Contoh Soal Efek Compton
Contoh Soal Efek Compton - Efek Compton merupakan sebuah nama yang diusulkan oleh penemunya yaitu Arthur Holly Compton setelah menerima hadiah Nobel pada tahun 1927 di Amerika Serikat. Hasil penelitian Compton ini, bertentang dengan teori gelombang klasik yang menyatakan bahwa panjang gelombang sinar elektromagnetik akan bersifat tetap untuk semua medium.
Gambar 1. Arthur Holly Compton (Sumber: di bawah lisensi Wikimedia Common)
Compton melakukan eksperimen dengan menembakkan berkas sinar X dengan panjang gelombang λ ke arah target yang terbuat dari karbon seperti Gambar 2.
Gambar 2. Skema Penelitian Compton
Sinar-X merupakan radiasi gelombang elektromagnetik dengan tingkat frekuensi tertinggi ke-2 setelah sinar gamma. Ketika sinar X mengenai target karbon, maka sinar X tersebut akan terhambur dengan sudut hambur φ, lalu hamburan tersebut akan ditangkap oleh detektor untuk dianalisis hasilnya. Compton mengukur panjang gelombang dan intensitas sinar X yang terhambur dari berbagai arah dengan menempatkan beberapa detektor. Hasil percobaan Compton menunjukkan bahwa panjang gelombang hamburan sinar X lebih besar dibandingkan panjang gelombang awal yang ditembakkan. Hal ini tentu bertentangan dengan teori gelombang klasik. Untuk menjelaskan adanya fenomena tersebut, Compton menganggap bahwa foton merupakan materi yang dapat memindahkan momentum dan energi. Sebagai materi, foton memiliki momentum dan berlaku hukum kekekalan momentum di dalamnya. Berikut ini contoh penggambaran antara panjang gelombang datang dan panjang gelombang hamburan. Hamburan tersebut yang biasa disebut hamburan Compton atau efek Compton.
Gambar 3. Hamburan Compton
Dengan persamaan kesetaraan energi-massa dari Einstein diperoleh perumusan sebagai berikut.
Dengan persamaan kesetaraan energi-massa dari Einstein diperoleh perumusan sebagai berikut.
Untuk foton, besarnya energi adalah hf, maka momentum foton adalah sebagai berikut.
Keterangan:
h = konstanta Planck yang nilainya 6,63 x 10-34 J.s;
f = frekuensi foton;
c = cepat rambat cahaya; dan
λ = panjang gelombang foton.
h = konstanta Planck yang nilainya 6,63 x 10-34 J.s;
f = frekuensi foton;
c = cepat rambat cahaya; dan
λ = panjang gelombang foton.
Hukum kekekalan berlaku pada foton, elektron, dan energi kinetik. Berdasarkan hukum kekekalan momentum diperoleh persamaan berikut.
Persamaan di atas disebut persamaan pergeseran Compton dengan keterangan sebagai berikut.
λ’ - λ = ∆λ dengan λ’ adalah panjang gelombang foton setelah tumbukan, λ adalah panjang gelombang foton sebelum tumbukan;
h = konstanta Planck;
m = massa elektron;
c = cepat rambat cahaya; dan
α = sudut hamburan foton
= panjang gelombang Compton.
λ’ - λ = ∆λ dengan λ’ adalah panjang gelombang foton setelah tumbukan, λ adalah panjang gelombang foton sebelum tumbukan;
h = konstanta Planck;
m = massa elektron;
c = cepat rambat cahaya; dan
α = sudut hamburan foton
= panjang gelombang Compton.
SOAL 1
Sebuah foton dengan panjang gelombang 0,4 nm (λ =0,4 nm) menabrak sebuah elektron yang diam dan memantul dengan sudut 53o terhadap arah semula. Panjang gelombang foton setelah tumbukan adalah ....
SOAL 2
Foton mengalami perubahan panjang gelombang sebesar ketika menabrak elektron yang diam. Sudut hamburan foton tersebut adalah ....
SOAL 3
Agar perubahan panjang gelombang bernilai maksimum, maka besar sudut hamburan foton yang digunakan adalah ....
SOAL 4
Seberkas sinar X dengan panjang gelombang 2 x 10-13 m menumbuk elektron yang diam sehingga terhambur dengan sudut 150o dari arah semula. Panjang gelombang sinar X setalah terhambur adalah ....
SOAL 5
Percobaan Compton membuktikan bahwa:
(1) gelombang elektromagnetik mempunyai momentum;
(2) energi gelombang elektromagnetik terkuantisasi;
(3) efek yang terjadi pada percobaan Compton memenuhi hukum kekekalan momentum; dan
(4) panjang gelombang yang dihamburkan menjadi lebih kecil.
Pernyataan yang sesuai adalah ....
(1) gelombang elektromagnetik mempunyai momentum;
(2) energi gelombang elektromagnetik terkuantisasi;
(3) efek yang terjadi pada percobaan Compton memenuhi hukum kekekalan momentum; dan
(4) panjang gelombang yang dihamburkan menjadi lebih kecil.
Pernyataan yang sesuai adalah ....
SOAL 6
Besarnya momentum foton yang memiliki energi sama dengan energi elektron yang diam adalah ....
SOAL 7
Momentum dari sinar X yang memiliki panjang gelombang 35 pm adalah ....
SOAL 8
Sebuah elektron dan sebuah foton memiliki panjang gelombang yang sama. Pernyataan yang sesuai dengan keadaan tersebut adalah ....
SOAL 9
Panjang gelombang Compton untuk sebuah elektron adalah ....
SOAL 10
Foton dari sinar X bertumbukan dengan elektron yang diam. Akibatnya, foton memantul ke arah datangnya dan elektron bergerak ke arah yang berlawanan. Besar pergeseran panjang gelombang foton sinar X adalah ....
Tags:
Contoh Soal Fisika