TEORI PLANCK

TEORI KUANTUM PLANCK

1.    Energi radiasi yang dipancarkan oleh getaran molekul-molekul benda bersifat diskret, yang besarnya :

E_n = n.h.f

dengan: n = bilangan kuantum (1, 2, 3, …)

                             h = konstanta Planck ( 6,626 x 10^-34 J.s

f = frekuensi getaran molekul-molekul

2. Molekul-molekul menyerap atau memancarkan energi radiasi dalam paket diskret yang disebut kuantum atau foton. Energi radiasi terkuantisasi, dimana besar energi satu foton sama dengan h.f.

Contoh Soal

1.         Perhatikan pernyataan berikut ini:

(1)    Atom memancarkan atom menyerap energi dalam satuan satuan yang diskrit.

(2)    Atom memancarkan atau menyerap energi dalam satuan-satuan yang kontinu

(3)    Atom yang bergetar akan memancarkan energi kontinu

Yang merupakan teori kuantum Planck adalah pernyataan...

a.     1                      d.  1 dan 3

b.     2                      e.  2 dan 3

c.     3

2.      Pernyataan yang merupakan teori kuantum Planck adalah :

a.     elektron yang bertransisi memancarkan energi

b.     elektron yang tereksitasi menyerap energi

c.     atom yang bergetar akan memancarkan energi kontinu

d.     atom memancarkan atau menyerap energi dalam satuan-satuan yang kontinyu

e.     atom memancarkan atau menyerap energi dalam satuan-satuan yang diskrit

3.     Seberkas sinar ultra ungu dengan panjang gelombang 3000 Å, jika konstanta Plank 6,6 ´ 10^-34 Js dan kecepatan cahaya 3 ´ 10⁸ m/s, maka besar energi sinar tersebut adalah ....

a.     2,0 ´ 10^-19 J                   d.  3,3 ´ 10^-19 J

b.     2,2 ´ 10^-19 J                   e.  6,6 ´ 10^-19 J

c.     3,0 ´ 10^-19 J

4.    Energi elektron tunggal dari atom hidrogen dalam keadaan dasar (pada kulit n = 1) besarnya 13,6 eV dan energi elektron untuk setiap kulit dapat dinyatakan dengan persamaan En = 13,6 / n2. Dengan konsep tersebut  maka sebuah elektron  yang kan  berpindah dari orbit n = 1 ke n = 2 memerlukan energi sebesar....

a.     3,4 eV              d.  12,0 eV

b.     6,8 eV              e.  13,6 eV

c.     10,2 eV

5.     Besar energi elektron dalam atom hidrogen pada setiap tingkat energi  dinyatakan dengan persamaan En = 13,6 / n2. eV. Energi yang dipancarkan saat elektron bertransisi dari tingkat  energi n = 3 ke n = 2 adalah ....

a.     1,89 eV             d.  6,8 eV

b.     18,9 eV             e.  2,89 eV

c.     10,2 eV

6.   Seberkas cahaya dengan panjang gelombang 750 nm mempunyai energi radiasi 3 eV. Jika tetapan planck = 6 x 10^-34 J s dan kecepatan cahaya = 3 x 10⁸ m/s , maka foton yang dipancarkan cahaya tersebut setiap detik adalah….

a.     1                      d.  4

b.     2                      e.  5

c.     3

7.    Jika tetapan Panck = 6,6 x 10^-34  J.S dan massa electron   = 9,1 x 10^-31 kg, maka panjang gelombang de Broglic suatu electron yang bergerak dengan kecepatan 1 x 10⁸ / 9,1 m/s adalah …

