Teori kuantum cahaya Rabu, 21 November 2012teori kuantum
cahaya
BAB IPENDAHULUAN1.1. Latar BelakangPada akhir abad ke-19, para
ilmuan meyakini bahwa mereka telah mempelajari sebagian besar dari
apa yang ada yang harus diketahui dari fisika seperti: hukum-hukum
gerak Newton dan teori gravitasi umum, teori Maxwell: penggabungan
kelistrikkan dan kemagnetan, hukum termodinamika dan teori
kinetic.Pada abad ke-20 terjadi revolusi besaryang mengejutkan
dunia fisika. Tahun 1990 Planck mengusulkan pemikiran mendasar yang
mengarah pada formulasi teori kuantum. Pada tahun 1905 Einstein
memformulasikan teori relativitas yang sangat brilian. Keduan
pemikiran tersebut telah membawa pengaruh yang besar tehadap
pemahaman kita tentang alam. Selama beberapa dekade teori-teori
tersebut telah memberi inspirasi bagi perkembangan teori-teori baru
dalam bidang fisika atom, fisika nuklir, dan fisika zat padat.
Meskipun fisika modern telah dikembangkan selama abad ini dan telah
membawa kemajuan dalam perkembangan teknologi penting namun tidak
selesai sampai disitu, penemuan-penemuan baru akan berlanjut selama
kehidupan kita sehingga akan lebih memperdalam atau memeperbaiki
kembali pemahaman kita tentang alam dan dunia disekitar kita. 1.2.
Rumusan MasalahDalam penulisan makalah ini, penulis membatasi
pembahasan meliputi:1. Apa itu teori Planck?2. Apa yang dimaksud
dengan teori Foton?3. Bagaimana efek fotolistrik pada cahaya?4. Apa
yang dimaksud efek Compton?5. Apa isi dari Hipotesis de Broglie?6.
Bagaimana hukum Stefan-Boltzmann tentang radiasi benda hitam?7.
Bagaimana hubungan warna spectrum radiasi benda hitam dengan
panjang gelombangnya sesuai pergeseran Wien?8. Bagaimana dualisme
gelombang-partikel?
1.3. TujuanSetelah membaca makalah ini, pembaca diharapkan
dapat:1. mengerti tentang teori Planck2. memahami tentang teori
foton3. mengetahui bagai mana efek fotolistrik4. mengetahui tentang
efek Compton5. mengerti tentang Hipotesis de Broglie6. memahami
hokum Stefan-Boltzmann tenteng radiasi benda hitam7. mampu
menjelaskan bagaimana hubungan warna spectrum radiasi benda hitam
dengan panjang gelombangnya sesuai dengan pergeseran Wien.8.
mengetahui tentang dualisme gelombang-partikel
BAB IITEORI KUANTUM CAHAYA2.1. Teori PlanckMax Planck
mempelajari energi radiasi termal dan menemukan rumus perhitungan
yang menyempurnakan perhitungan Rayleigh-Jeans sekaligus mengatasi
kebutuhan adanya ultraviolet catastrope.Max Planck mengemukakan
hipotesis yang menyatakan bahwaEnergi gelombang elektromagnetik
dipancarkan dan diserap oleh bahan dalam bentuk satuan-satuan
energi yang disebut foton.Planck menyatakan bahwa kunci utama
pembahasan radiasi benda hitam adalah bahwa energi dpancarkan atau
diserap dalam bentuk paket (kuata). Jadi, energi bersifat disktri
(tidak kontinu).Energi (E) foton dirumuskan dengan:
E = hf
Dengan h = tetapan Planck (6,63 x 10-34 J.s) dan f = frekuensi
foton
2.2. Teori FotonFoton adalah partikel elementer dalam fenomena
elektromagnetik. Biasanya foton dianggap sebagai pembawa radiasi
elektromagnetik, seperti cahaya, gelombang radio, dan Sinar-X.
Foton berbeda dengan partikel elementer lain seperti elektron dan
quark, karena ia tidak bermassa dan dalam ruang vakum foton selalu
bergerak dengan kecepatan cahaya, c. Foton memiliki baik sifat
gelombang maupun partikel ("dualisme gelombang-partikel").Sebagai
gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan
menunjukkan fenomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa dan
interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan saling
memusnahkan satu sama lain. Sebagai partikel, foton hanya dapat
berinteraksi dengan materi dengan memindahkan energi sejumlah:,di
mana adalah konstanta Planck, adalah laju cahaya, dan adalah
panjang gelombangnya. Selain energi partikel foton juga membawa
momentum dan memiliki polarisasi. Foton mematuhi hukum mekanika
kuantum, yang berarti kerap kali besaran-besaran tersebut tidak
dapat diukur dengan cermat. Biasanya besaran-besaran tersebut
didefinisikan sebagai probabilitas mengukur polarisasi, posisi,
atau momentum tertentu. Konsep modern foton dikembangkan secara
berangsur-angsur antara 1905-1917 oleh Albert Einstein untuk
menjelaskan pengamatan eksperimental yang tidak memenuhi model
klasik untuk cahaya. Model foton khususnya memperhitungkan
ketergantungan energi cahaya terhadap frekuensi, dan menjelaskan
kemampuan materi dan radiasi elektromagnetik untuk berada dalam
kesetimbangan termal. Fisikawan lain mencoba menjelaskan anomali
pengamatan ini dengan model semiklasik, yang masih menggunakan
persamaan Maxwell untuk mendeskripsikan cahaya. Namun dalam model
ini objek material yang mengemisi dan menyerap cahaya dikuantisasi.
