Konsep Fisika Modern

27/08/2014
PERTEMUAN KE-1
PENGANTAR FISIKA MODERN
(3 SKS)
Nurun Nayiroh, M.Si
TA’ARUF
Nama
: Nurun Nayiroh, M.Si
Alamat Asal
: Keling-Kepung-Kediri
Alamat sekarang : Jl.Tirto Taruno Gang 3 Landungsari Malang
Alamat e-mail
: [email protected] atau [email protected]
Blog
: http://nurun.lecturer.uin-malang.ac.id
Telepon
: 085 234 642 740
JURUSAN FISIKA
UIN MALIKI MALANG
Tujuan Instruksional Umum
LATAR BELAKANG
FISIKA DASAR
FISIKA MODERN
Fisika Klasik
Memberikan pemahaman terhadap bidang
fisika khususnya Fisika Quantum dan
diharapkan
memperoleh
dasar
atau
landasan kuat untuk mengembangkan sains
modern dan /atau menerapkan pada
teknologi modern terutama yang terkait
dengan Sains Kimia
1
27/08/2014
Akhir abad ke-19 merupakan puncak keberhasilan dalam bidang Fisika
Mekanika (Newton)
Kelistrikan dan kemagnetan (teoritik Maxwell)
Gelombang elektromagnetik (Percobaan Hertz)
Sifat-sifat gelombang EM (Maxwell dan Hertz)
Muncul kegalauan baru
Fisika Modern berawal dari teori relativitas
khusus dan kuantum untuk memahami:
Sif at atom, inti atom, partikel penyusun,
molekul dan zat padat,
Percobaan pemancaran gelombang EM oleh benda panas berpijar tidak dapat dipahami dengan
teori klasik (radiasi benda hitam)
Kosmik, Asal mula dan evolusi alam semesta
Muncul teori relatifitas khusus dan kuantum (Fisika Modern)
Teori Kuantum disebut juga Mekanika Gelombang
Satuan dan Konstanta
10-15
10-18
10-12
10-9
Pokok Bahasan
Teori Relativitas Khusus
10-6
106
109 1012 1015 1018
Dualisme Partikel dan Gelombang
Struktur Atom
Mekanika kuantum
Model Atom Mekanika Kuantum
Molekul dan Zat Padat
Fisika Inti
2
27/08/2014
Topik 1: Teori Relativitas Khusus
Topik 2:Teori Kuantum Radisai (Dualisme
Partikel dan Gelombang)
Gerak Relatif
Sifat Partikel dari Gelombang
Postulat Relativitas Einstein
Gelombang elektromagnetik
Konsekuensi Postulat Einstein
Teori quantum cahaya
Momentum & Massa relativistik
Teori Gelombang De Broglie
Energi Relativistik
Sifat Gelombang dari Partikel
Fungsi Gelombang
dan Interprestasi Statistik
Prinsip Ketidakpastian Heisenberg
Topik 3: Struktur Atom
Topik 4: Mekanika Kuantum
Model Awal dari Atom
Fungsi dan Persamaan Gelombang
Model Atom Rutherford
Persamaan Schrodinger
Orbit Elektron
Partikel dalam kotak
Spektrum Atomik
Osilator Harmonik
Atom Bohr
Laser
3
27/08/2014
Topik 5: Model Atom Menurut Teori Kuantum
Topik 6: Molekul dan Zat Padat
Atom Menurut Mek. Kuantum
Ikatan dan energi potensial pada molekul
Atom Hidrogen
Spektrum Molekul
Atom Kompleks & Tabel Periodik
Ikatan dlm Zat Padat
Aplikasi
Pita Energi pada Zat Padat
(Sinar-X, Fluoresensi,
Fosforisensi, Laser, Holografi)
Kristal
amorf
Topik 7: Fisika Inti
Struktur dan Sifat Inti
Energi Ikat dan Gaya Inti
Radioaktivitas
Peluruhan alfa, beta dan sinar gama
Hukum Kekekalan Peluruhan
Waktu Paro dan Laju Peluruhan
Referensi
Deret Peluruhan
Reaksi Nuklir, Fisi, Fusi, dan Reaktor Nuklir
Kerusakan dan Pengukuran Radiasi
Beiser, A. , Konsep Fisika Modern (terjemahan The Houw
Liong), Erlangga, Jakarta, 1983.