a.    6,6 x 10^-47 A⁰                 d.  6,6 A⁰

b.    6,6 x 10^-2 A⁰                  e.  66 A⁰

c.    6,6 x 10^-1 A⁰

TEORI ATOM

A.       Model Atom John Dalton (1766 – 1844)

1.    Zat terdiri dari atom-atom yang merupakan sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi.

2.    Atom-atom penyusun suatu zat tertentu memiliki sifat yang sama.

3.    Perbedaan antara satu zat dengan zat lain disebabkan oleh perbedaan atom-atom penyusunnya.

4.    Reaksi kimia pada dasarnya merupakan penyusunan kembali atom-atom penyusun zat.

5.    Dalam reaksi kimia, jumlah atom yang terlibat memiliki perbandingan tertentu yang sangat sederhana.

Dalam teorinya ini, Dalton menyebutkan bahwa atom adalah bagian terkecil dari suatu zat. Pernyataan inilah yang akhirnya dibuktikan ternyata salah  oleh J.J. Thomson, melalui percobaan sinar katoda.

B.       Model Atom J.J. Thomson (1897)

1.    Atom bukan merupakan bagian terkecil dari zat.

2.    Bagian terkecil dari zat adalah proton dan elektron dalam suatu atom.

3.    Atom berbentuk bulat dengan muatan positif (proton) dan muatan negatif (elektron) tersebar merata diseluruh bagian atom.

4.    Jumlah muatan positif sma dengan jumlah muatan negatif sehingga atom bersifat netral.

5.    Massa elektron jauh lebih kecil dari massa atom.

Jika divisualisasikan, model atom Thomson ini mirip dengan buah semangka, dimana biji-biji semangka melambangkan elektron-elektron.

Model atom Thomson ini tidak bertahan lama karena adanya percobaan yang dilakukan oleh Ernest Rutherford, yang membuktikan bahwa atom tidak tersebar merata di seluruh bagian atom, tetapi berkonsentrasi di bagian tengah (pusat) atom yang kemudian disebut inti atom.

 

C.       Model Atom Ernest Rutherford (1911)

1.    Pada atom terdapat inti atom yang merupakan konsentrasi muatan positif yang berukuran kecil tetapi memiliki massa yang besar (99,99% dari total massa atom).

2.    Sebagian besar ruangan dalam atom merupakan ruangan kosong. Hal ini ditunjukkan oleh banyaknya partikel α yang diteruskan dalam percobaan Rutherford.

3.    Muatan negatif (elektron) bergerak mengitari inti atom pada jarak tertentu, seperti halnya pada sistem tata surya, dimana planet-planet bergerak mengelilingi matahari.

Model atom Rutherford tidak dapat  menjelaskan mengapa atom-atom mempunyai spectrum garis. Model ini juga memiliki kelemahan lain yaitu, atom-atom tidak stabil pada orbitnya untuk memperoleh spectrum garis karena elektron akan jatuh kedalam muatan positif, padahal atom secara umum bersifat stabil.

D.       Model Atom Niels Bohr (1913)

1. Elektron-elektron atom bergerak mengitari inti atom dalam bentuk orbit lingkaran (seperti planet mengelilingi matahari).

2. Momentum sudut (ukuran kecenderungan benda yang bergerak melingkar untuk melanjutkan gerakannya pada kelajuan sudut konstan) electron yang bergerak mengitari inti atom bersifat diskret (terkuantisasi) atau dapat dihitung menggunakan persamaan (rumus).

3.    Elektron dapat berpindah dari orbit yang satu ke orbit yang lain dengan memancarkan atau menyerap energi.

4.  Ketika elektron berpindah dari orbit lebih luar ke orbit lebih dalam, maka elektron akan memancarkan energi sebesar E = h.f.  , dengan f adalah frekuensi gelombang yang dipancarkan.

5.  Ketika elektron berpindah dari orbit lebih dalam ke orbit lebih luar, maka elektron akan menyerap energi sebesar E = h.f.

Kelemahan-kelemahan Teori Atom Bohr

1.    Terpecahnya garis spektrum jika suatu atom berada dalam medan magnet. (disebut efek Zeeman)

2.    Tidak dapat menjelaskan spektrum garis yang dipancarkan oleh atom berelektron banyak.

Contoh Soal

1.         Yang membedakan teori-teori atom menurut Thompson, Rutherford dan Bohr dalam hal ....

a.     keberadaan elektron                              d.  lintasan elektron

b.     jumlah elektron                                      e.  transisi elektron

c.     muatan elektron

2.         Perbedaan teori-teori atom menurut Thompson, Rutherfor, dan Bohr dengan tinjauan tentang kedudukan elektron-elektron di dalam atom adalah....

