MAKALAH FISIKA INTI BAB II ENERGI IKAT PDF

Preview

Summary

MAKALAH FISIKA INTI BAB II ENERGI IKAT Dosen Pengajar : Nyoman Wendri,S.Si, M.Si Makalah ini disusun oleh : Ida Ayu Putu Aristia Hutami 1608521020 Sylvia Ariska Susanti 1608521016 Putu Raul Dewa Adiguna W 1608521003 Ivan Bachtiar 1608521027 Pillar Satya Mahardika 1408205014 PROGRAM STUDI FISIKA FAKU...

Description

MAKALAH FISIKA INTI BAB II ENERGI IKAT

Dosen Pengajar : Nyoman Wendri,S.Si, M.Si

Makalah ini disusun oleh : Ida Ayu Putu Aristia Hutami

1608521020

Sylvia Ariska Susanti

1608521016

Putu Raul Dewa Adiguna W

1608521003

Ivan Bachtiar

1608521027

Pillar Satya Mahardika

1408205014

PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2018

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat dan izin-Nya saya dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “Energi Ikat” ini dengan baik. Makalah ini disusun sebagai salah satu pemenuhan tugas mata kuliah Fisika Inti Makalah ini mengulas tentang : salah satu sifat inti atom yaitu energi ikat yang mengenai packing fraction, model tetes cairan, model tetes cairan, energi Coulomb dan energi asimetri, pengaruh tegangan permukaan, efek Coulomb pada energi ikat dan pengaruh ganjil genap Atas dukungan moral dan materi yang diberikan dalam penyusunan makalah ini, maka kami mengucapkan terima kasih kepada Ibu Nyoman Wendri.,S.Si M.Si selaku dosen mata kuliah Fisika Inti Kami menyadari dalam penyusunan makalah ini masih banyak terdapat kekurangan dan jauh dari sempurna. Untuk itu, diharapkan kepada siapapun yang membaca makalah ini dapat memberikan kritik dan saran yang konstruktif agar makalah ini menjadi lebih baik. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua

Bukit Jimbaran, Oktober 2018

Penulis

i

DAFTAR ISI Kata Pengantar. ...................................................................................................................... i Daftar isi................................................................................................................................. ii Bab I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang ..................................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ................................................................................................ 2 1.3 Batasan Masalah .................................................................................................. 2 1.4 Tujuan Penulisan .................................................................................................. 2 1.5 Manfaat Penulisan ................................................................................................ 3 1.6 Metode Penulisan ................................................................................................. 3 Bab II Tinjauan Pustaka 2.1 Pengertian Atom .................................................................................................. 4 2.2 Sifat – Sifat Inti .................................................................................................... 5 Bab III Pembahasan 3.1 Pengertian Packing Fraction dan Energi Ikat .......................................................7 3.2 Model Tetes Cairan. .............................................................................................10 3.2.1 Energi Coulomb pada Inti Stabil.................................................................12 3.2.2 Energi Asimetri ...........................................................................................13 3.3 Pengaruh Tegangan Permukaan ...........................................................................14 3.4 Efek Coulomb ......................................................................................................15 3.5 Pengaruh Ganjil Genap ........................................................................................18 3.6 Efek Isobarik ........................................................................................................25 Bab IV Penutup 4.1 Kesimpulan ..........................................................................................................29 4.2 Saran ....................................................................................................................31 Daftar Pustaka ........................................................................................................................32 ii

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Inti atom harus diperlakukan dengan cara yang sama seperti elektron, meskipun tidak ada orbit proton ataupun neutron. Inti atom berbentuk bola padat berisi proton dan neutron. Gaya inti (gaya interaksi antar proton dan netron/nukleon) mengatasi gaya tolak Coulomb. Gaya inti ini menyebabkan proton dan neutron terkumpul pada daerah pusat, padahal rapat inti atom relatif konstan jadi terdapat suatu mekanisme lain yang mencegah inti mengerut ke pusat atom. Kerapatan inti atom tidak bergantung pada nomor massa A. Inti atom ringan memiliki kerapatan yang kurang lebih sama dnegan inti atom berat. Dengan perkataan lain, jumlah neutron dan proton tiap satuan volume kurang lebih tidak berubah di seluruh daerah inti. Sifat-sifat inti menggambarkan sebuah inti dengan jumlah relatif kecil pada parameter muatan listrik yaitu radius massa isotop, energi ikat, momentum sudut, momen dipole magnetik dan momen kuadrapole listrik. Untuk di metode yang sama digunakan adalah analisis sinar positif, spektrometer massa Dempster, dan penggabungan dua metode (matched doublet). Momentum sudut total pada inti terdapat pada nukleon A dengan jumlah vektor momentum sudut pada semua nukleon. Momentum sudut total biasanya disebut dengan spin inti dan dinotasikan dengan I. Momentum sudut I semuanya terdapat pada sifat-sifat vektor momentum sudut pada mekanika kuantum. Momen dipole magnetik timbul dari gerakan partikel bermuatan dan dapat dipandang sebagai alat untuk distribusi arus yang ditimbulkan dari sekitarnya (perpindahan muatan). Dari pendekatan kuantum diperoleh suatu hubungan yang sama yaitu momen sudut intrinsik untuk momen magnetik. Momen kuadrapole listrik ditentukan dari distribusi muatan dari pada arus dalam inti. Deviasi tingkat terendah dari simetri sperikal dalam suatu inti sampai saat ditunjukkan dengan