Meskipun model-model semiklasik ini ikut menyumbang dalam
pengembangan mekanika kuantum, percobaan-percobaan lebih lanjut
membuktikan hipotesis Einstein bahwa cahaya itu sendirilah yang
terkuantisasi. Kuantum cahaya adalah foton.Konsep foton diterapkan
dalam banyak area seperti fotokimia, mikroskopi resolusi tinggi dan
pengukuran jarak molekuler. Baru-baru ini foton dipelajari sebagai
unsur komputer kuantum dan untuk aplikasi canggih dalam komunikasi
optik seperti kriptografi kuantum.Dalam ruang hampa foton bergerak
dengan laju (laju cahaya). Energinya dan momentum dihubungkan dalam
persamaan ,
di mana merupakan nilai momentum. Sebagai perbandingan,
persamaan terkait untuk partikel dengan massa adalah , sesuai
dengan teori relativitas khusus.
2.3. Efek FotolistrikEfek fotolistrik adalah pengeluaran
elektron dari suatu permukaan (biasanya logam) ketika dikenai, dan
menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti cahaya tampak dan
radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang tergantung
pada jenis permukaan. Istilah lama untuk efek fotolistrik adalah
efek Hertz (yang saat ini tidak digunakan lagi). Hertz mengamati
dan kemudian menunjukkan bahwa elektrode diterangi dengan sinar
ultraviolet menciptakan bunga api listrik lebih mudah.Efek
fotolistrik membutuhkan foton dengan energi dari beberapa
electronvolts sampai lebih dari 1 MeV unsur yang nomor atomnya
tinggi. Studi efek fotolistrik menyebabkan langkah-langkah penting
dalam memahami sifat kuantum cahaya, elektron dan mempengaruhi
pembentukan konsep Dualitas gelombang-partikel. fenomena di mana
cahaya mempengaruhi gerakan muatan listrik termasuk efek
fotokonduktif (juga dikenal sebagai fotokonduktivitas atau
photoresistivity ), efek fotovoltaik , dan efek
fotoelektrokimia.Foton dari sinar memiliki energi karakteristik
yang ditentukan oleh frekuensi cahaya. Dalam proses photoemission,
jika elektron dalam beberapa bahan menyerap energi dari satu foton
dan dengan demikian memiliki lebih banyak energi daripada fungsi
kerja (energi ikat elektron) dari materi, itu dikeluarkan. Jika
energi foton terlalu rendah, elektron tidak bisa keluar dari
materi. Peningkatan intensitas sinar meningkatkan jumlah foton
dalam berkas cahaya, dan dengan demikian meningkatkan jumlah
elektron, tetapi tidak meningkatkan energi setiap elektron yang
dimemiliki. Energi dari elektron yang dipancarkan tidak tergantung
pada intensitas cahaya yang masuk, tetapi hanya pada energi atau
frekuensi foton individual. Ini adalah interaksi antara foton dan
elektron terluar. Tidak ada elektron yang dilepaskan oleh radiasi
di bawah frekuensi ambang, karena elektron tidak mendapatkan energi
yang cukup untuk mengatasi ikatan atom. Elektron yang dipancarkan
biasanya disebut fotoelektron.Awalnya hasil eksperimen efek
fotolistrik mengundang keheranan banyak fisikawan, karena sulit
diterima dengan pemahaman fisika saat itu. Ada beberapa fakta yang
belum bisa dijelaskan alasannya, antara lain:a. besar energi foto
elektron tidak dipengaruhi oleh intensitas cahayab. pada frekuensi
cahaya yang sama, rata-rata energi kinetik fotoelektron sama saja
pada berkas cahaya lemah maupun kuat. Berkas cahaya yang kuat hanya
menghasilkan fotoelektron lebih banyak daripada berkas cahaya
lemahc. semakin besar frekuensi cahaya yang mengenai logam, semakin
besar pula energi fotoelektronnya. Efek fotolistrik banyak membantu
penduaan gelombang-partikel, dimana sistem fisika (seperti foton
dalam kasus ini) dapat menunjukkan kedua sifat dan kelakuan
seperti-gelombang dan seperti-partikel, sebuah konsep yang banyak
digunakan oleh pencipta mekanika kuantum. Efek fotolistrik
dijelaskan secara matematis oleh Albert Einstein yang memperluas
kuanta yang dikembangkan oleh Max Planck.Hukum emisi fotolistrik:1.
