Fisika Modern [PDF]

Citation preview

KATA PENGANTAR



Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat dan Kuasa-Nya, sehingga saya dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat sederhana. Semoga makalah ini dapat dipergunakan sebagai salah satu acuan, petunjuk maupun pedoman bagi pembaca dalam administrasi pendidikan dalam profesi keguruan. Harapan saya semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, sehingga saya dapat memperbaiki bentuk maupun isi makalah ini sehingga kedepannya dapat lebih baik. Makalah ini saya akui masih banyak kekurangan karena pengalaman yang saya miliki sangat kurang. Oleh kerena itu saya harapkan kepada para pembaca untuk memberikan masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini.



Jambi, April 2015 Penulis



1



Daftar isi Kata pengantar ..................................................................... Daftar isi ................................................................................ Bab I pendahuluan ............................................................... A. Landasan Teori .................................................................. B. Rumusan masalah .............................................................. C. Tujuan ................................................................................ Bab III Pembahasan ............................................................. A. NCT ................................................................................... B. Prinsip kerja ....................................................................... Bab IV Kesimpulan .............................................................. A. Kesimpulan Daftar pustaka



i ii 1 1 4 4 6 7 8 12



...................13



2



BAB I PENDAHULUAN 1.1.



Latar belakang



Penyebaran Compton adalah suatu efek yang merupakan bagian interaksi sebuah penyinaran terhadap suatu materi. Efek Compton adalah salah satu dari 3 proses yang melemahkan energi suatu sinar ionisasi. Bila suatu sinar jatuh pada permukaan suatu materi sebagian daripada energinya akan diberikan kepada materi tersebut, sedangkan sinar itu sendiri akan di sebarkan. Gejala Compton merupakan gejala hamburan (efek) dari penembakan suatu materi dengan sinar-X. Efek ini ditemukan oleh Arthur Holly Compton pada tahun 1923. Jika sejumlah elektron yang dipancarkan ditembak dengan sinar-X, maka sinar-X ini akan terhambur. Hamburan sinar-X ini memiliki frekuensi yang lebih kecil daripada frekuensi semula. Menurut teori klasik, energi dan momentum gelombang elektromagnetik dihubungkan oleh: E = p.c E2 = p2.c2 + (m.c2)2



(1)



.



Gambar 1. Gejala Compton sinar-x oleh elektron.



1



Compton menghubungkan sudut hamburan θ terhadap yang datang dan panjang gelombang hamburan λ1 dan λ2. p1 merupakan momentum foton yang datang dan p2 merupakan momentum foton yang dihamburkan, serta p.c merupakan momentum elektron yang terpantul. Kekekalan momentum dirumuskan: p1 = p2 + pe atau pe = p1 – p2



(2)



Dengan mengambil perkalian titik setiap sisi diperoleh: pe2 = p12 + p22 – 2p1p2cos θ



(3)



Kekekalan energi memberikan: P1.c + mc2 = P2c +



√ ( m. c ) ❑ + Pe . c 2



2



2



2



=



1240 eV . nm 5,11 x 10 5 eV



(4)



Hasil Compton adalah: λ2 – λ1 =



h mc



=



hc m. c 2



−12 = 2,43 x 10 m = 2,43 pm



(5)



Dan dalam pengaplikasiannya di kehidupan efek compton ini digunakan dalam NCT (Nuclear Compton Telescope). Dan kita akan melihat bagaimana aplikasi efek Compton tersebut terhadap NCT itu sendiri. 1.2. Rumusan Masalah  



Apakah contoh aplikasi penerapan efek Compton terhadap manusia. Apahkah yang dimaksud dengan NCT?



1.3.Tujuan  



Mengetahu contoh aplikasi efek Compton dalam kehidupan. Mengetahui informasi tentang NCT. 3



BAB II PEMBAHASAN 2.1. NCT Teleskop compton nuklir (nct) adalah γ ditanggung balon-ray-lembut (0,215mev) teleskop dirancang untukm engetahui sumber astrofisika dari garis emisi nuklir dan pola isasi γ-ray. Nct menggunakan sebuah array dari 12 detekto rpencitraan 3-d germanium (geds).sebuahprototipe 2-ged tentang dijadwalkan nct akanditerbangkan di musim semi 2004. Program nct dirancang untuk mengembangkan dan menguji teknologi dan teknik analisis penting untuk compton advanced hubble, selama belajar radiasi γ-ray dengan resolusi spektral yang sangat tinggi, resolusi sudut moderat, dan sensitivitas yang tinggi. Nct memiliki sebuah novel, desain ultra-kompak dioptimalkan untuk mempelajari garis emisi nuklir dalam kisaran 0,5-2 kritis mev,dan polarisasi dalam kisaran 0,20,5 mev. Nuklir Compton Telescope (NCT) adalah eksperimen balloon-borne untukmendeteksi sinar gamma dari sumber astrofisika seperti supernova, pulsar,AGN, dan lain-lain. Teleskop ini diluncurkan dengan balon ketinggiantinggi ke ketinggian mengambang sekitar 40km.