Atam P. Arya , Elementary Modern Physics, Addison Wesley.
Eisberg R., and Resnick R. ,Quantum Physics of Atoms,
Molecules, Solids, Nuclei and Particles, John Wiley, 1974.
Krane, K.S., 1983, Modern Physics, John Wiley & Sons
Beiser, A., 1995, Concepts of Modern Physics, 5th
Edition, McGraw-Hill, Inc., New York.
Giancoli, D..C., 1998, Physics, 5th ed., Prentice Hall,
New Jersey.
Tipler, P.A., 1991, Physics, 3rd ed.,Worth Publishers,
New York.
DLL
4
27/08/2014
Kontrak Perkuliahan
PENILAIAN
KOMITMEN PERKULIAHAN
Maksimal 4 kali absen untuk mengikuti UAS
Terlambat dalam pengumpulan Tugas dianggap nilai 0
Tidak ada remidi Kuis ataupun UTS dan UAS
10 menit membaca al-qur’an sebelum perkuliahan
UAS 30%
UTS 25%
Praktikum 20%
Tugas 15%
Kuis 10%
Absensi sebagai prasyarat mengikuti UAS (80% masuk)
WHAT?
salah satu bagian dari ilmu Fisika
yang mempelajari perilaku materi
dan energi pada skala atomik dan
partikel-partikel subatomik atau
gelombang dan partikel yang
bergerak dengan kecepatan tinggi
How?
WHEN?
Dikembangkan
pada awal abad 20
FISIKA
MODERN
HOW?
KLIK
!!!!
WHY?
Fisika Modern diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan
bahwa besaran energi suatu benda yang berosilasi (osilator)
tidak lagi bersifat kontinu, namun bersifat diskrit
(kuanta),sehingga muncullah istilah Fisika Kuantum dan
ditemukannya konsep dualisme partikel-gelombang. Konsep
dualisme dan besaran kuanta ini merupakan dasar dari Fisika
Modern.
Perumusan-perumusan dalam
Fisika Klasik tidak lagi mampu
menjelaskan fenomenafenomena yang terjadi pada
materi yang sangat kecil dan
berkecepatan tinggi mendekati
kecepatan cahaya.
5
27/08/2014
Konsep Fisika Modern
Fisika Modern secara umum dibagi menjadi 3 bagian pembahasan
yaitu
Model atom
Teori kuantum lama
Teori kuantum modern
Fisika Menyenangkan.......
Teori Kuantum Lama
Teori Kuantum lama memperkenalkan besaran-besaran fisika, seperti
energi merupakan besaran diskrit bukan besaran kontinu seperti
halnya dibahas dalam mekanika klasik.
Teori kuantum lama diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan
bahwa energi yang dipancarkan oleh sumber (berupa osilator)
bersifat kuanta/diskrit karena hanya bergantung pada frekuensinya
bukan pada amplitudo seperti dalam mekanika klasik dimana besaran
amplitudo tidak terbatas (kontinu).
Pada tahun 1900 Max-Planck merumuskan besaran energi yang
bersifat diskrit dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh
benda hitam yaitu
E = nhf
dimana n = 1, 2, 3, ... dan h = 6,626 x 10-34 Joule/detik (konstanta
Planck). Albert
Next…….
Einstein pada tahun 1905 menggunakan konstanta Planck
dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh berkas
cahaya/foton (penemuan efek fotolistrik)
Konsep yang paling mendasar dalam fisika modern adalah
konsep dualisme partikel dan gelombang. Konsep ini sangat
penting karena perilaku partikel dan gelombang semuanya
sudah dipelajari dan diamati di fisika klasik.
Konsep dualisme partikel-gelombang ini diamati oleh
2(dua) eksperimen yaitu efek fotolistrik oleh Albert
Einstein dan eksperimen difraksi partikel/elektron oleh
G.P.Thomson dan Davison Germer.
6
27/08/2014
Aplikasi
Teori Kuantum Modern
Teori Kuantum Modern dikembangkan dalam perhitungan energi
partikel atau elektron menggunakan persamaan gelombang yang
dirumuskan oleh Erwin Schroedinger, karenanya dikenal dengan
persamaan Schroedinger :
dimana ψ adalah fungsi gelombang dari partikel/elektron, m
adalah massa elektron, ħ= h / 2p, E adalah energi dan V adalah
potensial.
