Efek Compton adalah peristiwa terhamburnya foton yang lebih dikenal sebagai sinar X saat menumbuk elektron diam menjadi foton terhambur dan elektron.
Setelah kita membahas mengenai efek doppler dan efek rumah kaca kita akan membahas mengenai bagaimana dan hal apa saja yang menyangkut efek compton.
Apakah kamu mengetahui mengenai efek compton? Compton adalah seorang ilmuwan yang melakukan sebuah percobaan yang kemudian dikenal sebagai efek tersebut.
Untuk bisa memahaminya, tentu kamu harus bisa mengerti mengenai hal tersebut secara detail.
Daftar Isi Artikel
Pengertian Efek Compton
Pada tahun 1932, seorang ilmuwan yang bernama Compton mengungkapkan mengenai sebuah efek yang didasarkan pada eksperimen yang dilakukan.
Efek compton adalah peristiwa terhamburnya foton atau yang lebih dikenal sebagai sinar X saat menumbuk elektron diam menjadi foton terhambur dan elektron.
Saat itu, Compton melakukan sebuah eksperimen dengan menembakan sinar X yang dikeluarkan dari bahan radioaktif lempengan tipis.
Setelah keluar dari lempengan tipis, gelombang elektromagnetik akan mengalami hamburan. Berdasarkan percobaan yang dilakukan dapat diketahui bahwa panjang gelombang foton datang lebih pendek dibandingkan dengan foton yang terhambur.
Compton memiliki anggapan bahwa foton tersebut merupakan gelombang elektromagnetik yaitu bentuk dari materi. Bentuk materi tersebut dapat menjelaskan mengenai perubahan panjang gelombang foton diakibatkan foton mengalami momentum, sehingga berlaku hukum kekekalan momentum.
Kesimpulan yang dapat diambil dari eksperimen yang dilakukan, yaitu:
- Pada proses menghamburkan suatu kuantum cahaya yang utuh atau foton terdapat peran dari elektron.
- Kuantum cahaya bisa datang dari berbagai arah tertentu dan dihamburkan dalam arah yang tertentu.
- Gumpalan radiasi atau foton membawa energi serta memiliki momentum linier.
Berdasarkan teori kuantum yang dikemukakan oleh Einstein dan percobaan Compton maka lahir sebuah fenomena mengenai cahaya, tidak hanya bersifat panjang gelombang namun juga memiliki sifat partikel. Ciri-ciri cahaya yang memiliki sifat partikel, yaitu:
- Bergerak dengan kecepatan C.
- Memiliki energi sebesar hv.
- Terkonsentrasi di bagian dalam daerah dengan ruang terbatas.
- Memiliki momentum linier, P= ε/c dengan massa yaitu mo.
Hamburan Efek Compton
Berikut adalah penjelasan lengkap mengenai hamburan efek compton. Pahami dahulu ya sebelum kamu bertanya lebih lanjut dan mengira-ngira!
1. Pengertian Hamburan Compton
Hamburan compton merupakan hamburan inelastis foton oleh elektron yang bermuatan partikel bebas. Selanjutnya, bagian dari energi foton ditransfer ke elektron hamburan. Kebalikan dari hamburan compton juga ada dan terjadi ketika transfer partikel energi untuk foton.
Hamburan compton adalah contoh dari hamburan inelastis. Hamburan tersebut terjadi yang dikarenakan panjang gelombang cahaya yang tersebar berbeda dari radiasi insiden. Namun, asal efek dapat dianggap menjadi tabrakan elastis antara elektron dengan foton.
Jumlah perubahan yang terjadi pada panjang gelombang juga disebut sebagai pergeseran compton. Selain itu, terdapat juga hamburan compton nuklir. Namun, biasanya hamburan compton hanya mengacu pada interaksi yang melibatkan elektron saja.
Efek compton ini dianggap penting, dikarenakan cahaya tidak bisa dijelaskan murni sebagai fenomena gelombang. Teori klasik gelombang elektromagnetik, hamburan Thomson belum bisa menjelaskan mengenai intensitas rendah menggeser panjang gelombang klasik.
2. Cahaya sebagai Partikel
Cahaya intensitas yang cukup dapat mempercepat partikel pada medan listrik. Partikel bermuatan akan mengakibatkan recoil radiasi tekanan. Hal tersebut juga berhubungan dengan pergeseran Doppler dari cahaya yang tersebar.
Efek yang dihasilkan menjadi kecil pada intensitas cahaya yang cukup rendah. Efek yang menjadi kecil terlepas dari panjang gelombang. Untuk menjelaskan intensitas rendah hamburan Compton maka cahaya harus bersikap seolah terdiri dari partikel.
Dalam percobaan Compton fisikawan menjadi lebih yakin jika cahaya dapat memiliki perilaku sebagai aliran partikel, seperti objek yang energinya sebanding dengan frekuensi.
