Percobaan 3
Efek
Zeeman
Disusun
Oleh:
Nama
: Dila Yolanda
Nim
: 1303112164
Kelas
: Fisika-B
Dosen
: Drs. Maksi Ginting, M.Si
Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
UNIVERSITAS RIAU
2015
EFEK ZEEMAN
TUJUAN
-
Mempelajari prinsip terjadinya Efek Zeeman.
-
Memahami terurainya spectrum garis
cahaya merah Cadmium dalam medan magnet
TEORI
Efek Zeeman adalah peristiwa terpecahnya spektrum oleh
magnet. Efek Zeeman merupakan gejala tambahan garis-garis spektrum jika atom-atom
tereksitasi diletakan dalam medan magnet (terpecahnya garis spektral oleh medan
magnetik). Efek Zeeman merupakan pemisahan jalur spektral tunggal dari sebuah spektrum
emisi menjadi komponen-komponen tiga atau lebih terpolarisasi. Nama efek Zeeman
diambil dari seorang fisikawan Belanda yang bernama Pieter Zeeman, bersama Hendrik Antoon Lorentz, ia melakukan pengamatan terhadap
efek tersebut pada tahun 1896. Pada tahun 1902, ia menerima penghargaan nobel
dalam fisika atas penemuan efek Zeeman. Teori efek Zeeman digunakan untuk
mempelajari konsep yang berkaitan dengan atom. Hal ini sangat diperlukan untuk
memahami teori fisika atom tentang magneton Bohr elektron. Sehingga percobaan
efek Zeeman yang dilakukan dapat menambah pemahaman bagi praktikannya.
Prinsip kerja dari
efek zeeman ialah menguji lampu cadmium tanpa menggunakan medan magnetik cahaya
yang dipancarkan oleh lampu tersebut kemudian melewati rangkaian optik
interferometer agar pada layar dapat diketahui pola gelap dan pola terang, pada
layar akan terlihat garis spektral yang terpisah anatra satu garis dengan garis
yang lainnya, apabila medan magnetik diperbesar maka akan terlihat suatu garis
yang terpecah dari garis awalnya variasi yang digunakan pada percobaan ini ialah
memvariasi arus pada medan magnetik karena semakin besar arus yang diberikan
terhadap kumparan maka medan listrik yang dihasilkan juga semakin besar hal ini
dapat mempengaruhi spektral atom tersebut.
Dalam medan
magnetik, energi keadaan atomik tertentu bergantung pada harga ml
seperti juga pada n. Keadaan dengan bilangan kuantum total n terpecah menjadi
beberapa sub-keadaan jika atom itu berada dalam medan magnetik, dan energinya
bisa sedikit lebih besar atau lebih kecil dari keadaan tanpa medan magnetik.
Gejala itu menyebabkan “terpecahnya” garis spektrum individual menjadi
garis-garis terpisah jika atom dipancarkan ke dalam medan magnetik, dengan
jarak antara garis bergantung dari besar medan itu.
Spektrum
garis atomik teramati saat arus listrik dialirkan melalui gas di dalam sebuah
tabung lecutan gas. Garis-garis tambahan dalam spektrum emisi teramati jika
atom-atom tereksitasi diletakkan di dalam medan magnet luar. Satu garis di
dalam spektrum garis emisi terlihat sebagai tiga garis (dengan dua garis
tambahan) di dalam spektrum apabila atom diletakkan di dalam medan magnet. Ketika medan magnet diberikan, keadaan-keadaan doblet atau triplet dapat
terpisah pada tingkat energi yang terdegenerasi. Fenomena pemisahan garis
spektral oleh medan magnet disebut sebagai efek Zeeman. Lebar pemisahan pada garis
spektral bergantung pada kekuatan medan magnetik yang diberikan. Satu garis pada
kondisi tanpa medan akan terpisah menjadi tiga garis di bawah pengaruh medan
magnet.
Efek Zeeman ini analog dengan efek
Stark, pemisahan sebuah garis
spektral menjadi beberapa komponen karena adanya medan
listrik.
Efek Stark
Spektral emisi dari sebuah atom hidrogen dalam sebuah
medan listrik yang kuat akan mengakibatkan pemisahan garis spektral. Pemisahan
garis-garis spektral dalam pengaruh medan listrik disebut sebagai efek Stark.