Persamaan ini bersama dengan prinsip ekslusi Pauli yang
menyatakan bahwa elektron dan partikel Fermion lain tidak dapat
memiliki keadaan kuantum yang sama (energi, orbital, spin dll)
merupakan dasar bagi penerapan teori kuantum modern dalam
menjelaskan efek Zeeman, atom berelektron banyak, osilator
harmonis dan atom hidrogen.
Mempelajari Fisika modern adalah salah satu bentuk upaya mengamalkan
ayat al-qur’an untuk menjadi insan ulul albab.
Surat Ali Imran ayat 190-191
ْ ‫ض َو‬
َ‫(الﱠذِين‬190)‫ب‬
ٍ ‫ار َآليَا‬
ِ ‫ت ِألُو ِلي ْاألَ ْلبَا‬
ِ ‫اخ ِت َال‬
ِ ‫ق ال ﱠس َم َوا‬
ِ ‫ِإنﱠ ِفي خ َْل‬
ِ َ‫ف اللﱠ ْي ِل َوالنﱠھ‬
ِ ْ‫ت َو ْاألَر‬
َ
ْ
‫ﱠ‬
ْ
ُ
‫ﱠ‬
ُ
َ
َ
‫ض َربﱠنَا َما‬
ِ ‫ق ال ﱠس َم َوا‬
ِ ‫يَ ْذ ُك ُرونَ ﷲ َ ِقيَا ًما َوقعُودًا َو َعلى ُجنو ِب ِھ ْم َويَتَفك ُرونَ ِفي خَل‬
ِ ْ‫ت َواألر‬
)‫ار‬
َ َ‫اط ًال ُس ْب َحان‬
َ ‫ك فَ ِقنَا َع َذ‬
ِ َ‫( َخلَ ْقتَ ھَ َذا ب‬191)
ِ ‫اب النﱠ‬
“Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, dan silih bergantinya
malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi orang-orang yang berakal,
(yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau
dalam keadaan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan
langit dan bumi (seraya berkata): "Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau
menciptakan ini dengan sia-sia. Maha Suci Engkau, maka peliharalah kami
dari siksa neraka.”
7
27/08/2014
dari ayat di atas, kita dapat menyimpulkan beberapa sifat
ulul albab sebagai berikut :
Dapat melihat tanda-tanda kekuasaan Allah SWT pada penciptaan langit dan
َ ْ ‫ت َو‬
ْ ‫ض َو‬
bumi serta pergantian siang dan malam ( ‫اخت َِالفِ اللﱠ ْي ِل‬
ِ ‫ق ال ﱠس َم َوا‬
ِ ‫إِنﱠ فِي َخ ْل‬
ِ ْ‫األر‬
َ ْ ‫ت ِألُولِي‬
‫ب‬
ٍ ‫َار َآليَا‬
ِ ‫األ ْلبَا‬
ِ ‫) َوالنﱠھ‬
Senantiasa berzikir kepada Allah SWT di mana saja berada dan situasi kondisi
bagaimana pun (‫ﷲ ِقيَا ًما َوقُعُودًا َو َع َلى ُجنُو ِب ِھ ْم‬
َ ‫)الﱠذِينَ ي َْذ ُكرُونَ ﱠ‬.
Tiada henti-hentinya mengembangkan ilmu, meningkatkan kualitas ilmu dan
َ ْ ‫ت َو‬
metodologi ilmu pengetahuan (‫ض‬
ِ ‫ق ال ﱠس َم َوا‬
ِ ‫) َو َي َت َف ﱠكرُونَ فِي َخ ْل‬.
ِ ْ‫األر‬
Selalu memohon dan memanfaatkan potensi dan kesempatan yang disediakan
oleh Allah SWT (‫) َربﱠنَا َما َخ َل ْقتَ َھ َذا بَا ِط ًال‬
Mengakui kekuasaan Allah SWT ( َ‫) ُس ْب َحانَك‬
?
APA YANG HARUS ANDA
LAKUKAN SEKARANG?
Cenderung menjauhkan prilaku menyimpang dan kembali pada prilaku yang
mendapat keridhaan Allah SWT (‫ار‬
ِ ‫َف ِقنَا َع َذابَ النﱠ‬
8