makalah foton

MAKALAH

FOTON

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Fisika Dasar II

Disusun Oleh:

RISMA WIDA PRIPHELIA

142151184

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN MATEMATIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SILIWANGI

TASIKMALAYA

2015

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunianya saya dapat menyelesaikan makalah dengan judul “Foton” . Makalah ini saya buat untuk memenuhi salah satu tugas Fisika II yang diampu oleh Ade Maftuh, M.PD.

Saya mengucapkan terimakasih kepada bapak Ade Maftuh, M.PD selaku dosen mata kuliah Fisika II, teman-teman seperjuangan yang telah memberikan  masukan, sehingga makalah ini dapat terselesaikan. Makalah ini saya buat untuk memberikan manfaat khususnya untuk penulis dan umumnya untuk para pembaca.

Makalah ini bukanlah karya yang sempurna karena masih memiliki banyak kekurangan, baik dalam hal isi maupun sistematika dan teknik penulisannya. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan makalah ini. Akhirnya semoga makalah ini bisa memberikan manfaat bagi penulis dan bagi pembaca. Amin.

Tasikmalaya, Juli 2015                                                           Penulis

DAFTAR ISI

Cover

Kata Pengantar ................................................................................................ ii

Daftar Isi ......................................................................................................... iii

BAB I PENDAHULUAN

A.    Latar belakang masalah ....................................................................... 1

B.     Tujuan masalah .................................................................................... 1

C.     Rumusan masalah ................................................................................ 1

BAB II PEMBAHASAN

A.    Pengertian Foton ................................................................................. 2

B.   Sifat-sifat Fisik Foton........................................................................... 9

C.   Perbedaan Antara Foton dan Elektron................................................. 10

BAB III PENUTUP

A.    Kesimpulan .......................................................................................... 11

DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar belakang masalah

Mekanika klasik (Newton, Lagrange, Hamilton dll) sukses menjelaskan gerak dinamis benda-benda makroskopis.

Cahaya sebagai gelombang (Fresnel, Maxwell, Hertz) sangat berhasil menjelaskan sifat-sifat cahaya.

Pada akhir abad 19, teori-teori klasik di atas tidak mampu memberikan penjelasan yang memuaskan bagi sejumlah fenomena “berskala-kecil” seperti sifat radiasi dan interaksi radiasi-materi.

B.     Tujuan masalah

1.      Mengetahui pengertian foton

2.      Mengenali sifat-sifat foton

3.      Mengetahui perbedaan foton dan elektron?

C.     Rumusan masalah

1.      Apa itu Foton?

2.      Bagaimana sifat-sifat fisik foton?

3.      Apa perbedaan foton dan elektron?

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Pengertian Foton

Foton adalah jenis partikel dasar yang membentuk unit dasar radiasi elektromagnetik, yang meliputi gelombang radio, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma. Foton tidak memiliki massa, tidak ada muatan listrik, dan berjalan dengan kecepatan cahaya. Tidak seperti beberapa partikel, seperti proton dan neutron, mereka tidak dianggap terdiri dari komponen yang lebih kecil. Foton termasuk ke dalam kelas partikel yang bertanggung jawab atas gaya dasar alam, dan membawa gaya elektromagnetik. Menurut teori elektrodinamika kuantum, cara partikel bermuatan listrik bersikap terhadap satu sama lain dapat digambarkan dalam hal foton.

Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan menunjukkan fenomena gelombang seperti pembiasanoleh lensa dan interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan saling memusnahkan satu sama lain. Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan memindahkan energi sejumlah:

,

di mana  adalah konstanta Planck,  adalah laju cahaya, dan  adalah panjang gelombangnya.

Selain energi partikel foton juga membawa momentum dan memiliki polarisasi. Foton mematuhi hukum mekanika kuantum, yang berarti kerap kali besaran-besaran tersebut tidak dapat diukur dengan cermat. Biasanya besaran-besaran tersebut didefinisikan sebagai probabilitas mengukur polarisasi, posisi, atau momentum tertentu.

Sebagai contoh, meskipun sebuah foton dapat mengeksitasi satu molekul tertentu, sering tidak mungkin meramalkan sebelumnya molekul yang mana yang akan tereksitasi.

Deskripsi foton sebagai pembawa radiasi elektromagnetik biasa digunakan oleh para fisikawan. Namun dalam fisika teoretis sebuah foton dapat dianggap sebagai mediator buat segala jenis interaksi elektromagnetik, seperti medan magnet dan gaya tolak-menolak antara muatan sejenis.