Efek Stark diamati dalam kasus-kasus sebagai berikut:
1.
Setidaknya satu dari tingkat-tingkat energi berkaitan dengan transisi dalam
keadaan terdegenerasi dan degenerasinya ditingkatkan oleh pengaruh medan
listrik.
2. Molekul
polar dengan orientasi yang berbeda-beda dapat memiliki energi yang
berbeda-beda dalam medan listrik yang kuat dan energi transisi juga dapat
dimodifikasi bergantung pada orientasi molekul.
Efek Stark yang kedua tidak memerlukan degenerasi pada
tingkat-tingkat energinya. Lebar pemisahan pada efek Stark bergantung pada
kekuatan medan listrik.
Bilangan Momentum Spin
Bilangan
kuantum spin diperlukan untuk menjelaskan efek Zeeman anomali. Anomali ini
berupa terpecahnya garis spektrum menjadi lebih banyak garis dibanding yang
diperkirakan. Jika efek Zeeman disebabkan oleh adanya
medan magnet eksternal, maka efek Zeeman anomali disebabkan oleh rotasi dari
elektron pada porosnya. Rotasi atau spin elektron menghasilkan momentum sudut
intrinsik elektron. Momentum sudut spin juga mempunyai dua orientasi yang
berbeda, yaitu spin atas dan spin bawah. Tiap orientasi spin elektron memiliki
energi yang berbeda tipis sehingga terlihat sebagai garis spektrum yang
terpisah.
EKSPERIMEN
a).
Alat yang digunakan :
1. Amperemeter
2. Voltmeter
3. Teslameter
4. Power Supply
5. Seperangkat alat optik
b).
Langkah Percobaan :
1.
Letakkan skrup yang ada di atas logam.
2.
Hidupkan lampu dengan menghubungkannya ke sumber tegangan AC lewat power supply
nya.
3.
Arahkan teropong ke lampu dan atur posisi dari teropong dengan menaik dan
menurunkan atau memaju dan memundurkan okuler sehingga nampak anda silang (x).
Jika tandanya masih (x) maka putar teropong yang dekat okuler ke kiri dan ke
kanan, sehingga tampak menjadi tanda tambah.(+).
4.
Letakkan tanda tambah (x) tadi pada salah satu spektrum lampu dan catat itu
sebagai titik nol (0).
5.
Pindahkan tanda silang itu ke spektrum yang berada di atasnya/di bawahnya
dengan cara memutar skrup yang ada pada tiang penopang teropong dan catatlah
besra yang ditukjukkannya.
6.
Catat selisih skala awal dan skala akhir yang mana merupakan jarak spektrum
yaitu ∆a.
v Hubungan
Seri
1. Hubungkan
songket 1 ke 4 ke sumber tegangan DC dan hubungkan songket 2 ke 3.
2. Hidupkan
sumber tegangan DC dimana sebelumnya telah dihubungkan ke sumber tegangan AC.
3. Atur
potensiometer sehingga diperoleh besar arus dan tegangan yang diinginkan dan
catatlah besarnya.
4. Atur
lagi teropong dan letakkan tanda silang (x) pada salah satu spektrum dan catat
ebagai posisi awal.
5. Pindahkan
tanda silang itu ke spektrum yang berada di atasnya/di bawahnya dan catat sebagai
posisi akhir. Selisih posisi akhir dan awal merupakan jarak spektrum yang
dinyatakan dengan :
d( d = 2Sa ) → Sa =
½ d
6. Hubungkan
probe ke teslameter lalu yang probenya letakkan di atas logam (di dekat lampu),
lalu hubungkan teslameter ke sumber tegangan AC.
7. Lalu
tutup kontaknya (saklar), kemudian catat besar medan magnet yang ditunjukkan
teslameter tersebut.
v Hubungan
Paralel
1.
Hubungkan songket 1 ke 3 dan songket 2
ke 4. Hubungkan songket 1 dan 2 atau 3 dan 4 ke sumber tegangan.
2.
Lakukan seperti pada hubungan seri,
mulai dari percobaan nomor 2-7.
3.
Ulangi cara-cara di atas untuk orang
yang berikutnya.
c).
