Fisika Inti dan Radioaktivitas.pdf

11

Reaktor nuklir menggunakan unsur radioaktivitas.

FISIKA INTI DAN RADIOAKTIVITAS

Sumber: Ensiklopedia Iptek , PT Lentera Abadi, 2005

S

alah satu bahan bakar dalam stasiun pembangkit tenaga nuklir a dalah uranium. Uranium merupakan salah satu unsur ra dioaktif yang memiliki nomor atom tertinggi dari semua unsur atom. Energi dihasilkan ketika intinya membelah membentuk unsur-unsur lain. Selain uranium, masih banyak lagi unsur ra dioaktif yang sangat berguna bagi kita, karena unsur ra dioaktif a dalah unsur yang mudah meluruh membentuk unsur lain. Nah, untuk mengetahui tentang unsur ra d ioaktif dan reaksi pembelahan atau peluruhannya ikuti pembahasan berikut ini.

Bab 11 Fisika Inti dan Radioaktivitas 249

massa atom, nomor atom, peluruhan, radioaktivitas radioaktivitas,, reaktor nuklir, waktu paruh

A.

Inti atom merupakan partikel yang memiliki massa dan bermuatan positif. Sifat-sifat utama dari atom secara keseluruhan akan memengaruhi sifat zatnya. Ja di, untuk mengetahui sifat-sifat molekul suatu zat akan lebih baik jika kita mempelaja mempelajarinya rinya mulai dari struktur inti zat yang bersangkutan. Struktur inti terdiri atas proton dan neutron yang disebut nu kleon. kleon. Pa da tahun 1911, berdasarkan eksperimen yang d ilakukannya, Rutherfor d berpen d apat bah w a a muatan positif atom d ikonsentrasikan d i pusat atom sebagai inti atom. Kemudian, ia melakukan eksperimen d engan menembakkan partikel alfa pa d a atom yang d iamati. Ber d asarkan pengamatannya, partikel yang ditembakkan dihamburkan. Dari percobaan hamburan ini diambil kesimpulan mengenai distribusi muatan listrik yang a da di dalam atom sasaran. Pa da saat itu, Rutherford belum bisa menjelaskan tentang kestabilan inti atom sehingga gerak elektron d i d alam atom belum bisa dijelaskan. Tidak lama kemudian Niels Bohr mengembangkan teori mengenai struktur atom ber dasarkan penemuanpenemuan terdahulu. Sampai sekarang model atom BohrRutherford terus dikembangkan dalam fisika nuklir.

Partikel Penyusun Inti Atom

Elektron Proton

Inti hidrogen biasa Neutron dan satu proton

Semua atom dapat diidentifikasi berdasarkan jumlah proton dan neutron yang dikandungnya. Jumlah proton dalam inti setiap atom suatu unsur disebut nomor atom Z ). Dalam suatu atom netral jumlah proton sama dengan ( Z jumlah elektron, sehingga nomor atom juga menandakan A) jumlah elektron yang a da dalam atom. Nomor massa ( A a dalah jumlah total neutron dan proton yang a da dalam inti atom suatu unsur. Secara umum sebuah inti atom dinotasikan: A Z X

Tritium memiliki dua neutron

Gambar 11.1 Struktur inti atom.

250

Fisika XII untuk SMA/MA

Jumlah neutro neutron n dalam suatu atom sama dengan selisih antara nomor massa dan nomor atom, atau A – Z . Sebuah atom memiliki tiga komponen dasar yang sangat penting yaitu elektron, proton, dan neutron. Tabel 11.1 menunjukkan massa dan muatan dari ketiga partikel tersebut.

massa atom, nomor atom, peluruhan, radioaktivitas radioaktivitas,, reaktor nuklir, waktu paruh

A.

Inti atom merupakan partikel yang memiliki massa dan bermuatan positif. Sifat-sifat utama dari atom secara keseluruhan akan memengaruhi sifat zatnya. Ja di, untuk mengetahui sifat-sifat molekul suatu zat akan lebih baik jika kita mempelaja mempelajarinya rinya mulai dari struktur inti zat yang bersangkutan. Struktur inti terdiri atas proton dan neutron yang disebut nu kleon. kleon. Pa da tahun 1911, berdasarkan eksperimen yang d ilakukannya, Rutherfor d berpen d apat bah w a a muatan positif atom d ikonsentrasikan d i pusat atom sebagai inti atom. Kemudian, ia melakukan eksperimen d engan menembakkan partikel alfa pa d a atom yang d iamati. Ber d asarkan pengamatannya, partikel yang ditembakkan dihamburkan. Dari percobaan hamburan ini diambil kesimpulan mengenai distribusi muatan listrik yang a da di dalam atom sasaran. Pa da saat itu, Rutherford belum bisa menjelaskan tentang kestabilan inti atom sehingga gerak elektron d i d alam atom belum bisa dijelaskan. Tidak lama kemudian Niels Bohr mengembangkan teori mengenai struktur atom ber dasarkan penemuanpenemuan terdahulu. Sampai sekarang model atom BohrRutherford terus dikembangkan dalam fisika nuklir.

Partikel Penyusun Inti Atom

Elektron Proton

Inti hidrogen biasa Neutron dan satu proton

Semua atom dapat diidentifikasi berdasarkan jumlah proton dan neutron yang dikandungnya. Jumlah proton dalam inti setiap atom suatu unsur disebut nomor atom Z ). Dalam suatu atom netral jumlah proton sama dengan ( Z jumlah elektron, sehingga nomor atom juga menandakan A) jumlah elektron yang a da dalam atom. Nomor massa ( A a dalah jumlah total neutron dan proton yang a da dalam inti atom suatu unsur. Secara umum sebuah inti atom dinotasikan: A Z X

Tritium memiliki dua neutron

Gambar 11.1 Struktur inti atom.

250


Jumlah neutro neutron n dalam suatu atom sama dengan selisih antara nomor massa dan nomor atom, atau A – Z . Sebuah atom memiliki tiga komponen dasar yang sangat penting yaitu elektron, proton, dan neutron. Tabel 11.1 menunjukkan massa dan muatan dari ketiga partikel tersebut.

Tabel 11.1. Massa dan muatan partikel subatom

Muatan Partik e l

Massa (g) Coulomb

Satuan Massa

El ek tron

9,1 0 9 39

x 1 0 -2 8

-

1 , 6 0 2 2 x 1 0 -1 9

-1

Proton

1,67262 x 10-24

+

1 , 6 0 2 2 x 1 0 -1 9

+1

N eutron

1 , 6 7 4 9 3 x 1 0 -2 4

0

0

1. Massa Atom Massa

suatu atom berhubungan erat dengan jumlah elektron, proton, dan neutron yang dimiliki atom tersebut. Berdasarkan perjanjian internasional, satu atom dari isotop karbon ( d isebut karbon-1 2 ) yang mempunyai enam uan proton dan enam neutron memiliki massa tepat 1 2 sat u a n massa atom (sma ). ). Atom karbon-1 2 ini dipakai sebagai standar, sehingga satu satuan massa atom didefinisikan sebagai suatu massa yang besarnya tepat sama dengan seperduabelas massa dari satu atom karbon-12. Berkas elektron Massa satu atom karbon-12 = 1 sma. 1 sma =

massa satu atom karbon-12 12

E = mc =

(1, 66 66056 ×10-27 kg )(3 ×108 m/s)2 1, 6 × 10 10-19 J/eV

Layar deteksi

Sampel gas

= 1,66056 × 10-27 kg Filamen Satuan massa atom juga dapat dinyatakan berdasarkan prinsip kesetaraan massa dan energi yang dikemukakan oleh Einstein. Sehingga diperoleh: 2

Lempeng pemercepat

Berkas ion

Magnet

Gambar 11.2 Skema sebuah spektrometer massa.

= 931,5 MeV

Inti sebuah massa atom hampir mengan d u ng seluruh massanya. Hal ini karena inti merupakan tempat terkonsentrasi seluruh massa atom (sesuai mod el atom Rutherford). Alat yang dapat digunakan untuk mengukur massa atom d isebut spektrometer massa , seperti yang ditunjukkan pa d a Gambar 11. 2. Pa da sebuah spektrometer massa, suatu sampel gas ditembak oleh aliran elektron berenergi tinggi. Tumbukan antara elektron dan atom (atau molekul) gas menghasilkan ion positif dengan terlepasnya satu elektron dari tiap atom atau molekul. Ion-ion tersebut sampai pa d a sebuah detektor, yang mencatat arus listrik dari tiap jenis ion.


Jumla h ar Jumlah arus us lis listri trikk yan yang g dihasilkan seband ing d engan jumlah ion, sehingga dapat ditentukan kelimpahan relatif dari isotop-isotopnya.

2. Defe fek k Massa Defek

Derek massa Δm dinyatakan m dinyatakan dalam sma, maka energi ikat inti, Δe dirumuskan: m ((931 MeV/sma) ΔE = Δm

massa menunjukkan selisih antara massa diam sebuah inti atom dan jumlah seluruh massa diam masingmasing nukleonnya dalam kea daan tak terikat. Ja di, defek massa a d alah kesetaraan massa energi ikat ber dasarkan persamaan massa-energi. Isotop dengan jumlah proton Z dan jumlah neutron A – Z ) memiliki massa inti sebesar: ( A mi = Z.mp + (A – Z ) mn .......... ..................... ...................... ................. ...... (1 (11. 1.1) 1) Dengan mp a dalah massa proton dan mn a dalah massa neutron. Berdasarkan pengukuran diperoleh hasil bah w a a massa inti atom lebih kecil d aripa d a massa nukleon. Menurut hukum kesetaraan massa dan energi, besarnya defek massa dinyatakan: m = Z.mp + ( A A – Z ) mn– mi .... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... (11 (11..2 ) Defek massa atau susut massa timbul karena untuk menyusun inti diperlukan energi yang mengikat semua nukleon, yang disebut energi ikat (bind ing ing energy), energy), yang diperoleh d ari massa inti. Ber dasarkan teori relati v itas itas Einstein mengenai kesetaraan antara massa d an energi diberikan oleh: ΔE = ( Δm )c 2 .......... ..................... ...................... ....................... ....................... ............. .. (1 (11. 1.3) 3) dengan c a dalah kecepatan cahaya. 3. Ukuran dan Bentuk Inti

Sifat -sifat kimia karbon ditentukan oleh enam muatan negatifnya. Dalam atom karbon -12, inti juga mempunyai enam neutron, yang massanya kira -kira sama dengan proton, membuat bilangan massa atom 12.

E ksperimen hamburan Rutherford membuktikan bah w a inti mempunyai ukuran dan bentuk. Volume inti berbagai atom mempunyai nilai yang berban ding lurus dengan banyaknya nukleon yang dikandungnya. Hal ini berarti kerapatan nukleonnya hampir sama dalam bagian dalam inti. Inti atom tidak mempunyai permukaan yang jela je las. s. M eskipun d emikian, sebuah inti atom tetap mempunyai jari-jari rata-rata. Jari-jari inti bergantung pa da massa, jumlah proton, dan neutron. Jari-jari inti dirumuskan

secara empiris sebagai suatu pendekatan, yaitu: 1

R = R 0. A 3 .......... ..................... ...................... ...................... ...................... ........... (1 (11. 1.4) 4) dengan: A = nomor massa atom R = jari-jari inti (fm) R 0 = 1,2 × 10-15 m 252


Inti suatu atom telah kita anggap sebagai bola. Tetapi, pa d a kenyataannya beberapa inti atom mempunyai distribusi muatan tidak simetri bola. Oleh karena v olume olume 3 bola berbanding lurus dengan R , maka persamaan (11.4) menunjukkan bah w a a v olume o lume inti berban d ing lurus dengan nomor massanya. Karena itu, untuk semua inti kecepatannya berband ing lurus dengan AR 3, sehingga d engan pen d ekatan tertentu, semua inti mempunyai kerapatan yang sama, yaitu:

ρ = m

V

ρ =

m ..................... .......... ...................... ....................... ...................... .......... (1 (11. 1.5) 5) 4 π.R 3 3

Kerapatan inti mempunyai nilai konstan di bagian dalam inti dan nilai tersebut akan berkurang menuju nol di seluruh daerah permukaan yang kabur.

Contoh Soal

Berapakah kerapatan inti dari

16 8

O?

Penyelesaian: Dengan

anggapan inti berbentuk bola, maka v olumenya olumenya V = 4 π R 3, sehingga: 3

1 3

R = (1,2). A fm V

4 ⎛ = π ⎜⎜ 1, 2 3 ⎝

×

1 ⎞ 3 10-15. A 3 ⎟

⎟ ⎠

= 4 π (1,2)3 × 10-45 A 3

= 4 (3,14)(1,2) 3 (10 -45 )(16) 3

V = 1,16 × 10-43 m3 m Sehingga, ρ =

V

=

,66 6056 ×10 -27 kg/sma) (16 sma )(1,6 1,16 ×10 10 -43 m 3

= 2,3 × 10 17 kg/m3


4. Energi Ikat Inti dan Stabilitas Inti Energi ikat (MeV)

Nomor atom Gambar 11.3 Energi ikat per nukleon unsur -unsur dengan nomor atom.

Pa d a umumnya, inti yang memiliki nukleon yang lebih besar memiliki tingkat stabilitas inti yang ren dah. Sehingga, tingkat stabilitas suatu inti ternyata ti dak selalu ditentukan oleh besarnya energi ikat inti. Karena itu, besarnya energi yang berhubungan langsung d engan stabilitas inti a dalah energi ikat per nukleon yang besarnya dapat dihitung melalui persamaan:

E n = E A

dengan: E n = energi ikat per nukleon (MeV) E = energi ikat inti ( MeV) A = jumlah nukleon

5. Gaya Inti

Richard Feyman (1 918 - 1988) mendapat hadiah Nobel pada tahun 1965 berkat karyanya mengenai gaya antara partikel dan radiasi elektromagnetik. Ia dianggap guru yang sangat cemerlang dan terkenal karena gurauannya yang praktis sederhana.