	Thompson	Rutherfor	Bohr
a.	Elektron-elektron bergerak megorbit inti	Elektron-elektron berada pada inti atom	Elektron-elektron dapat berpindah dari orbit lintasannya
b.	Elektron-elektron bergerak megorbit inti	Elektron-elektron dapat berpindah dari orbit lintasannya	Elektron-elektron berada pada inti atom
c.	Elektron-elektron dapat berpindah dari orbit lintasannya	Elektron-elektron berada pada inti atom	Elektron-elektron bergerak megorbit inti
d.	Elektron-elektron berada pada inti atom	Elektron-elektron dapat berpindah dari orbit lintasannya	Elektron-elektron bergerak megorbit inti
e.	Elektron-elektron berada pada inti atom	Elektron-elektron bergerak megorbit inti	Elektron-elektron dapat berpindah dari orbit lintasannya

3.         Sebuah atom menurut Bohr  akan memancarkan foton apabila salah satu elektronnya ....

a.     bertumbukan dengan elektron lainnya

b.     bertukar tingkat energi dengan elektron yang lain

c.     mengalami transisi ke tingkat energi yang lebih rendah

d.     mengalami transisi ke tingkat energi yang lebih tinggi

e.     meninggalkan atom itu

4.         Berikut ini beberapa kesamaan antara model atom Rutherford dan Bohr, kecuali        …

a.    electron bergerak mengelilingi inti tanpa melepaskan energi

b.    electron merupakan bagian atom yang bermuatan negative

c.    massa atom berpusat di inti atom

d.    atom memiliki inti yang bermuatan positif

e.    secara keseluruhan atom netral

5.         Pernyataan berikut ini berhubungan dengan model atom

(1)  Atom terdiri atas inti bermuatan positif dan elekron bermuatan negatif beregrak mengelilingi inti

(2)  elektron mengelilingi inti pada lintasan tertentu dan memiliki momentum anguler

(3)  pada reaksi kimia, atom-atom bergabung menurut perbandingan tertentu yang sederhana

(4)  Elektron tersebar merata diantara muatan positif

(5)  Bagian terkecil dari suatu atom adalah elektron

Yang merupakan teori atom menurut Rutherford adalah….

a.     (1)                    c.  (3)               e. (5)

b.     (2)                    d.  (4)

6.         Berikut ini beberapa kesamaan antara model atom Rutherford dan Bohr, kecuali        …

a.    electron bergerak mengelilingi inti tanpa melepaskan energi

b.    electron merupakan bagian atom yang bermuatan negative

c.    massa atom berpusat di inti atom

d.    atom memiliki inti yang bermuatan positif

e.    secara keseluruhan atom netral

Soal Gravitasi

1.        Tuliskan bunyi hukum Newton tentang Gravitasi secara benar !

2.      Hitunglah besar gaya gravitasi antara dua buah benda angkasa yang bermassa 3 x 10⁶ kg dan 11 x 10⁵ kg yang terpisah pada jarak 66 x 10⁶ m. ( Harus dihitung dengan memasukkan nilai         G = 6,6 x 10^-11 Nm²/ kg²).

3.      Dua benda A dan B yang masing-masing massanya 4M dan 9M terpisah sejauh 10 meter. Jika sebuah benda C yang bermassa 2M berada diantara kedua benda A dan B tersebut dan pada benda C tidak mengalami gaya gravitasi, maka tentukan letak benda C dari benda B.

4.        Dua benda A dan B yang masing-masing massanya 9M dan 16M terpisah sejauh 15 meter. Jika sebuah titik C berada diantara kedua benda A dan B tersebut dan pada titik C tidak mengalami kuat medan gravitasi, maka tentukan letak titik C dari benda A.

