Laporan Percobaan Efek Compton

LAPORAN FISIKA KUANTUM

“PERCOBAAN EFEK COMPTON”

 

Oleh:

ST. AMINAH

NIM: 20600114029

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI ALAUDDIN MAKASSAR

2017

A.    Latar Belakang

Dalam teori kuantum cahaya dianggap bahwa foton dalam perjalanannya dalam ruang dengan kecepatan  c tidak menyebar sebagaimana gelombang, tetapi tetap terkonsentrasi dalam ruang yang sanga kecil. Kesuksesan Einstein mnjelskan efek fotolistrik tidak diikuti penjelasan memadai tentang jumlah momentum yang dibawa oleh setiap foton. Demikian halnya dengan penjelasan mengenai interaksi (tumbukan) foton dengan partikel lain (misalnya elektron). Teori tumbukan partikel ini secara terpisah dikemukakan oleh Peter Deybe (1884-1966) seorang ahli fisika kimia Jerman dan Arthur Holly Compton (1892-1962), Fisikawan Amerika pada tahun 1923 (Iswadi, 2013: 61).

Dalam naskah ilmiahnya “A Quantum Theory of Scattering of X-Rays by Light”, Compton menerangkan percobannya tentang hamburan sinar x oleh materi. Diamatinya bahwa panjang gelombang sinar x yang terhambur berbeda dengan panjang gelombang sinar x sebelum terhambur. Perubahan panjang gelombang tersebut ternyata juga bergantung dari sudut hamburan (Yusman, 2003: 47-48).

Proses hamburan ini dianalisis sebagai suatu interaksi tumbukan , dalam pengertian partikel secara klasik antara sebuah foton dan elektron, yaitu kita anggap diam. Elektron pada keadaan diam memiliki energi diam    . Setelah hamburan foton memiliki energi E’ dan momentum p’ dan bergerak pada arah yang membuat sudut  terhadap arah foton datang. Elektron memiliki energi total  dan momentum  dan bergerak pada arah yang membuat sudut  terhadap foton datang (Muh. Tawl dkk, 2008: 19-20). Foton hambur memiliki energi yang lebih kecil daripada foton yang datang, selisih E-E’ adalah energi kinetik yang diberikan kepada elektron. Begitupula, selalu lebih besar daripada . Foton hambur memiliki yang lebih pangjang daripada milik foton datang, perubahan pangjang ini merentang dari 0 pada =  hingga dua kali pangjang gelombang Compton pada =  (Muh. Tawil dkk, 2008: 22).

Berdasarkan hal tersebut, maka tujuan percobaan ini adalah untuk melihat hubungan antara panjang gelombang datang foton dengan panjang gelombang foton setelah tumbukan.

B.     Hipotesis Percobaan

Hipotesis percobaan yang diajukan adalah

“Panjang gelombang foton setelah tumbukan lebih besar dari pada panjang gelombang foton yang datang”.

C.    Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

1.      Bagaimanakah prinsip efek compton?

2.      Bagaimanakah hubungan antara panjang gelombang datang foton dengan panjang gelombang foton setelah tumbukan?

D.    Identifikasi Variabel Percobaan

Identifikasi variabel percobaan dalam praktikum ini adalah:

Kegiatan 1:Hubungan antara panjang gelombang datang foton dengan panjang gelombang foton setelah tumbukan   

1.      Variabel kontrol        :  Sudut datang foton

2.      Variabel bebas          :  Panjang gelombang datang foton

3.      Variabel terikat         :  Sudut foton dan sudut elektron yang terhambur

E.     Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:

1.         Alat

a.         Detector                                                                         1 buah

b.        Power Supply                                                                1 buah

c.         X-ray tube                                                                      1 buah

d.        Busur derajat                                                                1 unit

2.         Bahan

a.         Logam emas                                                                   1 buah

F.     Prosedur Percobaan

Prosedur percobaan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut:

1. Geser scroll boxes pada tab sudut datang foton atau input langsung dengan mengklik kotak pada pojok kiri tab sudut datang untuk mengubah nilai sudut datang foton terhadap garis horizontal
2. Beri tanda centang pada pilihan random angle untuk perubahan nilai sudut foton yang acak
3. Geser scroll boxes pada tab panjang gelombang atau input langsung dengan mengklik kotak pada pojok kiri tab panjang gelombang untuk mengubah nilai panjang gelombang foton mula-mula/sebelum tumbukan
4. Tekan tombol start untuk memulai proses tumbukan foton yang keluar dari x-ray tube dengan elektron yang terdapat pada lempengan emas
5. Beri tanda centang pada pilihan show lines untuk menampilkan berkas garis foton dan elektron sebelum dan sesudah tumbukan
6. Tekan tombol measure untuk menampilkan busur derajat
7. Ukur sudut foton ataupun sudut elektron setelah tumbukan dengan meng-drag (tekan dan tarik/jangan dilepas mouse) busur derajat setelah menekan tombol measure

G.    Tabel Pengamatan

Kegiatan 1:Hubungan antara panjang gelombang datang foton dengan panjang gelombang foton setelah tumbukan.

