Difraksi Elektron

Mei 12, 2012 0 Comments

Nhingz, BLOG--Ketika diteliti kembali kelihatannya agak ganjil bahwa sekitar dua puluh tahun berlalu antara penemuan partikel dari gelombang dalam tahun 1905 dan spekulasi bahwa partikel dapat menunjukkan sifat gelombang dalam tahun 1924.

Namun,  harus disadari mengusulkan suatu hipotesis revolusioner untuk menerangkan data yang tadinya  penuh misteri adalah lain dengan mengajukan hipotesis yang sama – sama revolusioner dalam ketiaadan mandate eksperimental yang kuat.

Hal kedua inilah yang dilakukan de Broglie pada tahun 1924 ketika ia mengusulkan bahwa materi mempunyai sifat gelombang disamping partikel. Iklim intelektual yang ditimbulkan oleh pengertian yang diajukan de Broglie yang segera menarik perhatian pada permulaan abad itu, sangat berbeda dengan teori kuatum yang diajukan oleh plank dan Einstein yang hamper tidak menimbulkan reaksi walaupun didukun secara empiris.

            Keberadaan gelombang de Broglie secara eksperimental di tunjukkan orang  dalam tahun 1927, dan prinsip dualitas yang dinyatakannya merupakan titik pangkal dari perkembangan mekanika kuantum oleh schrodinger dalam tahun tahun berikutnya. Pada tahun 1927 terjadi eksperimen davisson dan germer yang disebabkan oleh hipotesa de Broglie tentang difraksi elektron.

