Physic for Senior High School

1.  RINGKASAN FISIKA 12 SMA
SEMESTER 2
1. RADIASI BENDA HITAM
Radiasi
:
perpindahan energi panas tanpa medium
Tiap benda dengan suhu lebih tinggi dari lingkungan akan
meradiasikan energi, termasuk tubuh manusia.
Bentuk radiasi adalah gelombang elektromagnetik, ada yang
tampak dan tak tampak.
Radiasi suatu benda bergantung pada jenis, ukuran dan
suhu benda.
Emisivitas : Kemampuan benda meradiasikan energi
dalam bentuk gelombang elektromagnetik
• Hukum Stefan - Boltzman
Menurut Stefan – Boltzman, laju energi radiasi benda
sebanding dengan luas permukaan benda dan pangkat empat
dari suhu mutlaknya.
P = laju energi (daya) radiasi (J/s atau watt)
Q = energi kalor (joule)
t = waktu radiasi (s)
e = emisivitas benda (0 ≤ e ≤ 1)
σ = konstanta Stefan – Boltzmann = 5,67 x 10-8
W m-2
K-4
T = suhu mutlak benda (K)
A = luas penampang benda (m2
)
E = energi radiasi (joule)
Hubungan antara pamjang gelombang yang diradiasikan
dengan suhu benda sebagai berikut :
• Hukum Pergeseran Wien
Wien menemukan bahwa panjang gelombang radiasi saat
intensitasnya maksimum berbanding terbalik dengan suhu
mutlak benda.
• Hipotesis Kuantum Planck
Max Planck mengemukakan teori bahwa energi radiasi yang
dihasilkan oleh getaran molekul-molekul ber-muatan listrik
(osilator) merupakan kelipatan bilangan positif dari h.f, yaitu :
E = energi radiasi (joule)
n = 1, 2, 3, ...
h = konstanta Planck = 6,63 x 10-34
Js
f = frekuensi radiasi (Hz)
Energi radiasi tidak kontinu, tapi terdiri atas paket-paket energi
yang diskrit disebut kuanta.
Energi minimum yang diradiasikan osilator adalah saat
keadaan kuantisasinya berubah satu satuan (∆n = 1) disebut
kuantum energi, yaitu :
• Efek Fotolistrik dan Teori Foton Einstein
Gejala terlepasnya eelektron dari permukaan logam ketika
disinari cahaya atau gelombang elektromagnetik lain disebut
efek fotolistrik. Elektron yang lepas dari logam akibat efek
fotolistrik disebut fotoelektron.
Cahaya monokromatik dijatuhkan pada pelat logam K (katode)
dapat melepaskan fotoelektron dari pelat logam itu.
Pemberian beda potensial antara K dan A (anode)
menyebabkan fotoelektron bergerak dari K menuju A. Aliran
fotoelektron tersebut akan terdeteksi sebagai arus fotolistrik
oleh galvanometer G.
Ketika fotoelektron terhenti, sesuai dengan Hukum Kekekalan
Energi diperoleh :
EKmaks = energi kinetik maksimum fotoelektron
e = muatan elektron = -1,6 x 10-19
C
V0 = potensial henti (V)
Efek fotolistrik tidak dapat dijelaskan jika cahaya dipandang
sebagai gelombang. Untuk menjelaskan itu, Albert Einstein
mengajukan teori foton dari cahaya. Teori ini dapat
menjelaskan fenomena yang terjadi pada efek fotolistrik,
melalui persamaan :
E = energi foton (J)
H = konstanta Planc = 6,63 x 10-34
Js
F = frekuensi cahaya (Hz)
c = kecepatan cahaya = 3,0 x 108
m/s
λ = panjang gelombang cahaya (m)
EKmaks = energi kinetik maksimum fotoelektron (J)
h.f = energi foton (J)
W = fungsi kerja atau energi ambang / minimum (J)
• Efek Compton
Eksperimen lain yang mendukung teori foton adalah
eksperimen hamburan foton yang dilakukan oleh A. H.