Gambar II : NCT ( Nuclear Compton Telescope)



4



Teleskop Compton menggunakan sebuah array-12-3D kadar tinggiGermanium Detektor spektral resolusi untuk mendeteksi sinar gamma. Pada bagian bawahnya setengah detektor dikelilingi oleh Bismuth germanatesintil ator untuk melindungi dari sinar gamma atmosfer. Teleskop memilikimedan pandang (FOV) dari 25% dari langit.Dua prototipe detektor berhasil diuji dan diterbangkan pada tanggal 1 Juni 2005 dari Scientific Balloon Flight Facility, Fort Sumner, NewMexico. Pada tanggal 19 Mei 2009, instrumen penuh berhasil diluncurkan dari FortSumner di New Mexico dan mampu mengamati kepiting pulsar. Sayangnya itu gagal untuk memulai pada bulan April 2010 di Alice Springs , Australia,ketika balon pecah menambatkan untuk derek di angin tinggi.



Gambar III: Grafik Polarisasi efek Compton dan Modulasinya Gambar di atas menunjukkan hubungan efek Compton terhadap NCT dinyatakan dengan rumus. µ=



dσ 1−dσ dσ 1+ dσ 0 0



(6)



2.2. Eksperimen Compton Eksperimen yang dilakukan oleh Compton adalah dengan menembakkan seberkas sinar-x yang memiliki panjang gelombang λ pada target berupa grafit (karbon). Suatu kolimator digunakan untuk mendeteksi hamburan sinar-x pada



5



arah tertentu saja. Sinar yang dihamburkan pada sudut lain diserap oleh kolimator timbal. Bagan eksperimen Compton ditunjukkan oleh gambar berikut.



Gambar IV. Eksperimen Efek Compton Gagasan Compton merupakan salah satu bentuk penyebab munculnya konsep dualisme cahaya, yaitu cahaya dapat bersifat sebagai gelombang (misalnya dalam kasus interferensi dan difraksi), dan cahaya juga dapat bersifat sebagai partikel yang memiliki energi diskrit dan momentum linier seperti dalam efek Compton. Secara fisika klasik, gambaran tentang gelombang adalah jika seberkas gelombang dengan frekuensi ν bertumbukan dengan suatu bahan, maka elektron dalam bahan tersebut akan mengalami osilasi dengan frekuansi yang sama dengan frekuensi gelombang yang menumbuknya. Akibat dari osilasi elektron tersebut, maka akan timbul radiasi yang memiliki frekuensi yang sama dengan frekuensi osilasi elektron yang tentunya juga sama dengan frekuensi gelombang datang yang menumbuk bahan. Namun dari eksperimen yang dilakukan oleh Compton diperoleh hasil yang tidak sesuai dengan teori klasik ini. Hasil yang diperoleh adalah sinar terhambur memiliki puncak- puncak intensitas pada dua panjang gelombang. Satu puncak berkaitan dengan panjang gelombang datang (λ) sedangkan yang lain memiliki panjang gelombang λ’yang lebih besar dari λ padahal berkas datang hanya memiliki satu panjang gelombang (sebesar λ). Hal ini tidaklah dapat dimengerti jika dianggap berkas sinar-x datang sebagai gelombang. Compton berasumsi bahwa berkas sinar (dalam hal ini sinar-x) yang digunakan menembak bahan merupakan arus foton. Energi foton tersebut sebesar E = hν. Foton ini bertumbukan lenting dengan elektron yang ada pada target. Jika elektron mengambil sebagian energi yang dimiliki oleh foton, maka foton yang terhambur akan memiliki energi yang lebih kecil dibandingkan dengan energi foton yang datang. Hal ini menyebabkan foton yang terhambur akan memiliki frekuensi yang lebih kecil atau panjang gelombang yang lebih besar daripada



6



foton yang datang. Selisih panjang gelombang ini disebut dengan pergeseran Compton (Compton Shift). Hasil eksperimen yang dilakukan oleh Compton dapat diilustrasikan seperti gambar berikut.