5.   Sebuah planet memiliki jari-jari 2 kali jari-jari bumi dan massanya 2 kali massa bumi. Berapakah percepatan gravitasi di permukaan planet tersebut?, (anggap percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s² )

6.     Percepatan gravitasi dipermukaan bumi = 10 m/s². Percepatan gravitasi di titik A = 2,5 m/s². Jika R adalah jari-jari bumi dan R bernilai 6400 km, maka tentukan ketinggian titik A dari permukaan bumi.

7.        Data fisis planet A dibandingkan planet bumi ditunjukkan dalam tabel berikut. (G = konstanta gravitasi = 6,67 x 10^-11 Nm²/kg²)

	Bumi	Planet A
Massa	M	0,5 M
Jari-jari	R	2 R

Jika berat benda di bumi 100 N, maka tentukan berat benda tersebut jika dibawa ke planet A.

8.        Tuliskan bunyi hukum Keppler secara benar dan lengkap !

9.        Dua buah planet P dan Q mengorbit matahari. Apabila perbandingan antara jarak planet P dan planet Q ke matahari adalah 4 : 9 dan periode planet P mengelilingi matahari 24 hari, maka tentukan berapa hari periode planet Q mengelilingi matahari.

10.    Dari suatu percobaan menentukan percepatan gravitasi di suatu tempat, didapatkan data sebagai berikut : massa beban 5 gram, jumlah ayunan 20 kali, panjang tali 245 cm, waktu yang diperoleh dari 20 kali ayunan adalah 62,8 detik. Jika sudut simpangan yang digunakan adalah 15⁰, hitunglah percepatan gravitasi di suatu tempat tersebut.

Soal Cahaya

1.    Tuliskan urut-urutan gelombang elektromagnetik, berdasarkan panjang gelombang terbesar ke panjang gelombang terkecil.

2.        Sebutkan sifat-sifat gelombang elektromagnetik

3.      Indeks bias untuk warna merah dan warna ungu pada prisma kaca kerona masing-masing adalah 1,55 dan 1,59. Jika sudut disperse prisma tersebut adalah 0,48⁰, berapakh sudut pembiasnya?

4.        Sebuah prisma terbuat dari kaca yang indeks biasnya √2 dan memiliki sudut puncak 60⁰. Seberkas sinar datang pada salah satu bidang sisi dengan sudut datang 45⁰. Tentukan besar sudut deviasinya.

5.      Seberkas sinar datang dengan sudut datang 30⁰ melewati suatu prisma sama sisi yang berada di udara dan terjadi deviasi minimum. Tentukanlah :

a.    Sudut deviasi minimum.

b.    Indeks bias prisma

6.        Dalam percobaan celah ganda Young, jika jarak pisah antara dua celah 45 μm dan jarak antara celah dengan layar 75 cm serta jarak antara dua pita terang yang berdekatan 1 cm, maka tentukan panjang gelombang cahaya yang digunakan. 

7.        Pada percobaan Young digunakan panjang gelombang 2000 Å. Jika dua celah berjarak 1 mm diletakkan pada jarak 1 meter dari sebuah layar, maka tentukan jarak terdekat antara pola interferensi garis terang pertama dan garis terang kesebelas.

8.    Seberkas cahaya melewati celah tunggal yang sempit, menghasilkan interferensi minimum orde ketiga dengan sudut deviasi 30⁰. Jika cahaya yang digunakan mempunyai panjang gelombang 6000 Å, maka tentukan lebar celahnya.

9.    Seberkas sinar monokromatis dengan panjang gelombang 5000 Å datang tegak lurus pada kisi. Jika spektrum orde kedua membentuk sudut deviasi 30⁰, maka tentukan jumlah garis per kisinya.

10.    Cahaya monokromatik jatuh tegak lurus pada kisi difraksi dengan 4000 celah per cm. bila spectrum orde kedua membentuk sudut 30⁰ terhadap garis normal, maka tentukan panajang gelombang cahaya yang digunakan.