Dari hasil pengamatan yang dilakukan oleh Compton mengenai hamburan foton dari sinar E menunjukkan jika foton dapat dilihat sebagai partikel, sehingga hal ini semakin menguatkan teori kuantum.
Teori kuantum mengatakan jika cahaya memiliki dua sifat, yaitu cahaya dipandang sebagai gelombang dan cahaya bersifat partikel atau yang dikenal dengan dualisme gelombang cahaya. Pada kejadian difraksi, polarisasi, dan interferensi cahaya dipandang sebagai gelombang.
Namun, dalam kejadian efek fotolistrik dan compton cahaya dipandang sebagai suatu partikel.
Compton mempelajari bahwa hamburan foton dari sinar X yang terjadi oleh elektron dapat dijelaskan dengan cara menganggap bahwa foton merupakan partikel yang memiliki energi hf serta momentum hf/c.
Rumus Efek Compton
Dalam efek compton terdapat beberapa rumus yang dapat digunakan. Berikut merupakan beberapa rumus compton, yaitu:
1. Rumus dalam persamaan Einstein:
E = mc2
E = m.c.c
Keterangan:
E = Energi (J)
M = Massa (kg)
C = Kecepatan cahaya (m/s)
2. Rumus energi foton Planck:
E = hf
p = hf
p = h/ λ
Keterangan:
p = Momentum foton (Ns)
f = Frekuensi gelombang elektromagnetik (Hz)
h = Tetapan Planck (Js)
λ = Panjang gelombang foton (m)
c = Laju cahaya (m/s)
Penurunan Rumus Efek Compton
Compton adalah sebuah pembuktian jika gelombang bisa memiliki perilaku seperti partikel. Efek ini memanfaatkan hukum kekekalan energi serta hukum kekekalan momentum.
Sementara itu, yang perlu dilihat adalah perubahan panjang gelombang foton yang disebabkan oleh tumbukan dengan partikel lain. Berikut merupakan penurunan persamaan rumus compton menggunakan bantuan vektor dasar, yaitu:
Misalnya, momentum awal foton yaitu pi dan momentum akhir foton adalah pf. Energi awal foton adalah Ei dan energi akhir foton yaitu Ef.
Hukum kekekalan energi, yaitu:
Hukum kekekalan momentum, yaitu:
Selanjutnya, rombak persamaan hukum kekekalan energi:
Kuadratkan setiap ruas, ruas kiri dan ruas kanan:
Samakan persamaan (1) dan persamaan (2):
Sehingga,
λ1= panjang gelombang sinar X sebelum tumbukan (m)
λ_2= panjang gelombang sinar X sesudah tumbukan (m)
m = massa diam elektron (9,1 x 10-31 kg)
h = konstanta Planck (6,625 x 10-34 Js)
c = kecepatan cahaya (3 x 108 ms-1)
ɵ = sudut hamburan sinar X terhadap arah awal (radian atau derajat)
Perlu diketahui bahwa h/(m.c) juga dikenal sebagai panjang gelombang compton.
Penerapan Efek Compton
Di dalam kehidupan nyata efek Compton ini diterapkan dalam beberapa hal untuk kepentingan dan kebutuhan manusia. Beberapa contoh dari penerapan Compton, yaitu:
1. Spektroskopi Gamma
Sinar gamma adalah sinar yang tidak bisa dilihat oleh mata secara langsung. Sinar ini dihasilkan dari bahan radioaktif, sehingga untuk mengetahui keberadaannya perlu menggunakan alat detektor.
Detektor yang digunakan untuk menangkap sinar gamma adalah Nal (TI). Ketika sinar gamma dikenai detektor yaitu efek fotolistrik, efek compton, dan bentuk pasangan. Efek fotolistrik dapat terjadi pada sinar gamma yang mengenai elektron di kulit K pada atom.
Sehingga, terjadi sebuah transisi elektron yang diisi dengan elektron dari kulit lain. Saat sinar gamma mengenai elektron yang berada di paling luar dengan daya ikat yang kecil maka akan terjadi efek compton yang membuat hamburan pada elektron bebasan.
Efek bentukan pasangan akan terjadi pada sinar gamma yang melaju di dekat inti atom dengan bantuan dari sinar gamma yang cukup. Pasangan yang terbentuk yaitu positron dan elektron. Ketiga efek tersebut menghasilkan pancaran cahaya atau sintilasi.
Pancaran cahaya akan diteruskan ke fotokoda dengan cara menguraikan menjadi elektron-elektron. Tetapi, elektron tersebut masih lemah, untuk memperkuatnya diperlukan daya pre-amplifier serta tinggi pulsa dengan amplifier yang diperkuat.