Konsep modern foton dikembangkan secara berangsur-angsur antara 1905-1917 oleh Albert Einstein untuk menjelaskan pengamatan eksperimental yang tidak memenuhi model klasik untuk cahaya. Model foton khususnya memperhitungkan ketergantungan energi cahaya terhadap frekuensi, dan menjelaskan kemampuan materi dan radiasi elektromagnetik untuk berada dalam kesetimbangan termal. Fisikawan lain mencoba menjelaskan anomali pengamatan ini dengan model semiklasik, yang masih menggunakan persamaan Maxwell untuk mendeskripsikan cahaya. Namun dalam model ini objek material yang mengemisi dan menyerap cahaya dikuantisasi. Meskipun model-model semiklasik ini ikut menyumbang dalam pengembangan mekanika kuantum, percobaan-percobaan lebih lanjut membuktikan hipotesis Einstein bahwa cahaya itu sendirilah yang terkuantisasi. Kuantum cahaya adalah foton.

Konsep foton telah membawa kemajuan berarti dalam fisika teoretis dan eksperimental, seperti laser, kondensasi Bose-Einstein, teori medan kuantum dan interpretasi probabilistik dari mekanika kuantum. Menurut model standar fisika partikel, foton bertanggung jawab dalam memproduksi semua medan listrik dan medan magnet dan foton sendiri merupakan hasil persyaratan bahwa hukum-hukum fisika memiliki kesetangkupan pada tiap titik pada ruang-waktu. Sifat-sifat intrinsik foton seperti muatan listrik, massadan spin ditentukan dari kesetangkupan gauge ini.

Konsep foton diterapkan dalam banyak area seperti fotokimia, mikroskopi resolusi tinggi dan pengukuran jarak molekuler. Baru-baru ini foton dipelajari sebagai unsur komputer kuantum dan untuk aplikasi canggih dalam komunikasi optik seperti kriptografi kuantum

Foton adalah unit dasar dari radiasi elektromagnetik, spektrum yang meliputi cahaya tampak.

Percobaan yang dilakukan di abad ke-19 tampaknya membuktikan bahwa cahaya terdiri dari gelombang. Namun, pada awal abad ke-20, percobaan lainnya menunjukkan bahwa itu terdiri dari partikel-partikel. Meskipun tampaknya bertentangan, cahaya dan bentuk lain dari radiasi elektromagnetik sebenarnya berperilaku baik sebagai bentuk. Foton adalah partikel cahaya, tetapi mereka juga memiliki sifat seperti gelombang, seperti panjang gelombang dan frekuensi.

Materi dapat berinteraksi dengan partikel cahaya dalam beberapa cara. Sebuah elektron dalam sebuah atom, misalnya, dapat menyerap foton, menyebabkan ia melompat ke tingkat energi yang lebih tinggi. Seiring waktu, elektron dapat kembali ke tingkat energi yang lebih rendah, memancarkan energi ekstra sebagai sebuah foton. Mata mampu mendeteksi cahaya karena molekul tertentu dalam retina menyerap energi dari foton dalam kisaran cahaya tampak frekuensi. Energi ini diubah menjadi impuls listrik yang berjalan di sepanjang saraf optik ke otak.

Dalam beberapa kasus, elektron dapat menyerap relatif partikel energi tinggi sinar ultraviolet kemudian memancarkan energi foton dengan panjang gelombang yang lebih panjang dari cahaya tampak, sebuah fenomena yang dikenal sebagai fluoresensi. Molekul dapat menyerap energi pada frekuensi inframerah, yang menyebabkan mereka untuk bergerak lebih, sehingga terjadi peningkatan suhu; ini adalah mengapa benda dapat dipanaskan oleh sinar matahari atau pemanas listrik. Foton dengan yang berenergi tinggi, seperti sinar-X dan sinar gamma, dapat memiliki efek merusak pada materi. Mereka memiliki energi yang cukup untuk menghilangkan elektron dari atom, membentuk ion bermuatan positif, dan untuk memecah ikatan kimia. Efek ini menyebabkan perubahan kimia yang bisa sangat merusak organisme hidup.

·         Penemuan

Konsep dan penemuan foton terkait erat dengan perkembangan teori kuantum. Sekitar tahun 1900, fisikawan teoritis Max Planck menemukan solusi untuk masalah yang dihadapi ilmuwan dalam beberapa waktu, yang melibatkan frekuensi radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu benda pada berbagai suhu. Ia mengusulkan bahwa energi datang sebagai unit kecil, yang terpisahkan, yang disebutnya quanta. Karya Albert Einstein pada efek fotolistrik pada tahun 1905 memberikan bukti eksperimental yang kuat bahwa kuanta adalah nyata. Ia tidak sampai tahun 1926, istilah “foton” pertama kali digunakan – oleh kimiawan Gilbert N. Lewis – untuk menggambarkan kuanta cahaya.

