Gelombang Materi De Broglie: Panjang Gelombang Elektron
1 · Memprediksi
Louis de Broglie mengusulkan bahwa partikel seperti elektron juga memiliki panjang gelombang, bukan hanya cahaya. Apakah elektron yang lebih cepat (energi kinetiknya lebih tinggi) memiliki panjang gelombang de Broglie yang lebih panjang atau lebih pendek?
- Panjang gelombang yang lebih panjang untuk elektron yang lebih cepat.
- Panjang gelombang tidak bergantung pada energi kinetik.
- Lebih pendek — energi kinetik yang lebih tinggi berarti momentum yang lebih tinggi, dan panjang gelombang berbanding terbalik dengan momentum.
2 · Pengaturan
- Buka preset elektron-de-broglie dan tekan Reset.
- Aktifkan pembacaan panjang gelombang de Broglie.
- Tetapkan energi kinetik elektron untuk setiap percobaan dan catat panjang gelombang de Broglie.
3 · Kumpulkan Data
| Energi kinetik K (eV) | Panjang gelombang De Broglie λ (pm) |
|---|---|
| 50.00 | |
| 100.00 | |
| 200.00 |
Plot panjang gelombang λ (sumbu y) terhadap 1/√K (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Apakah garis tersebut lurus melalui titik asal?
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung λ = h/√(2m_eK) menggunakan h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg (mengonversi K dari eV ke joule). Bandingkan dengan tabel.
- Jelaskan dengan menggunakan λ = h/p dan p = √(2m_eK), mengapa energi kinetik yang lebih tinggi (dan momentum yang lebih tinggi) menghasilkan panjang gelombang yang LEBIH PENDEK — hubungan yang berkebalikan dengan E = hc/λ pada foton.
5 · Perluas
- Mikroskop elektron memanfaatkan panjang gelombang de Broglie yang kecil (jauh lebih pendek dari cahaya tampak) untuk menyelesaikan detail yang jauh lebih kecil daripada yang bisa dilakukan mikroskop optik. Jelaskan mengapa penggunaan elektron berenergi lebih tinggi (panjang gelombang lebih pendek) umumnya meningkatkan resolusi mikroskop elektron.
- Bola bisbol yang dilempar juga memiliki panjang gelombang de Broglie, namun terlalu kecil untuk dapat diperhatikan. Dengan menggunakan λ = h/p dengan momentum khas bola bisbol, jelaskan mengapa efek gelombang materi hanya dapat diamati untuk partikel yang sangat ringan seperti elektron.
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Panjang Gelombang De Broglie
Setiap partikel dengan momentum p memiliki panjang gelombang terkait λ = h/p. Untuk partikel non-relativistik dengan energi kinetik K, ini menjadi λ = h/√(2mK) — perpanjangan langsung dari dualitas gelombang-partikel cahaya ke materi.