Compton. Menurut Compton besar momentum foton adalah :
P = momentum foton (Ns)

2. Pergeseran panjang gelombang foton memenuhi persamaan :
∆λ = λ’ - λ =
cm
h
.0
(1 – cos θ)
∆λ = pergeseran panjang gelombang foton (m)
λ = panjang gelombang foton datang (m)
λ’ = panjang gelombang foton hambur (m)
m0 = massa diam elektron = 9,1 x 10-31
kg
θ = sudut hamburan
Besaran
cm
h
.0
disebut panjang gelombang Compton
• Hipotesis de Broglie
Eksperimen efek fotolistrik dan efek Compton telah
membuktikan bahwa cahaya terdiri atas partikel-partikel
(foton-foton). Menurut Louis de Broglie, jika cahaya dapat
bersifat sebagai gelombang dan partikel, partikel pun mungkin
dapat bersifat sebagai gelombang, pernyataan itu dikenal
sebagai Hipotesis de Broglie.
Sehingga setiap partikel yang bergerak akan memiliki panjang
gelombang sebesar :
λ = panjang gelombang partikel (m)
p = momentum partikel (kg m/s)
m = massa partikel (kg)
v = kecepatan partikel (m/s)

3. 2. FISIKA ATOM
• Menurut Dalton, atom merupakan bagian terkecil suatu
unsur yang tidak dapat dibagi-bagi lagi, tidak dapat
berubah menjadi atom unsur lain, dapat membentuk
molekul, dapat berpisah dan bergabung kembali dengan
susunan berbeda dan massa tetap, serta dapat
membentuk molekul dengan per-bandingan tertentu dan
tetap.
• Menurut Thomson, atom bukanlah bagian terkecil dari
suatu unsur, melainkan tersusun oleh muatan-muatan
positif (proton) yang tersebar merata di seluruh atom dan
dinetralkan oleh elektron-elektron.
• Melalui eksperimennya, Millikan berhasil menentukan
muatan elektron, yaitu
e = 1,60 x 10-19
C
kemudian ia menyimpulkan bahwa muatan benda
merupakan kelipatan bilangan bulat dari muatan elektron.
• Menurut Rutherford, atom terdiri atas inti atom bermuatan
positif dan elektron-elektron bermuatan negatif yang
bergerak mengitasri inti atom dalam orbit lingkaran.
Kelemahan model atom Rutherford adalah tidak dapat
menjelaskan mengapa atom stabil dan mengapa spektrum
yang dipancarkan atom hidrogen tidak diskrit.
• Balmer menemukan deret spektrum atom hidrogen pada
daerah cahaya tampak, Lymann pada daerah ultraviolet,
sedangkan Paschen, Bracket, dan Pfund pada daerah
infra merah.
Deret Lymann : nr = 1 dan nt = 2, 3, 4, ... , ∞
Deret Balmer : nr = 2 dan nt = 3, 4, 5, ... , ∞
Deret Paschen : nr = 3 dan nt = 4, 5, 6, ... , ∞
Deret Bracket : nr = 4 dan nt = 5, 6, 7, ... , ∞
Deret Pfund : nr = 5 dan nt = 6, 7, 8, ... , ∞
• Menurut Bohr
Postulat-postulat Bohr sebagai berikut :
a. Elektron mengorbit inti atom dalam lintasan tertentu.
b. Elektron memiliki energi tertentu pada setiap orbit dan
bergerak dalam orbit tanpa meradiasikan energi.
c. Energi diradiasikan hanya ketika elektron bertransisi dari
orbit stasioner satu ke orbit stasioner lain yang lebih
rendah.
d. Momentum sudut elektron dalam orbit harus memenuhi
keadaan kuantum
L = momentum sudut (Ns)
m = massa elektron = 9,1 x 10-31
kg
Rn = jari-jari orbit ke-n
h = konstanta Planck = 6,63 x 10-34
Js
n = bilangan kuantum = 1, 2, 3, ....
1 eV = 1,6 x 10-19
Joule

4. 3. TEORI RELATIVITAS KHUSUS
• Relativitas Newton hanya berlaku untuk kecepatan-
kecepatan rendah, tidak berlaku bagi benda yang bergerak
mendekati kecepatan cahaya.