·         Energi dan Frekuensi

Planck menunjukkan bagaimana energi kuantum cahaya yang terkait terkait dengan frekuensi. Ia mendefinisikan sebuah konstanta, yang dikenal sebagai konstanta Planck, yang bila dikalikan dengan frekuensi kuantum cahaya, memberikan energi. Foton dengan frekuensi tinggi, seperti sinar-X, karena itu memiliki lebih banyak energi daripada frekuensi rendah, seperti gelombang radio. Konstanta Planck sangat kecil; Namun, sebagian besar sumber cahaya menghasilkan sejumlah besar partikel-partikel ini, sehingga total energi mungkin cukup.

·         Elektrodinamika Quantum

Saat teori kuantum dikembangkan, menjadi jelas bahwa kekuatan alam harus dilakukan dalam beberapa cara oleh agen yang tidak bisa melakukan perjalanan lebih cepat dari cahaya, dan bahwa agen ini harus “terkuantisasi”: mereka bisa eksis hanya sebagai kelipatan unit terpisahkan. Hubungan antara cahaya, listrik, dan magnet sudah dibuat jelas di abad ke-19. Pada saat itu, cahaya dan bentuk lain dari radiasi elektromagnetik diasumsikan terdiri dari gelombang. Menyusul penemuan foton, sebuah teori baru yang disebut elektrodinamika kuantum dikembangkan, yang menjelaskan bagaimana foton membawa gaya elektromagnetik.

·         Kecepatan Cahaya

Foton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa, yang kira-kira 186.000 mil (300.000 kilometer) per detik. Menurut Teori Relativitas khusus Einstein, tidak mungkin untuk setiap objek material untuk mencapai kecepatan ini, dengan meningkatnya massa dengan kecepatan, sehingga dibutuhkan lebih banyak energi untuk meningkatkan kecepatan. Foton bergerak pada kecepatan cahaya karena mereka tidak memiliki massa.

Cahaya dapat memperlambat, ketika melewati kaca, misalnya, tetapi partikel cahaya individu tidak melambat. Mereka diserap oleh atom, yang sementara mendapatkan energi, cepat melepaskan lagi dalam bentuk foton lain dengan frekuensi yang sama. Hal ini terjadi berkali-kali ketika cahaya melewati kaca (atau beberapa zat lain), dan sedikit jeda antara penyerapan dan pelepasan energi berarti bahwa partikel memakan waktu lebih lama untuk melewati mereka akan melewati udara atau ruang hampa. Setiap foton, bagaimanapun, selalu bergerak pada kecepatan cahaya.

Mata mengubah energi dari foton menjadi impuls listrik.

Relativitas khusus menunjukkan bahwa perjalanan mendekati kecepatan cahaya memiliki beberapa konsekuensi yang aneh. Misalnya, waktu yang melambat dibandingkan dengan benda-benda yang tidak bergerak, efek yang dikenal sebagai dilatasi waktu. Jika astronot bergerak dipercepat menjauh dari Bumi hanya sedikit di bawah kecepatan cahaya kemudian kembali setahun kemudian – menurut kalender – ia mungkin menemukan bahwa sepuluh tahun telah berlalu di Bumi. Hal ini tidak mungkin bagi astronot untuk mencapai kecepatan cahaya, tetapi banyak orang telah berspekulasi tentang apa dilatasi waktu akan berarti untuk foton. Menurut relativitas khusus, waktu harus berhenti sama sekali.

Galaksi Andromeda dikatakan 2,2 juta tahun cahaya dari Bumi karena dibutuhkan 2,2 juta tahun untuk foton dari itu untuk mencapai Bumi.

Seorang manusia melihat Galaksi Andromeda, yang berjarak 2,2 juta tahun cahaya, adalah melihat foton yang – dari sudut pandang – telah melakukan perjalanan 2,2 juta tahun cahaya dan memakan 2,2 juta tahun untuk melakukannya. Bagaimanapun, dapat dikatakan, bahwa dari sudut pandang ‘foton, perjalanan tidak mengambil waktu sama sekali dan bahwa jarak yang ditempuh sebenarnya nol. Karena setiap partikel cahaya “lahir” dalam sebuah bintang dan ada sampai mengenai retina astronom, bisa juga dikatakan bahwa dari sudut pandang sendiri, foton ada untuk waktu nol, dan karena itu tidak ada sama sekali. Bagaimanapun, konsensus di antara para ilmuwan, adalah bahwa hal itu sama sekali tidak masuk akal untuk berpikir tentang partikel cahaya sebagai memiliki sudut pandang atau “mengalami” apa-apa.

Sebuah elektron adalah partikel sub atom yang memainkan peran penting dalam hampir segala hal. Foton adalah paket konseptual energi, yang sangat penting dalam mekanika kuantum. Elektron dan foton adalah dua konsep yang sangat berkembang seiring dengan perkembangan mekanika kuantum. Sangat penting untuk memiliki pemahaman yang tepat dalam konsep-konsep ini, untuk memahami bidang mekanika kuantum, mekanika klasik dan bidang terkait secara benar. Pada artikel ini, kita akan membahas apa itu elektron dan foton, definisi mereka, persamaan dan akhirnya perbedaan antara elektron dan foton.