KONSEP

           A.    DIFRAKSI
Difraksi  merupakan peristiwa penyebaran atau pembelokan cahaya pada saat melintas melalui celah atau ujung penghalang atau biasa dikatakan bahwa difraksi pelenturan cahaya oleh tepian suatu benda kedap, terjadi jika sebua benda yang tidak tembus pandang (kedap) diletakkan di antara sumber cahaya dan layar sedemikian rupa sehingga benda itu menyisahkan tempat untuk dilewati oleh cahaya dari sumber  sehingga jatu ke layar.
Difraksi merupakan metode yang unggul untuk memahami apa yang terjadi pada level atomis dari suatu material kristalin. Sinar X, elektron dan neutron memiliki panjang gelombang yang sebanding dengan dimensi atomik sehingga radiasi sinar tersebut sangat cocok untuk menginvestigasi(penyelidikan dan penelitian tentang suatu masalah dengan cara mengumpulkan data dilapangan) material Krista lin. Teknik difraksi mengeksploitasi(mengusahakan) radiasi yang terpantul dari berbagai sumber seperti atom dan kelompok atom dalam kristal.
Ada beberapa macam difraksi yang dipakai dalam studi material yaitu: difraksi sinar X, difraksi neutron(partikel inti atom yang tidak bermuatan)  dan difraksi elektron. Namun yang sekarang umum dipakai adalah difraksi sinar X dan elektron. Dari metode difraksi kita dapat mengetahui secara langsung mengenai jarak rata-rata antar bidang atom. Kemudian kita juga dapat menentukan orientasi(peninjauan) dari kristal tunggal. Secara langsung mendeteksi struktur kristal dari suatu material yang belum diketahui komposisinya. Kemudian secara tidak langsung mengukur ukuran, bentuk dan internal stres dari suatu kristal. Prinsip dari difraksi terjadi sebagai akibat dari pantulan elastis yang terjadi ketika sebuah sinar berinteraksi dengan sebuah target. Pantulan yang tidak terjadi kehilangan energi disebut pantulan elastis (elastic scatering).
           B.      ELEKTRON
Elektron adalah partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak memiliki komponen dasar ataupun substruktur apapun yang diketahui, sehingga ia dipercayai sebagai partikel elementer.  Elektron memiliki massa  sekitar 1/1836 massa proton. Momentum sudut  (spin) instrinsik elektron adalah setengah nilai integer dalam satuan h yang berarti bahwa ia termasuk fermion(zara atau electron, proton atau neutron yang mematuhi fungsi distribusi Fermi- direc dalam pendistribusiannya). Antipartikel  elektron disebut sebagai positron(electron dengan muatan positif) yang identik dengan elektron, tapi bermuatan positif. Ketika sebuah elektron bertumbukan dengan positron, keduanya kemungkinan dapat saling berhambur ataupun musnah  total, menghasilan sepasang (atau lebih) foton(kuantum radiasi elektromagnetik) sinar gama(sinar sebagai hasil radiasi elektromagnetik yang mempunyai daya rambat besar seperti sinar x berasal dari inti atom radioaktif.
Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam alam semesta diciptakan pada peristiwa Big Bang (ledakan besar), namun ia juga dapat diciptakan melalui peluruhan beta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada saat sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron dapat dihancurkan melalui pemusnahan dengan positron, maupun dapat diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium modern dapat digunakan untuk memuat ataupun memantau elektron individual. Elektron memiliki banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop  electron, terapi radiasi, dan pemercepat partikel.
Elektron yang termasuk ke dalam generasi  keluarga partikel lepton pertama, berpartisipasi dalam interaksi gravitasi,  interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah.  Sama seperti semua materi, elektron memiliki sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel),  sehingga ia dapat bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, dua elektron berbeda tidak dapat menduduki keadaan kuantum yang sama sesuai dengan asas pengecualian Pauli.
              C.  EKSPERIMEN DAVISSON DAN GERMER    
                  Eksperimen yang memperlihatkan keberadaan gelombang de Broglie. Pada tahun 1927 davisson       dan germer  di amerika serikat dan G. P.  Thomson di inggris secara bebas meyakinkan hipotesis de Broglie dengan menunjukkan berkas electron terdifraksi jika berkas itu dihamburkan oleh kisi(segi empat kecil ) atom yang teratur dari suatu Kristal.
Davisson dan germer mempelajari electron yang terhambur oleh zat padat dengan memakai peralatan  seperti bedil electron( penembak sinar /berkas), Kristal tunggal nikel, detector electron .
                         Seluruh rangkaian percobaan ditempatkan dalam ruang yang dapat divakumkan. Adapun langkah-langkahnya adalah :
·      Suatu penembak elektron menghasilkan berkas elektron terkolimasikan(proses perubahan berkas cahaya yang berpencaran menjadi satu berkas sejajar). Berkas tenaga   kinetik elektron dalam berkas diatur dengan mengatur besar potensial bedil elektron.
·    Berkas electron diarahkan pada sasaran(target) yang terbuat dari bahan nikel. Elektron yang dihambur oleh sasaran ini kemudian dikumpulkan oleh kolektor, yang juga sekaligus menjadi detektor arus elektron. Kolektor dapat di ubah-ubah  kedudukannya sehingga dapat diperoleh pengamatan besar arus kolektor sebagai fungsi sudut hambur. Fisika klasik meramalkan bahwa elektron yang terhanbur akan muncul dalam berbagai arah dengan hanya sedikit kebergantungan dari intensitas terhadap sudut hambur dan lebih sedikit lagi dari energi elektron primer. Dengan memakai blok nikel sebagai target davisson dan garmer membuktikan ramalan itu.
·      Pada awal percobaannya Davison dan Germer menggunakan bahan curah, yang hasilnya tidak spektakuler. Jumlah elektron yang terhambur senantiasa berkurang apabila sudut hamburan diperbesar.
·      Pada saat percobaan dinding vakum mengalami kerusakan, sasaran nikel yang ada pada saat itu berada pada suhu yang tinggi teroksidasi(proses penyatuan suatu zat dengan oksigen) oleh udara yang memasuki sistem vakum. Setelah peralatan diperbaiki cuplikan nikel kemudian direduksi(dipanaskan) dalam oven yang bertemperatur tinggi setelah target di panaskan target dikembalikan kedalam peralatan dan pengamatan dilanjutkan. Reduksi ini menghilangkan lapisan oksida yang terbentuk pada saat permukaan nikel teroksidasi karena kehadiran udara dalam sistem vakum(kosong/hampa udara).
·      Ketika percobaan diulangi kembali ternyata diperoleh hasil yang sangat berbeda. Elektron yang dihambur menunjukkan suatu pola hamburan yang sangat bergantung pada sudut hambur.  Terlihat bahwa dengan adanya perubahan sudut hambur terjadi maksimum dan minimum dari jumlah elektron yang terhambur. Pola hamburan itu menunjukkan bahwa berkas elektron mengalami difraksi ketika bertumbukan dengan permukaan nikel.