Gaya Inti a d alah gaya yang mengikat nukleonnukleon, dengan kata lain gaya antarnukleon. Gaya Inti ternyata amat kuat tetapi jangkauannya amat pen dek, dan tidak tergantung jenis nukleon, yaitu gaya antara proton dengan proton sama dengan gaya antara proton dengan neutron, maupun antara neutron dengan neutron. Ini berarti, bah w a gaya inti tidak bergantung pa da muatan listrik nukleon (charge ind e pen d ent ) . Selanjutnya, ternyata gaya inti itu bersifat jenuh ( saturated ), yaitu setiap nukleon hanya tarik-menarik d engan nukleon d i sekitarnya, seperti halnya gaya Van der W alls antarmolekul cairan. Sifat jenuh gaya inti ini d iamati ber d asarkan kejenuhan tenaga ikat per nukleon yang sekitar 8 MeV untuk semua unsur yang bilangan massanya A melebihi 60, seperti yang diperlihatkan oleh grafik pa da Gambar 11.3.

Contoh Soal

atom 168 O a dalah 15,995 sma; hidrogen 1,0078 sma; dan neutron 1,0087 sma. Tentukan: a. massa total partikel pembentuk, b. defek massa, c. energi ikat inti oksigen, d . energi ikat rata-rata per nukleon! Massa

254


Penyelesaian: Besaran yang diketahui: mi = 15,995 sma Z = 8 neutron = A – Z m p = mH = 1,0078 sma A = 16 = 16 – 8 = 8 m n = 1,0087 sma a. Massa total nukleon = massa total proton + massa total neutron = 8 mp + 8 mn = 8 (mp + mn) = 8 (1,0078 + 1,0087) = 16,132 sma b. m = Z.mp + ( A – Z )mn – mi = 8 (1,0078) + (16 – 8) (1,0087) – 15,995 = 0,137 sma c. E = m (931 MeV/sma) = (0,137 sma) (931,5 MeV/sma) = 127 ,62 MeV d.

E A = 127,62 MeV 16 nukleon

E n =

= 7,97625

U ji

MeV/nukleon

Kemampuan 11.1

Jari-jari inti atom karbon a dalah sekitar 3 × 10-15 m dan massanya a dalah 12 u. a. Tentukan massa jenis rata-rata material nuklir! b. Berapa kali lebih rapat daripa da air? 2 . Atom 60 memiliki massa atom 59,930 sma. Jika diketahui massa proton, 28 Ni neutron, dan elektron masing-masing a dalah 1,0073 sma; 1,0087 sma; dan 0,00054900 sma, tentukan defek massa dan energi ikat inti! 1.

B.

Radioaktivitas

Ra d ioakti v itas d isebut juga peluruhan ra d ioaktif, yaitu peristi w a terurainya beberapa inti atom tertentu secara spontan yang diikuti d engan pancaran partikel alfa (inti helium), partikel beta (elektron), atau ra diasi gamma (gelombang elektromagnetik gelombang pendek).


Sinar-sinar yang d ipancarkan tersebut d isebut sinar ra d i oaktif , se d angkan z at yang memancarkan sinar ra dioaktif disebut dengan zat ra d ioaktif . Istilah kera d ioaktifan ( radioactivity ) pertama kali diciptakan oleh Marie Curie (1867 - 1934), seorang ahli kimia asal Prancis. Marie dan suaminya, Pierre Curie (1859 - 1906), berhasil menemukan unsur ra dioaktif baru, yaitu polonium dan ra dium. Ernest Rutherford (1871 1937) menyatakan bah w a sinar ra dioaktif dapat dibedakan atas sinar alfa yang bermuatan positif dan sinar beta yang bermuatan negatif. Paul Ulrich Villar d (1869 - 1915), seorang ilmu w an Prancis, menemukan sinar ra dioaktif yang tidak bermuatan, yaitu sinar gamma.

1. Jenis Sinar Radioaktif

Sumber: Encarta Encyclopedia , 2006

Piere Curie dan istrinya Marie Curie Gambar 11.4

Sumber: Jendela Iptek Materi , PT Balai Pustaka, 2000 Gambar 11.5 Unsur

uranium salah satu unsur radioaktif.

Ber dasarkan partikel penyusunnya, sinar ra dioaktif dibagi menja di tiga, yaitu sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma. a. Sinar Alfa (Sinar

α)

Sinar alfa a dalah sinar yang dipancarkan oleh unsur ra dioaktif. Sinar ini ditemukan secara bersamaan dengan penemuan fenomena ra dioaktiv itas, yaitu peluruhan inti atom yang berlangsung secara spontan, tidak terkontrol, d an menghasilkan ra d iasi. Sinar alfa ter d iri atas d ua proton dan dua neutron. Berikut ini a dalah sifat alamiah sinar alfa. 1) Sinar alfa merupakan inti He. 2 ) Dapat menghitamkan pelat film (yang berarti memiliki daya ionisasi). Daya ionisasi sinar alfa paling kuat daripa da sinar beta dan gamma. 3) M empunyai d aya tembus paling lemah d i antara ketiga sinar ra dioaktif. 4) Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet. 5) Mempunyai jangkauan beberapa sentimeter di udara dan 102 mm di dalam logam. b. Sinar Beta (Sinar β)

Sinar beta merupakan elektron berenergi tinggi yang berasal dari inti atom. Berikut ini beberapa sifat alamiah sinar beta. 1) Mempunyai daya ionisasi yang lebih kecil dari sinar alfa.

256


2)

Mempunyai daya

tembus yang lebih besar daripa da

sinar alfa. 3) Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.

γ )

c. Sinar Gamma (Sinar

Sinar gamma a d alah ra d iasi gelombang elektromagnetik yang terpancar dari inti atom dengan energi yang sangat tinggi yang ti dak memiliki massa maupun muatan. Sinar gamma ikut terpancar ketika sebuah inti memancarkan sinar alfa dan sinar beta. Peluruhan sinar gamma ti d ak menyebabkan perubahan nomor atom maupun massa atom. Sinar gamma memiliki beberapa sifat alamiah berikut ini. 1) Sinar gamma tidak memiliki jangkauan maksimal di udara, semakin jauh dari sumber intensitasnya makin kecil. 2 ) Mempunyai daya ionisasi paling lemah. 3) Mempunyai daya tembus yang terbesar. 4) Tidak membelok dalam medan listrik maupun medan magnet.

2. Peluruhan Radioaktif a. Peluruhan Sinar Alfa

Suatu inti yang tidak stabil dapat meluruh menja di inti yang lebih ringan dengan memancarkan partikel alfa (inti atom helium). Pa da peluruhan alfa terja di pembebasan energi. E nergi yang d ibebaskan akan menja d i energi kinetik partikel alfa dan inti anak. Inti anak memiliki energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan in d uknya. Jika inti memancarkan sinar α (inti 42 He ), maka inti tersebut kehilangan 2 proton dan 2 neutron, sehingga Z berkurang 2, n berkurang 2, dan A berkurang 4. Persamaan peluruhannya:

→

A −4 Z −2 Y

+ 42 He (inti anak)

U

→

234

+ 42 He

Ra

→

222

+ 42 He

A Z X

(inti induk)

Ernest Rutherford menemukan bahwa partikel α adalah atom-atom helium tanpa elektron dan partikel α atau β keluar dari atom, jenis atom berubah. Perubahan demikian dapat menyebabkan radiasi γ .

Contoh: 238 92 226 88

90Th

86 Ra


b. Peluruhan Sinar Beta

Peluruhan alfa menyebabkan nomor atom berkurang dua dan nomor massa berkurang empat, dan karena itu sebuah inti baru akan terbentuk. Adapun pada peluruhan beta akan menambah atau mengurangi nomor atom sebesar satu (nomor massa tetap sama).

Salah satu bentuk peluruhan sinar beta a d alah peluruhan neutron. Neutron akan meluruh menja di proton, elektron, dan antineutrino. Antineutrino merupakan partikel netral yang mempunyai energi, tetapi ti d ak memiliki massa. Bentuk peluruhan sinar beta yang lain a dalah peluruhan proton. Proton akan meluruh menja di neutron, positron, dan neutrino. Neutrino memiliki sifat yang sama d engan antineutrino. Peluruhan sinar beta bertujuan agar perbandingan antara proton dan neutron di dalam inti atom menja di seimbang sehingga inti atom tetap stabil. Jika inti ra dioaktif memancarkan sinar beta ( β ) maka nomor massa inti tetap (jumlah nukleon tetap), tetapi nomor atom berubah. Terja di dua proses peluruhan, yaitu: A Z X

→

A Z +1 Y

+

0 -1

A Z X

→

A Z −1 Y

+

+1β

β

0

X = inti induk Y = inti anak

Contoh:

→ 147 C + -10 β → C + +01 β 7N

14 6C 12

12 6

Sumber: Jendela Iptek Materi, PT Balai Pustaka, 2000

Gambar 11.6 Reaksi peluruhan unsur radioaktif.

258


c. Peluruhan Gamma Suatu inti atom yang bera da dalam kea daan tereksitasi dapat kembali ke kea daan dasar ( ground state ) yang lebih stabil dengan memancarkan sinar gamma. Peristi w a ini dinamakan peluruhan sinar gamma. Atom yang tereksitasi biasanya terja di pa da atom yang memancarkan sinar alfa maupun sinar beta, karena pemancaran sinar gamma biasanya menyertai pemancaran sinar alfa dan sinar beta. Peluruhan gamma hanya mengurangi energi saja, tetapi tidak mengubah susunan inti. Seperti dalam atom, inti atom d apat bera d a pa d a kea daan eksitasi, yaitu kea daan inti yang tingkat energinya lebih tinggi dari kea daan dasarnya. Inti yang bera da pa da kea daan eksitasi diberi tanda star (*). Kea daan eksitasi inti ini d ihasilkan d ari tumbukan d engan partikel lain. Persamaan peluruhan sinar gamma: A Z X*

→

A Z X

+ γ

Inti yang bera da dalam kea daan eksitasi pa da umumnya terja di setelah peluruhan. Misalnya: 12 12 B C∗ + -10 β → 5 6 12 12 C∗ C + 00 γ → 6 6

3.

Deret Radioaktif

Deret ra dioaktif merupakan deret nuklida ra dioaktif. Pa d a d eret ini setiap anggotanya terbentuk d ari hasil peluruhan nukli d a sebelumnya. D eret akan berakhir dengan nuklida stabil. A da empat deret ra dioaktif alamiah, yaitu deret torium, neptunium, uranium, dan aktinium.

a.

Deret Toriu m

torium d imulai d ari inti in d uk 23902 Th d an 08 Pb . D eret ini juga d isebut berakhir pa d a inti 283 d engan d eret 4 n , sebab nomor massanya selalu kelipatan 4. b. Deret Nept u niu m 237 D eret neptunium d imulai d ari in d uk 93 Np d an berakhir pa da inti 209 83 Bi . Deret ini juga disebut deret (4 n +1), karena nomor massanya selalu d apat dinyatakan dalam bentuk 4n +1. c. Deret Uraniu m D eret uranium d imulai d ari inti in d uk 29352 U d an berakhir pa da 20827 Pb . Deret ini d isebut juga deret (4 n + 2 ), karena nomor massanya selalu d apat dinyatakan dalam bentuk 4n + 2. d . Deret Aktiniu m Deret aktinium dimulai dari inti induk U dan berakhir pa d a Pb. D eret ini juga d isebut d eret (4 n +3), sebab nomor massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n + 3. D eret

4. Aktivitas Radioaktif Aktiv itas ra dioaktif didefinisikan sebagai jumlah atom suatu bahan ra dioaktif yang meluruh per satuan w aktu. Dapat dirumuskan:

A = -

dN ............................................................... (11.6) dt

D engan

N a d alah jumlah inti ra dioaktif d an t a d alah w aktu peluruhan. Berdasarkan eksperimen, menunjukkan bah w a jumlah inti atom ra dioisotop yang meluruh seban ding dengan selang w a ktu dt selama peluruhan, d engan tetapan kesebandingan λ , yang dinamakan tetapan ra dioaktif sebagai ukuran laju peluruhan, yang ternyata hanya tergantung pa d a jenis ra dioisotop, d an tid ak tergantung kea d aan sekitarnya, serta tidak dapat dipengaruhi oleh apapun.


Sehingga, peluruhan ra dioaktif dapat dituliskan dalam persamaan: -

dN = λ .d .......................................................... (11.7 ) N

Persamaan (11. 7 ) d apat d iselesaikan persamaan integral, sehingga diperoleh: dN N

d engan

= - λ .dt

N

t dN = - λ ∫ dt N 0 N 0

∫

ln N = - λ .t N 0

N N 0

- λ t = e

N = N 0. e - λ t ........................................................ (11.8a) N 0 = N ............................................................. (11.8b) λ t e

Henry Becquerel seorang ahli fisika dari Prancis. Atas jasanya di bidang radioaktivitas, namanya diabadikan sebagai satuan radioaktivitas.

260


Yang menunjukkan penurunan eksponensial terha d ap w a ktu. Sat u an Ra d ioakti v itas Satuan ra d iasi ini merupakan satuan pengukuran yang d igunakan untuk menyatakan akti v i tas suatu ra dionuklida dan dosis ra diasi ionisasi. Satuan SI untuk ra dioaktiv itas a dalah becquerel (Bq), merupakan aktiv itas sebuah ra dionuklida yang meluruh dengan laju rata-rata satu transisi nuklir spontan per sekon. Ja di, 1 Bq = 1 peluruhan/sekon Satuan yang lama a dalah curie (Ci), di mana 1 curie setara dengan 3,70 × 1010 Bq, atau 1 Ci = 3,7 × 1010 Bq.