·         Elektron

Sebuah atom terbuat dari inti yang bermuatan positif dan mengandung hampir semua massa dan elektron mengorbit di sekitar inti. Elektron ini bermuatan negatif, dan mereka mengandung jumlah yang sangat kecil dibandingkan dengan massa inti. Sebuah elektron memiliki massa sisa 9.11 x 10^-31 kilogram. Elektron memiliki setengah nilai integer sebagai spin. Spin adalah sifat yang menggambarkan momentum sudut elektron. Teori klasik elektron digambarkan elektron sebagai partikel yang mengorbit di sekitar inti. Dengan perkembangan mekanika kuantum, terlihat bahwa elektron juga berperilaku sebagai gelombang. Elektron memiliki tingkat energi tertentu. Orbit elektron sekarang didefinisikan sebagai fungsi probabilitas untuk menemukan elektron di sekitar inti. Sekarang disimpulkan bahwa elektron berperilaku baik sebagai gelombang dan partikel. Ketika elektron bergerak dianggap memiliki beberapa sifat gelombang yang menjadi menonjol dibandingkan sifat partikel. Ketika interaksi yang bersangkutan, sifat partikel yang lebih menonjol daripada sifat-sifat gelombang. Elektron memiliki muatan – 1,602 x 10^-19 C. Ini adalah jumlah terkecil muatan sistem apapun yang dapat diperoleh. Semua muatan lainnya adalah perkalian dari muatan satuan elektron.

B.     Sifat-sifat Fisik Foton

Diagram Feynman pertukaran foton virtual (dilambangkan oleh garis gelombang dan gamma, ) antara sebutir positron dan elektron.

Foton tidak bermassa, tidak memiliki muatan listrik, dan tidak meluruh secara spontan di ruang hampa. Sebuah foton memiliki dua keadaan polarisasi yang dimungkinkan, dan dapat dideskripsikan dengn tiga parameter kontinu: komponen-komponen vektor gelombang, yang menentukan panjang gelombangnya () dan arah perambatannya. Foton adalah boson gauge untuk elektromagnetisme, dan sebab itu semua bilangan kuantum lainnya seperti bilangan lepton, bilangan baryon atau strangeness bernilai persis nol.

Foton diemisikan dalam banyak proses alamiah, contohnya ketika muatan dipercepat, saat transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih rendah, atau ketika sebuah partikel dan antipartikel bertumbukan dan saling memusnahkan. Foton diserap dalam proses dengan waktu mundur (time-reversed) yang berkaitan dengan yang sudah disebut di atas: contohnya dalam produksi pasangan partikel-antipartikel, atau dalam transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Dalam ruang hampa foton bergerak dengan laju  (laju cahaya). Energinya  dan momentum  dihubungkan dalam persamaan , di mana  merupakan nilai momentum. Sebagai perbandingan, persamaan terkait untuk partikel dengan massa  adalah , sesuai dengan teori relativitas khusus.

C.     Perbedaan Antara Foton dan Elektron

1.      Foton adalah paket energi sementara elektron adalah massa.

2.      Foton tidak memiliki massa diam tapi sebuah elektron memiliki massa diam.

3.      Foton dapat bergerak pada kecepatan cahaya, tetapi untuk sebuah elektron, secara teori mungkin untuk mendapatkan kecepatan cahaya.

4.      Foton akan menampilkan sifat gelombang lebih banyak sedangkan elektron menampilkan sifat partikel yang lebih banyak.

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Foton adalah jenis partikel dasar yang membentuk unit dasar radiasi elektromagnetik, yang meliputi gelombang radio, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma. Foton tidak memiliki massa, tidak ada muatan listrik, dan berjalan dengan kecepatan cahaya. Tidak seperti beberapa partikel, seperti proton dan neutron, mereka tidak dianggap terdiri dari komponen yang lebih kecil. Foton termasuk ke dalam kelas partikel yang bertanggung jawab atas gaya dasar alam, dan membawa gaya elektromagnetik. Sifat fisik Foton tidak bermassa, tidak memiliki muatan listrik, dan tidak meluruh secara spontan di ruang hampa. Sebuah foton memiliki dua keadaan polarisasi yang dimungkinkan, dan dapat dideskripsikan dengn tiga parameter kontinu: komponen-komponen vektor gelombang, yang menentukan panjang gelombangnya () dan arah perambatannya.

DAFTAR PUSTAKA

https://id.wikipedia.org/wiki/Foton

http://www.sridianti.com/pengertian-foton.html