Untuk logam dan radiasi tertentu, jumlah fotoelektro yang
dikeluarkan berbanding lurus dengan intensitas cahaya yg
digunakan.2. Untuk logam tertentu, terdapat frekuensi minimum
radiasi. di bawah frekuensi ini fotoelektron tidak bisa
dipancarkan.3. Di atas frekuensi tersebut, energi kinetik yang
dipancarkan fotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya,
namun bergantung pada frekuensi cahaya.4. Perbedaan waktu dari
radiasi dan pemancaran fotoelektron sangat kecil, kurang dari 10-9
detik.Maksimum energi kinetik K maks dari sebuah elektron yang
dikeluarkan dituliskan sebagai berikut di mana h adalah konstanta
Planck dan f adalah frekuensi foton. Lambang adalah fungsi kerja
(kadang dilambangkan W), yang memberikan energi minimum yang
diperlukan untuk memindahkan elektron terdelokalisasi dari
permukaan logam. Fungsi kerja memenuhi
dimana f0 adalah frekuensi ambang batas untuk logam. Maksimum
energi kinetik dari sebuah elektron dikeluarkan kemudian
Energi kinetik adalah positif, jadi kita harus memiliki f> f
0 untuk efek fotolistrik terjadi.2.4. Efek ComptonPada tahun 1923,
A.H.Compton mencoba membuktikan kebenaran teori foton yang
menyatakan sifat partikel dari gelombang, Jika Teori itu benar,
peristiwa tumbukan yang terjadi antara foton dengan partikel lain
dapat dianalisis seperti tumbukan bola biliar.Dalam eksperimennya
Compton menembakkan foton sinar-x pada sebuah target grafit.
Sejumlah detector dipasang diberbagai sudut untuk mengamati adanya
hamaburan partikel. Dalam eksperimen itu ternyata dihasilkan
hamburan pasangan electron foton.
Sumber:
http://bukanisapanjempol.blogspot.com/2011/05/sifat-partikel-dari-cahaya-efek.htmlFoton
yang menumbuk electron akan kehilangan sebagian energinya. Setelah
menumbuk electron, foton datang dengan energi E =hf akan terhambur
dengan energi hf dengan f < f. frekuensinya berkurang sama
artinya dengan bertambah panjang gelombangnya. Foton datang dengan
panjang gelombang sedangkan foton terhambur memiliki panjang
gelombang dengan > .
2.5. Hipotesis de BroglieLouis de Broglie merupakan ilmuan
pertama yang mengajukan hipotesis bahwa partikel seperti halnya
electron juga dapat berperilaku sebagai gelombang. Sebaliknya,
partikel (materi) dapat juga bersifat sebagai gelombang dengan
panjang gelombang sebesar
Dengan = panjang gelombang partikel menurut de Brogliem = massa
pertikellaju partikelHipotesis de Broglie diuji kebenarannya oleh
Davisson dan Germer. Mereka melakukan eksperimen dengan menembakkan
electron dengan dipercepat oleh suatu medan listrik ke permukaan
kristal tunggal. Hasil eksperimen merekan menunjukkan bahwa
partikel electron dapat mengalami difraksi. Sifat difraksi hanya
dimiliki oleh gelombang sehingga dapat disimpulakn bahwa partikel
memiliki sifat gelombang.
2.6. Hukum Stefan-BoltzmannBeberapa ilmuan mendeteksi adanya
hubungan antara energi suatu benda dengan suhu mutlak benda itu.
Energi yang dimiliki suau benda yang berhubungan dengan suhu
mutlaknya disebut energi radiasi kalor atar energi radiasi termal
atau disingkat sebagai energi termal.Pada tahun 1879 Joseph Stefan
menyatakan bahwa daya total yang dipancarkan sebuah benda hitam
sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Selanjutnya, Ludwig
Boltzmann berhasil menurunkan perhitungan daya radiasi benda hitam
yang ditemukan oleh Stefan. Hasil penemuan kedua ilmuan ini dikenal
sebagai hukum Stefan-Boltzmann yang menyatakan bahwa:Energi radiasi
yang dipancarkan oleh suatu permukaan benda hitam sebanding dengan
luas permukaannya serta pangkat empat suhu mutlaknya.Berdasarkan
formulasi Stefan-Boltzmann, benda hitam yang luas permukaannya A
dan suhu mutlaknya T (dalam satuan kelvin) akan memancarkan radiasi
dengan daya (P) sebesarP =AeT4Dengane = emisivitas= konstanta
Stefan-Boltzmann = 5.67 x 10-8 W/m2.K4Emisivitas merupakan
koefisien yang besarnya tergantung pada keadaan permukaan benda.
Untuk benda mengkilat, harga e mendekati nol, sedangkan untuk benda
hitam sempurna e bernilai 1.Benda hitam merupakan benda yang mampu
menyerap atau memancarkan energi radiasi. Kemampuan menyerap atau
memancarkan energi radiasi yang dimiliki sebuah benda hitam dapat
diperkirakan berdasarkan nilai emisivitasnya. Nilai emisivitas
berkiasar antara 0 dan 1 atau ditulis 0 e 1.Benda dengan emisivitas
nol merupakan pemantulan sempurna. Sebaliknya, benda dengan
emisivitas 1 merupakan penyerap atau pemancar sempurna. Benda
dengan emisivitas 1 disebut benda hitam sempurna.
2.7. Hukum Pergeseran WienSpectrum radiasi benda hitam
diselidiki oleh Wien. Menurut Wien, jika dipanaskan terus, benda
hitam akan memancarkan radiasi kalor puncak yang spektrumnya
memberikan warna-warna tertentu. Warna spectrum bergantung panjang
gelombangnya, dan panjang gelombang ini akan bergeser sesuia suhu
benda.
