sifat partikel dari cahaya ; efek compton

Sifat Partikel dari Cahaya: Efek Compton 

Pada efek fotolistrik, cahaya dapat dipandang sebagai kuantum energi dengan energi yang diskrit. Kuantum energi tidak dapat digambarkan sebagai gelombang tetapi lebih mendekati bentuk partikel. Partikel cahaya dalam bentuk kuantum dikenal dengan sebutan foton. Pandangan cahaya sebagai foton diperkuat lagi melalui gejala yang dikenal sebagai efek Compton.

Jika seberkas sinar-X ditembakkan ke sebuah elektron bebas yang diam, sinar-X akan mengalami perubahan panjang gelombang dimana panjang gelombang sinar-X menjadi lebih besar. Gejala ini dikenal sebagai efek Compton, sesuai dengan nama penemunya, yaitu Arthur Holly Compton.

Sinar-X digambarkan sebagai foton yang bertumbukan dengan elektron (seperti halnya dua bola bilyar yang bertumbukan). Elektron bebas yang diam menyerap sebagian energi foton sehingga bergerak ke arah membentuk sudut terhadap arah foton mula-mula. Foton yang menumbuk elektron pun terhambur dengan sudut θ terhadap arah semula dan panjang gelombangnya menjadi lebih besar. Perubahan panjang gelombang foton setelah terhambur dinyatakan sebagai

Dimana m adalah massa diam elektron, c adalah kecepatan cahaya, dan h adalah konstanta Planck.

1.    Efek Compton

            Compton menganggap bahwa cahaya sebagai partikel sehingga mempunyai momentum :

 

Gambar diatas merupakan gambar penghamburan foton oleh electron disebut efek Compton. Energi dan momentum adalah kekal dalam keadaan seperti itu, dan sebagai foton hambur kehilangan energi (panjang gelombang hasilnya lebih panjang) dibandingkan foton datang.

Momentum foton semula ialah, momentum foton hambur ialah, dan momentum electron awal sector ialah, berurutan, 0 dan p. Dalam arah foton semula.

Momentum awal = Momentum akhir

(3.10)                                                     

Dan tegak lurus pada arah ini

Momentum awal = Momentum akhir

(3.11)              0  =                                                

Sudut f menyatakan sudut antara arah mula-mula dan arah foton hambur, dan q ialah sudut antara arah foton mula dan arah electron yang tertumbuk. Persamaan (3.10) dan 3.11) sama-sama dikali c, sehingga diperoleh

          

Dengan mengkuadratkan masing-masing persamaan ini dan menambahkannya, sudut q dapat dieliminasi sehinga menjadi

(3.12)                                    

Kemudian kita samakan kedua rumus untuk energi total partikel

        

Dari bab I kita dapat memperoleh :

        

Karena :         , maka kita dapatkan :

(3.13)                                         

Substitusikan harga p²c² ini dalam persamaan (3.13) sehingga kita mendapatkan

(3.14)                                                

Hubungan ini akan lebih sederhana jika dinyatakan dalam panjang gelombang sebagai pengganti frekuensi. Bagi persamaan (3.14) dengan 2h²c²,

            

Dan karena  dan

         

Sehingga panjang gelombang untuk efek Compton adalah :

(3.15)