SIFAT GELOMBANG DARI PARTIKEL

A.  Radiasi Benda Hitam

Benda hitam adalah benda yang dapat menyerap radiasi atau panas, serta dapat juga memantulkan.Benda hitam ideal adalah menyerap seluruhnya tanpa memantulkan.

memiliki sifat mendua, yaitu sebagai gelombang dan sekaligus sebagai partikel. Cahaya bersifat sebagai gelombang karena cahaya dapat menampilkan peristiwa difraksi dan interferensi. Perilaku cahaya sebagai gelombang di terangkan dengan persamaan max well sebab cahaya merupakan sebagian dari spektrum gelombang elektromagnet (gem) yang memiliki komponen getar medan listrik dan medan magnet. Cahaya juga bersifat sebagai partikel sebab dapat menampilkan peristiwa pantulan dan efek fotolistrik. Pada teori kuantum cahaya membahas cahaya sebagai partikel, sehingga sinar di pandang sebagai arus partikel yang berupa paket-paket tenaga. Paket tenaga itu di sebut kuanta cahaya.

v  Benda hitam adalah semua benda yang dapat menyerap radiasi dari gelombang elektromagnetik.

v  Radiasi benda hitam adalah Energi pantulan yangntelah diserap oleh benda hitam.

v  Benda hitam ideal adalah Benda yang mampu menyerap semua energi dan tidak dipantulkan lagi.

1.         Stevan-  Boltzman

Hukum Stefan-Boltzman mengatakan “ Daya total  dari radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam  sebanding dengan pangkat suhu mutlaknya,semakin besar suhunya,maka semakin besar dayanya “

Secara matematis :

P = T⁴.

Jika e = 1 dan P = I . A ,maka ,

I = T⁴

Dengan : I = Intensitas cahaya

                 T = suhu mutlak ( K )

 Tetapan stefan-boltzman ( 5,67 x 10^-8  w/m )

  Kelemahan dari teoi Stevan-Boltzman :

‘’Stevan-Boltzman tidak bisa menjelaskan bahwa suhu tinggi akan mengubah warna    cahayanya (spektrum warna)”

2.   Hukum Pergeseran Wien

Hukum Pergeseran Wien mengatakan “ panjang gelombang untuk intesitas cahaya yang maksimum akan berkurang atau bergeser seiring bertambahnya waktu.

Secara matematis :

 max . T = C

Dengan :

λ max              = panjang gelombang untuk intesitas maksimum ( m)

T          = Suhu mutlak ( K )

C          = konstanta Wien ( 2,9 x 10^-3mk )

Hukum Pergeseran Wien telah mampu menjelaskan bahwa  benda yang semakin dipanaskan akan berubah warna.

Kelemahan hukum Pergeseran Wien yaitu :

a.    Hukum Pergeseran Wien Tidak mampu menjelaskan bahwa radiasi yang di pancarkan , berlangsung secara terus menerus ( Energi  kontinue )

b.    Hukum Pergeseran Wien  hanya mampu menjelaskan  radiasi energi untuk panjang gelombang yang kecil dan tidak dapat menjelaskan radiasi pada panjang gelombang yang besar .

3.    Hukum Rayleigh- Jeans

Lord Rayleigh menyelidiki emisi spektral benda hitam secara teoritis dan kuantitatif. Fluks tenaga radiasi dari lubang bpada rongga adalah sebanding dengan rapat tenaga radiasi ke dalam rongga. Menurut Rayleigh, di dalam rongga banyak berisi gelombang berdiri disebabkan oleh radiasi itu. Setiap gelombang berdiri bergetar pada ragamnya, saat kesetimbangan termal, setiap ragam bergetar pada tenaga sebesar tenaga termal rerata yaitu ( dimana k = tetapan boltzmann, dan T = suhu dalam K ).

“ Pada saat λ=0, maka intensitasnya tak berhingga,yang menyebabkan energi tak berhingga “.

I=  = =

  Dan persamaan datas disebut bencana ultraviolet.

   

 Kelemahan Hukum Rayleigh- Jeans

       Hanya mampu menjelaskan radiasi pada panjang gelombang( λ) yang besar.