1

2 mengukur kuadrapole listrik. Dan untuk sifat inti yang terakhir yaitu energi ikat akan dibahas lebih lanjut di makalah ini.

1.2 Rumusan Masalah 1. Apa pengertian Packing Fraction, energi ikat dan mass defect? 2. Apa yang dimaksud dengan model tetes cairan? 3. Bagaimana energi Coulomb pada inti stabil dan energi asimetri nya ? 4. Apa pengaruh tegangan permukaan ? 5. Bagaimana efek Coulomb pada energi ikat? 6. Apa pengaruh ganjil dan genap?

1.3 Batasan Masalah Batasan masalah pada makalah ini adalah hanya dibahas mengenai : packing fraction, model tetes cairan, pengaruh tegangan permukaan, efek coulomb dan pengaruh ganjil genap.

1.4 Tujuan Penulisan Berdasarkan rumusan masalah, maka adapun tujuan penulisan pada makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui terkait energi ikat dan packing fraction 2. Untuk mengetahui dengan model tetes cairan 3. Dapat mengetahui energi Coulomb pada inti stabil dan energi asimetri 4. Untuk mengetahui pengaruh tegangan permukaan 5. Untuk mengetahui efek Coulomb pada energi ikat 6. Untuk mengetahui pengaruh ganjil dan genap pada energi ikat 2

3

1.5 Manfaat Penulisan Penulisan makalah ini diharapkan mahasiswa dapat memahami mengenai energi ikat, packing fraction, model tetes cairan, model tetes cairan, energi Coulomb dan energi asimetri, pengaruh tegangan permukaan, efek Coulomb pada energi ikat dan pengaruh ganjil genap.

1.6 Metode Penulisan Metode Penulisan yang digunakan pada makalah ini adalah Metode Literatur yaitu pengambilan data-data studi kepustakaan yang penulis dapatkan dari literatur dan sumbersumber tertulis lainnya baik dari diktat kuliah maupun media internet dengan topik penulisan dari makalah ini.

3

4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Atom Atom adalah suatu satuan dasar materi yang terdiri atas beberapa struktur. Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani (átomos), yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep atom sebagai komponen yang tak dapat dibagibagi lagi pertama kali diajukan oleh para filsuf India dan Yunani. Pada abad ke-17 dan ke18, para kimiawan meletakkan dasar-dasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa zatzat tertentu tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan metode-metode kimia. Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, para fisikawan berhasil menemukan struktur dan komponen-komponen sub atom di dalam atom, membuktikan bahwa “atom” tidaklah tak dapat dibagi lagi. Prinsip-prinsip mekanika kuantum yag digunakan para fisikawan kemudian berhasil memodelkan atom. Menurut teori atom dari Rutherford-Bohr dan pengikutnya diketahui bahwa muatan positif inti atom terkukung dalam suatu daerah sangat kecil di pusat atom, bahwa inti atom memiliki muatan + Ze dan bahwa seluruh massa atom (99,9%) berasal dari inti atom. Ada beberapa hipotesa penyusun inti: (1) proton-proton; (2) proton-elektron; dan (3) proton-netron. Sifat nukleon berturut-turut: Proton-neutron: muatan (+e, 0); massa energi (938,28 MeV; 939,57 MeV), spin (½ , ½). Sifat kimia suatu unsur tertentu bergantung pada nomor atom Z, tidak pada nomor massa A. Inti-inti atom dengan Z sama tetapi A berbeda disebut isotop. Inti-inti atom dengan A sama, tetapi Z berbeda disebut Isobar. Dan inti-inti atom dengan jumlah neutron (N) sama disebut isoton. (Pratiwi,D. 2012) Inti atom ditemukan pada eksperimen hamburan sinar alpha oleh Rutherford. Inti terdiri dari proton dan neutron dan dinyatakan dengan : 𝐴 𝑍𝑋𝑁

dengan

X = lambing kimia A = nomor massa Z = nomor atom 4

5 N = nomor neutron Massa dinyatakan dalam satuan amu (atomic mass unit) atau u dengan nilai : 1 amu = = 1,660566 × 10−27 kg dan dikonversi massa dengan tenaga 1 u = 931,502 Mev/𝑐 2