Gambar V. Intensitas relative dan panjang gelombang untuk beberapa Φ Dari gambar di atas dapat dijelaskan bahwa foton dengan panjang gelombang l menumbuk target mengakibatkan terhamburnya foton dengan panjang gelombang l’ dan sudut hamburan sebesar f terhadap arah datangnya foton. Selain itu, tumbukan antara foton dengan elektron menyebabkan terjadinya hambuaran elektron dengan sudut hamburan θ terhadap arah datangnya foton. Pada kasus ini berlaku hukum kekekalan energi dan hukum kekekalan momentum. Salah satu aplikasi efek Compton dalam kehidupan adalah pembuatan NCT (Nuclear Chompton Telescope) yang akan kita bahas selanjutnya.



7



2.3. Prinsip Kerja Adapun prinsip kerja dari alat ini adalah :    



Foton berinteraksi dua kali dalam pendeteksi yang aktif. Runtunan interaksi dapat ditentukan dari informasi, seperti sudut hambur, kemungkinan penyerapan dan kemungkinan hamburan. Asal tidak dapat dilacak sehingga disebut dengan “event lingkaran”. Foton berasal dari semua titik tumpang tindih.



Gambar VI. Prinsip kerja NCT



8



Berikut merupakan hasil simulasi saat peluncuran NCT :



Gambar VII. Pelncuran NCT dengan bantuan kendaraan Dari gambar diatas team CSBF dan team peluncuran NCT memeriksa kemudian menghubungkan balon CSBF dengan peralatan ilmiah.



9



Gambar VIII. Bentuk rangkaian/susunan Baloon saat akan diluncurkan



Gambar IX. Keadaan NCT setelah diluncurkan Dengan bantuan parasut, NCT kan dibiarkan memompa sampai volume balon I million m3. Hal ini dilakukan agar NCT tetap bertahan dan mempertahankan ketinggian yang lebih tinggi.



10



Gammbar X. Grafik hassil sinar gamma yang dihasikan oleh NCT Gambar di atas merupakan grafik besarnya ukuran sinar gamma yang ditangkap oleh NCT setelah 6 jam dibiarkan. Garafik ini didapatkan pada tanggal 1 juni 2005 di Meksiko. Dimana ukuran total sinar gamma yang dihasilkan ditunjukkan oleh garis berwarna biru.



Gambar XI. Ledakan sinar gamma Dari hasil simulasi dihasilkan 3 kali ledakan sinar gamma yang dimana ledakan pertama pada saat T= 1 s, ledakan kedua T=10 s dan ledakan ketiga T= 100 s.



Gambar XII. Grafik Kalibrasi 11



Dari hasil simulasi yang dilakukan NCT juga mengalami kalibrasi. Dimana besarnya kalibrasi electron dan koleksi hole yang dihasilkan dengan mempertimbangkan besarnya perbedaan antara signal dengan waktu. Dan gambar diatas merupakan gambar yang menyatakan besarnya kalibrasi yang dialami, saat NCT berada dalam 3 keadaan, yaitu di dekat katoda, dekat anoda dan interaksi di tengah.



12



BAB III KESIMPULAN DAN SARAN 3.1. Kesimpulan Adapun kesimpulan dari makalah ini adalah :   



Penyebaran Compton adalah suatu efek yang merupakan bagian interaksi sebuah penyinaran terhadap suatu materi Bahwa Efek chompton dapat digunakan dalam kehidupan, yaitu sebagai NCT. Teleskop Compton menggunakan sebuah array-12-3D kadar tinggiGermanium Detektor spektral resolusi untuk mendeteksi sinar gamma.



3.2. Saran Penulis juga mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca, guna perbaikan makalah dengan judul yang sama di waktu selanjutnya.



13



DAFTAR PUSTAKA Nasa. 2010. Main Master Final.www.nasa.gov/centers/goddard/pdf/491345main_Master%20Report%20Vol %20I%20-Final.pdf Exul.2013. Zoglauer. http://www.exul.ru/workshop2013/talks/Zoglauer.pdf Adi, 1993. Sifat partikel dari cahaya efek Compton. http://adisant1993.blogspot.com/2012/03/sifat-partikel-dari-cahaya-efekcompton.html Sanjaya, 2011,Efek Compton. http://sanjayakingofdiamond.blogspot.com/2011/03/efek-compton.html Anonym. 2013. Efek fotolistrik, efek Compton contoh soal prktikum jawaban penerapan radiasi benda hitam. http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/04/pengertian-efek-fotolistrik-efekcompton-rumus-contoh-soal-praktikum-jawaban-penerapan-aplikasi-radiasibenda-hitam-gejala-fisika.html



14