Tabel 1: Hubungan antara panjang gelombang datang foton dengan panjang gelombang foton setelah tumbukan.

No.	Foton Datang (pm)	Sudut Foton (o)	Sudut Elektron (o)
1.	55	65,7	56,0
2.	65	65,3	56,2
3.	75	64,8	55,2
4.	85	64,3	54,5
5.	95	64,1	54,1

Sudut Datang Foton (^o) = 65

H.    Grafik

Grafik 1: Hubungan antara panjang gelombang datang foton dengan sudut foton hambur

I.       Analisis Data

Kegiatan 1: Hubungan panjang gelombang foton yang datang dengan panjang gelombang foton setelah tumbukan

Rumus umum:

=  +  

1.      Untuk  = 0,055 nm

=  +  

=  +  

=   +  

=   +  

=

2.      Untuk  = 0,065 nm

=  +  

=  +  

=   +  

=   +  

=

3.      Untuk  = 0,075 nm

=  +  

=  +  

=   +  

=   +  

=

4.      Untuk  = 0,085 nm

=  +  

=  +  

=   +  

=   +  

=

5.      Untuk  = 0,095 nm

=  +  

=  +  

=   +  

=   +  

=

J.      Pembahasan

Dari percobaan yang telah dilakukan serta analisis data bahwa hubungan antara panjang gelombang datang foton dengan panjang gelombang foton setelah tumbukan diperoleh data untuk panjang geombang pertama sebesar 55 pm dengan sudut datang foton dan sudut elektron , panjang geombang kedua sebesar 65 pm dengan sudut datang foton dan sudut elektron , panjang geombang ketiga sebesar 75 pm dengan sudut datang foton dan sudut elektron , panjang geombang keempat sebesar 85 pm dengan sudut datang foton dan sudut elektron  dan panjang geombang kelima sebesar 95 pm dengan sudut datang foton dan sudut elektron .

Compton mengatakan bahwa panjang gelombang foton setelah tumbukan lebih besar daripada panjang gelombang foton datang atau sebelum tumbukan. Setelah melakukan analisis data, diperoleh data untuk panjang geombang pertama sebesar 0,055 nm dengan sudut datang foton dan panjang gelombang foton setelah tumbukan 0,056 nm, panjang geombang kedua sebesar 0,065 nm dengan sudut datang foton dan panjang gelombang foton setelah tumbukan 0,066 nm, panjang geombang ketiga sebesar 0,075 nm dengan sudut datang foton dan panjang gelombang foton setelah tumbukan 0,076 nm, panjang geombang keempat sebesar 0,085 nm dengan sudut datang foton dan panjang gelombang foton setelah tumbukan 0,086 nm dan untuk panjang geombang kelima sebesar 0,095 nm dengan sudut datang foton dan panjang gelombang foton setelah tumbukan 0,096 nm.

Berdasarkan hasil analisis data dapat disimpulkan bahwa percobaan yang dilakukan telah sesuai dengan teori, dari hasil percobaan dapat diketahui bahwa panjang gelombang foton setelah tumbukan lebih besar daripada panjang gelombang foton datang, dimana pergeseran panjang gelombang sinar-x sama sekali tidak bergantung pada intensitas tetapi hanya bergantung pada sudut hamburan foton-elektron, hal ini dapat dilihat dari hasil analisis data dan data percobaan.

K.    Kesimpulan

Kesimpulan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

1.    Jika seberkas sinar-x ditembakkan ke sebuah elektron bebas yang diam, sinar-x akan mengalami perubahan panjang gelombang dimana panjang gelombang sinar-x menjadi besar. Foton datang menumbuk elektron bebas yang diam, elektron menyerap sebagian energi foton sehingga bergerak ke arah membentuk sudut terhadap arah foton mula-mula. Foton yang menumbuk elektron pun terhambur dengan sudut  terhadap arah semula dan panjang gelombang menjadi lebih besar.

2.    Hubungan antara panjang gelombang foton datang dengan panjang gelombang foton setelah hamburan adalah panjang gelombang foton setelah tumbukan lebih besar daripada panjang gelombang foton datang. Foton hambur memiliki panjang gelombang yang lebih panjang daripada milik foton datang, perubahan panjang ini merentang dari 0 pada =  hingga dua kali pangjang gelombang Compton pada = , dimana pergeseran panjang gelombang sinar-x sama sekali tidak bergantung pada intensitas tetapi hanya bergantung pada sudut hamburan foton-elektron.

DAFTAR PUSTAKA

Iswadi, 2013. Fisika Modern. Makassar: Alauddin Press.

Tawil, Muhammad dkk. 2008. Fisika Kuantum. Makassar: Badan Penerbit UNM.

Wiyatmo, Yusman. 2003. Fisika Modern. Yogyakarta: Pustaka Belajar.