4.       Teori Max-Planck

     Max Plank (1900) memperbaiki pendapat Rayleigh dengan menerka, bahwa emisi spektral itu fungsi λ dan T, yang  di nyatakan:

                  S_{λ =}  [  ]

       Dimana h adalah tetapan plank yang nilainya 6,63x10^-34 Js, sedangkan      h =  .Plank dapat menjelaskan tentang kuantisasi tenaga yang berdasar konsep fisika kuantum. Dinding rongga tersusun dari osilator harmonis, yaitu sederetan atom bermuatan listrik.

a.      Energi Radiasi bersifat diskrit (beritingkat-tingkat,secara terus menerus )

b.      Bergantung pada tingka-tingkat  energi  untuk setiap keadaan kuantum

E=n.f.h      n=1,2,3....+n

Ket:     n  = bilangan Kuantum

            h =konstanta (6,626 X 10^-3) J.S

            f =Frekuensi cahaya

            Penjelasan max planck berdasarkan hukum wien dan rayleigh jeans

‘’Untuk panjang gelombang yang pendek memerlukan energi yang besar karena jaraknya yang jauh “

“Untuk panjang gelombang yang panjang energi yang digunakan sedikit karena jaraknya yang dekat”

B.     Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik pertama kali dilakukan oleh Henry Hertz pada tahun 1887, kemudian dilanjutkan oleh Einstein pada tahun 1905. Efek fotolistrik adalah proses pelepasan elektron dari suatu penampang yang disinari cahaya atau gelombang elektromagnetik. Elektron bebas disebut foto elektron.

Hasil percobaan Einstein

1.           Energi kinetik foto elektron bergantung pada frekuensi cahaya

2.         Elektron dapat terlepas hanyan jika frekuensinya berada di atas frekuensi ambang (F>Fo)

3.         Setiap foton memiliki energi yang cukup untuk melepaskan elektron, meskipun intensitasnya rendah.

Vs=Ek

Ek= e.Vs

Dimana:

Ek = energi kinetik

 E =

Vs= potensial penghenti

  Foton                                 E = h.f

Fungsi kerja elektron:

E_o = h.f_o

Jadi,

Ek    = E - E_o

         = h.f – h.f_o

e.Vs  = h ( f – f_o)

C.   Efek Compton

Cara lain radiasi berinteraksi dengan atom adalah melalui  efek compton, dalam mana radiasi di hamburkan oleh elektron hampir bebas yang terikat lemah pada atomnya. Sebagian energi radiasi di berikan kepadsa elektron, sehingga terlepas dari atom; energi yang sisa di radiasikan kembali sebagai radiasi elektromagnet. Menurut gambaran gelombang, energi radiasi yang di pancarkan itu lebih kecil daripada energi radiasi yang datang ( selisihnya dapat berubah menjadi energi kinetik elektron ), namun panjang gelombang keduanya tetap sama. Kelak kita akan lihat bahwa konsep foton meramalkan hal yang berbeda bagi radiasi yang di hamburkan.

Proses hamburan ini di analisis sebagai suatu interaksi (“tumbukan” dalam pengertian partikel secara klasik ) antara sebuah foton dan sebuah elektron, yang kita anggap diam. Pada keadaan awal, foton memiliki energi E yang di berikan oleh

                                                

E = hv =

Dan momentumnya adalah

                                    P =

Elektron, pada keadaan diam, memiliki energi diam m_ec^2. setelah hamburan foton memiliki energi E¹ dan momentum P¹ dan bergerak pada arah yang membuat sudut θ terhadap arah foton datang. Elektron memiliki energi total E_e, dan momentum P_e dan bergerak pada arah yang membuat sudut ϕ terhadap foton datang. ( agar analisisnya mencakup pula foton datang berenergi-tinggi yang memberikan energi sangat besar pada elektron yang terhamburkan maka kita membuat kinematika relativistik bagi elektron ). Dalam interaksi ini berlaku persyaratan kekekalan energi dan momentum, yakni :

E_awal = E_akhir

E + m_ec² = E¹ + E_e

( P_x)_awal = ( P_x )akhir

P = P_e cos ϕ + P’ cos θ

( p_y )_awal = ( P_y )_akhir

0 = P_e sin ϕ ϕ - P’ sin θ

compton ditemukan oleh Arthur Compton pada tahun 1923. Berdasarkan peristiwa efek foto listrik yang ditemukan oleh Einstein, Arthur Holy Compton telah mengamati gejala-gejala tumbukan antarfoton yang berasal dari sinar X dengan elektron.

                       

Compton mengamati hamburan foton dari sinar X oleh elektron dapat diterangkan dengan menganggap bahwa foton seperti partikel dengan energi hf dan momentum hf /c cocok seperti yang diusulkan oleh Einstein.

Berdasarkan hasil pengamatan ternyata sinar X yang terhambur memiliki panjang gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang sinar X semula. Hal ini dikarenakan sebagian energinya terserap oleh elektron. Jika energi foton sinar X yang terhambur menjadi (hf – hfo) dalam hal ini f > fo, sedangkan panjang gelombang yang terhambur menjadi tambah besar.