-fisika-atomkelas-xii.html 19. Elektron atom hidrogen berada pada orbit Bohr n = 2. Jika k = 9 × 109Nm2/c2, dengan e = 1,6 × 10-19 C, me = 9,1 × 10-31 kg, tentukan: a. jari-jari orbit, b. gaya elektrostatik yang bekerja pada elektron, c. kelajuan elektron!

Jawaban : a.

Jari-jari orbit (rn) rn = 0,53 . n2 = (0,53)(22) = 2,12

b.

Gaya elektrostatik yang bekerja pada elektron (FC)

c.

Kelajuan elektron (ve)

Sumber: http://www.nafiun.com/2014/06/fisika-atom-teori-model-atom-thomson-rutherfordbohr-bilangan-kuantum-asas-pauli-energi-ionisasi-afinitas-elektron-contoh-soalrumus-jawaban.html 10. Manakah pernyataan berikut ini yang merupakan kelemahan teori atom Bohr? a. Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman. b. Tidak dapat menjelaskan gaya sentripetal elektron. c. Bertentangan dengan fisika klasik. d. Bertentangan dengan teori Dalton. e. Tidak dapat menentukan energi transisi.

Jawaban : a Kelemahan model atom Bohr adalah tidak dapat menjelaskan spektrum warna atom berelektron banyak. Sumber: http://soaldanjawabanfisika.blogspot.com/2016/12/soal-dan-jawaban-fisika-atom-kelasxii.html