2.2 Sifat-Sifat Inti

Sifat-sifat inti menggambarkan sebuah inti dengan jumlah relatif kecil pada parameter muatan listrik yaitu radius massa isotop, energi ikat, momentum sudut, momen dipole magnetik dan momen kuadrapole listrik. Untuk radius massa isotop di metode yang digunakan adalah analisis sinar positif, spektrometer massa Dempster, dan penggabungan dua metode (matched doublet). Momentum sudut total pada inti terdapat pada nukleon A dengan jumlah vektor momentum sudut pada semua nukleon. Momentum sudut total biasanya disebut dengan spin inti dan dinotasikan dengan I. Momentum sudut I semuanya terdapat pada sifat-sifat vektor momentum sudut pada mekanika kuantum. Momen dipole magnetik timbul dari gerakan partikel bermuatan dan dapat dipandang sebagai alat untuk distribusi arus yang ditimbulkan dari sekitarnya (perpindahan muatan). Dari pendekatan kuantum diperoleh suatu hubungan yang sama yaitu momen sudut intrinsik untuk momen magnetik. Momen kuadrapole listrik ditentukan dari distribusi muatan dari pada arus dalam inti. Deviasi tingkat terendah dari simetri sperikal dalam suatu inti sampai saat ditunjukkan dengan mengukur kuadrapole listrik. Dan untuk sifat inti yang terakhir yaitu energi ikat. Pada inti stabil terdapat perbedaan antara massa suatu inti dengan massa penyusun inti. Perbedaan ini disebut “mass defect” menjadi energi ikat inti atom. Dapat dimaksudkan energi ikat sebagai energi tambahan yang diperoleh ketika membentuk sebuah atom dari semua partikel penyusunnya atau energi yang harus dimuat untuk memisahkan atom menjadi komponen-komponen.

5

6 Setiap inti memiliki energi dasar yang rendah, keadaan dasar, dan energi yang lebih tinggi pada keadaan pembangkit. Banyak yang dapat dijelaskan tentang nilai inti dan inti pada keadaan dasar, apakah inti tersebut dapat berdiri sendiri untuk menjadi stabil atau mempunyai kemungkinan untuk penurunan radioaktifitas. Hampir semua sistem bekerja pada massa, radius, muatan, nilai rata-rata dan lainnya. Pada pengujian terakhir tentunya periodesitasnya juga akan terbukti. Model inti atom yang mana akan dipertimbangkan utnuk dijelaskan dan dapat dibagi ke model semiklasik (partikel), dimana dapat dimengerti tentang kecenderungan sistematik umum dan model mekanika kuantum (gelombang) yang memberikan pemahaman tentang periodesitas. Model Liquid-drop dan model shell adalah metode yang di pakai setiap kelas dan akan diuraikan di makalah ini.

6

7 BAB III PEMBAHASAN

3.1 Pengertian Packing Fraction dan Energi Ikat Pengukuran yang akurat pada massa atom isotop yang berbeda dari unsur stabil dan beberapa isotop radioaktif. Massa isotop yang berbeda sangat sedikit dari jumlah integral, deviasi maksimum berada pada kasus 𝑈 238 yang memiliki massa isotop 238,050786 amu.

Variasi ini kecil bila dibandingkan dengan seluruh nomor telah diungkapkan oleh Aston dalam hal kuantitas yang disebut dengan packing fraction, f didefinisikan sebagai : 𝑓 = massa atom pada isotop – jumlah massa (A) / jumlah massa (A) 𝑓=

𝑀 (𝐴,𝑍)−𝐴 𝐴

(3.1)

Dimana M(A,Z) adalah massa aktual dari sebuah nuklida pada skala fisika atom C12 atau O16 dan A adalah nomor massa Z + N, Z dan N masing-masing adalah jumlah proton dan neutron. Pembilang pada persamaan (3.1) disebut mass defect yaitu :