5. Waktu Paruh W aktu

paruh a dalah w aktu yag diperlukan oleh zat ra dioaktif untuk berkurang menja di separuh (setengah) dari jumlah semula. Dengan mengetahui w aktu paruh suatu unsur ra dioaktif, d apat ditentukan jumlah unsur yang masih tersisa setelah selang w aktu tertentu. Setiap unsur ra d ioaktif mempunyai w aktu paruh tertentu, misalnya karbon -14 (C-14) memiliki w aktu paruh 5.730 tahun. Dari persamaan (11.8a) maka:

untuk t = T 1

sehingga,

2

N = 1 N 0 2

- λ t

N 0 = N 0. e

λ .T = ln 2 0,693 λ = T

T = 0,693 ...................................................... (11.9)

λ

Dari

persamaan (11.9), maka dapat ditentukan jumlah inti ra d ioaktif setelah peluruhan maupun akti v i tas ra dioaktif setelah peluruhan melalui persamaan: 1 ⎞ T t ⎛ N = N 0 ⎜ ⎟ .......................................................(11.10) ⎝ 2 ⎠ 1 ⎞ T t ⎛ A = A0 ⎜ ⎟ .........................................................(11.11) ⎝ 2 ⎠

Contoh Soal

1. Inti 22886 Ra memiliki w a ktu Berapakah aktiv itas inti pa da Penyelesaian: Besaran yang diketahui: N =

paruh 1,6 × 10 3 tahun. Jumlah inti 3 × 10 16 . saat itu? 3 × 1016

T = (1,6 × 103 th)(3,16 × 107 T = 5,1 × 1010 s sehingga:

s

th )

0,693 λ =

λ

T = 0,69310 = 0,14 × 10-10 = 1,4 5,1×10 s

× 10-11/s

= λ . N = (1,4 × 10 -11 )(3 × 10 16) = 4,2 × 105 peluruhan/s A = 4,2 Bq 2 . Grafik di samping merupakan grafik peluruhan sampel ra d ioaktif. Jika N = ¼ N 0 = 10 20 inti, tentukan: a. w aktu paruh unsur ra dioaktif tersebut, b. konstanta peluruhannya, c. aktiv itas ra dioaktif mula-mula!

A

N

1 N 4 0 6

t (s)


Penyelesaian: a. Dari data grafik: N = ¼ N 0 untuk t = 6 s, sehingga: t

N

1 T = N 0 ⎛ ⎜ ⎞ ⎟

2

= 6

⎝ 2 ⎠ 1 ⎞ T 6 ⎛ ¼ N 0= N 0 ⎜ ⎟ ⎝ 2 ⎠

b.

T

T = 3 sekon Konstanta peluruhan

λ = 0,693 λ c. A

A A

T = 0,693 = 0,231 peluruhan/sekon 3 = λ .N 0

= = = =

(0,231)(4 × 1020) 0,924 × 1020 9,24 × 1020 peluruhan/sekon 9,24 × 1019 Bq

Kegiatan Tujuan : Melakukan percobaan simulasi w aktu paruh. Alat dan bahan : Kacang hijau, kotak kayu.

Cara Kerja:

1. Ambillah sebuah kotak dan lubangilah pa da bagian dua sudut pa da dasar kotak berurutan. 2 . Dengan sudut ditutup, isilah kotak itu dengan sejumlah kacang hijau sampai hampir penuh. 3. Goyangkan kotak dan hitunglah kacang hijau yang keluar dari kotak. 4. Ulangilah langkah 3 sampai kacang hijau dalam kotak habis. 5. Jika jumlah kacang hijau yang keluar pa da setiap goyangan dimisalkan N d an setiap kali goyangan a d alah T , catatlah hasilnya d engan mengikuti format berikut ini. Go yangan k e - (T ) 1 2 3 d st

262


Jumlah k acang yang K e luar (N )

Diskusi:

1. Buatlah grafik hubungan N dan T ! 2 . Apakah yang dapat disimpulkan dari percobaan yang telah kalian lakukan?

U ji

Kemampuan 11.2

paruh ra dium a dalah 1,62 × 103 tahun dan berat atom ra dium a dalah 226 kg/kmol. Berapa lama atom ra dium meluruh dalam 1 sekon pa da 1 gram sampel ra dium? 2 . Sebuah inti 239 Pu mengalami peluruhan alfa dengan w aktu paruh selama 2,41 × 104 tahun. Hitunglah daya keluaran yang dapat diperoleh dari 2 gram inti tersebut! 1.

W aktu

Percikan Fisika Mengungkap Umur Makhluk Hidup yang Pernah Ada Karbon-14 meluruh menjadi karbon-12, namun ia terus-menerus terbentuk karena sinar kosmis membentur atom-atom nitrogen di atmosfer atas sehingga jumlahnya di udara tetap. Hal ini menyebabkan perbandingan karbon-14 dan karbon-12 tetap sepanjang hidup suatu makhluk hidup. Setelah mati, karbon-14 terus meluruh dan tidak tergantikan. Maka, perbandingan karbon-14 dan karbon-12 dapat mengungkapkan umur tumbuhan atau hewan yang pernah hidup sampai 40.000 tahun yang lalu. Spektrometer massa akselerator menghitung jumlah karbon-14 yang ada.

3.

Bahaya Radiasi

Ra d iasi d apat menimbulkan kerusakan, yaitu perubahan yang membahayakan yang berlangsung pa da be n d a mati d an makhluk hi d up akibat pemaparan terha dap elektron berenergi, nukleon, fragmen fisi, atau ra diasi elektromagnetik energi tinggi. Pa da benda mati, kerusakan d apat d isebabkan oleh eksitasi, ionisasi, perubahan elektronik, atau perpin d ahan atom. Pa d a makhluk hidup, mekanisme-mekanisme tersebut dapat mengakibatkan perubahan-perubahan pa d a sel yang mengganggu struktur genetiknya, keikutsertaan pa d a pembelahan sel, atau bahkan membunuh sel tersebut. Bab 11 Fisika Inti dan Radioaktivitas 263

Hans Geiger memberi penghitung Geiger kepada James Chadwick pada tahun 1932 untuk mengukur tingkat radiasi. Jika partikel α atau β memasuki alat penghitung ini terjadinya letupan kecil arus listrik antara tabung dan kawat yang dideteksi oleh penghitung.

Pa da manusia, perubahan-perubahan ini dapat menyebabkan penyakit ra diasi, luka bakar akibat ra diasi (akibat dosis tinggi ra diasi), atau berbagai macam kerusakan jangka panjang. Akibat paling berbahaya a dalah dapat menyebabkan berbagai jenis kanker. Kerusakan-kerusakan tersebut dapat terja di karena ra diasi dapat mele w ati atau menembus suatu benda. Jenis dan tingkat kerusakan tergantung pa da beberapa faktor, antara lain jenis dari energi ra diasi serta sifat dari medium. Sebagai contoh, logam yang dipergunakan di dalam reaktor. Strukturnya dapat menja di lemah karena mendapat fluks neutron berenergi tinggi. Dosis Serap Suatu ukuran untuk menyatakan sejauh mana materi telah d ikenai ra d iasi ionisasi d isebut dosis . Dosis Serap menyatakan energi per satuan massa yang diserap oleh materi akibat ra diasi tersebut. Besarnya dosis serap dapat dirumuskan:

D =

E ........................................................... (11.12 ) m

Dengan

D a dalah dosis serap, E menyatakan besarnya energi yang diberikan oleh ra diasi pengion, dan m a dalah massa yang menyerap energi tersebut. Dalam satuan SI, dosis serap dinyatakan dalam Gray (Gy), yaitu dosis terserap bila energi per satuan massa yang diberikan pa da materi oleh ra diasi ionisasi memiliki nilai 1 joule per kilogram. Satuan ter dahulu a dalah ra d (rd), yang nilainya setara dengan 10-2 Gy. Dosis maksimum yang diizinkan (maximum permissible dose ) a dalah batas atas dosis terserap yang boleh diterima manusia atau anggota tubuh dalam selang w aktu tertentu, yang dianjurkan oleh De w an Internasional untuk Perlindungan Ra d iologi ( International Comission on Radiological Protection). Contoh Soal Seberkas partikel α mele w ati daging dan mengendapkan 0.2 J energi di dalam setiap kilogram daging. Tentukan dosisnya dalam Gy! Penyelesaian: Diketahui: E = 0,2 J m = 1 kg D itanya: D = ...?

Ja w ab:

264

D =

0, E = 2 = 0,2 Gy m 1


U ji

Kemampuan 11.3

Sebuah tumor pa da kaki seseorang memiliki massa 3 gram. Berapakah energi yang dibutuhkan untuk dosis 8 Gy?

C.

Reaksi Inti Reaksi inti sangat berbeda dengan reaksi kimia, karena pa da d asarnya reaksi inti ini terja d i karena tumbukan (penembakan) inti sasaran (target) dengan suatu proyektil (peluru). Secara skematik reaksi inti dapat digambarkan:

Proyektil (Peluru)

+

Inti sasaran (Target)

Inti Hasil (Produk)

+

Partikel yang diamati

+

Energi

Pa d a reaksi inti ini terja d i perubahan unsur karena ditumbuk zarah nuklir atau zarah ra dioaktif yang dapat dinyatakan oleh persamaan reaksi: A + a → B + b + Q ............................................. (11.13) atau A ( a , b) B d engan A a d alah unsur semula, B a d alah unsur yang terja di, a dan b a dalah zarah yang ditumbukkan dan yang terpental, d an Q a d alah energi panas yang mungkin timbul dalam reaksi inti tersebut. Apabila b = a , dan B = A, maka pa da reaksi tersebut a dalah hamburan. Misalnya: + p → 26Mg + p + γ dengan p a dalah proton. Dalam hal ini, hamburannya ti dak elastis dengan energi kinetik proton yang ter disipasi untuk mengeksitasi inti Mg yang pa da deeksitasinya mengeluarkan sinar gamma. Pa da reaksi inti berlaku hukum: a. kekekalan momentum linier dan momentum sudut, b. kekekalan energi, c. kekekalan jumlah muatan (nomor atom), d . kekekalan jumlah nukleon (nomor massa). Dengan demikian, momentum, energi, nomor atom, dan nomor massa inti-inti sebelum reaksi harus sama dengan momentum, energi, nomor atom, dan nomor massa intiinti setelah reaksi. 26

Mg

James Chadwick menemukan neutron dengan mendedahkan berillium logam ke partikel. Ia menemukan jenis p artikel baru yang keluar dari intinya, yaitu neutron. Selanjutnya, dia meneliti deugerium (hidrogen berat). Isotop ini ditemukan pada tahun 1932 dan digunakan untuk reaktor nuklir.


Energi

Reaksi Inti Suatu reaksi inti bisa menghasilkan atau memerlukan energi. Besarnya energi Q bisa dihitung berdasarkan reaksi pa da persamaan (11.13). Dalam perhitungan energi reaksi inti, semua massa inti d inyatakan d alam satuan sma (satuan massa atom). Menurut Einstein, energi total yang dimiliki suatu massa m a dalah:

E = m.c 2 ........................................................(11.14) c a dalah kelajuan cahaya (3 × 108 m/s). Dari persamaan (11.14) untuk 1 sma, energi yang dimiliki a dalah 931,5 MeV. Dengan demikian, persamaan energi (berdasarkan hukum kekekalan energi) dapat dituliskan: (m A + ma ) 931,5 MeV = (mB + mb) 931,5 MeV + Q atau Q = {(m A + ma ) – (mB + mb)} 931,5 MeV.........(11.15) Dari persamaan (11.15), jika diperoleh nilai Q > 0, maka reaksinya disebut reaksi eksoterm, yaitu reaksi di mana terja di pelepasan energi. Sebaliknya, jika Q < 0, maka reaksinya d isebut reaksi en d oterm , yaitu reaksi yang memerlukan energi. Persamaan (11.15)menunjukkan bah w a pa da prinsipnya, energi reaksi a dalah sama dengan perubahan massa inti sebelum reaksi dan sesudah reaksi. Hal inilah yang dinyatakan Einstein sebagai kesetaraan massa-energi. dengan

Contoh Soal

Hitunglah energi yang dibebaskan pa da reaksi (1 sma = 931,5 Be (α , n) 6 C Jika mBe = 9,012 sma, mn = 1,008 sma, mα = 4,002 sma, mc = 12,000 sma! Penyelesaian: 9

12

4

Reaksi inti: Q = = = = Q =

266

9 4 Be

+ 42 α

→ C + n + Q

{(mBe + mα ) – (mc + mn)} × 931,5 MeV {(9,012 + 4,002) – (12,000 + 1,008)} × 931,5 {13,014 – 13,008} × 931,5 MeV 0,006 × 931,5 MeV 5,589 MeV


MeV

MeV):

U ji

Kemampuan 11.4

Neon-23 mengalami peluruhan beta dengan cara sebagai berikut: 23 23 0 0 10 Ne → 11Na + −1 e + 0 v . Tentukan energi minimum dan maksimum yang dapat dimiliki partikel beta −01 e ! Massa atom yang terkait a dalah 22,9945 u untuk 23Ne; 22,9898 u untuk 23Na; dan massa partikel beta a dalah 0,00055 u.

1. Reaksi Fisi Reaksi fisi (pembelahan inti) a dalah reaksi nuklir yang melibatkan pembelahan sebuah inti berat (seperti uranium) menja di d ua bagian (hasil fisi), yang kemu dian memancarkan dua atau tiga neutron, sambil melepaskan sejumlah energi yang setara dengan selisih antara massa diam neutron dan hasil fisi dengan jumlah massa diam inti a w al. Fisi dapat terja di spontan atau sebagai akibat irra diasi neutron. Misalnya, fisi inti uranium- 235 oleh sebuah neutron lambat akan berlangsung sebagai berikut: 235 U + n → 148La + 85Br + 3n Energi yang dilepaskan kira-kira 3 × 10-11 J per satu inti 2 35 U. Untuk 1 kg 235 U, energi yang d ihasilkan setara dengan 20.000 mega w att.jam, sama dengan jumlah energi yang dihasilkan oleh pembakaran 3 × 106 ton batubara. Fisi nuklir n merupakan proses yang digunakan di dalam reaktor nuklir dan bom atom. Pa da suatu reaktor nuklir, reaksi fisi dapat dimanfaatkan sebagai pusat pembangkit tenaga listrik, karena reaksinya bisa dikendalikan. Sebaliknya, reaksi fisi yang tidak terkendali akan menghasilkan le dakan energi, seperti pa da bom atom.

