Wilhelm Wien menemukan suatu hubungan empirik sederhana antara panjang gelombang yang dipancarkan untuk intensitas maksimum sebuah benda dengan suhu mutlak T, yang dinyatakan sebagai :mK 10 2,898 C T 3 maks
= =
(7.2)
Dengan C adalah tetapan pergeseran Wien. Pada gambar di bawah ini ditunjukkan grafik hubungan antara intensitas terhadap panjang gelombang suatu benda hitam sempurna untuk tiga jenis suhu. Perhatikan pergeseran puncak-puncak spektrumnya. Panjang gelombang untuk intensitas maksimum semakin kecil seiring dengan bertambahnya suhu mutlak. Total energi kalor radiasi yang dipancarkan sebanding dengan luas daerah di bawah grafik.Gambar 7.1. Grafik intensitas terhadap panjang gelombang suatu benda hitam pada 3 jenis suhu mutlak.
Dari grafik di atas, kita mendapat gambaran bahwa intensitas radiasi maksimum akan memiliki nilai panjang gelombang kecil (dengan kata lain frekuensi besar) pada benda dengan suhu tinggi. Dan sebaliknya, intensitas radiasi maksimum akan memiliki nilai panjang gelombang besar (dengan kata lain frekuensinya kecil) ketika benda bersuhu lebih rendah. Hukum pergeseran Wien ini hanya dapat menjelaskan radiasi benda hitam dengan panjang gelombang yang nilainya kecil (pendek). Ia gagal menjelaskan radiasi benda hitam untuk panjang gelombang yang nilainya besar (panjang).C. Teori Rayleigh and Jeans
RayleighJeans dapat menjelaskan radiasi benda hitam untuk panjang gelombang yang nilainya besar, namun gagal menjelaskan radiasi benda hitam untuk panjang gelombang yang nilainya kecil. Artinya, berdasarkan teori Rayleigh and Jeans ini, hukum StefanBoltzmann (pers. 7.1) hanya berlaku pada panjang gelombang yang nilainya besar.D. Hipotesis Kuantum Planck
Fisika Kuantum
641 23Intensitasr adiasi
T1 Kegagalan Wien dan RayleighJeans ini memacu seorang ilmuwan fisika Max Planck untuk membuktikan Hukum StefanBoltzmann. Ada dua hipotesis yang dikemukakan Planck mengenai hal ini : 1. Energi radiasi yang dipancarkan oleh benda bersifat diskret, yang besarnya : f . h . n En = (7.3)
Dengan n adalah bilangan asli (1, 2, 3,....) yang disebut bilangan kuantum. Sedangkan f adalah frekuensi getaran molekul benda. Dan h adalah konstanta (tetapan) Planck yang besarnya 6,626 10-34 Js. 2. Molekul-molekul dalam benda memancarkan (emisi) atau menyerap (absorbsi) energi radiasi dalam paket-paket diskret yang disebutkuantum ataufoton. Gagasan Planck ini baru menyangkut permukaan benda hitam. Selanjutnya, Albert Einstein memperluasnya menjadi fenomena yang universal. Dan berdasarkan teori kuantum, cahaya merupakan pancaran paket-paket energi (foton) yang terkuantisasi (diskret) yang besarnya sesuai dengan persamaan (7.3). Teori Planck inilah awal munculnya Fisika Modern.
Gambar 7.2. Perbandingan teori Wien, Rayleigh Jeans dan Planck. E. Efek Fotolistrik Efek fotolistrik merupakan hasil eksperimen klasik yang menunjukkan bahwa cahaya memiliki karakteristik sebagai partikel. Percobaan efek fotolistrik dilakukan oleh Albert Einstein untuk menguji adanya foton. Einstein menyatakan bahwa ketika cahaya dipancarkan, energinya harus berkurang sebesar hf, 2hf, 3hf, dan seterusnya. Dengan demikian, cahaya yang dipancarkan ternyata merupakan partikelpartikel kecil yang disebutfoton. Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron- elektron dari permukaan logam (elektron foto) ketika logam tersebut disinari dengan cahaya. Berdasarkan hukum kekekalan energi : 0 2 2 1 eV mvmaks= (7.4) Keterangan :
m
:
Massa elektron (9,1 10-31 kg)
v
: Kelajua
n pancara n
elektro n (m/s)
e : Muata n
elektro n (1,6 10-19 C)
V0 : Potensi
al henti (Volt)F. Efek Compton
Arthur Holly Compton
mempel
ajari gejalagejala
tumbuk an antara
foton dan
elektron . Ia
mendap atkan kesimp
ulan bahwa paket-
paket energi gelomb
ang elektro magneti
k itu dapat
berfung si sebagai
partikel dengan momen
tum sebesar :h
c hf Pfoton= =
(7.5) Keteran gan :
P: Momen tum
foton (kgm/s)
hf:
Energi
foton (Joule)
:
Panjang gelomb
ang (meter)
Dari efek Compto
n ini tampak bahwa
cahaya memili ki sifat
kembar (dualis me)
yaitu sebagai gelomb
ang (memili ki
panjang gelomb ang dan
frekuen si), maupun
sebagai partikel (memp
unyai momen tum).
G. Hipotesis de Broglie
Louis de Broglie
menge mbangk
an gagasan tentang
dualism e gelomb
ang partikel
ini. Karena
cahaya memili ki
perilak u seperti
gelomb ang dan partikel
, mungki n juga
bahwa partikel -
partikel seperti elektro
n memili ki
perilak u sebagai
gelomb ang. Ia kemudi
an menunj ukkan
hubung an besaran
besaran antara
partikel dan
gelomb ang :mv h=
(7.6) Keteran gan :
:
Panjang gelomb
ang (meter)h
: Konsta nta
Planck (6,626 10-34 Js)
m: Massa
partikel (kg)
v: Kelajua n
partikel (ms-1)
Top Related