Sumber:http://www.google.co.id/imgres?q=pergeseran+wien&hl=en&client=firefox-a&sa=G&rls=org.mozilla:en-Wien
merumuskan bahwa panjang gelombang pada puncak spectrum (m)
berbanding terbalik dengn suhu mutlak benda, semuai persamaan:m T =
Cdengan C adalah tetapan pergeseran Wien sebesar 2,90 x 10-3
m.K.Perhitungan energi radiasi Wien berlaku untuk gelombang pendek.
Teori ini selanjutnya dikembangkan oleh Rayleigh dan Jeans yang
berlaku untuk panjang gelombang yang lebih panjang. Namun
perhitungan energi radiasi oleh Rayleigh dan Jeans tidak mampu
menjelaskan terjadinya ultraviolet catastrope, yaitu kesalahan
perhitungan pada panjang gelombang uultraviolet dimana energi
radiasi mencapai nilai tak terhingga.
2.8. Dualisme Gelombang-PartikelHasil-hasil eksperimen
interferensi dan difraksi membuktikan bahwa teori tentang cahaya
sebagai gelombang telah mantap pada penghujung abad 19, terlebih
lagi karena keberhasilan teori elektromagnetik Maxwell.Einstein
(1905) menolak teori tersebut berdasarkan fenomena efek
foto-listrik dimana permukaan logam melepaskan elektron jika
disinari dengan cahaya berfrekuensi. W / h W adalah fungsi kerja
logam (=energi ikat elektron dipermukaan logam).
Menurut Einstein, dalam fenomena tersebut cahaya harus dipandang
sebagai kuanta yang disebut foton, yakni partikel cahaya dengan
energi kuantum E=h. Dalam teori relativitas khususnya (1905),
hubungan energi dan momentum suatu partikel diungkapkan sebagai
berikut:
BAB IIIPENUTUP3.1. KesimpulanPlanck menyatakan bahwa kunci utama
pembahasan radiasi benda hitam adalah bahwa energi dpancarkan atau
diserap dalam bentuk paket (kuata). Jadi, energi bersifat disktri
(tidak kontinu).Energi (E) foton dirumuskan dengan:
E = hf
Dengan h = tetapan Planck (6,63 x 10-34 J.s) dan f = frekuensi
foton
Foton adalah partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik.
Biasanya foton dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik,
seperti cahaya, gelombang radio, dan Sinar-X.Sebagai partikel,
foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan memindahkan
energi sejumlah:,di mana adalah konstanta Planck, adalah laju
cahaya, dan adalah panjang gelombangnya. Efek fotolistrik adalah
pengeluaran elektron dari suatu permukaan (biasanya logam) ketika
dikenai, dan menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti cahaya
tampak dan radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang
tergantung pada jenis permukaan. Foton yang menumbuk electron akan
kehilangan sebagian energinya. Setelah menumbuk electron, foton
datang dengan energi E =hf akan terhambur dengan energi hf dengan f
< f. frekuensinya berkurang sama artinya dengan bertambah
panjang gelombangnya. Foton datang dengan panjang gelombang
sedangkan foton terhambur memiliki panjang gelombang dengan >
.Dengan
= panjang gelombang partikel menurut de Brogliem = massa
pertikellaju partikelHasil penemuan kedua ilmuan ini dikenal
sebagai hukum Stefan-Boltzmann yang menyatakan bahwa:Energi radiasi
yang dipancarkan oleh suatu permukaan benda hitam sebanding dengan
luas permukaannya serta pangkat empat suhu mutlaknyaP =AeT4Dengane
= emisivitas= konstanta Stefan-Boltzmann = 5.67 x 10-8 W/m2.K4Wien
merumuskan bahwa panjang gelombang pada puncak spectrum (m)
berbanding terbalik dengn suhu mutlak benda, semuai persamaan:m T =
Cdengan C adalah tetapan pergeseran Wien sebesar 2,90 x 10-3
m.K.Dalam teori relativitas khususnya (1905), hubungan energi dan
momentum suatu partikel diungkapkan sebagai berikut:
3.2. SaranDalam penulisan makalah ini, penulis membatasi
pembahasan hanya tentang teori Planck, teori foton, efek
fotolistrik, efek Compton, hipotesis de Broglie, hukum
Stefan-Boltzmann dan pergeseran Wien secara ris besarnya saja.
Untuk lebih memperluas wawasan pembaca bisa merujuk pada
sumber-sumber lain yang menjelaskan tentang isi makalah ini secra
lebih rinci.
Daftar Pustaka
Purwoko.2009.Physics 3 For Senior High School Year XII. Jakarta:
YudhistiraDewi.2012.
http://dewi-w-h-fst10.web.unair.ac.id/artikel_detail-59103-Kuliah%20kuantum%20-Apa%20Itu%20Kuantum~.html
tersedia online
NN. 2010. http://id.scribd.com/doc/70610175/Mekanika-kuantum-3
tersedia onlineNovi. 2012.