Sumber: Encyclopedia Britannica , 2005

Gambar 11.7 Reaksi fisi dari uranium.

Contoh Soal

Perhatikan reaksi fisi berikut! 235 92

U

235,0439

+

1 0n

1,0087

→

138 56 Ba

137,9050

+

93 41Nb

92,9060

+ 510 n 1,0087

+

5 -10 e 0,00055

Hitunglah energi yang dibebaskan pa da fisi 1 kg atom! Penyelesaian: 1 138 93 1 0 235 D iketahui: 92 U + 0 n → 56 Ba + 41Nb + 50 n + -15e m u = 235,0439 m Nb = 92,9060 m n = 1,0087 m e = 0,00055 mBa = 13 7,9050


D itanya:

Ja w ab:

Energi

Q

= ...? = {(mu + mn) – (mBa + mNb + 5mn + 5me)} × 931 MeV/sma = {(235,0439 + 1,0087) – (137,9050 + 92,9060 + (5 × 1,0087) + (5 × 0,00055)} × 931 = 181,87 085 M eV 1

1 kg atom =

1, 66 × 10-27

×

= 4,66 × 1026 U ji

181,87085 235,0439

MeV

Kemampuan 11.5

Ketika sebuah atom dari 235U mengalami fisi di dalam sebuah reaktor, sekitar 200 MeV energi dilepaskan. Sebagai contoh, sebuah reaktor yang menggunakan uranium-235 menghasilkan output 700 MW dan efisiensi 20%. Berapa banyak atom uranium yang dikonsumsi dalam satu hari?

2. Reaksi Fusi

Gambar 11.8 Reaksi fusi uranium.

medan magnet poloidal

kumparan

medan magnet toroida

plasma garis arus medan plasma magnet

Reaksi f u si (penggabungan inti) a dalah reaksi nuklir yang melibatkan penggabungan inti-inti atom dengan nomor atom kecil untuk membentuk inti yang lebih berat dengan melepaskan sejumlah besar energi. Dalam reaksi fisi, sebuah neutron d ipergunakan untuk membelah sebuah inti yang besar, tetapi dalam reaksi fusi nuklir, dua inti yang bereaksi harus saling bertumbukan. Karena kedua inti bermuatan positif, maka timbul gaya tolak yang kuat antarinti, yang hanya dapat dila w an bila inti yang bereaksi memiliki energi kinetik yang sangat besar. Pa da temperatur tinggi, reaksi fusi berlangsung sendiri, reaktan pa da temperatur ini bera da dalam bentuk plasma (dengan kata lain inti dan atom bebas) dan inti memiliki energi yang cukup untuk mela w an gaya tolak elektrostatik. Bom fusi dan bintang-bintang menghasilkan energi dengan cara seperti ini. Diharapkan metode ini akan digunakan dalam reaktor termonuklir, sebagai sumber energi untuk kepentingan manusia. Berikut ini a dalah contoh reaksi fusi yang terja di pa da bintang, matahari, serta pa da atom hi d rogen. 2

1H

+ 21 H

→

3 1H

Sumber: Encyclopedia Britannica ,2005

2

+ 21 H

→

2

Gambar 11.9 Tokamak reaktor fusi percobaan.

1H

2

+ 21 H

→

268


1H

+ 11 H + 4

MeV

3

He + 01n + 3,3 MeV

4

He + 01n + 1 7,6 MeV

2

Contoh Soal Reaksi fusi berikut ini berlangsung di Matahari dan menghasilkan sebagian besar energinya: 411H → 42He + 2+10e + energi . Berapa besar energi yang dilepaskan ketika 1 kg hidrogen dikonsumsi? Massa 1H a dalah 1,007825 u; 4He a dalah 4,002604 u; dan +01e a dalah 0,000549 u. Penyelesaian: D iketahui: m H = 1,007825 u m e = 0,000549 u m He = 4,002604 u D itanya: Energi = ...? Ja w ab: Q = {(4mH) – (mHe) + 2me)} × 931 MeV/sma = {(4 × 1,007825) – (4,002604 + (2 × 0,000549))} × 931 = 24,8 72 596 M eV 4 atom H = 4 × 1,007825 = 4,0313 sma E nergi

=

1 kg 11 H = = U ji

24,872596

4,0313 1

1, 66 × 10-27

×

3,72 × 1027

24,8 72596

4,0313

MeV

Kemampuan 11.6

Salah satu reaksi fusi untuk pembangkit daya yang melibatkan 2H dan 3H: 2 3 1 + → 42 He + 1H 1H 0n 2,01410

3,01605

4,00260

1,00867

Berapakah energi yang dihasilkan jika 2 kg 2H berfusi dengan 3 kg 3H untuk membentuk 4He?

D.

Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir merupakan sebuah peralatan sebagai tempat berlangsungnya reaksi berantai fisi nuklir terken dali untuk menghasilkan energi nuklir, ra d ioisotop, atau nuklida baru. 1. Bahan bakar 2 . Teras reaktor 7 3. Moderator 4 . Batang kendali 5. Pompa pemindah 6. Generator uap 1 2 3 7 . Shielding (perisai) Gambar 11.10

5

6

Skema dasar reaktor.


Batangan bahan bakar ini digunakan untuk reaktor nuklir magnox. Batangan ini terbuat dari uranium alami, dibungkus magnox (aloi campuran magnesium).

270


Berikut ini beberapa komponen dasar reaktor. 1. Bahan bakar reaktor nuklir merupakan bahan yang akan menyebabkan suatu reaksi fisi berantai berlangsung sendiri, sebagai sumber energi nuklir. Isotop fisi a d alah uranium- 2 35, uranium- 2 33 , plutonium- 2 39. Uranium- 2 35 terd apat d i alam (dengan perbandingan 1 : 40 pa da uranium alam), dan yang lainnya harus dihasilkan secara buatan. 2 . Teras reaktor, di dalamnya terdapat elemen bahan bakar yang membungkus bahan bakar. 3. Moderator a dalah komponen reaktor yang berfungsi untuk menurunkan energi neutron cepat (+ 2 MeV) menja di komponen reaktor normal (+ 0,02 - 0,04 eV) agar d apat bereaksi d engan bahan bakar nuklir. Selain itu, mo d erator juga berfungsi sebagai pen d ingin primer. Persyaratan yang d iperlukan untuk bahan mod erator yang baik a d alah d apat menghilangkan sebagian besar energi neutron cepat tersebut d alam setiap tumbukan d an memiliki kemampuan yang kecil untuk menyerap neutron, serta memiliki kemampuan yang besar untuk menghamburkan neutron. Bahan-bahan yang d igunakan sebagai mo d erator, antara lain: a) air ringan (H2O), c) grafit, dan d ) berilium. b) air berat (D2O), 4. Setiap reaksi fisi menghasilkan neutron baru yang lebih banyak (2 - 3 neutron baru), maka perlu diatur jumlah neutron yang bereaksi dengan bahan bakar. Komponen reaktor yang berfungsi sebagai pengatur jumlah neutron yang bereaksi dengan bahan bakar a dalah batang kendali. Dalam reaktor dikenal faktor pengali (k ), yaitu perbandingan jumlah neutron yang dihasilkan setiap siklus dengan jumlah neutron pa da a w al siklus untuk: k = 1, operasi reaktor dalam kea daan kritis, k > 1, operasi reaktor dalam kea daan super kritis, k < 1, operasi reaktor dalam kea daan subkritis. Bahan yang d ipergunakan untuk batang ken d ali reaktor haruslah memiliki kemampuan tinggi menyerap neutron. Bahan-bahan tersebut antara lain ka dmium (Cd), boron (B), atau haefnium (Hf). 5. Perisai (shielding), berfungsi sebagai penahan ra diasi hasil fisi bahan agar tidak menyebar pa da lingkungan.

6. Pemind ah panas, berfungsi untuk memin d ahkan panas dari pendingin primer ke pendingin sekunder dengan pompa pemindah panas. 7 . Pend ingin sekun d er, d apat juga berfungsi sebagai generator uap (pembangkit uap) yang selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik.

Percikan Fisika Pengawetan Makanan Makanan, seperti buah-buahan, sayur-sayuran, dan daging dapat diiradiasi dengan sinar gamma. Radiasi memperlambat pemasakan buah-buahan, sayur-sayuran, dan membunuh bakteri-bakteri di dalam daging, sehingga memungkinkan makanan itu tetap segar untuk jangka waktu yang lebih lama.

Fiesta

Fisikawan Kita

Lord Ernest Rutherford (1871 - 1937) Ahli fisika berkebangsaan Inggris. Ia lahir di Nelson, Selandia Baru. Ia seorang guru besar di Montreal, Manchester, dan Cambridge, merangkap ketua Cavendish Laboratory. Ia melakukan penyelidikan radioaktif, dan menyimpulkan bahwa partikel alfa bermuatan positif dan merupakan inti atom helium. Ia juga mengemukakan model atom dan meramalkan adanya neutron (partikel tidak bermuatan). Ia mendapatkan hadiah Nobel pada tahun 1 908.

¯

A Secara umum inti atom dinotasikan: Z X

d engan: ¯

X = nama atom Z = jumlah proton Hubungan antara massa defek m dengan energi ikat inti E dinyatakan oleh: E = m.c 2 Untuk m dalam sma dan E dalam MeV, persamaan di atas menja di: E = m (931,5 MeV/sma)


¯ ¯ ¯

¯

Energi

ikat per nukleon E n dinyatakan oleh: E n = E . A

Terdapat tiga sinar ra dioaktif yaitu sinar α , sinar β , dan sinar γ . Deret ra dioaktif dibedakan menja di empat, yaitu: a. deret torium, c. deret uranium, d . deret aktinium. b. deret neptunium, Aktiv itas ra dioaktif a dalah laju perubahan inti ra dioaktif tiap satuan w aktu yang dirumuskan:

A = -

dN = dt

λ N

Inti ra dioaktif atau aktiv itas ra dioaktif meluruh secara eksponensial terha dap w aktu. ¯

N = N 0 e - γ t dan A = A0 e - λ t W a ktu paruh ( T ) a d alah w a ktu yang diperlukan oleh inti ra d ioaktif untuk meluruh hingga jumlah inti ( N ) maupun aktiv itasnya ( A) tinggal separuh atau setengah dari jumlah inti atau aktiv itas mula-mula. T = 0,693

λ

Hubungan antara aktiv itas ra diasi (atau jumlah inti ra dioaktif) dengan selang w aktu (t ) serta w aktu paruh (T ) , a dalah: t

1 T N = N 0 ⎛ ⎜ 2 ⎞ ⎟ ⎝ ⎠

t

atau

1 T A = A0 ⎛ ⎜ 2 ⎞ ⎟ ⎝ ⎠

Dosis

¯

Reaksi inti di mana inti in duk A ditembaki oleh partikel a menghasilkan inti anak B dan partikel b ditulis: A + a → B + b – Q Sesuai kekekalan energi, maka: Q = { (m A + ma ) – (mB + mb) } × 931,5 MeV Reaksi fisi a dalah reaksi pembelahan inti berat menja di dua inti yang lebih ringan disertai dengan pelepasan energi. Reaksi fusi a dalah reaksi penggabungan inti ringan membentuk inti yang lebih berat disertai dengan pembebasan energi.

¯

serap suatu materi dirumuskan: D =

E . m

¯

Uji Kompetensi A. Pilihlah jawaban yang paling tepat! 1. Partikel penyusun inti atom a dalah ... . d . proton, neutron, dan elektron a. elektron dan proton b. proton dan neutron e. ion positif dan ion negatif c. neutron dan elektron

272


2.

Berikut ini a dalah sifat gaya inti, kecuali ... . a. tolak-menolak pa da jangkauan pendek b. tarik-menarik pa da jarak jauh c. tidak dipengaruhi muatan partikel d . menyebabkan elektron jatuh ke inti e. gaya terkuat dari gaya yang a da pa da atom 3. Deret ra dioaktif alam yang nomor massanya dapat dinyatakan dalam bentuk 4n+1 a dalah ... . d . deret aktinium a. deret torium b. deret neptunium e. deret plutonium c. deret uranium 4. Apabila massa 73 Li , 11 H , 42 He berturut-turut a dalah 7,016 sma; 1,008 sma; 4,003 sma; serta 1 sma = 931,5 MeV. Maka energi yang timbul pa da reaksi tersebut dalam satuan MeV a dalah ... . d . -1 7 ,34 a. 16, 77 b. 2 3, 2 4 e. - 2 3,14 c. 34,1 2 5. Reaksi inti berlangsung seperti persamaan berikut: α + 29 Be → 126 C + X X pa da persamaan di atas a dalah … . a.

1

b.

2

c.

0 1 e

1

H

1

H

d.

0 -1

e.

1 0n

e

6 . Urutan berd asarkan penurunan d aya tembus pa da sinar-sinar ra d ioaktif a dalah ... . a. alfa, beta, gamma b. gamma, alfa, beta c. beta, alfa, gamma d . alfa, gamma, beta e. gamma, beta, alfa 7.