𝑀(𝐴, 𝑍) − 𝐴 = 𝐴𝑓

(3.2)

Beberapa inti mempunyai keadaan energi lebih rendah, pada keadaan ground, dan energi dalam keadaan tinggi yang disebut dengan keadaan eksitasi. Banyak yang dapat dipelajari pada gaya inti dengan mempertimbangkan dimana dalam keadaan ground apakah inti yang terjadi disini akan stabil atau mempunyai kemungkinan terjadi peluruhan radioaktif. Model inti dapat dikembangkan dengan menerangkan secara kasar model semiemperikal,. Pada model liquid-drop dan model shell. Jumlah pertama yang lebih penting dipertimbangkan adalah massa inti, biasanya diekspresikan dalam satuan massa yang disingkat dengan u, kemudian didefinisikan massa satu atom pada 𝐶 12 sama dengan

12,000000 u.

Perbedaan antara massa inti sebenarnya dan massa seluruh nukleon itu sendiri disebut energi ikat total Btot (A,Z). Hal ini menggambarkan diperlukannya kerja untuk memisahkan inti menjadi inti terpisah atau sebaliknya, energi akan terlepas jika nukleon yang telah terpisah dipasangkan menjadi sebuah nukleus. Untuk memudahkan, massa atom lebih

7

8 besar dari massa inti yang digunakan pada semua perhitungan. Tidak ada kesulitan, kecuali pada energi ikat pada elektron atom harus dipertimbangkan juga. Dan dapat ditulis dengan 𝐵𝑡𝑜𝑡 = [𝑍𝑚𝑝 + (𝐴 − 𝑍)𝑚𝑛 − 𝑀(𝐴 − 𝑍)]𝑐 2

(3.3)

Dimana 𝑚𝑝 , 𝑚𝑛 adalah massa pada proton, neutron dan elektron.

Energi ikat rata-rata pernukleon diperoleh dengan membangi energi ikat total pada nukleus dengan jumlah massa A (energi ikat semua elektorn dalam atom adalah sangat kecil dan dapat diabaikan) maka : 𝐵𝐸/𝐴 = [𝑍𝑚𝐻 + (𝐴 − 𝑍)𝑚𝑛 − 𝑀(𝐴 − 𝑍)]𝑐 2 /𝐴

(3.4)

Dengan H adalah massa pada atom hidrogen.

Cara untuk memisahkan proton, neutron, deuteron atau partikel alfa dari inti disebut dengan pemisahan energi S. 𝑆𝑛 adalah jumlah energi yang dibutuhkan dengan melepaskan neutron dari sebuah inti 𝐴𝑍𝑋𝑁 dan dirumuskan dengan:

𝑆𝑁 = 𝐵( 𝐴𝑍𝑋𝑁 ) − 𝐵( 𝐴−1𝑍𝑋𝑁−1 )

= [𝑚( 𝐴−1𝑍𝑋𝑁−1 ) − 𝑚( 𝐴𝑍𝑋𝑁 ) + 𝑚( 11𝐻 )]𝑐 2

(3.5)

Dengan cara yang sama, dapat didefinisikan pemisahan energi proton, sehingga energi yang diperlukan dengan melepaskan sebuah proton : 𝑆𝑁 = 𝐵( 𝐴𝑍𝑋𝑁 ) − 𝐵( 𝐴−1 𝑍−1𝑋𝑁 )

1 𝐴 2 = [𝑚( 𝐴−1 𝑍−1𝑋𝑁 ) − 𝑚( 𝑍𝑋𝑁 ) + 𝑚( 1𝐻 )]𝑐

8

(3.6)

9 Tabel 3.1.Beberapa cacat massa dan pemisahan Energi

-4,737

15,66

𝑺𝒑 (𝑴𝒆𝑽)

𝑂17

-0,810

4,54

13,78

1,952

16,81

0,60

𝐶𝑎40

-34,847

25,64

8,33

𝐶𝑎41

-35,138

8,36

8,89

𝑆𝑐 41

-28,644

16,19

1,09

𝑃𝑏 208

-21,759

7,37

8,01

𝑃𝑏 209

-17,624

3,94

8,15

𝐵𝑖 209

-18,768

7,46

3,80

Nuklida 𝑂16 𝐹17

𝛁(𝑴𝒆𝑽) 𝑺𝒏 (𝑴𝒆𝑽)