http://novi-r-r-fst10.web.unair.ac.id/artikel_detail-59187-Umum-sejarah%20fisika%20kuantum.html
tersedia online
NN.2011.http://www.google.co.id/imgres?q=pergeseran+wien&hl=en&client=fire
fox-a&sa=G&rls=org.mozilla:en-
Diposkan oleh Devi Dameriza di 22.52 Tidak ada komentar:
Kirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke
FacebookBagikan ke Pinterest
BAB IPENDAHULUAN1.1. Latar BelakangPada akhir abad ke-19, para
ilmuan meyakini bahwa mereka telah mempelajari sebagian besar dari
apa yang ada yang harus diketahui dari fisika seperti: hukum-hukum
gerak Newton dan teori gravitasi umum, teori Maxwell: penggabungan
kelistrikkan dan kemagnetan, hukum termodinamika dan teori
kinetic.Pada abad ke-20 terjadi revolusi besaryang mengejutkan
dunia fisika. Tahun 1990 Planck mengusulkan pemikiran mendasar yang
mengarah pada formulasi teori kuantum. Pada tahun 1905 Einstein
memformulasikan teori relativitas yang sangat brilian. Keduan
pemikiran tersebut telah membawa pengaruh yang besar tehadap
pemahaman kita tentang alam. Selama beberapa dekade teori-teori
tersebut telah memberi inspirasi bagi perkembangan teori-teori baru
dalam bidang fisika atom, fisika nuklir, dan fisika zat padat.
Meskipun fisika modern telah dikembangkan selama abad ini dan telah
membawa kemajuan dalam perkembangan teknologi penting namun tidak
selesai sampai disitu, penemuan-penemuan baru akan berlanjut selama
kehidupan kita sehingga akan lebih memperdalam atau memeperbaiki
kembali pemahaman kita tentang alam dan dunia disekitar kita. 1.2.
Rumusan MasalahDalam penulisan makalah ini, penulis membatasi
pembahasan meliputi:1. Apa itu teori Planck?2. Apa yang dimaksud
dengan teori Foton?3. Bagaimana efek fotolistrik pada cahaya?4. Apa
yang dimaksud efek Compton?5. Apa isi dari Hipotesis de Broglie?6.
Bagaimana hukum Stefan-Boltzmann tentang radiasi benda hitam?7.
Bagaimana hubungan warna spectrum radiasi benda hitam dengan
panjang gelombangnya sesuai pergeseran Wien?8. Bagaimana dualisme
gelombang-partikel?
1.3. TujuanSetelah membaca makalah ini, pembaca diharapkan
dapat:1. mengerti tentang teori Planck2. memahami tentang teori
foton3. mengetahui bagai mana efek fotolistrik4. mengetahui tentang
efek Compton5. mengerti tentang Hipotesis de Broglie6. memahami
hokum Stefan-Boltzmann tenteng radiasi benda hitam7. mampu
menjelaskan bagaimana hubungan warna spectrum radiasi benda hitam
dengan panjang gelombangnya sesuai dengan pergeseran Wien.8.
mengetahui tentang dualisme gelombang-partikel
BAB IITEORI KUANTUM CAHAYA2.1. Teori PlanckMax Planck
mempelajari energi radiasi termal dan menemukan rumus perhitungan
yang menyempurnakan perhitungan Rayleigh-Jeans sekaligus mengatasi
kebutuhan adanya ultraviolet catastrope.Max Planck mengemukakan
hipotesis yang menyatakan bahwaEnergi gelombang elektromagnetik
dipancarkan dan diserap oleh bahan dalam bentuk satuan-satuan
energi yang disebut foton.Planck menyatakan bahwa kunci utama
pembahasan radiasi benda hitam adalah bahwa energi dpancarkan atau
diserap dalam bentuk paket (kuata). Jadi, energi bersifat disktri
(tidak kontinu).Energi (E) foton dirumuskan dengan:
E = hf
Dengan h = tetapan Planck (6,63 x 10-34 J.s) dan f = frekuensi
foton
2.2. Teori FotonFoton adalah partikel elementer dalam fenomena
elektromagnetik. Biasanya foton dianggap sebagai pembawa radiasi
elektromagnetik, seperti cahaya, gelombang radio, dan Sinar-X.
Foton berbeda dengan partikel elementer lain seperti elektron dan
quark, karena ia tidak bermassa dan dalam ruang vakum foton selalu
bergerak dengan kecepatan cahaya, c. Foton memiliki baik sifat
gelombang maupun partikel ("dualisme gelombang-partikel").Sebagai
gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan
menunjukkan fenomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa dan
interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan saling
memusnahkan satu sama lain. Sebagai partikel, foton hanya dapat
berinteraksi dengan materi dengan memindahkan energi sejumlah:,di
mana adalah konstanta Planck, adalah laju cahaya, dan adalah
panjang gelombangnya. Selain energi partikel foton juga membawa
momentum dan memiliki polarisasi. Foton mematuhi hukum mekanika
kuantum, yang berarti kerap kali besaran-besaran tersebut tidak
dapat diukur dengan cermat. Biasanya besaran-besaran tersebut
didefinisikan sebagai probabilitas mengukur polarisasi, posisi,
atau momentum tertentu. Konsep modern foton dikembangkan secara
berangsur-angsur antara 1905-1917 oleh Albert Einstein untuk
menjelaskan pengamatan eksperimental yang tidak memenuhi model
klasik untuk cahaya. Model foton khususnya memperhitungkan
ketergantungan energi cahaya terhadap frekuensi, dan menjelaskan
kemampuan materi dan radiasi elektromagnetik untuk berada dalam
kesetimbangan termal. Fisikawan lain mencoba menjelaskan anomali
pengamatan ini dengan model semiklasik, yang masih menggunakan
persamaan Maxwell untuk mendeskripsikan cahaya. Namun dalam model
ini objek material yang mengemisi dan menyerap cahaya dikuantisasi.