Suatu zat ra dioaktif meluruh dengan w aktu paruh 20 hari. Agar zat ra dioaktif hanya tinggal 18 bagian saja dari jumlah asalnya, maka diperlukan w aktu peluruhan ... . a. 27,5 hari b. 30 hari c. 40 hari d . 48 hari e. 96 hari


8. Suatu bahan ra dioaktif memiliki konstanta peluruhan 1,386/hari. Bila akti v itas a w alnya 400 Ci, maka aktiv itasnya setelah dua hari a dalah ... . d . 100 mCi a. 25 mCi b. 50 mCi e. 200 mCi c. 75 mCi 9. Reaksi berantai a dalah ... . a. penggabungan proton dan neutron untuk membentuk inti atom b. bergabungnya inti ringan untuk membentuk inti berat c. pembelahan inti berat menja di dua inti lebih ringan d . pembelahan inti berat terus-menerus yang dipengaruhi oleh neutronneutron yang dipancarkan oleh pembelahan inti berat lainnya e. pembakaran uranium dalam suatu tungku khusus yang disebut reaktor atom 10. Proses ketika sebuah inti berat terpecahkan menja di dua inti yang lebih ringan disertai pelepasan energi disebut ... . d . transmutasi a. fisi b. fusi e. peluruhan c. reaksi berantai B. Jawablah dengan singkat dan benar! 1. Hitunglah energi ikat per nukleon dari inti (Ne- 20) jika mp +1,007 sma; mn +1,008 sma; m n = 20,000 sma; dan 1 sma = 931,5 MeV! 2 . Sampel ra dioaktif memiliki w aktu paruh 69,3 hari. Jika jumlah inti sampel pa da saat itu 6,5 × 1012 inti, hitunglah: a. tetapan peluruhan dari sampel tersebut, b. aktiv itas sampel ra dioaktif saat itu! 3. Melalui ra dioakti v itas alami 238U, memancarkan sebuah partikel α. Inti atom residu yang berat disebut UX 1. UX 1 selanjutnya memancarkan partikel beta. Inti atom hasilnya disebut UX 2. Tentukan nomor atom dan nomor massa untuk: a. UX1 dan b. UX 2! 4. Sebuah neutron cepat dalam sebuah reaktor memiliki energi 2 MeV. Agar neutron tersebut dapat bereaksi dengan bahan bakar U-235 dibutuhkan energi kira-kira 0,04 eV. Untuk itu, penurunan energinya bertumbukan dengan atom mo d erator. Jika tiap kali tumbukan energi berkurang setengahnya, maka tentukan jumlah tumbukan yang terja di! 5. Bahan penyerap foton sinar α yang melaluinya sebesar 50%, energi tiap foton sinar γ a dalah 2 MeV. Tebal bahan 2 cm dan luas daerah 1 mm2, serta massa jenis bahan 800 kg/m3. Jika dosis serap 50 MR d, hitunglah foton sinar γ tersebut!

274


Uji K ompetensi Semester 2 Kompetensi A. Pilihlah jawaban yang paling tepat! 1. Gelombang tidak dapat merambat di dalam medium ... . d . gas nitrogen a. udara b. air e. ruang hampa c. gas oksigen 2 . Berikut ini bentuk gelombang transv ersal sebagai fungsi dari kedudukan x . H B E C

A

D

F

G

Dua

titik yang fasenya sama a dalah ... . d . E dan H a. A dan C b. B dan D e. G dan H c. E dan F 3. Gelombang longitudinal tidak menunjukkan a danya peristi w a ... . d . dispersi a. pembiasan b. pemantulan e. polarisasi c. difraksi 4. Suatu gelombang bunyi menjalar di udara dengan laju 340 m/s menyebabkan partikel-partikel di udara turut bergetar. Pa da suatu posisi tertentu simpangan partikel udara pa da saat t dinyatakan dengan:

y = (1) (2 ) (3) (4)

× 10-6 sin (100 π t + φ ) cm. amplitudo getaran a dalah 2 × 10-6 cm,

2

frekuensi gelombang bunyi a dalah 500 Hz, panjang gelombang a dalah 68 cm, beda fase antara dua partikel udara yang jaraknya 34 cm a dalah φ .

Pernyataan yang benar a dalah ... . d . (4) a. (1), (2), dan (3) b. (1) dan (3) e. (1), (2), (3), dan (4) c. (2) dan (4) 5. Laju gelombang transv ersal pa da seutas tali yang panjangnya 25 m a dalah 50 m/s. Apabila tegangan tali 200 N, maka massa tali itu a dalah ... . a. 0,08 kg b. 0,5 kg c. 0,8 kg d . 2,0 kg e. 12,5 kg

Uji Kompetensi Semester 2 %#

6. Suatu celah ganda berjarak celah 5 mm. Di belakang celah dengan jarak 2 m ditempatkan layar. Celah disinari dengan dua sinar monokromatik dengan panjang gelombang 600 nm dan 475 nm. Jarak pola difraksi orde keempat kedua sinar tersebut di layar a dalah ... . d . 0,2 5 nm a. 0,01 nm b. 0,15 nm e. 0,30 nm c. 0,20 nm 7 . Kelajuan gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa a dalah ... . a. tergantung pa da frekuensinya b. tergantung pa da panjang gelombangnya c. tergantung pa da medan listriknya d . tergantung pa da medan listrik dan medan magnetnya e. merupakan suatu tetapan umum 8 . Jika sudut kritis permata di u dara a dalah 34,4o, maka sudut polarisasi permata a dalah ... . d . 80,5 o a. 2 0,5 o b. 40,4 o e. 100,5 o c. 60,5 o 9. Cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 660 nm datang tegak lurus mengenai sebuah kisi difraksi dan menghasilkan pola interferensi pa da layar di belakangnya. Jika jarak antara pola tersebut a dalah 6 mm, maka perlu digunakan cahaya monokromatik lain dengan panjang gelombang ... . d . 1.000 nm a. 110 nm b. 500 nm e. 1.100 nm c. 550 nm 10 . W arna bunyi yang dihasilkan oleh sumber ditentukan oleh ... . d . frekuensi a. tinggi nad a b. bentuk gelombang e. nad a-na da harmonik c. amplitud o 11. Gelombang bunyi d engan frekuensi 256 Hz merambat d i ud ara d engan kecepatan 330 m/s. Kecepatan rambat gelombang bunyi dengan frekuensi 512 Hz di udara a dalah ... . d . 660 m/s a. 82,5 m/s b. 165 m/s e. 1.320 m/s c. 300 m/s 1 2 . Pa da percobaan Melde digunakan seutas benang yang panjangnya 2 m dan massanya 10 gram. Jika beban yang digunakan pa da percobaan itu 200 gram ( g = 10 m/s2), kecepatan gelombang transv ersal pa da benang a dalah ... . d . 20 m/s a. 5 m/s b. 10 m/s e. 24 m/s c. 15 m/s

%$ Fisika XII untuk SMA/MA

13. Jika sebuah pipa organa terbuka ditiup hingga timbul na da atas kedua, maka terja dilah ... . d . 4 perut dan 4 simpul a. 3 perut dan 3 simpul b. 3 perut dan 4 simpul e. 4 perut dan 5 simpul c. 4 perut dan 3 simpul 14. Bila dua buah sumber bunyi masing-masing dengan frekuensi 2.000 Hz dan 2.008 Hz berbunyi dengan serentak, maka timbul pelayangan bunyi dengan frekuensi ... . d . 2.004 Hz a. 2 Hz b. 4 Hz e. 2.008 Hz c. 8 Hz 15. Suatu sumber bunyi bergerak dengan kecepatan 10 m/s menjauhi seorang pendengar yang tidak bergerak. Jika frekuensi bunyi 400 Hz dan kecepatan perambatannya 390 m/s, maka frekuensi gelombang bunyi yang terdengar a dalah ... . d . 410 Hz a. 380 Hz b. 390 Hz e. 420 Hz c. 400 Hz 16. Taraf intensitas bunyi (TI ) pa da suatu jendela terbuka yang luasnya 1 m 2 a dalah 60 dB. Jika harga ambang bunyi 10 -16 w att/ cm2, maka daya akustik yang masuk melalui jendela tersebut a dalah ... . d . 10 -6 w att a. 10 -16 w att b. 10-1 2 w att e. 10-4 w att c. 10 -10 w att 1 7 . Untuk memindahkan muatan positif yang besarnya 10 coulomb dari suatu titik yang potensialnya 10 v olt ke suatu titik lain dengan potensial 60 v olt diperlukan usaha sebesar ... . d . 500 joule a. 5 v olt/coulomb b. 100 joule e. 500 v olt.ampere c. 600 joule 18 . Dua buah kutub magnet bera da pa da jarak 4 cm satu dengan lainnya. Kedua kutub itu kemudian saling dijauhkan hingga gaya tolak-menolaknya menja di seperempat kalinya. Maka jarak antara kedua kutub itu sekarang a dalah ... . a. 8 cm b. 16 cm c. 32 cm d . 64 cm e. 80 cm 19. Banyaknya garis gaya per satuan luas tegak lurus pa d a me d an listrik menggambarkan besarnya ... . d . kuat medan listrik a. muatan listrik b. rapat muatan listrik e. medan listrik c. potensial listrik

Uji Kompetensi Semester 2 %%

2 0.

Pad a keempat su d ut bujur sangkar (sisi 30 cm) ter d apat muatan listrik. Potensial listrik di pusat bujur sangkar jika dua muatan yang bertetangga masing-masing +2 μC dan yang lain -2 μC a dalah ... . d . -1, 7 × 10 5 a. 3,4 × 10 5 v olt b. -3,4 × 105 v olt e. 0 5 c. 1, 7 × 10 2 1. Bola A dan B masing-masing bermuatan 10 C dan 30 C. Jarak kedua pusat bola 3 meter. Bila kedua bola terletak di udara, maka: (1)energi potensial bola B = 9 × 1011 joule, ( 2 )energi potensial bola A = 9 × 1011 joule, (3)energi potensial bola A = energi potensial B, (4)

energi potensial B =3 . energi potensial A

Pernyataan yang benar a dalah ... . d . (4) a. (1),(2), dan (3) b. (1) dan (3) e. (1), (2), (3), dan (4) c. (2) dan (4) 22 . A da empat buah benda titik yang bermuatan yaitu A, B, C, dan D. Jika A menarik B, A menolak C, dan C menarik D, sedangkan D bermuatan negatif, maka ... a. muatan B positif, muatan C negatif b. muatan B positif, muatan C positif c. muatan B negatif, muatan C positif d . muatan B negatif, muatan C negatif e. muatan A positif, muatan C negatif 2 3. Dua keping logam yang sejajar dan jarak 0,5 cm satu dari yang lain diberi muatan listrik yang berla w anan hingga bed a potensial 10.000 v olt. Bila muatan elektron a dalah 1,6 × 10-19 C, maka besar dan arah gaya Coulomb pa da sebuah elektron yang a da di antara kedua keping a dalah ... . d . 3,2 × 10-13 N ke ba w ah a. 0,8 × 10-17 N ke atas 7 2 -1 4 b. 0,8 × 10 N ke ba w ah e. 12,5 × 10 ke atas -13 c. 3,2 × 10 N, ke atas 2 4. Dua partikel masing-masing bermuatan q 1 dan q 2 yang besar dan jenisnya tidak diketahui, terpisah sejauh d. Antara kedua muatan itu dan pa da garis hubungnya terdapat titik P pa da jarak 2 3 d dari q 1. Jika kuat medan di titik P sama dengan nol, maka ... . a. q 1 dan q 2 a dalah masing-masing muatan yang ti dak sejenis b. potensial di titik P yang disebabkan oleh q 1 dan q 2 sama c. potensial di titik P sama dengan nol d . besar muatan q 1 = 2 kali besar muatan q 2 e. besar muatan q 1 = 4 kali besar muatan q 2

%& Fisika XII untuk SMA/MA

2 5.

Pad a titik-titik su dut A, B, C, dan D sebuah bujur sangkar ABCD dengan panjang a berturut-turut ditempatkan muatan + q, -q, -q, -q. Muatan + q

⎛ q 2 ⎞ ⎟ x . mengalami resultan gaya dari muatan lain sebesar ⎜⎜ 2 ⎟ a 4 πε ⎝ ⎠

Maka

besar x

a dalah ... .

d.

a.

2

b.

2+

2

c.

1

2

2

+

e.

1 2

+1

2

1 2

2 6.

Sebuah kapasitor terbentuk d ar i d ua lempeng aluminium yang luas permukaannya masing-masing 1 m2, dipisahkan oleh selembar kertas parafin yang tebalnya 0,1 mm dan konstanta dielektriknya 2. Jika ε 0 = 9 × 10 -1 2, maka kapasitas kapasitor ini ... . d . 0,10 μF a. 0,35 μF b. 0,25 μF e. 0,05 μF c. 0,18 μF 27 . Sebuah kapasitor diberi muatan 10 nC dan mempunyai beda potensial 100 V antara pelat-pelatnya. Kapasitansi dan tenaga yang tersimpan di dalamnya ... d . 1 nF dan 5 × 10-7 J a. 100 pF dan 5 × 10-5 J b. 100 pF dan 5 × 10-7 J e. 100 nF dan 2 × 10-7 J c. 10 nF dan 6 × 10-7 J 2 8. Sebuah kapasitor mempunyai kapasitas sebesar 5 mikrofara d. Bila udara di antara keping-kepingnya d itempatkan lembaran porselen, maka tetapan dielektrik porselen sama dengan ... . d . 35 a. 0,1 7 b. 6 e. 150 c. 2 5 2 9. Tiga buah kapasitor masing-masing berkapasitas C . Dengan menghubungkan secara seri dan atau paralel, maka harga-harga kapasitas ganti yang mungkin a dalah: C (1) 3 C (3) 3 (2)

2C

3 Pernyataan yang benar a dalah ... . a. (1), (2), dan (3) b. (1) dan (3) c. (2) dan (4)

(4) 3C 2

d.

e.

