TEORI KUANTUM CAHAYA.ppt

8/18/2019 TEORI KUANTUM CAHAYA.ppt

1/27

TEORI KUANTUM CAHAYA


2/27

Pada akhir abad ke-19 : fisika mulai berkembang dengan munculnyhukum-hukum gerak Newton dan teori gravitasi umum, dan lain- lain.

SEJARAH PERKEMBANGAN KUANTUM CAHAYA

Gambar 1. Gelombang elektromagnetik yang membentuk radiasi elektromagnetik

Pada abad ke- ! ter"adi revolusi besar yang menge"utkan dunia fisika :#a$ Planck %199!& : energi yang teradiasi dan tersera' da'at terbagi

men"adi "umlahan diskrit yang disebut (lemen (nergi.

(instein %19!)& : melakukan 'ercobaan efek fotolistrik dimana cahaya yanmenyinari atom mengeksitasi elektron untuk mele"it keluar dari orbitalnya.


3/27

besi yang di'anaskan memancarkan energi ataugelombang elektromagnetik yang da'at beru'a cahayatam'ak. Pancaran energi suatu benda karena 'engaruhsuhunya disebut radiasi termal.

SEKILAS TENTANG CAHAYA

#enga'a saat besi disambung%dilas&, terlihat besi men"adkemerahan kemudian "ika di'anaskan terus menerus akantam'ak warna cahaya yang di'ancarkan oleh besi men"adikebiruan *


4/27

CAHAYA

Cahaya adalah energi berbentuk gelombangelekromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombangsekitar 380–750 nm.

+etia' benda yang memancarkan cahaya disebutsumbercahaya dan setia' benda yang tidak da'at memancarkancahaya disebutbenda gelap .

ahaya yang merambat digambarkan sebagai garis lurus berarah disebutsinar cahaya

Berkas cahaya terdiri dari bebera'a garis berarah se'erti 'ada Gambar berikut. erkas cahaya bisa 'aralel, divergen

%menyebar& atau konvergen %mengum'ul&.


5/27

Gambar 2. ahaya lilin hanya akan terlihat a'abila nyala lilin,ketiga lubang 'ada kertas, dan mata berada 'ada satu garis lurus.


6/27

ahaya memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

1. a'at dilihat oleh mata

. #erambat dengan lintasan lurus/. a'at merambat diruang ham'a %tan'a 0at 'erantara&

. a'at mengalami 'emantulan, 'embiasan,da'at di'adukan %interferensi&). #emiliki energy


7/27

TEORIPLANCK

Max Planck , ahli fisika dari 2erman, 'ada tahun 19!! mengemukakan teori kuantum 2umlah atau 'aket energi terkecil yang da'at di'ancarkan atau disera'

oleh atom atau molekul dalam bentuk radiasi elektromagnetik disebut

kuantum .

engan


8/27

Contoh soal :1. 3entukan kuanta energi yang terkandung dalam sinar dengan 'an"ang gelombang44!! 5 "ika kece'atan cahaya adalah / $ 1!6 m7s dan teta'an Planck adalah 4,4 $ 1!8/ 2s

Pembahasan( h%c7;&( %4,4 $ 1!8/ &%/ $ 1!6744!! $ 1!81! & / $ 1!819 "oule

2. Pan"ang gelombang cahaya yang di'ancarkan oleh lam'u monokromatis 1!! watt adalah),) .1!8< m. era'a nilai acah foton %'artikel cahaya& 'er sekon yang di'ancarkan

Pembahasanata :

P 1!! watt = (nergi yang di'ancarkan tia' sekon adalah 1!! "oule.

(nergi 1 foton( h%c7;&( %4,4 $ 1!8/ &%/ $ 1!67),) $ 1! 8< & "oule

2umlah foton %n&n 1!! "oule : > %4,4 $ 1!8/ &%/ $ 1!67),) $ 1!8< & "oule? ,6 $ 1!! foton.


9/27

enda hitam %bahasa @nggrisblack body & : benda yang memancarkanintensitas radiasi 'aling besar dan menyera' semua cahaya yangsam'ai ke 'ermukaannya.

Gambar 3. S kema radiasi benda hitam

RADIASI BENDA HITAM


10/27

Gambar 4. Aetika tem'eratur berkurang, 'uncak dari kurvaradiasi benda hitam bergerak keintensitas yang lebih rendah dan 'an"ang gelombang yang lebih 'an"ang. Grafik radiasi bendahitam ini dibandingkan denganmodel klasik dari Bayleigh dan2eans.