Hipotesa de Broglie mendorong tafsiran bahwa gelombang elektron didifraksikan oleh target sama seperti sinar x didifraksikan oleh bidang – bidang atom dalam kristal. Tafsiran ini mendapat dukungan setelah disadari bahwa efek pemanasan sebuah blok nikel pada temperature tinggi menyebabkan kristal individual kecil yang membangun blok tersebut bergabung menjadi kristal tunggal yang besar yang atom- atomnya tersusun dalam kisi yang teratur.

 Untuk membuktikan bahwa hipotesa de Broglie penyebab dari hasil davisson dan germer, pada suatu percobaan tertentu berkas elektron 54eV diarahkan tegak- lurus pada target nikel, dan maksimum yang tajam dalam distribusi elektron terjadi pada sudut 500  dari berkas semula. Sudut datang dan sudut hambur relative terhadap suatu keluarga bidang( tersusun atas berkas elektron, bidang dan sudut) bragg ditunjukkan dalam gambar 1 keduanya bersudut 650 . Jarak antara bidang dalam keluarga bidang yang bisa diukur melalui difraksi sinar x adalah 0,091 nm persamaan bragg untuk maksimum dalam pola difraksi ialah:
                                                nλ  = 2d sinθ
Gambar 1 : eksperimen davisson dan Germer.

Di sini d = 0,091nm dan θ=650 , dengan menganggap n = 1, panjang gelombang de Broglie λ dari elektron yang terdifraksi adalah
λ=2dsinθ=20,091nm(sin650 )=0,165 nm  
Sekarang kita menggunakan rumus de Broglie
λ=hmv  
Untuk menghitung panjang gelombang elektron yang diharapkan.  Energi kinetic 54eV kecil dibandingkan dengan energy diam m0  C0  yaitu sebesar 5,1 ×105eV,  sehingga kita dapat mengabaikan efek relativistic. Karena

Gambar 2 difraksi gelombang de Broglie oleh target merupakan penyebab dari hasil davisson dan Germer.






K = 12   mv2
Maka momentum elektron itu mv ialah
mv=2nK
 =2(9,1×10-31 kg)54eV(1,6×10-19 J/eV)

Nhingzhdt

Saya adalah seorang individu yang sedang berusaha mengejar tujuan untuk menjadi sukses, dan berharap hal itu segera terealisasi. Aktivitas saya sehari-hari sebagai seorang guru mata pelajaran IPA, saya mempunyai dedikasi tinggi terhadap dunia pendidikan dan semoga menjadi teladan bagi murid saya. Saya memiliki kecintaan yang mendalam terhadap musik K-pop, yang menjadi sumber inspirasi dan hiburan di tengah kesibukan rutinitas yang saya lalui. Selain itu, hobi saya yaitu senang menonton drama Korea dan drama China yang mencerminkan minat saya dalam cerita, budaya, dan keindahan seni. Berikut drama yang saya favoritkan yaitu Kidnapping Game, Dear Missy, Falling Into You, Bussiness Proposal dan My Dearest.

0 comments:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)