(4) (1), (2), (3), dan (4)

Uji Kompetensi Semester 2 %'

30. Tiga buah kapasitor yang masing-masing kapasitasnya 3 fara d, 6 fara d, dan 9 fara d d ihubungkan secara seri. Ke d ua ujung d ari gabungan tersebut dihubungkan d engan sumber tegangan yang besarnya 22 0 v olt. Tegangan antara ujung-ujung kapasitor 3 fara d a dalah ... . d . 120 v olt a. 40 v olt b. 60 v olt e. 220 v olt c. 110 v olt 31. Medan magnet dapat ditimbulkan oleh: (1) muatan listrik yang bergerak, ( 2 ) konduktor yang dialiri arus searah, (3) konduktor yang dialiri arus bolak-balik, (4) muatan listrik yang tidak bergerak. Pernyataan yang benar a dalah ... . d . (4) a. (1), (2), dan (3) b. (1) dan (3) e. (1), (2), (3), dan (4) c. (2) dan (4) 3 2 . Pa da dua ka w at sejajar yang masing-masing dialiri arus listrik yang sama besar, timbul gaya yang besarnya 2 × 10-7 N. Jarak antara kedua ka w at itu 1 meter. Besar arus dalam setiap ka w at a dalah ... . 1 d . 1 ampere a. ampere 8 1 b. ampere e. 2 ampere 4 1 c. 2 ampere 33. Suatu muatan listrik sebesar 0,20 C, bergerak dengan kecepatan 2 m/s dalam suatu medan magnet yang besarnya 5 w eber/m2. Jika arah kecepatan muatan itu sejajar dengan arah medan magnet, maka gaya yang dialami muatan itu sebesar ... . d . 2 ne w ton a. 0 b. 0,08 ne w ton e. 50 ne w ton c. 0,5 ne w ton 34. Sebuah solenoida yang cukup panjang (panjangnya l ) terdiri atas N lilitan. Solenoida itu dialiri arus listrik I , sehingga membangkitkan in duksi magnetik b di suatu titik di tengah solenoida. B ini dapat dinyatakan dengan ... . a.

μ 0 Nl 2I

b.

μ 0 Nl

c.

μ 0 NI

I

2l

& Fisika XII untuk SMA/MA

d.

e.

μ0 NI l

μ0 N l I

w at yang berbentuk lingkaran dengan jari-jari l dialiri arus listrik I . 35. Sebuah ka Besar kuat medan magnet pa da pusat lingkaran itu ... . a. tidak tergantung pa da I b. sebanding dengan I 2 c. berbanding terbalik dengan I d . berbanding lurus dengan I e. berbanding terbalik dengan I 2 36. Suatu solenoida panjang 2 meter dengan 800 lilitan dan jari-jari 2 cm. Bila solenoida itu d ialiri arus sebesar 0,5 A, maka in duksi magnet pa da ujung

solenoida jika μ0 = 2π × 10-7 W b/A.m a dalah ... . -6 d . 4π× 10 W b/m2 a. 4π× 10-5 W b/m2 -7 2 b. π× 10 W b/m e. 2π× 10-4 W b/m2 c. 4π× 10-8 W b/m2 w at digerakkan sedemikian hingga memotong garis-garis gaya 3 7 . Jika sebuah ka suatu medan magnet, maka pa da kedua ujung ka w at itu timbul gaya gerak listrik karena induksi. Kaidah ini dirumuskan oleh ... . d . Ampere a. Max w ell b. Lenz e. Fara day c. Foucault 38. Suatu kumparan terdiri atas 200 lilitan berbentuk persegi panjang dengan panjang 10 cm dan lebar 5 cm. Kumparan magnet sebesar 0,5 w eber/m2 dan diputar dengan kecepatan sudut 60 ra d/s, maka pa da ujung kumparan akan timbul ggl bolak-balik maksimum sebesar ... . d . 110 v olt a. 5 v olt b. 30 v olt e. 20 v olt c. 60 v olt 39. Sebuah resistor R dan sebuah kumparan L dihubungkan seri pa da tegangan bolak-balik 110 v olt. Tegangan antara ke dua ujung kumparan dan resistor sama besar. Tegangan rangkaian tersebut a dalah ... . d . 60 2 V a. 25 2 V b. 50 V e. 75 V c. 50 2 V 40. Hambatan 1.000 ohm, kumparan 0,5 henry, kapasitas 0,2 mikrofara d dirangkai seri dan dihubungkan dengan sumber tegangan arus bolak-balik yang frekuensi angulernya 5.000 ra d.s-1. Harga impedansi rangkaian tersebut mendekati ... . d . 1.600 ohm a. 100 ohm b. 500 ohm e. 2.600 ohm c. 1.800 ohm

Uji Kompetensi Semester 2 &

41. Sebuah partikel yang mempunyai massa m bergerak dengan kecepatan v . Jika tetapan Planck h, maka panjang gelombang partikel tersebut ... . a. b. c.

m hv hv m hm v

d.

mhv

e.

h mv

4 2 . Berkas elektron berkecepatan 1,1 × 106 m/s. Jika massa elektron dan konstanta Planck masing-masing 9 × 10 -31 kg d an 6,6 × 10 -3 4 Js, maka panjang gelombang berkas elektron tersebut a dalah ... . d . 5,2 × 10-10 m a. 8,2 × 10 -10 m b. 4,8 × 10 -10 m e. 6,6 × 10-10 m c. 5,0 × 10 -10 m 43. Jika konstanta Planck 6,6 × 10-34 Js, dan cepat rambat cahaya 3 × 108 m/s, maka sinar Na yang panjang gelombangnya 590 nm mempunyai energi sebesar ... . d . 3,36 × 10 -19 J a. 590 J b. 3 × 10-9 J e. 6,63 × 10 -34 J c. 590 × 10-9 J 44. Sebuah bend a hitam mempunyai suhu 2 .000 K. Jika konstanta Hukum Pergeseran W ien B = 2,898 × 10 -3 K, maka rapat energi maksimum yang dipancarkan benda itu terletak pa da panjang gelombang sebesar ... . d . 7,3 μ m a. 1,4 μ m b. 2,9 μ m e. 12,4 μ m c. 5,8 μ m 45. Sebuah keping logam yang mempunyai energi ambang 2 elektron.v olt disinari dengan cahaya monokromatik panjang gelombang 6.000 , hingga elektron meninggalkan permukaan logam. Jika h = 6,6 × 10-34 joule.sekon dan kecepatan cahaya 3 × 108 m/s, maka energi kinetik elektron yang lepas a dalah ... . d . 3, 2 × 10 -19 joule a. 0,1 × 10 -19 joule b. 0,16 × 10 -19 joule e. 19,8 × 10 -19 joule c. 1,6 × 10 -19 joule 46. Besarnya energi ionisasi elektron ion Li2+ pa da kea daan dasar a dalah ... . d . 54,5 eV a. 1,51 eV b. 13,6 eV e. 122 ,4 eV c. 40,8 eV 4 7 . Jika atom H pa da kea daan dasar menyerap foton yang berenergi 1 2,09 eV, elektronnya tereksitasi. Maka besar momentum sud ut yang terbesar yang mungkin sebelum elektron tersebut kembali ke kea daan dasar a dalah ... . d . 2D 3 Js a. 0 b. D 2 Js e. 2D 5 Js c. D 6 Js

& Fisika XII untuk SMA/MA

48. Peristi w a terpecahnya satu garis spektrum menja di beberapa garis spektrum ketika atom bera da di dalam medan magnet a dalah ... . d . efek Stern-Gerlach a. efek Zeemen b. efek Compton e. efek Auger c. efek fotolistrik 49. Jika sebuah elektron dipercepat oleh beda potensial V , menumbuk sebuah atom He pa da kea daan dasar sehingga salah satu elektronnya terionisasi, maka beda potensial V tersebut a dalah ... . d . 54,4 V a. -13,6 V b. 13,6 V e. 122 ,4 V c. -54,4 V 50. Arti dari notasi 3p5 a dalah: (1) bilangan kuatum utama n = 3, ( 2 ) bilangan kuantum orbital l = 3, (3) jumlah elektron pa da n = 1 a dalah 2, (4) energi yang dimiliki oleh elektron pa da 1s a dalah -13,6 eV. Pernyataan yang benar a dalah ... . d . (4) a. (1),(2), dan (3) b. (1) dan (3) e. (1), (2), (3), dan (4) c. (2) dan (4) 51. Benda A bera da di dalam mobil yang bergerak dengan kecepatan 30 m/s. B di tepi jalan. Kemudian, A melempar bola dengan laju 5 m/s berla w anan arah dengan gerak mobil. Maka kecepatan bola menurut B a dalah ... . d . 25 m/s a. 35m/s b. -35 m/s e. 5 m/s c. - 2 5m/s 5 2 . Sebuah mobil melaju dengan kecepatan 30 m/s. Dari dalam mobil tersebut dijatuhkan batu tanpa kecepatan a w al. Empat sekon kemudian batu sampai di tanah. Maka kecepatan batu tersebut di tanah menurut orang yang bera da di tanah a dalah ... . d . 10 m/s a. 50 m/s b. 40 m/s e. 5 m/s c. 30 m/s 53. Pengamat O mengamati sebuah lampu pa da x = 240 m dan lampu tersebut pa dam pa da t = 5 × 10-7s. Maka posisi lampu tersebut ( x ) menurut O yang bergerak dengan kecepatan 0,8 c relatif terha dap O dalam arah x = x a dalah ... d . 800 m a. 200 m b. 400 m e. 1.200 m c. 600 m 54. Yang melakukan percobaan tentang pembuktian kebera daan eter a dalah ... . d . Biot-Sav a. Michelson- Morley art b. Da v isson-Germer e. Geiger-Muller c. Geiger-Mars den '

'

'

Uji Kompetensi Semester 2 &!

w at bergerak dengan kecepatan 0,6 c terha dap pengamat di Bumi. 55. Sebuah pesa Pengamat tersebut menyatakan bah w a panjang pesa w at 40 m. Maka panjang pesa w at tersebut diukur oleh pengamat di dalam pesa w at tersebut a dalah ... d . 66,7 m a. 2 m b. 24 m e. 80 m c. 50 m 56. Inti sebuah atom yang memancarkan sinar α maka ... . a. massa atomnya tetap b. massa atomnya bertambah 1 c. massa atomnya berkurang 4 d . massa atomnya bertambah 3 e. massa atomnya bertambah 2

5 7 . J ik a m as sa in ti 42 He = 4,00 2 sma; massa proton = 1,008 7 sma; d an 1 sma = 930 MeV, maka energi ikat inti 42 He a dalah ... . d . 43,44 MeV a. 23 MeV b. 23,44 MeV e. 46,22 MeV c. 38,83 MeV 58. Suatu zat ra dioaktif meluruh dengan w aktu paruh 20 hari. Agar zat ra dioaktif hanya 1

tinggal 8 bagian saja dari jumlah asalnya, maka diperlukan w aktu peluruhan ... . d . 60 hari a. 27 ,5 hari b. 30 hari e. 160 hari c. 40 hari 5 9. Proses di mana sebuah inti atom berat terpecah menja di dua atom yang lebih ringan dikenal sebagai ... . a. fisi b. fusi c. reaksi berantai d . reaksi siklis e. peluruhan 60. Pernyataan di ba w ah ini yang berkaitan dengan teori big-bang a dalah ... . a. materi di alam semesta dapat terbentuk terus-menerus b. materi-materi di alam semesta akan mengkerut kembali sebagai akibat a danya gaya gra v itasi c. seluruh materi dan tenaga yang a da di alam ini berasal dari satu kesatuan berbentuk bola raksasa d . semua materi d i alam semesta ini tampaknya sama w a laupun terja d i pergeseran galaksi-galaksi e. segala sesuatu d i alam semesta ini tampaknya sama w alaupun terja d i pergeseran galaksi-galaksi

&" Fisika XII untuk SMA/MA

B. Jawablah dengan singkat dan jelas! w at digetarkan harmonik oleh tangki, sehingga 1. Salah satu ujung seutas ka getaran tersebut merambat ke kanan sepanjang ka w at dengan cepat rambat 10 m/s. Ujung ka w at mula-mula digetarkan ke atas dengan frekuensi 5 Hz dan amplitudo 0,01 m. Tentukan: a. persamaan umum gelombang, b . kecepatan dan percepatan partikel di titik x = 0,25 m pa da saat ujung ka w at telah bergetar 0,1 sekon, c. sudut fase dan fase gelombang di titik x = 0,25 m pa da saat ujung ka w at telah bergetar 0,1 sekon, d . beda fase antara titik dengan x = 0,50 m dan x = 0,75 m! 2 . Seberkas cahaya monokromatik dijatuhkan pa da dua buah celah sempit v ertikal yang berd ekatan dengan jarak d = 0,01 m. Pola interferensi yang terja di ditangkap pa da jarak 20 cm dari celah. Diketahui bah w a jarak antara garis gelap pertama di sebelah kiri ke garis gelap pertama di sebelah kanan a dalah 7,2 mm. Berapakah panjang gelombang berkas cahaya tersebut? 3. Sebuah lokomotif yang mendekati sebuah bukit dengan kelajuan 40 km/jam membunyikan peluit dengan frekuensi 50 Hz ketika kereta berjarak 1 km dari bukit. Angin dengan kelajuan 40 km/jam bertiup searah gerak dengan kereta. a. Tentukan frekuensi yang didengar oleh seorang pengamat di atas bukit jika cepat rambat bunyi di udara 1.200 km/jam! b. Berapakah jarak dari bukit di mana gema dapat didengar oleh masinis kereta? c. Berapa frekuensi bunyi yang didengar oleh masinis tersebut? 4. Pad a gambar berikut, dua muatan titik -q dan +2q terpisah sejauh a . Titik A bera da di tengah-tengah garis penghubung kedua muatan tersebut dan titik B bera da sejauh x dari muatan +2q . Agar potensial di titik A sama dengan potensial di titik B, tentukanlah nilai x ! = 2

- G

= 2

)

N

+2G

*

5. Sebuah kapasitor 50 μF dimuati oleh baterai 12 v olt. Kapasitor diputuskan dari baterai dan jarak pisah antara ke dua kepingnya dinaikkan dari 2 mm menja di 3 mm. a. Berapakah banyaknya muatan yang tersimpan dalam kapasitor? b. Berapakah banyak energi yang mula-mula tersimpan dalam kapasitor? c. Berapakah kenaikan energi ketika jarak pisah antara kedua kepingnya d iubah?