Contoh: elektron yg dipercepat melalui beda potensial 10
MeV akan mencapai kecepatan 0,9c. Menurut mekanika
Newton, kecepatan elektron itu akan menjadi 1,8c jika
dipercepat dengan potensial sebesar 40 MeV.
• Eksperimen Michelson-Morley menghasilkan simpulan :
- Eter tidak ada
- Kelajuan cahaya adalah besaran mutlak
• Postulat Relativitas Einstein
- Hukum-hukum Fisika mempunyai bentuk yang sama
pada semua kerangka inersial
- Cahaya yang merambat di ruang hampa memiliki
kecepatan tetap c yang tidak bergantung pada
kecepatan sumbernya atau kecepatan pengamat.
• Teori relativitas kecepatan Einstein berlaku umum,
sedangkan teori relativitas Newton hanya berlaku untuk
benda-benda yang bergerak dengan kecepatan jauh lebih
kecil dari pada kecepatan cahaya. Persamaan relativitas
kecepatan adalah :
atau
v2 = kecepatan relatif terhadap acuan diam (m/s)
v1 = kecepatan relatif terhadap acuan bergerak (m/s)
v21 = kecepatan relatif acuan bergerak terhadap acuan
diam (m/s)
c = kecepatan cahaya di ruang hampa (3 x 108
m/s)
• Pada pemuluran waktu, waktu yang terukur oleh pengamat
yang bergerak dengan kelajuan v terhadap kejadian lebih
lama daripada waktu yang terukur oleh pengamat lain yang
diam terhadap kejadian. Persamaan pemuluran waktu
adalah :
∆t = selang waktu diukur oleh pengamat yang relatif ber-
gerak
∆t0 = selang waktu diukur oleh pengamat yang relatif diam
v = kecepatan relatif pengamat yang bergerak terhadap
pengamat yang diam
• Benda yang bergerak akan mengalami penyusutan
panjang ketika ada gerak relatif antara benda dan
pengamat. Persamaan penyusutan panjang adalah :
L = panjang benda terhadap acuan bergerak
L0 = panjang benda terhadap acuan diam
v = kecepatan benda terhadap acuan diam
• Menurut teori relativitas Einstein, massa benda yang
bergerak dengan kecepatan v akan berubah. Persamaan
massa relativistik adalah :
m = massa benda bergerak / relativistik (kg)
m0 = massa benda diam (kg)
v = kecepatan benda
• Oleh karena massa benda yang bergerak berubah maka
momentum benda yang bergerak pun akan berubah.
Persamaan momentum relativistik adalah :
p = momentum benda bergerak / relativistik (Ns)
m = massa benda bergerak / relativistik (kg)
m0 = massa benda diam (kg)
v = kecepatan benda
c = kecepatan cahaya di ruang hampa
• Persamaan energi kinetik relativistik adalah :

5. 4. FISIKA INTI DAN RADIOAKTIVITAS
• Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif dan
neutron yang tidak bermuatan
• Suatu unsur X dengan inti atom memiliki Z proton dan A
nukleon diberi lambang :
A
Z X atau XA
Z
• Satuan massa inti atom : 1 sma = 1,66 x 10-27
kg
Nuklida : inti atom yang mempunyai nomor atom,
nomor massa, dan waktu paruh tertentu
Isotop : unsur-unsur yang mempunyai nomor a -
tom sama tetapi nomor massa berbeda
Isobar : unsur-unsur yang mempunyai nomor
massa sama tetapi nomor atom berbeda
Isoton : unsur-unsur yang mempunyai neutron
sama tapi nomor atom dan nomor massa
berbeda
• Inti dikatakan stabil jika memenuhi batas-batas :
• Massa defek adalah selisih antara massa nukleon dan
massa inti
Energi ikat inti adalah energi yang berasal dari massa
defek.
atau
Energi ikat rata-rata setiap nukleon adalah energi ikat inti
dibagi oleh nomor massa, yaitu :
• Gaya yang menyebabkan proton dan neutron tetap berada
dalam inti disebut gaya inti atau gaya nuklir.
