Efek Compton, Pengertian Hamburan Sinar X

Efek Compton adalah peristiwa terhamburnya sinar X (foton) ketika menumbuk electron diam menjadi foton terhambur dan electron. Perhatikan Gambar untuk memperjelas.

Campton menyebutkan bahwa gelombang elektromagnetik termasuk di dalamnya adalah cahaya memiliki sifat kembar yaitu sebagai gelombang dan sebagai materi atau partikel.

Pada 1923, Compton melakukan percobaan dengan menjatuhkan sinar-X yang dikeluarkan dari bahan radioaktif pada lempengan tipis. Hasil pengamatannya menunjukkan bahwa setelah keluar dari lempengan, gelombang elektromagnetik mengalami hamburan.

Efek Compton, Pembahasan Contoh Soal Ujian
Efek Compton, Pembahasan Contoh Soal Ujian

Terbukti panjang gelombang bertambah panjang. Hal itu dirasa aneh, karena teori klasik yang ada pada saat itu tidak dapat menjelaskan peristiwa tersebut. Untuk menjelaskan masalah itu, Compton menganggap foton (gelombang elektromagnetik) sebagai materi.

Karena dianggap sebagai materi, foton mempunyai momentum sehingga tumbukan antara foton sebagai materi dan elektron dalam lempengan berlaku hukum kekekalan momentum.

Dengan persamaan kesetaraan energi-massa dari Einstein, diperoleh:

E = m . c2

E = mc . c = p . c

Mengingat energi foton Planck E = hf maka momentum foton dapat ditentukan:

p = h f / c atau p = h / λ

dengan:

p = momentum foton (Ns)

h = tetapan Planck (Js)

f = frekuensi gelombang elektromagnetik (Hz)

c = laju cahaya (m/s)

λ= panjang gelombang foton (m)

Compton berkesimpulan bahwa gelombang elektromagnetik (termasuk di dalamnya cahaya) mempunyai sifat kembar, yaitu sebagai gelombang dan sebagai materi atau partikel. Pada peristiwa interferensi, difraksi, dan polarisasi lebih tepat apabila cahaya dipandang sebagai gelombang, sedangkan pada peristiwa efek fotolistrik dan efek Compton lebih tepat apabila cahaya dipandang sebagai partikel.

Hasil pengamatan Compton tentang hamburan foton dari sinar X menunjukkan bahwa foton dapat dipandang sebagai partikel, sehingga memperkuat teori kuantum yang mengatakan bahwa cahaya mempunyai dua sifat, yaitu cahaya dapat sebagai gelombang dan cahaya dapat bersifat sebagai partikel yang sering disebut sebagai dualime gelombang cahaya.

Compton mempelajari bahwa hamburan foton dari sinar X oleh elektron dapat dijelaskan dengan menganggap bahwa foton seperti partikel dengan energi hf dan momentum hf/c.

Percobaan Compton,

Percobaan Compton menggunakan sinar X monokromatik. Percobaannya dilakukan dengan memberikan sinar X monokromatik (sinar X yang memiliki panjang gelombang tunggal) ke permuakaan keping tipis berilium sebagai sasarannya.

Kemudian untuk mengamati foton dari sinar X dan elektron yang terhambur dipasang detektor. Sinar X yang telah menumbuk elektron akan kehilangan sebagian energinya yang kemudian terhambur dengan sudut hamburan sebesar θ terhadap arah awal.

Berdasarkan hasil pengamatan ternyata sinar X yang terhambur memiliki panjang gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang sinar X mula mula. Hal ini dikarenakan sebagian energinya terserap oleh elektron.

Jika energi foton sinar X mula -mula adalah h.f , maka energi foton sinar X yang terhambur adalah (hf1 – hf2), dimana frekuensi awal lebih besar dari frekuensi setelah tumbukan, f1 > f2, sedangkan Panjang gelombang yang terhambur menjadi tambah besar yaitu λ2 >  λ1

Hasil pengamatan Compton tentang hamburan foton dari sinar X menunjukkan bahwa foton dapat dipandang sebagai partikel, sehingga memperkuat teori kuantum yang mengatakan bahwa cahaya mempunyai dua sifat, yaitu cahaya dapat sebagai gelombang dan cahaya dapat bersifat sebagai partikel yang sering disebut sebagai dualisme gelombang cahaya.

Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi, Compton berhasil membuktikan bahwa perubahan panjang gelombang foton yang terhambur (setelah tumbukan) dengan panjang gelombang mula mula (sebelum tumbukan), memenuhi persamaan seperti berikut:

2 – λ1) = h.(1-cos θ)/(m.c)

dengan keterangan:

λ1 = panjang gelombang sinar X sebelum tumbukan (m)

λ2 = panjang gelombang sinar X setelah tumbukan (m)

h = konstanta Planck (6,625 × 10-34 Js)

m = massa diam elektron (9,1 × 10-31 kg)

c = kecepatan cahaya (3 × 108 ms-1)

θ = sudut hamburan sinar X terhadap arah semula (derajat atau radian)

Besaran  h/(m.c)  sering disebut dengan panjang gelombang Compton.