Uji Kompetensi Semester 2 &#

6. Pad a gambar di ba w ah ini ditunjukkan dua ka w at lurus panjang dan sejajar. Kedua ka w at dialiri arus 3 A dengan arah saling berla w anan. Tentukan besar induksi magnet di titik P! 1 = 3 A

1

P 0,4 m 0,5 m

7.

w at loop segi empat memiliki lebar 1 m, panjang 2 m, massa 1 kg, Sebuah ka dan hambatan total 3 ohm. Loop ini dijatuhkan memotong tegak lurus suatu medan magnetik B . Dari pengamatan diperoleh bah w a kecepatan terminal loop (dicapai sebelum ka w at bagian atas memasuki medan magnetik) a dalah 2 m/s. Hitung besar induksi magnetik B ! 8. Sebuah sumber arus sinusoid al AC memiliki frekuensi su d ut 2 00 ra d /s, dihubungkan ke ujung-ujung sebuah induktor murni 0,50 H. a. Jika tegangan sesaat AC dinyatakan oleh v = (100 sin ω t ) v olt, dengan t dalam sekon, tentukanlah persamaan arus sesaat I ! b. Jika arus sesaat AC dinyatakan oleh I = (2 sin ω t ) A, dengan t dalam sekon, tentukanlah persamaan tegangan sesaat v pa d a ujung-ujung induktor! 9. Seberkas cahaya biru memiliki panjang gelombang 450 nm. Hitunglah energi cahaya biru tersebut jika terdiri atas: a. 1 foton, b. 2 foton, c. 3 foton! 137

10. Unsur Ba melepaskan foton sinar gamma 0,66 M eV d alam transisi internalnya. Berapakah energi kinetik pentalan atom tersebut?

&$ Fisika XII untuk SMA/MA

Uji K ompetensi Semester 2 Kompetensi A. Pilihlah jawaban yang paling tepat! 1. Gelombang tidak dapat merambat di dalam medium ... . d . gas nitrogen a. udara b. air e. ruang hampa c. gas oksigen 2 . Berikut ini bentuk gelombang transv ersal sebagai fungsi dari kedudukan x . H B E C

A

D

F

G

Dua

titik yang fasenya sama a dalah ... . d . E dan H a. A dan C b. B dan D e. G dan H c. E dan F 3. Gelombang longitudinal tidak menunjukkan a danya peristi w a ... . d . dispersi a. pembiasan b. pemantulan e. polarisasi c. difraksi 4. Suatu gelombang bunyi menjalar di udara dengan laju 340 m/s menyebabkan partikel-partikel di udara turut bergetar. Pa da suatu posisi tertentu simpangan partikel udara pa da saat t dinyatakan dengan:

y = (1) (2 ) (3) (4)

× 10-6 sin (100 π t + φ ) cm. amplitudo getaran a dalah 2 × 10-6 cm,

2

frekuensi gelombang bunyi a dalah 500 Hz, panjang gelombang a dalah 68 cm, beda fase antara dua partikel udara yang jaraknya 34 cm a dalah φ .

Pernyataan yang benar a dalah ... . d . (4) a. (1), (2), dan (3) b. (1) dan (3) e. (1), (2), (3), dan (4) c. (2) dan (4) 5. Laju gelombang transv ersal pa da seutas tali yang panjangnya 25 m a dalah 50 m/s. Apabila tegangan tali 200 N, maka massa tali itu a dalah ... . a. 0,08 kg b. 0,5 kg c. 0,8 kg d . 2,0 kg e. 12,5 kg

Uji Kompetensi Semester 2 %#

6. Suatu celah ganda berjarak celah 5 mm. Di belakang celah dengan jarak 2 m ditempatkan layar. Celah disinari dengan dua sinar monokromatik dengan panjang gelombang 600 nm dan 475 nm. Jarak pola difraksi orde keempat kedua sinar tersebut di layar a dalah ... . d . 0,2 5 nm a. 0,01 nm b. 0,15 nm e. 0,30 nm c. 0,20 nm 7 . Kelajuan gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa a dalah ... . a. tergantung pa da frekuensinya b. tergantung pa da panjang gelombangnya c. tergantung pa da medan listriknya d . tergantung pa da medan listrik dan medan magnetnya e. merupakan suatu tetapan umum 8 . Jika sudut kritis permata di u dara a dalah 34,4o, maka sudut polarisasi permata a dalah ... . d . 80,5 o a. 2 0,5 o b. 40,4 o e. 100,5 o c. 60,5 o 9. Cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 660 nm datang tegak lurus mengenai sebuah kisi difraksi dan menghasilkan pola interferensi pa da layar di belakangnya. Jika jarak antara pola tersebut a dalah 6 mm, maka perlu digunakan cahaya monokromatik lain dengan panjang gelombang ... . d . 1.000 nm a. 110 nm b. 500 nm e. 1.100 nm c. 550 nm 10 . W arna bunyi yang dihasilkan oleh sumber ditentukan oleh ... . d . frekuensi a. tinggi nad a b. bentuk gelombang e. nad a-na da harmonik c. amplitud o 11. Gelombang bunyi d engan frekuensi 256 Hz merambat d i ud ara d engan kecepatan 330 m/s. Kecepatan rambat gelombang bunyi dengan frekuensi 512 Hz di udara a dalah ... . d . 660 m/s a. 82,5 m/s b. 165 m/s e. 1.320 m/s c. 300 m/s 1 2 . Pa da percobaan Melde digunakan seutas benang yang panjangnya 2 m dan massanya 10 gram. Jika beban yang digunakan pa da percobaan itu 200 gram ( g = 10 m/s2), kecepatan gelombang transv ersal pa da benang a dalah ... . d . 20 m/s a. 5 m/s b. 10 m/s e. 24 m/s c. 15 m/s

%$ Fisika XII untuk SMA/MA

13. Jika sebuah pipa organa terbuka ditiup hingga timbul na da atas kedua, maka terja dilah ... . d . 4 perut dan 4 simpul a. 3 perut dan 3 simpul b. 3 perut dan 4 simpul e. 4 perut dan 5 simpul c. 4 perut dan 3 simpul 14. Bila dua buah sumber bunyi masing-masing dengan frekuensi 2.000 Hz dan 2.008 Hz berbunyi dengan serentak, maka timbul pelayangan bunyi dengan frekuensi ... . d . 2.004 Hz a. 2 Hz b. 4 Hz e. 2.008 Hz c. 8 Hz 15. Suatu sumber bunyi bergerak dengan kecepatan 10 m/s menjauhi seorang pendengar yang tidak bergerak. Jika frekuensi bunyi 400 Hz dan kecepatan perambatannya 390 m/s, maka frekuensi gelombang bunyi yang terdengar a dalah ... . d . 410 Hz a. 380 Hz b. 390 Hz e. 420 Hz c. 400 Hz 16. Taraf intensitas bunyi (TI ) pa da suatu jendela terbuka yang luasnya 1 m 2 a dalah 60 dB. Jika harga ambang bunyi 10 -16 w att/ cm2, maka daya akustik yang masuk melalui jendela tersebut a dalah ... . d . 10 -6 w att a. 10 -16 w att b. 10-1 2 w att e. 10-4 w att c. 10 -10 w att 1 7 . Untuk memindahkan muatan positif yang besarnya 10 coulomb dari suatu titik yang potensialnya 10 v olt ke suatu titik lain dengan potensial 60 v olt diperlukan usaha sebesar ... . d . 500 joule a. 5 v olt/coulomb b. 100 joule e. 500 v olt.ampere c. 600 joule 18 . Dua buah kutub magnet bera da pa da jarak 4 cm satu dengan lainnya. Kedua kutub itu kemudian saling dijauhkan hingga gaya tolak-menolaknya menja di seperempat kalinya. Maka jarak antara kedua kutub itu sekarang a dalah ... . a. 8 cm b. 16 cm c. 32 cm d . 64 cm e. 80 cm 19. Banyaknya garis gaya per satuan luas tegak lurus pa d a me d an listrik menggambarkan besarnya ... . d . kuat medan listrik a. muatan listrik b. rapat muatan listrik e. medan listrik c. potensial listrik

Uji Kompetensi Semester 2 %%

2 0.

Pad a keempat su d ut bujur sangkar (sisi 30 cm) ter d apat muatan listrik. Potensial listrik di pusat bujur sangkar jika dua muatan yang bertetangga masing-masing +2 μC dan yang lain -2 μC a dalah ... . d . -1, 7 × 10 5 a. 3,4 × 10 5 v olt b. -3,4 × 105 v olt e. 0 5 c. 1, 7 × 10 2 1. Bola A dan B masing-masing bermuatan 10 C dan 30 C. Jarak kedua pusat bola 3 meter. Bila kedua bola terletak di udara, maka: (1)energi potensial bola B = 9 × 1011 joule, ( 2 )energi potensial bola A = 9 × 1011 joule, (3)energi potensial bola A = energi potensial B, (4)

energi potensial B =3 . energi potensial A

Pernyataan yang benar a dalah ... . d . (4) a. (1),(2), dan (3) b. (1) dan (3) e. (1), (2), (3), dan (4) c. (2) dan (4) 22 . A da empat buah benda titik yang bermuatan yaitu A, B, C, dan D. Jika A menarik B, A menolak C, dan C menarik D, sedangkan D bermuatan negatif, maka ... a. muatan B positif, muatan C negatif b. muatan B positif, muatan C positif c. muatan B negatif, muatan C positif d . muatan B negatif, muatan C negatif e. muatan A positif, muatan C negatif 2 3. Dua keping logam yang sejajar dan jarak 0,5 cm satu dari yang lain diberi muatan listrik yang berla w anan hingga bed a potensial 10.000 v olt. Bila muatan elektron a dalah 1,6 × 10-19 C, maka besar dan arah gaya Coulomb pa da sebuah elektron yang a da di antara kedua keping a dalah ... . d . 3,2 × 10-13 N ke ba w ah a. 0,8 × 10-17 N ke atas 7 2 -1 4 b. 0,8 × 10 N ke ba w ah e. 12,5 × 10 ke atas -13 c. 3,2 × 10 N, ke atas 2 4. Dua partikel masing-masing bermuatan q 1 dan q 2 yang besar dan jenisnya tidak diketahui, terpisah sejauh d. Antara kedua muatan itu dan pa da garis hubungnya terdapat titik P pa da jarak 2 3 d dari q 1. Jika kuat medan di titik P sama dengan nol, maka ... . a. q 1 dan q 2 a dalah masing-masing muatan yang ti dak sejenis b. potensial di titik P yang disebabkan oleh q 1 dan q 2 sama c. potensial di titik P sama dengan nol d . besar muatan q 1 = 2 kali besar muatan q 2 e. besar muatan q 1 = 4 kali besar muatan q 2

%& Fisika XII untuk SMA/MA

2 5.

Pad a titik-titik su dut A, B, C, dan D sebuah bujur sangkar ABCD dengan panjang a berturut-turut ditempatkan muatan + q, -q, -q, -q. Muatan + q

⎛ q 2 ⎞ ⎟ x . mengalami resultan gaya dari muatan lain sebesar ⎜⎜ 2 ⎟ a 4 πε ⎝ ⎠

Maka

besar x

a dalah ... .

d.

a.

2

b.

2+

2

c.

1

2

2

+

e.

1 2

+1

2

1 2

2 6.

Sebuah kapasitor terbentuk d ar i d ua lempeng aluminium yang luas permukaannya masing-masing 1 m2, dipisahkan oleh selembar kertas parafin yang tebalnya 0,1 mm dan konstanta dielektriknya 2. Jika ε 0 = 9 × 10 -1 2, maka kapasitas kapasitor ini ... . d . 0,10 μF a. 0,35 μF b. 0,25 μF e. 0,05 μF c. 0,18 μF 27 . Sebuah kapasitor diberi muatan 10 nC dan mempunyai beda potensial 100 V antara pelat-pelatnya. Kapasitansi dan tenaga yang tersimpan di dalamnya ... d . 1 nF dan 5 × 10-7 J a. 100 pF dan 5 × 10-5 J b. 100 pF dan 5 × 10-7 J e. 100 nF dan 2 × 10-7 J c. 10 nF dan 6 × 10-7 J 2 8. Sebuah kapasitor mempunyai kapasitas sebesar 5 mikrofara d. Bila udara di antara keping-kepingnya d itempatkan lembaran porselen, maka tetapan dielektrik porselen sama dengan ... . d . 35 a. 0,1 7 b. 6 e. 150 c. 2 5 2 9. Tiga buah kapasitor masing-masing berkapasitas C . Dengan menghubungkan secara seri dan atau paralel, maka harga-harga kapasitas ganti yang mungkin a dalah: C (1) 3 C (3) 3 (2)

2C

3 Pernyataan yang benar a dalah ... . a. (1), (2), dan (3) b. (1) dan (3) c. (2) dan (4)

(4) 3C 2

d.

e.