@ntensitas radiasi total yang di'ancarkan

oleh suatu enda hitam da'at dinyatakandengan hukum stefan- olt0mann, yaitu :

Cntuk benda yang bukan benda hitam

intensitas radiasinya dinyatakan dengan

R= Ƭ T 4

B intensitas radiasi total%D7m& teta'an stefan bolt0man%),4


11/27

Eukum +tefan- olt0mann yang menyatakan bahwa: Energi radiasi yang dipancarkan oleh suatu permukaanbenda hitam sebanding dengan luas permukaannya serta

pangkat empat suhu mutlaknya.

Keterangan :P daya radiasi !"att joule#s$e emisi%itas bendae & ' benda hitam sempurna

( luas permukaan benda !m ) $* suhu !Kel%in$+ Konstanta ,te-an /olt man 5127 &0 48

#mK 6

HUKUM STEFAN-BOLTZMANN


12/27

Contoh soal :

,ebuah benda dengan luas permukaan &00 m ) bersuhu7)7 oC. ika koe-isien ,te-an /olt man 5127 &0 48 #mK 6 dan emisi%itas benda adalah 012 tentukan laju rata rataenergi radiasi benda tersebut9

Pembahasan

ata :+ 5127 &0 48 #mK 6

* 7)7 oC &000 Ke 012

( &00 m ) &00 &046 &04)

;aju energi rata rata :P e+ * 6 (P !012$!5127 &0 48 $!&000$6!&04) $P 3601) joule#s


13/27

TENAGA KUANTUM

Ford Bayleigh menyelidiki emisi s'ektral benda hitam secara teoritidan kuantitatif. luks teaga radiasi dari lubang 'ada rongga adalahsebanding dengan ra'at tenaga radiasi ke dalam rongga.

di manah adalah teta'an Plank yang nilainya 4,4/ $ 1!-/ 2s, sedangkan

Plank da'at men"elaskan tentang kuantisasi tenaga yang berdsar konse' isikaAuantum. indding rongga tersusun dari osilator harmonis, yaitu sederatanatom bermuatan listrik. 2ika osilator harmonis itu berfrekuensiv, maka energiyang mungkin adalah:

E nhv, n !,1, ,/, ......................% &di manan disebut bilangan kuantum dari osilator.

(1)………..


14/27

3erda'at nilai

%dalam meter& yang disebabkanoleh radiasi benda hitam dengan berdasar hukum Dien, yaitu: (3)………

Integrasi dari rumusan Plank (1) pada nilai dari 0 sampai tak h ingga dapat

memberikan fluks keseluruhan yang sesuai dengan hukum +tefan- olt0mansebagai, yaitu:

.... .... .... .... ..... .... ..(4 )

dimana watt/m 2K.


15/27

Contoh soal :Diketahui, sebuah bintang m eradiasi bahang ke bu mi pada ukstenaga 1,2 x 1 0 -8 W/m 2. Diketahui pula bahwa jarak bumi kebintang a dalah 4,3 x 10 7 meter, dan suhu di permukaan bintangitu adalah 5200 K . Berapakah jejari bintang i tu?

Penyelesaian :

Daya k eseluruhan yang diradiasikan oleh bintang a dalah , di mana R a dalah jejari bintang, dan T merupakansuhu bintang (=5200 K). Jika uks t enaga diterima bumi daribintang ya ng berj arak l ad alah 1,2 x 10 -8 W/m 2, berarti dayakeseluruhan diradiasi oleh bintang adalah

Jadi jejari bintang ( R ) adalah 7,3 x 10 9 meter.


16/27

FOTON DAN EFEKFOTOLISTRIK

Gambar 5. Prinsi' 'engukuran efek fotolistrik.

Gambar 6. (fek fotolistrik

o Efek fotolistrik adalah 'engeluaran elektron dari suatu 'ermukaan %biasanlogam& ketika dikenai, dan menyera', radiasi elektromagnetik %se'erti cahtam'ak dan radiasi ultraungu& yang berada di atas frekuensi ambang tergan 'ada "enis 'ermukaan.

o Istilah lama u ntuk efek fotolistrik

adalah efek Hertz (yang saat ini tidakdigunakan lagi).


17/27

Gambar . sketsa alat untuk mengka"i efek elektromagnetik


18/27

oton adalah 'artikel elementer dalam fenomena elektromagnetik

oton diangga' sebagai 'embawa radiasi elektromagnetik, se'erti cahaya,gelombang radio, dan +inar-H

oton berbeda dengan 'artikel elementer lain se'erti elektron dan Iuark,karena ia tidak bermassa dan dalam ruang vakum foton selalu bergerak dengkece'atan cahaya,c.