Setelah, elektron berhasil diperkuat dimasukkan ke PMT, jadi memiliki keluaran ganda dari tegangan bertingkat dan terdapat banyak katoda.
Semakin kecil resolusi tenaga dari spektroskopi gamma maka data yang diperoleh semakin bagus, namun apabila semakin besar maka data yang diperoleh tidak valid.
2. Compton Teleskop atau Comptel
Teleskop compton atau yang lebih dikenal sebagai comptel adalah perkembangan dari teleskop pencar compton. Terdapat dua instrumen yang terdapat pada teleskop pencar compton.
Pada tingkatan atas terdapat sebaran kosmik yang merupakan elektron dalam suatu sintilator menyebarkan sinar gamma compton. Selanjutnya, di tingkatan kedua bahan sintilator tersebut menyerap foton tersebar yang membuat foton akan bergerak secara sendiri ke bawah.
Prinsip kerja dari compton teleskop yaitu lapisan pertama memiliki warna biru dan lapisan kedua memiliki warna hijau. Foton yang masuk dari atas akan menyebarkan compton ke lapisan pendeteksi pertama yang kemudian diserap oleh lapisan hijau atau lapisan kedua.
Sinar gamma compton akan tersebar di lapisan atas dan hanya sebagian kecil dari area yang mampu dideteksi oleh teleskop pencar compton. Setiap lapisan hanya mampu menyimpan hasil pengukuran energi dengan resolusi energi detektor yang dibatasi dengan ketidakpastian.
Walaupun begitu hasil yang didapatkan cukup baik yaitu 5% sampai 10%. Sekarang, penelitian mengenai teleskop compton hanya menekankan pada pelacakan elektron yang berada di tingkat atas, sehingga solusi untuk masuk dari sinar gamma bisa diketahui.
Baca juga yuk beberapa materi lain:
1. Hukum Archimedes
2. Hukum Newton
3. Besaran Pokok dan Turunan
Contoh Soal Efek Compton
Untuk semakin memahami mengenai compton, berikut merupakan beberapa contoh soal:
1. Sebuah foton memiliki panjang gelombang 0,4 nm dan menabrak elektron yang berada dalam keadaan diam dan memantul kembali dengan sudut 150o ke arah asal. Tentukan kecepatan serta panjang gelombang foton sesudah mengalami tumbukan!
Jawaban:
Laju foton adalah laju cahaya dalam vakum yaitu c = 3 x 108 m/s.
Rumus yang digunakan untuk menghitung panjang gelombang setelah tumbukan, yaitu:
(λ2 – λ1)= h (1-cos ɵ) / (m.c)
λ2 = + h (1-cos ɵ) / (m.c)
λ2 = 4×10-10 m + (6,63×10-34) (1-cos 150o) / (9,1×10-31 kg x 3×108 m/s)
λ2 = 4×10-10 m + (2,43×10-12) (1+0,866)
λ2 = 4,05×10-10 m = 4,05 Ao
2. Sebuah elektron memiliki massa sebesar 9,1×10-31 kg dan bergerak dengan panjang delombang 9,88 Angstrom. Tentukan besar kelajuan elektron!
Diketahui:
h = 6,6×10-34 Js
m = 9,1×10-31 kg
λ = 9,88 Angstrom = 9,88×10-10m
Jawaban:
Untuk mengetahui besar kelajuan elektron yang diketahui besar panjang gelombang de broglie bisa dinyakan menggunakan persamaan, yaitu:
λ = h/mv atau v=h/m λ
v = (6,6×10-34)/(9,1×10-31) (9,88×10-10)
v = 7,3×105 m/s
Sehingga, kecepatan atau kelajuan dari elektron tersebut yaitu 7,3×105 m/s.
3. Sebuah foton memiliki panjang gelombang sebesar 500 nm. Tentukan besar dari momentum foton!
Diketahui:
λ = 500 nm = 5×10-7 m
Untuk mengetahui besar momentum foton dengan panjang gelombang yang diketahui maka rumus yang digunakan, yaitu:
p = h/ λ
h = 6,63×10-34 Js
Jawaban:
p = (6,63×10-34) / (5×10-7)
p = 1,33 x 10-27 Ns
Jadi, besar momentum foton yaitu 1,33×10-27 Ns.
Setelah mempelajari mengenai efek Compton, Kamu akan menyadari bahwa teori-teori dalam fisika saling berkaitan satu sama lain. Oleh karena itu, peristiwa dan efek ini perlu dipahami sebaik mungkin agar bisa lebih mengerti efek dalam fisika.
Demikian materi dari kami dosenmuda.id semoga bermanfaat untuk kamu para pelajar di Indonesia. Kalau kamu juga lagi cari materi tentang efek fotolistrik langsung saja baca ya!
Originally posted 2022-01-13 15:59:55.