(4) (1), (2), (3), dan (4)

Uji Kompetensi Semester 2 %'

30. Tiga buah kapasitor yang masing-masing kapasitasnya 3 fara d, 6 fara d, dan 9 fara d d ihubungkan secara seri. Ke d ua ujung d ari gabungan tersebut dihubungkan d engan sumber tegangan yang besarnya 22 0 v olt. Tegangan antara ujung-ujung kapasitor 3 fara d a dalah ... . d . 120 v olt a. 40 v olt b. 60 v olt e. 220 v olt c. 110 v olt 31. Medan magnet dapat ditimbulkan oleh: (1) muatan listrik yang bergerak, ( 2 ) konduktor yang dialiri arus searah, (3) konduktor yang dialiri arus bolak-balik, (4) muatan listrik yang tidak bergerak. Pernyataan yang benar a dalah ... . d . (4) a. (1), (2), dan (3) b. (1) dan (3) e. (1), (2), (3), dan (4) c. (2) dan (4) 3 2 . Pa da dua ka w at sejajar yang masing-masing dialiri arus listrik yang sama besar, timbul gaya yang besarnya 2 × 10-7 N. Jarak antara kedua ka w at itu 1 meter. Besar arus dalam setiap ka w at a dalah ... . 1 d . 1 ampere a. ampere 8 1 b. ampere e. 2 ampere 4 1 c. 2 ampere 33. Suatu muatan listrik sebesar 0,20 C, bergerak dengan kecepatan 2 m/s dalam suatu medan magnet yang besarnya 5 w eber/m2. Jika arah kecepatan muatan itu sejajar dengan arah medan magnet, maka gaya yang dialami muatan itu sebesar ... . d . 2 ne w ton a. 0 b. 0,08 ne w ton e. 50 ne w ton c. 0,5 ne w ton 34. Sebuah solenoida yang cukup panjang (panjangnya l ) terdiri atas N lilitan. Solenoida itu dialiri arus listrik I , sehingga membangkitkan in duksi magnetik b di suatu titik di tengah solenoida. B ini dapat dinyatakan dengan ... . a.

μ 0 Nl 2I

b.

μ 0 Nl

c.

μ 0 NI

I

2l

& Fisika XII untuk SMA/MA

d.

e.

μ0 NI l

μ0 N l I

w at yang berbentuk lingkaran dengan jari-jari l dialiri arus listrik I . 35. Sebuah ka Besar kuat medan magnet pa da pusat lingkaran itu ... . a. tidak tergantung pa da I b. sebanding dengan I 2 c. berbanding terbalik dengan I d . berbanding lurus dengan I e. berbanding terbalik dengan I 2 36. Suatu solenoida panjang 2 meter dengan 800 lilitan dan jari-jari 2 cm. Bila solenoida itu d ialiri arus sebesar 0,5 A, maka in duksi magnet pa da ujung

solenoida jika μ0 = 2π × 10-7 W b/A.m a dalah ... . -6 d . 4π× 10 W b/m2 a. 4π× 10-5 W b/m2 -7 2 b. π× 10 W b/m e. 2π× 10-4 W b/m2 c. 4π× 10-8 W b/m2 w at digerakkan sedemikian hingga memotong garis-garis gaya 3 7 . Jika sebuah ka suatu medan magnet, maka pa da kedua ujung ka w at itu timbul gaya gerak listrik karena induksi. Kaidah ini dirumuskan oleh ... . d . Ampere a. Max w ell b. Lenz e. Fara day c. Foucault 38. Suatu kumparan terdiri atas 200 lilitan berbentuk persegi panjang dengan panjang 10 cm dan lebar 5 cm. Kumparan magnet sebesar 0,5 w eber/m2 dan diputar dengan kecepatan sudut 60 ra d/s, maka pa da ujung kumparan akan timbul ggl bolak-balik maksimum sebesar ... . d . 110 v olt a. 5 v olt b. 30 v olt e. 20 v olt c. 60 v olt 39. Sebuah resistor R dan sebuah kumparan L dihubungkan seri pa da tegangan bolak-balik 110 v olt. Tegangan antara ke dua ujung kumparan dan resistor sama besar. Tegangan rangkaian tersebut a dalah ... . d . 60 2 V a. 25 2 V b. 50 V e. 75 V c. 50 2 V 40. Hambatan 1.000 ohm, kumparan 0,5 henry, kapasitas 0,2 mikrofara d dirangkai seri dan dihubungkan dengan sumber tegangan arus bolak-balik yang frekuensi angulernya 5.000 ra d.s-1. Harga impedansi rangkaian tersebut mendekati ... . d . 1.600 ohm a. 100 ohm b. 500 ohm e. 2.600 ohm c. 1.800 ohm

Uji Kompetensi Semester 2 &

41. Sebuah partikel yang mempunyai massa m bergerak dengan kecepatan v . Jika tetapan Planck h, maka panjang gelombang partikel tersebut ... . a. b. c.

m hv hv m hm v

d.

mhv

e.

h mv

4 2 . Berkas elektron berkecepatan 1,1 × 106 m/s. Jika massa elektron dan konstanta Planck masing-masing 9 × 10 -31 kg d an 6,6 × 10 -3 4 Js, maka panjang gelombang berkas elektron tersebut a dalah ... . d . 5,2 × 10-10 m a. 8,2 × 10 -10 m b. 4,8 × 10 -10 m e. 6,6 × 10-10 m c. 5,0 × 10 -10 m 43. Jika konstanta Planck 6,6 × 10-34 Js, dan cepat rambat cahaya 3 × 108 m/s, maka sinar Na yang panjang gelombangnya 590 nm mempunyai energi sebesar ... . d . 3,36 × 10 -19 J a. 590 J b. 3 × 10-9 J e. 6,63 × 10 -34 J c. 590 × 10-9 J 44. Sebuah bend a hitam mempunyai suhu 2 .000 K. Jika konstanta Hukum Pergeseran W ien B = 2,898 × 10 -3 K, maka rapat energi maksimum yang dipancarkan benda itu terletak pa da panjang gelombang sebesar ... . d . 7,3 μ m a. 1,4 μ m b. 2,9 μ m e. 12,4 μ m c. 5,8 μ m 45. Sebuah keping logam yang mempunyai energi ambang 2 elektron.v olt disinari dengan cahaya monokromatik panjang gelombang 6.000 , hingga elektron meninggalkan permukaan logam. Jika h = 6,6 × 10-34 joule.sekon dan kecepatan cahaya 3 × 108 m/s, maka energi kinetik elektron yang lepas a dalah ... . d . 3, 2 × 10 -19 joule a. 0,1 × 10 -19 joule b. 0,16 × 10 -19 joule e. 19,8 × 10 -19 joule c. 1,6 × 10 -19 joule 46. Besarnya energi ionisasi elektron ion Li2+ pa da kea daan dasar a dalah ... . d . 54,5 eV a. 1,51 eV b. 13,6 eV e. 122 ,4 eV c. 40,8 eV 4 7 . Jika atom H pa da kea daan dasar menyerap foton yang berenergi 1 2,09 eV, elektronnya tereksitasi. Maka besar momentum sud ut yang terbesar yang mungkin sebelum elektron tersebut kembali ke kea daan dasar a dalah ... . d . 2D 3 Js a. 0 b. D 2 Js e. 2D 5 Js c. D 6 Js

& Fisika XII untuk SMA/MA

48. Peristi w a terpecahnya satu garis spektrum menja di beberapa garis spektrum ketika atom bera da di dalam medan magnet a dalah ... . d . efek Stern-Gerlach a. efek Zeemen b. efek Compton e. efek Auger c. efek fotolistrik 49. Jika sebuah elektron dipercepat oleh beda potensial V , menumbuk sebuah atom He pa da kea daan dasar sehingga salah satu elektronnya terionisasi, maka beda potensial V tersebut a dalah ... . d . 54,4 V a. -13,6 V b. 13,6 V e. 122 ,4 V c. -54,4 V 50. Arti dari notasi 3p5 a dalah: (1) bilangan kuatum utama n = 3, ( 2 ) bilangan kuantum orbital l = 3, (3) jumlah elektron pa da n = 1 a dalah 2, (4) energi yang dimiliki oleh elektron pa da 1s a dalah -13,6 eV. Pernyataan yang benar a dalah ... . d . (4) a. (1),(2), dan (3) b. (1) dan (3) e. (1), (2), (3), dan (4) c. (2) dan (4) 51. Benda A bera da di dalam mobil yang bergerak dengan kecepatan 30 m/s. B di tepi jalan. Kemudian, A melempar bola dengan laju 5 m/s berla w anan arah dengan gerak mobil. Maka kecepatan bola menurut B a dalah ... . d . 25 m/s a. 35m/s b. -35 m/s e. 5 m/s c. - 2 5m/s 5 2 . Sebuah mobil melaju dengan kecepatan 30 m/s. Dari dalam mobil tersebut dijatuhkan batu tanpa kecepatan a w al. Empat sekon kemudian batu sampai di tanah. Maka kecepatan batu tersebut di tanah menurut orang yang bera da di tanah a dalah ... . d . 10 m/s a. 50 m/s b. 40 m/s e. 5 m/s c. 30 m/s 53. Pengamat O mengamati sebuah lampu pa da x = 240 m dan lampu tersebut pa dam pa da t = 5 × 10-7s. Maka posisi lampu tersebut ( x ) menurut O yang bergerak dengan kecepatan 0,8 c relatif terha dap O dalam arah x = x a dalah ... d . 800 m a. 200 m b. 400 m e. 1.200 m c. 600 m 54. Yang melakukan percobaan tentang pembuktian kebera daan eter a dalah ... . d . Biot-Sav a. Michelson- Morley art b. Da v isson-Germer e. Geiger-Muller c. Geiger-Mars den '

'

'

Uji Kompetensi Semester 2 &!

w at bergerak dengan kecepatan 0,6 c terha dap pengamat di Bumi. 55. Sebuah pesa Pengamat tersebut menyatakan bah w a panjang pesa w at 40 m. Maka panjang pesa w at tersebut diukur oleh pengamat di dalam pesa w at tersebut a dalah ... d . 66,7 m a. 2 m b. 24 m e. 80 m c. 50 m 56. Inti sebuah atom yang memancarkan sinar α maka ... . a. massa atomnya tetap b. massa atomnya bertambah 1 c. massa atomnya berkurang 4 d . massa atomnya bertambah 3 e. massa atomnya bertambah 2

5 7 . J ik a m as sa in ti 42 He = 4,00 2 sma; massa proton = 1,008 7 sma; d an 1 sma = 930 MeV, maka energi ikat inti 42 He a dalah ... . d . 43,44 MeV a. 23 MeV b. 23,44 MeV e. 46,22 MeV c. 38,83 MeV 58. Suatu zat ra dioaktif meluruh dengan w aktu paruh 20 hari. Agar zat ra dioaktif hanya 1

tinggal 8 bagian saja dari jumlah asalnya, maka diperlukan w aktu peluruhan ... . d . 60 hari a. 27 ,5 hari b. 30 hari e. 160 hari c. 40 hari 5 9. Proses di mana sebuah inti atom berat terpecah menja di dua atom yang lebih ringan dikenal sebagai ... . a. fisi b. fusi c. reaksi berantai d . reaksi siklis e. peluruhan 60. Pernyataan di ba w ah ini yang berkaitan dengan teori big-bang a dalah ... . a. materi di alam semesta dapat terbentuk terus-menerus b. materi-materi di alam semesta akan mengkerut kembali sebagai akibat a danya gaya gra v itasi c. seluruh materi dan tenaga yang a da di alam ini berasal dari satu kesatuan berbentuk bola raksasa d . semua materi d i alam semesta ini tampaknya sama w a laupun terja d i pergeseran galaksi-galaksi e. segala sesuatu d i alam semesta ini tampaknya sama w alaupun terja d i pergeseran galaksi-galaksi

&" Fisika XII untuk SMA/MA

B. Jawablah dengan singkat dan jelas! w at digetarkan harmonik oleh tangki, sehingga 1. Salah satu ujung seutas ka getaran tersebut merambat ke kanan sepanjang ka w at dengan cepat rambat 10 m/s. Ujung ka w at mula-mula digetarkan ke atas dengan frekuensi 5 Hz dan amplitudo 0,01 m. Tentukan: a. persamaan umum gelombang, b . kecepatan dan percepatan partikel di titik x = 0,25 m pa da saat ujung ka w at telah bergetar 0,1 sekon, c. sudut fase dan fase gelombang di titik x = 0,25 m pa da saat ujung ka w at telah bergetar 0,1 sekon, d . beda fase antara titik dengan x = 0,50 m dan x = 0,75 m! 2 . Seberkas cahaya monokromatik dijatuhkan pa da dua buah celah sempit v ertikal yang berd ekatan dengan jarak d = 0,01 m. Pola interferensi yang terja di ditangkap pa da jarak 20 cm dari celah. Diketahui bah w a jarak antara garis gelap pertama di sebelah kiri ke garis gelap pertama di sebelah kanan a dalah 7,2 mm. Berapakah panjang gelombang berkas cahaya tersebut? 3. Sebuah lokomotif yang mendekati sebuah bukit dengan kelajuan 40 km/jam membunyikan peluit dengan frekuensi 50 Hz ketika kereta berjarak 1 km dari bukit. Angin dengan kelajuan 40 km/jam bertiup searah gerak dengan kereta. a. Tentukan frekuensi yang didengar oleh seorang pengamat di atas bukit jika cepat rambat bunyi di udara 1.200 km/jam! b. Berapakah jarak dari bukit di mana gema dapat didengar oleh masinis kereta? c. Berapa frekuensi bunyi yang didengar oleh masinis tersebut? 4. Pad a gambar berikut, dua muatan titik -q dan +2q terpisah sejauh a . Titik A bera da di tengah-tengah garis penghubung kedua muatan tersebut dan titik B bera da sejauh x dari muatan +2q . Agar potensial di titik A sama dengan potensial di titik B, tentukanlah nilai x ! = 2

- G

= 2

)

N

+2G

*

5. Sebuah kapasitor 50 μF dimuati oleh baterai 12 v olt. Kapasitor diputuskan dari baterai dan jarak pisah antara ke dua kepingnya dinaikkan dari 2 mm menja di 3 mm. a. Berapakah banyaknya muatan yang tersimpan dalam kapasitor? b. Berapakah banyak energi yang mula-mula tersimpan dalam kapasitor? c. Berapakah kenaikan energi ketika jarak pisah antara kedua kepingnya d iubah?

Uji Kompetensi Semester 2 &#

Fisika Inti dan Radioaktivitas.pdf

Recommend Documents