• Peristiwa pemancaran partikel-partikel radioaktif secara
spontan disebut radioaktivitas.
• Partikel α memiliki daya ionisasi paling besar, tetapi daya
tembusnya paling kecil dibandingkan partikel β dan sinar γ.
Proses pemancaran partikel alfa sebagai berikut :
• Partikel β memiliki daya ionisasi dan daya tembus yang
besarnya di antara partikel α dan sinar γ. Proses
pemancaran partikel beta sebagai berikut :
• Partikel γ memiliki daya ionisasi paling rendah, tetapi daya
tembus paling besar. Proses pemancaran sinar gamma
sebagai berikut :
Lintasan sinar radioaktif dalam medan magnet dan medan
listrik.
• Intensitas Sinar Radioaktif
Jika seberkas sinar radioaktif dilewatkan pada keping
logam dengan ketebalan x, maka intensitasnya akan
berkurang menjadi :
Bila I = ½ I0 maka ketebalan bahan disbut half value layer ,
yaitu lapisan bahan yang menyebabkan intensitas
radioaktif menjadi setengah intensitas mula - mula.
• Hukum Peluruhan Radioaktif
Disintegrasi inti adalah peristiwa berubahnya inti atom
menjadi inti atom yang lain, yang berlangsung dengan
sendirinya.
Pada peluruhan rdioaktif banyaknya inti yang belum
meluruh dinyatakan dengan :
N(t) = banyaknya inti pada saat t
N0 = banyaknya inti mula-mula atau saat t = 0
λ = konstanta peluruhan (s-1
)
t = waktu peluruhan (s)
• Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan unsur
sehingga tersisa setengahnya. Ketika t = T (waktu paruh)
dan N = ½ N0 maka
I = I0 e-µx

6. • Aktivitas Radioaktif adalah banyaknya inti yang ber-
disintegrasi dalam 1 detik, dirumuskan :
Satuan aktivitas radioaktif :
• Dosis Serap adalah banyaknya energi yang diserap tiap
satuan massa tertentu.
Satuan dosis serap :
• Reaksi Inti adalah reaksi yang terjadi di dalam inti atom
antara partikel-partikel inti dengan partikel lain, seperti:
proton, elektron, neutron, dll.
Pada setiap reaksi inti berlaku :
− Hukum kekekalan momentum
− Hukum kekekalan enegi
− Hukum kekekalan nomor atom
− Hukum kekekalan nomor massa
Pada reaksi inti terjadi perubahan inti atom :
• Penembakan Inti Atom akan menyebabkan per-ubahan
susunan inti atom yang terdiri atas :
− Transmutasi Inti : peristiwa berubahnya suatu inti atom
menjadi inti baru yang stabil
− Radioaktivitas buatan : peristiwa berubahnya suatu inti
atom menjadi iti baru yang tidak stabil (bersifat
radioaktif)
• Reaksi nuklir adalah reaksi pembentukan inti baru,
contohnya :
• Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan inti berat menjadi
inti-inti yang lebih ringan. Contoh :
• Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan inti-inti ringan
menjadi inti yang lebih berat. Contoh :
• Reaksi nuklir adalah tempat terjadinya reaksi fisi berantai
terkendali. Reaktor nuklir dimanfaatkan sebagai penghasil
tenaga atau daya dan penghasil radioisotop.
• Teknologi Nuklir
• Reaktor Atom adalah tempat terjadinya reaksi fisi berantai
yang terkendali sehingga tidak terjadi ledakan bom atom.
Komponen utama reaktor atom :
− Moderator : berfungsi untuk memperlambat ke-cepatan
neutron, contoh : air (H2O), grafit (C), air berat (DO2).
− Control Rod : berfungsi mengendalikan jumlah neutron.
Bahan control rod mengandung kadmium (Cd).
− Shielding : untuk melindungi pekerja dari radiasi nuklir.
• Alat pendeteksi partikel-partikel radioaktif disebut detektor
radiasi atau detektor nuklir, di antaranya pencacah
Geiger-Muller, emulsi film, kamar kabut, dan detektor
sintilasi.