Gambar Rangkaian
PERHITUNGAN
Hubungan Seri
1.
2.
3.
4.
5.
Hubungan Paralel
1.
2.
3.
4.
5.
TUGAS
Soal
:
1.
Apa yang dimaksud dengan :
a. Tenaga
putar
b. Momen
Magnetik Elektron
c. Bilangan
Kuantum Utama
d. Magneton
Bohr
e. Efek
Zeeman Normal
2.
Gambarkan perpecahan spektrum dari s ke p
secara lengkap
3.
Gambarkan kuantisasi ruang momentum sudut
orbital, untuk bilangan kuantum orbital 2 (dua).
Jawab
:
1.
a.
b.
Momen magnetik elektron adalah medan magnet yang dihasilkan oleh suatu atom.
c.
Bilangan kuantum utama adalah bilangan yang menentukan tingkat energi dari
jari-jari orbital elektron atau kulit-kulit atom.
d.
Magneton bohr adalah suatu orbital hanya terdapat satu elektron maka muncullah
suatu dipol.
e.
Efek zeeman normal adalah sebuah garis spektral yang terbagi menjadi 3
komponen, dimana ini terjadi hanya pada atom tanpa spin.
2.
3.
PEMBAHASAN
Dalam
percobaan ini dilakukan pengamatan mengenai spektrum yang tebentuk ketika
sebuah atom diberi pengaruh medan magnet tersebut, medan magnet yang diberikan
berasal dari sebuah kumparan yang diberikan arus listrik sehingga menghasilkan
medan magnet yang besar kemudian diantara kumparan tersebut dipasang lampu
cadmium sebagai sumber atom yang akan di uji, untuk memudahkan pengamatan maka
pada rangkaian optik diberikan filter cahaya, cahaya yang diteruskan hanyalah
cahaya merah sehigga dari lensa optik dapat dilihat pola melingkar dari garis –
garis spektrum tersebut.
Prinsip kerja dari efek zeeman ialah menguji lampu
cadmium tanpa menggunakan medan magnetik cahaya yang dipancarkan oleh lampu
tersebut kemudian melewati rangkaian optik interferometer agar pada layar dapat
diketahui pola gelap dan pola terang, pada layar akan terlihat garis spektral
yang terpisah antara satu garis dengan garis yang lainnya, apabila medan
magnetik diperbesar maka akan terlihat suatu garis yang terpecah dari garis
awalnya variasi
yang digunakan pada percobaan ini ialah memvariasi arus pada medan magnetik
karena semakin besar arus yang diberikan terhadap kumparan maka medan listrik
yang dihasilkan juga semakin besar hal ini dapat mempengaruhi spektral atom
tersebut.
KESIMPULAN
Pada prinsipnya hubungan antara arus dan jari-jari
lintasan percobaan pertama dan kedua sama. Prinsip dari eksperimen ini adalah
lampu cadmium sebagai sumber spektrum dipengaruhi sebuah konduktor yang
dililiti oleh kumparan sehingga menghasilkan fluks magnetik yang menyebabkan
terjadi induksi elektromagnetik untuk memecahkan spektrum menjadi lebih dari
tiga. Peristiwa efek zeemen terjadi ketika sebuah atom yag dipengaruhi oleh
medan magnet maka spektrumnya akan terpecah dan energi yang dihasilkan akan
berkurang. ketika medan magnetik besar maka garis spektral atom akan terpecah
namun ketika arus yang digunakan kecil maka hanya terjadi pundaran saja pada
spektral atomik namun ketika arus yang diberikan semakin besar maka pecahan
spektral atomik semakin jelas dan jari–jari yang dihasilkan semakin lebar.
SARAN
Untuk pratikan
selanjutnya, agar memahami konsep terlebih dahulu, sebelum memulai pratikum,
agar dalam praktikum dapat berjalan dengan lancar dan hasil yang didapat lebih
sesuai dengan teori yang ada.
DAFTAR PUSTAKA
1. Beiser, Arthur. 1999. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.
2. Anonim. http://cobaberbagi.wordpress.com/2010/03/09/efek-zeeman/(19Desember2011)
3. Kehn,Keneth (1994).Fisika Modern Edisi
keempat. Jakarta: Bumi Aksara
0 komentar:
Posting Komentar