Kuantum

Gelombang yang merambat tanpa medium dinamakan gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik dianggap sebagai gelombang karena dalam keadaan tertentu, gelombang eelktromagnetik menunjukkan gejala difraksi , interferensi, dan polarisasi. Tetapi dalam keadaan laingelombang elektromagnetik terdiri atas partikel  partikel.

  1. EFEK FOTO LISTRIK

Efekfoto listrik merupakan peristiwa pemancaran elektron pada permukaan logam, jika logam itu disinari dengan cahaya atau gelombang elektromagnetik. Peristiwa efek foto listrik prtama kali dikemukakan oleh Hertz, dilanjutkan Hallwachs dan Lenard, terakhir oleh Albert Einstein berdasarkan asumsi Max Planck. Dari percobaan yang telah dilakukan terdapat hubungan antara energi kinetik maksimum dan elektron foto  dengan potensial henti Vo  .

Elektron yang terikat permukaan tabung benda) menyerap seluruh energi gelombang elektromagnetik (E). Elektron akan terlepas  (Ekmax) dan frekwensi f mengandung tetapan pembanding yang dapat dinyatakan dalam bentuk :

E2 = E + Ekmax

Ek = E1 – E2

Ek = E1 – E2 k

E1 = h c / λ = h f dan E2 = h c / λo =h fo

Ekmax = h f  – h fo = h (f – fo)

dengan :

Ekmax = energi kineti maksimum fotoelektron (J)

λ = panjang gelombang (m)

f = frekwensi gelombang (Hz)

c = cepat rambat cahaya (3 x 108 m/s)

fo = frekwensi ambang Hz)

Dibawah frekwensi ambang tidak terjadi pancaran foton.

2. Radiasi Benda Hitam

Setiap zat memancarkan radiasi elektromagnetik yang sifatnya bergantung dari sifat dan temperatur zat. kemampuan sebuah benda untuk meradiasi sangat tergantung dengan kemampuannya untuk menyerap radiasi. Benda pada temperatur konstan berada dalam keseimbangan termal dengan sistem disekelilingnya dan harus menyerap energi dari sistem dengan laju sama seperti laju pemancaran energi. Benda yang menyerap semua radiasi yang mengenai padanya dan tidak tergantung pada frekwensinya disebut benda hitam.

a. Hukum Stevan Bolzman

Pada tahun 1897 , Josef Stevan Boltzman mengemukakan ahasil percobaannya bahwa daya total persatuan luas yang dipancarkan pada semua frekwensi oleh semua benda hitam adalah sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Secara matematis dituliskan :

boltzman

Energi radiasi yang pancarkan benda hitdalam bentuk energi panas persatuan waktu sebanding dengan luas permukaan dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Untuk benda panas yang bukan benda hitam besar nilai koefien emisiffitasnya lebih kecil dari 1 (e < 1). Sehingga dapat dituliskan dalam bentuk persamaan :

  boltzman

Keterangan :

P = daya pancar (watt/m2 )

 

𝞂 = konstanta Stefan Boltzman 5,67 x 10-8) watt m-2k-4)

e = emisivitas benda hitam (0 < e < 1)

b. Hukum Pergeseran Wien

Hubungan antara panjang gelombang dengan (λ) dan suhu mutlaknya dikemukakan oleh ilmuan berkembangsaan Jerman yang bernama Wilhem Wien yag mengusulkan Hukum radiasi benda hitam .

Perhatikan grafik hubungan antara suhu mutlak dengan panjang gelombang. Semakin tinggi suhu suatu benda , panjang gelombang yang membawa intensitas maksimum akan semakin kecil. Pernyataan ini dinamakan dengan Hukum Pergeseran Wien, yang ditulis dalam bentuk persamaan :

λ T = C

Keterangan :

λ = panjang gelombang (m)

T = suhu mutlak benda yang memancarkan radiasi (K)

C = tetapan pergeseran Wien (2,9 x 10-3 m K)

Salah satu kegunaan Hukum Wien adalah untuk memperkirakan suhu permukaan matahari.