Contoh Soal Ujian Rumus Perhitungan Efek Compton

Pada percobaan efek Compton seberkas sinar X dengan frekuensi 3×1019 Hz ditembakkan pada elektron diam. Pada saat menumbuk elektron terhambur dengan sudut 60o. Bila diketahui m = 9,1×10-31 kg, h = 6,62.10-34 Js, dan c = 3.108 m/s, hitunglah frekuensi sinar X yang terhambur!

Penyelesaian

Diketahui :

f1= 3 × 1019 Hz

θ = 60o

m = 9,1 × 10-31 kg

h = 6,62 × 10-34 Js

c = 3 × 108 m/s

Ditanyakan :

f2 =…?

2 – λ1) = h.(1-cos θ )/(m.c)

2 – λ1) = h.(1-cos θ )/(m.c)

2 – λ1) = 6,62 × 10-34 (1-cos600)/( 9,1 × 10-31x= 3 × 108)

2 – λ1) = 6,62 × 10-34 (1-0,5)/(27,3×10-23)

2 – λ1) = 0,1212 × 10-11 m

λ1 = c/f1

λ1 =(3×108)/(3×1019)

λ1 = 1 × 10-11 m

λ2 = λ1 + 0,1212 × 10-11 m

λ2= 1 × 10-11 + 0,1212 × 10-11 m

λ2= 1,1212 x 10-11 m

f2 =c/ λ2

f2 = (3×108)/(1,1212×10-11)

f2 = 2,68 x 1019 Hz

Soal Ujian Efek Compton

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!

Penyelesaian:

Diketahui:

h = 6,6 × 10-34 Js

c = 3,0 × 108 m/s

m = 9,0 × 10-31 kg

Ditanya: Δλ = …?

Jawab:

Δλ = h.(1-cos θ )/(m.c)

Δλ = 6,6 × 10-34 (1-cos 1800)/( 9,0 × 10-31 x 3,0 × 108)

Δλ = 0,49 x 10-11 m

Soal Ujian Rumus Perhitungan Efek Compton

Sebuah foton dengan panjang gelombang 0,4 nm menabrak sebuah electron yang diam dan memantul kembali dengan sudut 150o ke arah asalnya. Tentukan kecepatan dan panjang gelombang dari foton setelah tumbukan!

Penyelesaian:

  1. Laju foton selalu merupakan laju cahaya dalam vakum, c yaitu 3 × 108 m/s.
  2. Untuk mendapatkan panjang gelombang setelah tumbukan, dengan menggunakan persamaan efek compton:

Δλ = h.(1-cos θ )/(m.c)

2 – λ1) = h.(1-cos θ )/(m.c)

λ2 = λ1 + h.(1-cos θ )/(m.c)

λ2 = 4,00 x 10-10m+ (6,63×10-34) (1-cos 1500)/(9,1×10-31kg x 3×108m/s)

λ2 = 4,00 × 10-10 m + (2,43 × 10-12 m) (1 + 0,866)

λ2 = 4,05 × 10-10 m

λ2 = 4,05 Ao

Contoh Soal Ujian Materi Efek Compton

Lampu natrium 20 W memancarkan cahaya kuning dengan panjang gelombang 589 nm. Berapakah jumlah foton yang dipancarkan lampu itu setiap sekon?…

Daftar Pustaka:

  1. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  2. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  3. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  4. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  5. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  6. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  7. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  8. Ardra.Biz, 2019, ” Efek Compton, Foton Hamburan, Gelombang Elektromagnetik, Momentum Foton, Pembahasan Contoh Soal Ujian Efek Compton, Pengertian Sinar X, Efek Compton, peristiwa terhamburnya sinar X (foton), gelombang sebagai materi partikel, sifat kembar Cahaya, percobaan sinar X Compton,
  9. Ardra.Biz, 2019, “Hamburan Foton, gelombang elektromagnetik Cahaya, hamburan gelombang elektromagnetik effect Compton, momentum  foton, berlaku hukum kekekalan momentum, Rumus Effect Compton, Rumus energi foton Planck, Rumus kesetaraan energi-massa Einstein, Contoh Soal Rumus energi foton Planck, Satuan Effect Compton,
  10. Ardra.Biz, 2019, “Satuan Momentum foton, Rumus Momentum Foton, panjang gelombang foton, Yang Mempengaruhi Momentum Foton Effect Compton, Satuan Laju Cahaya Effect Compton, Rumus dan Satuan frekuensi gelombang elektromagnetik, cahaya gelombang elektromagnetik,
  11. Ardra.Biz, 2019, “interferensi cahaya Compton, difraksi Cahaya Compton, polarisasi cahaya Compton, efek fotolistrik Partikel efek Compton, Contoh Soal Ujian Materi Efek Compton, Gambar Hambura Effect Compton