Meskipun model-model semiklasik ini ikut menyumbang dalam
pengembangan mekanika kuantum, percobaan-percobaan lebih lanjut
membuktikan hipotesis Einstein bahwa cahaya itu sendirilah yang
terkuantisasi. Kuantum cahaya adalah foton.Konsep foton diterapkan
dalam banyak area seperti fotokimia, mikroskopi resolusi tinggi dan
pengukuran jarak molekuler. Baru-baru ini foton dipelajari sebagai
unsur komputer kuantum dan untuk aplikasi canggih dalam komunikasi
optik seperti kriptografi kuantum.Dalam ruang hampa foton bergerak
dengan laju (laju cahaya). Energinya dan momentum dihubungkan dalam
persamaan ,
di mana merupakan nilai momentum. Sebagai perbandingan,
persamaan terkait untuk partikel dengan massa adalah , sesuai
dengan teori relativitas khusus.
2.3. Efek FotolistrikEfek fotolistrik adalah pengeluaran
elektron dari suatu permukaan (biasanya logam) ketika dikenai, dan
menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti cahaya tampak dan
radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang tergantung
pada jenis permukaan. Istilah lama untuk efek fotolistrik adalah
efek Hertz (yang saat ini tidak digunakan lagi). Hertz mengamati
dan kemudian menunjukkan bahwa elektrode diterangi dengan sinar
ultraviolet menciptakan bunga api listrik lebih mudah.Efek
fotolistrik membutuhkan foton dengan energi dari beberapa
electronvolts sampai lebih dari 1 MeV unsur yang nomor atomnya
tinggi. Studi efek fotolistrik menyebabkan langkah-langkah penting
dalam memahami sifat kuantum cahaya, elektron dan mempengaruhi
pembentukan konsep Dualitas gelombang-partikel. fenomena di mana
cahaya mempengaruhi gerakan muatan listrik termasuk efek
fotokonduktif (juga dikenal sebagai fotokonduktivitas atau
photoresistivity ), efek fotovoltaik , dan efek
fotoelektrokimia.Foton dari sinar memiliki energi karakteristik
yang ditentukan oleh frekuensi cahaya. Dalam proses photoemission,
jika elektron dalam beberapa bahan menyerap energi dari satu foton
dan dengan demikian memiliki lebih banyak energi daripada fungsi
kerja (energi ikat elektron) dari materi, itu dikeluarkan. Jika
energi foton terlalu rendah, elektron tidak bisa keluar dari
materi. Peningkatan intensitas sinar meningkatkan jumlah foton
dalam berkas cahaya, dan dengan demikian meningkatkan jumlah
elektron, tetapi tidak meningkatkan energi setiap elektron yang
dimemiliki. Energi dari elektron yang dipancarkan tidak tergantung
pada intensitas cahaya yang masuk, tetapi hanya pada energi atau
frekuensi foton individual. Ini adalah interaksi antara foton dan
elektron terluar. Tidak ada elektron yang dilepaskan oleh radiasi
di bawah frekuensi ambang, karena elektron tidak mendapatkan energi
yang cukup untuk mengatasi ikatan atom. Elektron yang dipancarkan
biasanya disebut fotoelektron.Awalnya hasil eksperimen efek
fotolistrik mengundang keheranan banyak fisikawan, karena sulit
diterima dengan pemahaman fisika saat itu. Ada beberapa fakta yang
belum bisa dijelaskan alasannya, antara lain:a. besar energi foto
elektron tidak dipengaruhi oleh intensitas cahayab. pada frekuensi
cahaya yang sama, rata-rata energi kinetik fotoelektron sama saja
pada berkas cahaya lemah maupun kuat. Berkas cahaya yang kuat hanya
menghasilkan fotoelektron lebih banyak daripada berkas cahaya
lemahc. semakin besar frekuensi cahaya yang mengenai logam, semakin
besar pula energi fotoelektronnya. Efek fotolistrik banyak membantu
penduaan gelombang-partikel, dimana sistem fisika (seperti foton
dalam kasus ini) dapat menunjukkan kedua sifat dan kelakuan
seperti-gelombang dan seperti-partikel, sebuah konsep yang banyak
digunakan oleh pencipta mekanika kuantum. Efek fotolistrik
dijelaskan secara matematis oleh Albert Einstein yang memperluas
kuanta yang dikembangkan oleh Max Planck.Hukum emisi fotolistrik:1.