Alat Deteksi yang lain :
− Siklotron : untuk mempercepat ion-ion bermuatan
positif
− Synchrotron : untuk mempercepat proton-proton dalam
tabung hampa
− Betatron : untuk mempercepat elektron-elektron
− Akselerator linear : untuk mempercepat gerak partikel
bermuatan listrik secara linier.

7. 5. PENERAPAN RADIOAKTIF
• Manfaat (berdasarkan sinar radiasi α, β, dan γ)
Sinar Alpha
Ditembakkan pada inti suatu atom untuk menghasilkan
radioisotop (yg sering digunakan untuk menembak adalah
neutron)
Sinar Beta
− Menentukan kebocoran pipa saluran minyak / cairan atau
gas yang tertimbun dalam tanah
− Mengukur ketebalan kertas
− Pancaran sinar beta Karbon C-14 dari fosil dapat
digunakan untuk memperkirakan umur fosil
Sinar Gamma
− Radiotherapy (membunuh sel kanker) / radiasi sinar
gamma terkontrol
− Sterilisasi alat-alat kedokteran
− Sterilisasi pada makanan
− Mengukur ketebalan baja
− Mendeteksi datangnya pasokan minyak / cairan dari jauh
yang disalurkan melalui pipa-pipa
− Membuat varietas tanaman baru yang tahan penyakit
− Dimanfaatkan pada pembuatan radiovaksin
• Manfaat (berdasarkan nama unsur)
Iodiom (I - 131)
− Mencari ketidaknormalan pada tiroid / kelenjar tiroid
Iodiom (I - 123)
− Disuntikkan pada pasien untuk mengetahui ada tidaknya
gangguan ginjal
Karbon (C - 14)
− Mencari ketidaknormalan yang berhubungan dengan
diabetes dan anemia
Kromium (Cr - 51)
− Keperluan scanning limpa
Selenium (Se - 75)
− Keperluan scanning pankreas
Teknetium (Te - 99)
− Keperluan scanning tulang dan paru-paru
Galium (Ga - 67)
− Keperluan scanning getah bening
Natrium (Na - 24)
− Untuk deteksi penyempitan pembuluh darah / trombosis
Radioisotop Silikon
− Perunut radioisotop pada proses pengerukan lumpur
pelabuhan atau terowongan
Fosfor (P – 32)
− Memperkirakan jumlah pupuk yang diperlukan tanaman
Karbon (C - 14)
− Mengukur umur fosil hewan, tumbuhan dan manusia
(dengan pengukuran pancaran sinar beta)
Uranium (U - 235)
− Reaksi berantai terkendali dalam PLTN
Cobalt (Co - 60)
− Mengontrol pertumbuhan beberapa jenis kanker
Isotop 8O15
− Menganalisis proses fotosintesis pada tanaman
• Manfaat Fungsi-fungsi lain
− Membuat varietas tanaman baru yang tahan penyakit dan
produktivitas yang tinggi
− Pemandulan / sterilisasi serangga pengganggu tanaman
− Mendeteksi pemalsuan lukisan atau keramik
• Manfaat Secara Umum
− Tracer (perunut, pemcari jejak) untauk berbagai keperluan
− Sumber Tenaga Listrik / PLTN
− Memanfaatkan sinar-sinar radiasinya untuk berbagai
keperluan
• Bahaya Radioaktivitas
− Dapat merusak sel –sel penting seperti sel tulang
sumsum / penghasil sel darah, akibat radiasi tinggi yang
tidak terkendali (termasuk juga radiasi sinar gamma)
− Dapat merusak / mematikan jaringan atau sel-sel pada
makhluk hidup
− Dapat merusak / mengubah struktur DNA makhluk hidup
− Dapat mengakibatkan tumor atau kanker
− Radon yang terhirup paru-paru memancarkan alpha dapat
menimbulkan kerusakan dan pertumbuhan kanker
− Dapat menimbulkan luka bakar (akibat radiasi dosis tinggi)

8. by: saifur-santoso (dari berbagai sumber)