Persamaan efek fotolistrik :hf hf !-(k

(vo hf-hf !v! hf J hf !

e e

f frekuensi cahaya atau foton %E0&f ! frekunsi ambang %E0&(k energi kinetik elektron %"oule&v! 'otensial henti % Kolt &

e muatan elektron % 1,4$1!-19 &( hf energi foton % "oule&


19/27

Contoh soal :rekuensi ambang suatu logam sebesar 6,!$1!-1 E0 dan logam tersebu

disinari dengan cahaya yang memiliki frekuensi 1!1) E0.2ika teta'anPlanck 4,4$1!-/ 2s,tentukan energi kinetik elektron yang terle'as dari 'ermukaan logam tersebut *

iketahui :f! 6,!$1!1 E0f 1!1) E0h 4,4 $1!-/ "s

Pen!elesaian :(k hf-hf!(k 4,4$1!-/ %1!1 -6,!$1!1 &

(k 1,/ $1! -19 2


20/27

Hukum emisi fotolistrik:

1. Untuk logam dan radiasi tertentu, jumlah fotoelektro ya ngdikeluarkan berbanding lurus dengan intensitas c ahaya Yang

digunakan.2. Untuk logam tertentu, terdapat frekuensi minimum radiasi. dibawah frekuensi ini fotoelektron tidak bisa d ipancarkan.3. Di atas f rekuensi tersebut, energi kinetik yang dipancarkanfotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya, namunbergantung p ada frekuensi cahaya.4. Perbedaan waktu dari radiasi dan pemancaran fotoelektronsangat kecil, kurang dari 10 -9 d etik.


21/27

"eskri#si Matematika#aksimum energi kinetik A maks dari sebuah elektron yang dikeluarkan dituliskansebagai berikut

di mana h adalah konstanta Planck dan f adalah frekuensi foton. Fambang L adalahfungsi ker"a %kadang dilambangkan D&, yang memberikan energi minimum yang

di'erlukan untuk memindahkan elektron terdelokalisasi dari 'ermukaan logam. ungsiker"a memenuhi

dimana f ! adalah frekuensi ambang batas untuk logam. #aksimum energi kinetikdari sebuah elektron dikeluarkan kemudian

(nergi kinetik adalah 'ositif, "adi kita harus memiliki fM f ! untuk efekfotolistrik ter"adi.


22/27

COMPTON

Contoh soal :

'ada efek com'ton,foton yang menumbuk elektron mengalami 'erubahan 'an"ang gelombang sebesar h7 mc,dengan h teta'an 'lanck, m massa delektron , dan c kece'atan foton . Eitung besar sudut hamburan yang di afoton tersebut.

; h7m c %1 - cos₀ O&

h7 m c h7m c %1 - cos₀ ₀ O&%1 - cos O& h7 m c 7 h7m c₀ ₀%1 - cos O& h7 m c $ m c7h₀ ₀%1 - cos O& 17cos O 17O 4!

oton yang menumbuk electron akan kehilangan sebagian energinya.

Pada tahun 19 /, Q.E. om'ton mencoba membuktikan kebenaran teorifoton yang menyatakan sifat 'artikel dari gelombang.

+etelah menumbuk electron, foton datang dengan energi E =hf akanterhambur dengan energihf’ dengan f’ R f .

oton yang menumbuk electron akan

kehilangan sebagian energinya. +etelahmenumbuk electron, foton datang denganenergi E =hf akan terhambur dengan energihf’ dengan f’ R f .


23/27

E@PS3(+@+ ( BSGF@(

$o%is &e 'ro(lie : cahaya da'at berada dalam suasana tertentu yang terdiri dari 'artikel- 'artikel, kemungkinan berbentuk 'artikel 'ada suatu waktu, yang mem'erlihatkan sifat-sifatse'erti gelombang.

Peristiwa gelombang 'artikel ditun"ukkan 'ada 'ercobaan avissondan Germer 'ada tahun 19 < yang menemukan adanya 'eristiwa difraksidan interferensi elektron yang 'an"ang gelombangnya da'at ditentukansebagai berikut :

engan; 'an"ang gelombang 'artikel %m&m massa 'ertikelv la"u 'artikelP momentum 'artikel,

engan; 'an"ang gelombang 'artikel %m&m massa 'ertikelv la"u 'artikelP momentum 'artikel

; h h mv P

; hT mev


24/27

"ika di'anaskan terus, benda hitam akan memancarkan radiasi kalor 'uncak yang s'ektrumnya memberikan warna-warna tertentu.

)%k%m Per(eseran*ien

Dien merumuskan bahwa 'an"ang gelombang 'ada 'uncak s'ectrum%lm& berbanding terbalik dengn suhu mutlak benda, semuai 'ersamaan:l mT = C dengan C adalah tetapan pergeseran ien sebesar )1


25/27

KETIDAKPASTIANHEISENBERG

*erner )eisenber( : mengembangkan #ekanika Auantumdan menemukan teoriU'rinsi' ketidak'astianU yang ber'engaruh besar terhada' 'erkembangan isika dan ilsafat abad !.


26/27

CONTOH SOAL


27/27

SEKIAN DAN TERIMA KASIH .. . .

Documents

TEORI KUANTUM CAHAYA.ppt