Untuk logam dan radiasi tertentu, jumlah fotoelektro yang
dikeluarkan berbanding lurus dengan intensitas cahaya yg
digunakan.2. Untuk logam tertentu, terdapat frekuensi minimum
radiasi. di bawah frekuensi ini fotoelektron tidak bisa
dipancarkan.3. Di atas frekuensi tersebut, energi kinetik yang
dipancarkan fotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya,
namun bergantung pada frekuensi cahaya.4. Perbedaan waktu dari
radiasi dan pemancaran fotoelektron sangat kecil, kurang dari 10-9
detik.Maksimum energi kinetik K maks dari sebuah elektron yang
dikeluarkan dituliskan sebagai berikut di mana h adalah konstanta
Planck dan f adalah frekuensi foton. Lambang adalah fungsi kerja
(kadang dilambangkan W), yang memberikan energi minimum yang
diperlukan untuk memindahkan elektron terdelokalisasi dari
permukaan logam. Fungsi kerja memenuhi
dimana f0 adalah frekuensi ambang batas untuk logam. Maksimum
energi kinetik dari sebuah elektron dikeluarkan kemudian
Energi kinetik adalah positif, jadi kita harus memiliki f> f
0 untuk efek fotolistrik terjadi.2.4. Efek ComptonPada tahun 1923,
A.H.Compton mencoba membuktikan kebenaran teori foton yang
menyatakan sifat partikel dari gelombang, Jika Teori itu benar,
peristiwa tumbukan yang terjadi antara foton dengan partikel lain
dapat dianalisis seperti tumbukan bola biliar.Dalam eksperimennya
Compton menembakkan foton sinar-x pada sebuah target grafit.
Sejumlah detector dipasang diberbagai sudut untuk mengamati adanya
hamaburan partikel. Dalam eksperimen itu ternyata dihasilkan
hamburan pasangan electron foton.
Sumber:
http://bukanisapanjempol.blogspot.com/2011/05/sifat-partikel-dari-cahaya-efek.htmlFoton
yang menumbuk electron akan kehilangan sebagian energinya. Setelah
menumbuk electron, foton datang dengan energi E =hf akan terhambur
dengan energi hf dengan f < f. frekuensinya berkurang sama
artinya dengan bertambah panjang gelombangnya. Foton datang dengan
panjang gelombang sedangkan foton terhambur memiliki panjang
gelombang dengan > .
2.5. Hipotesis de BroglieLouis de Broglie merupakan ilmuan
pertama yang mengajukan hipotesis bahwa partikel seperti halnya
electron juga dapat berperilaku sebagai gelombang. Sebaliknya,
partikel (materi) dapat juga bersifat sebagai gelombang dengan
panjang gelombang sebesar
Dengan = panjang gelombang partikel menurut de Brogliem = massa
pertikellaju partikelHipotesis de Broglie diuji kebenarannya oleh
Davisson dan Germer. Mereka melakukan eksperimen dengan menembakkan
electron dengan dipercepat oleh suatu medan listrik ke permukaan
kristal tunggal. Hasil eksperimen merekan menunjukkan bahwa
partikel electron dapat mengalami difraksi. Sifat difraksi hanya
dimiliki oleh gelombang sehingga dapat disimpulakn bahwa partikel
memiliki sifat gelombang.
2.6. Hukum Stefan-BoltzmannBeberapa ilmuan mendeteksi adanya
hubungan antara energi suatu benda dengan suhu mutlak benda itu.
Energi yang dimiliki suau benda yang berhubungan dengan suhu
mutlaknya disebut energi radiasi kalor atar energi radiasi termal
atau disingkat sebagai energi termal.Pada tahun 1879 Joseph Stefan
menyatakan bahwa daya total yang dipancarkan sebuah benda hitam
sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Selanjutnya, Ludwig
Boltzmann berhasil menurunkan perhitungan daya radiasi benda hitam
yang ditemukan oleh Stefan. Hasil penemuan kedua ilmuan ini dikenal
sebagai hukum Stefan-Boltzmann yang menyatakan bahwa:Energi radiasi
yang dipancarkan oleh suatu permukaan benda hitam sebanding dengan
luas permukaannya serta pangkat empat suhu mutlaknya.Berdasarkan
formulasi Stefan-Boltzmann, benda hitam yang luas permukaannya A
dan suhu mutlaknya T (dalam satuan kelvin) akan memancarkan radiasi
dengan daya (P) sebesarP =AeT4Dengane = emisivitas= konstanta
Stefan-Boltzmann = 5.67 x 10-8 W/m2.K4Emisivitas merupakan
koefisien yang besarnya tergantung pada keadaan permukaan benda.
Untuk benda mengkilat, harga e mendekati nol, sedangkan untuk benda
hitam sempurna e bernilai 1.Benda hitam merupakan benda yang mampu
menyerap atau memancarkan energi radiasi. Kemampuan menyerap atau
memancarkan energi radiasi yang dimiliki sebuah benda hitam dapat
diperkirakan berdasarkan nilai emisivitasnya. Nilai emisivitas
berkiasar antara 0 dan 1 atau ditulis 0 e 1.Benda dengan emisivitas
nol merupakan pemantulan sempurna. Sebaliknya, benda dengan
emisivitas 1 merupakan penyerap atau pemancar sempurna. Benda
dengan emisivitas 1 disebut benda hitam sempurna.
2.7. Hukum Pergeseran WienSpectrum radiasi benda hitam
diselidiki oleh Wien. Menurut Wien, jika dipanaskan terus, benda
hitam akan memancarkan radiasi kalor puncak yang spektrumnya
memberikan warna-warna tertentu. Warna spectrum bergantung panjang
gelombangnya, dan panjang gelombang ini akan bergeser sesuia suhu
benda.
Sumber:http://www.google.co.id/imgres?q=pergeseran+wien&hl=en&client=firefox-a&sa=G&rls=org.mozilla:en-Wien
merumuskan bahwa panjang gelombang pada puncak spectrum (m)
berbanding terbalik dengn suhu mutlak benda, semuai persamaan:m T =
Cdengan C adalah tetapan pergeseran Wien sebesar 2,90 x 10-3
m.K.Perhitungan energi radiasi Wien berlaku untuk gelombang pendek.