Sedangkan menurut Planck karakteristik radiasi yang dipancarkan oleh benda mampat. Setiap benda dapat memancarkan energi gelombang elektromagnetik secara terus menerus tanpa dipengaruhi oleh temperatur benda tersebut. Pada suhu kamar sebagian . Planck berpendapat bahwa pancaran radiasi tidak  kontinu yang berpautan dengan frekwensi tertentu (f) dari cahaya, semuanya memiliki energi (E) yang sama , dimana E berbanding lurus dengan f dan hubungan tersebut ditulis dengan persamaan berikut :

E = h f

Keterangan :

E = energi (joule)

h = tetapan planck (6,63 x 10-34 Js)

Persamaan energi fotoelektron maksimum , ditulis :

E1 = Ekmax + E2

h f = Ekmax + h fo

Jika fungsi kerja logam 1 eV = eV = 1,6 x 10-19 joule, maka persamaan energi E = H f dapat ditulis menjadi :

energi3

Keterangan :

E1 = energi datang dari kuantum cahaya masing  masing

Ekmax = energi kinetik fotoelektron maksimum

E2 = energi  minimum yang diperlukan untuk melepaskan sebuah eektron

Contoh soal : Hitunglah besar energi kinetik fotoelektron jika cahaya ultra ungu dengan panjang gelombang 40 x 108  Ao jatuh pada permukaan kalium (Ekalium = 2,2 eV).

Diket : Ekalium = 2,2 eV,  λ = 40 x 108  Ao

Ditanta : Emax = ……. ?.

Jawab :

Energi4

 3. DUALISME GELOMBANG PARTIKEL

Berdasarkan teori gelombang, gelombang cahaya menyebar dari sumbernya seperti riak yang menyebar pada permukaan air yang dijatuhkan benda. Berdasarkan teori kuantum , cahaya menyebar dari sumbernya seperti sederetan energi yang terkonsentrasi dan terlokalisasi. Teori kuantum berhasil menjelaskan efek foto listrik yang menyatakan bahwa energi maksimum fotoelektron harus bergantung pada frekwensi cahaya datang dan tidak bergantung pada identitasnya.

sebuah gelombang elektromagnetik berfrekwensi (f) yang mengenai pada sebuah layar.  Intensitas (I) tergantung pada medan magnet. Sehingga dapat dituliskan sebagai berikut :

I = n h f

Keterangan :

I = Frekwensi gelombang cahaya (Hz)

h = konstanta Plank (6,63 x 10-34 Js )

n = bilangan kuantum (n = 1,2,3, …. )

c = kecepatan cahaya (3 x 108 m/s )

4. EFEK COMPTON

Sebuah foton menumbuk sebuah elektron pada kulit terluar suatu atoom, sehingga sebagian dari dari energi foton terserap oleh elektron. Besar energi yang dilepaskan foton sama dengan besar energi yang diterima elektron, sehingga elektron terlepas dari inti.

∆E = h f – h fo

Berdasarkan kesetaraan antara massa dan energi , yaitu E = m c2. dan besarnya energi tiap foton E = h c / λ diperoleh momentum foton p = m c, dimana m = E / c2 . maka didapatkan persamaan :

p = h / λ

Keterangan :

p = momentum (Ns)

h = konstanta Plank ( 6,63 x 10-34 Js )

λ = panjang gelombang foton (m)

5. DIFRAKSI SINAR X

Gelombang sinar x dengan panjang gelombang λ menegnai kristal dengan sudut θ terhadap permukaan dan jarak antar atomnya d. Jika sinar x tersebut mengenai atom A pada bidang pertama dan atom B pada bidang berikutnya . Setiap atom menghamburkan berkas sinar dalam arah rambat nya dengan sudut hambur berkas I dan II yang sejajar bernilai sama θ dengan syarat bahwa

2d sin θ = n λ

Jarak antar atom dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

 d = (M / ρ x 1,66 x 10-27 )1/3 Kg / μ

Keterangan :

d = jarak antar atom (m)

ρ = kerapatan (massa jenis Kg / m3 .)

M = massa atom (Kg)

Contoh soal :

Hitunglah jarak antara atom kristal NaCl yang massanya 60 g dan kerapatannya  2 x 103  Kg / m3.

Diketahui : M = 60 g , ρ = 2,16 x 109 Kg / m3.

Ditanya : d = …. ?

Jawab :

d = (M / ρ x 1,66 x 10-27 )1/3

d = (60/2 x 103 x 1,66 x 10-27) 1/3

d = (49,8 x 10-30) 1/3

d = 3,7 Ao.