12,13

Pemisahan energi proton dan neutron adalah sama dengan energi ionisasi dalam fisika atom. Pemisahan energi memperlihatkan struktur kulit inti adalah sama dengan struktur kulit atom. Sifat inti yang lain pada struktur inti adalah dengan mempelajari sistematik pada energi ikat pada inti, karena pertambahan energi ikat kurang lebih linier dengan bilangan massa (A). secara umum energi ikat rata-rata pernukleon BE/A. Seperti telihat pada gambar 3.1

9

10

Gambar 3.1 Nilai rata-rata energi ikat per nukleon dengan nomor massa yang tentu saja terjadi pada inti (dan 𝐵𝑒 8 ). Skala muatan pada absis A = 30. Dengan nilai konstanta 0,72

MeV dengan 𝑅0 = 1,2 𝑓𝑚 3.2

Model Tetes Cairan Didefinisikan proton dan neutron dalam posisi yang kompak oleh kekuatan yang kuat.

Itulah mengapa model drop cair karena setetes air juga mempertahankan bentuk lingkarannya. Model tetes cairan digunakan untuk menemukan massa inti. Sebuah teori secara terperinci pada energi ikat, didasari pada teknik matematika sangat pengalaman dalam konsep-konsep fisikanya. Telah dikembangkan oleh Brukmer dan rekan kerjanya (1954-1961). Sebuah model yang jauh lebih kasar ada di mana gaya inti diabaikan, tetapi daya tarik antar inti kuat ditekankan. Hal ini telah ditemukan oleh Von Weissacker (1935) atas dasar analogi drop-liquid untuk bahan inti, diusulkan oleh Bohr. Asumsi-asumsi yang penting adalah : 1

1. Inti terdiri dari bahan yang tidak dimengerti sehingga R~𝐴3

2. Gaya inti adalah identik untuk setiap nuckleon dan tidak tergantung mengenai apakah merupakan neutron atau proton. 3. Gaya inti jenuh.

10

11 Pengaruh mekanika kuantum dan Coulomb sangat dipertimbangkan, dari asumsi 2 dan 3 pada nukleon A energi ikat utama adalah sebanding dengan inti A biasanya diasumsikan dalam sebuah bentuk sperikal seperti terlihat pada gambar 3.2 oleh karena itu nukleon pada permukaan tertarik sebanyak yang diperkirakan sepuluh lebih besar dari ikatan energi dengan N = 2. Syarat terakhir koreksi harus dijumlahkan karena memberikan ikatan lebih besar dari inti genap-genap. Ikatan paling sedikit pada inti genap-genap yang mana menggambarkan pengaruh kulit. Disini bentuk energi ikat utama sebanding dengan A, harus mengoreksi karena bentuk disini bergantung dengan yang lain.

Gambar 3.2 Sebuah inti sperikal dalam materi inti tak terbatas Asumsi benda-benda yang lain pada muatan tidak bergantung pada gaya inti, dengan interaksi n – n, p – p, dan p – n adalah identik. Dan energi ikat pada inti dapat ditulis : 1

Dimana :

𝐵𝑡𝑜𝑡 (𝐴, 𝑍) = 𝑎𝑣 𝐴 − 𝑎𝑠 𝐴3 − 𝑎𝑐

𝑍(𝑍−1) 1 𝐴3

− 𝑎𝑠

(𝑁−2)2 𝐴

± 𝛿 +𝜼

(3.7)

𝑎𝑣 𝐴 = bentuk volume 1

−𝑎𝑠 𝐴3 = bentuk permukaan ~ luas permukaan 4𝜋𝑅 2 ±𝛿

= bentuk pasangan energi 4𝜋𝑅 2 memilih 0 untuk A genap. Untuk nuklida genap-genap (+) dan nuklida gasal-gasal (-).

11

12 3. 2.1 Energi Coulomb pada inti stabil Dua syarat yang lain adalah energi asimetri dan energi Coulomb

Gambar 3.3 Energi Coulomb pada sebuah muatan sperikal yang tidak seragam. a. Distribusi muatan sebenarnya sebuah layer dengan ketebalan dr dijumlahkan dengan sebuah lingkaran dengan radius r b. Distribusi muatan maksudnya adalah sama dengan perhitungan energi potensial, dengan rapat muatan dinotasikan dengan 𝜌 Energi Coulomb yang memberikan kontribusi pada energi inti karena energi potensial dari muatan inti. Meskipun gaya coulomb antara pasangan proton sudah cukup untuk tujuan saat ini perlu dipertimbangkan inti atom sebagai bola merata bermuatan Ze dan kerapatan muatan 4/3𝜋𝑅 3. Dapat dihitung energi Coulomb sebagai berikut :