Teori ini selanjutnya dikembangkan oleh Rayleigh dan Jeans yang
berlaku untuk panjang gelombang yang lebih panjang. Namun
perhitungan energi radiasi oleh Rayleigh dan Jeans tidak mampu
menjelaskan terjadinya ultraviolet catastrope, yaitu kesalahan
perhitungan pada panjang gelombang uultraviolet dimana energi
radiasi mencapai nilai tak terhingga.
2.8. Dualisme Gelombang-PartikelHasil-hasil eksperimen
interferensi dan difraksi membuktikan bahwa teori tentang cahaya
sebagai gelombang telah mantap pada penghujung abad 19, terlebih
lagi karena keberhasilan teori elektromagnetik Maxwell.Einstein
(1905) menolak teori tersebut berdasarkan fenomena efek
foto-listrik dimana permukaan logam melepaskan elektron jika
disinari dengan cahaya berfrekuensi. W / h W adalah fungsi kerja
logam (=energi ikat elektron dipermukaan logam).
Menurut Einstein, dalam fenomena tersebut cahaya harus dipandang
sebagai kuanta yang disebut foton, yakni partikel cahaya dengan
energi kuantum E=h. Dalam teori relativitas khususnya (1905),
hubungan energi dan momentum suatu partikel diungkapkan sebagai
berikut:
BAB IIIPENUTUP3.1. KesimpulanPlanck menyatakan bahwa kunci utama
pembahasan radiasi benda hitam adalah bahwa energi dpancarkan atau
diserap dalam bentuk paket (kuata). Jadi, energi bersifat disktri
(tidak kontinu).Energi (E) foton dirumuskan dengan:
E = hf
Dengan h = tetapan Planck (6,63 x 10-34 J.s) dan f = frekuensi
foton
Foton adalah partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik.
Biasanya foton dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik,
seperti cahaya, gelombang radio, dan Sinar-X.Sebagai partikel,
foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan memindahkan
energi sejumlah:,di mana adalah konstanta Planck, adalah laju
cahaya, dan adalah panjang gelombangnya. Efek fotolistrik adalah
pengeluaran elektron dari suatu permukaan (biasanya logam) ketika
dikenai, dan menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti cahaya
tampak dan radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang
tergantung pada jenis permukaan. Foton yang menumbuk electron akan
kehilangan sebagian energinya. Setelah menumbuk electron, foton
datang dengan energi E =hf akan terhambur dengan energi hf dengan f
< f. frekuensinya berkurang sama artinya dengan bertambah
panjang gelombangnya. Foton datang dengan panjang gelombang
sedangkan foton terhambur memiliki panjang gelombang dengan >
.Dengan
= panjang gelombang partikel menurut de Brogliem = massa
pertikellaju partikelHasil penemuan kedua ilmuan ini dikenal
sebagai hukum Stefan-Boltzmann yang menyatakan bahwa:Energi radiasi
yang dipancarkan oleh suatu permukaan benda hitam sebanding dengan
luas permukaannya serta pangkat empat suhu mutlaknyaP =AeT4Dengane
= emisivitas= konstanta Stefan-Boltzmann = 5.67 x 10-8 W/m2.K4Wien
merumuskan bahwa panjang gelombang pada puncak spectrum (m)
berbanding terbalik dengn suhu mutlak benda, semuai persamaan:m T =
Cdengan C adalah tetapan pergeseran Wien sebesar 2,90 x 10-3
m.K.Dalam teori relativitas khususnya (1905), hubungan energi dan
momentum suatu partikel diungkapkan sebagai berikut:
3.2. SaranDalam penulisan makalah ini, penulis membatasi
pembahasan hanya tentang teori Planck, teori foton, efek
fotolistrik, efek Compton, hipotesis de Broglie, hukum
Stefan-Boltzmann dan pergeseran Wien secara ris besarnya saja.
Untuk lebih memperluas wawasan pembaca bisa merujuk pada
sumber-sumber lain yang menjelaskan tentang isi makalah ini secra
lebih rinci.
Daftar Pustaka
Purwoko.2009.Physics 3 For Senior High School Year XII. Jakarta:
YudhistiraDewi.2012.
http://dewi-w-h-fst10.web.unair.ac.id/artikel_detail-59103-Kuliah%20kuantum%20-Apa%20Itu%20Kuantum~.html
tersedia online
NN. 2010. http://id.scribd.com/doc/70610175/Mekanika-kuantum-3
tersedia onlineNovi. 2012.
http://novi-r-r-fst10.web.unair.ac.id/artikel_detail-59187-Umum-sejarah%20fisika%20kuantum.html
tersedia online
NN.2011.http://www.google.co.id/imgres?q=pergeseran+wien&hl=en&client=fire
fox-a&sa=G&rls=org.mozilla:en-
Diposkan oleh Devi Dameriza di 22.52 Tidak ada komentar:
Kirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke
FacebookBagikan ke PinterestPosting Lama Beranda Langganan: Entri
(Atom) Arsip Blog 2012 (4) November (4) teori kuantum cahaya