PPPPTK IPA
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: FISIKA KUANTUM KELOMPOK KOMPETENSI I
26
No Pandangan Fisika Klasik Teori Gelombang tentang Radiasi
Benda Hitam Melalui Analisis Rayleigh-Jeans
Pandangan Fisika Modern Teori Kuantum tentang Radiasi Benda
Hitam Melalui Analisis Planck
4
Hasil perhitungan kenyataannya bahwa teori ini cocok untuk
frekuensi rendah yang bernilai k
B
T. Akan tetapi hasil perhitungan
menyababkan rumus distribusi rapat energi spektral yang
dihasilkan tidak cocok dengan eksperimen kususnya untuk
frekuensi tinggi daerah ultra violet
Perlu dicatat langkah-langkah yang dilakukan Rayleigh dan Jeans
sepenuhnya tidak bertentangan dengan teori yang ada saat itu.
Kegagalan ini sekaligus merupakan kegagalan fisika yang
telah dikembangkan sampai saat ini. Peristiwa itu dalam sejarah
fisika, dikenal sebagai bencana ultraviolet.
Hasil perhitungan menghasilkan penjelasan energi rata-rata tiap
osilator haruslah bergantung pada frekuensinya. Pada frekuensi tinggi
bernilai nol dan pada frekuensi rendah bernilai k
B
T. Pernyataan tersebut dapat dijawab denan
mengamati nilai limit
pada
mendekati pada mendekati
nol. Pencocokan dengan seluruh data
eksperimen dilakukan dengan memilih nilai h. Hasil terbaik dari
nilai tersebut adalah
h = 6,634x10
-34
J.s. keberhasilan Planck dalam
memecahkan masalah ini, khususnya yang berkaitan dengan
tetapan h , sebagai awal lahirnya fisika kuantum
5 Hasil perhitungan Rayleigh-Jeans
dv v
c T
k dv
v
B T
2 3
8
Hasil perhitungan Planck
dv T
k hv
hv v
c dv
v
B T
1 exp
8
2 3
2. Efek Fotolistrik
Penemuan efek fotolistrik merupakan tonggak sejarah perkembangan fisika kuantum. Pada saat itu orang-orang dihadapkan pada situasi
yang mana paham klasik yang telah mereka yakini sebelumnya terpaksa dirombak menjadi paham baru. Konsepsi yang ada pada
paham sebelumnya yaitu menyatakan bahwa cahaya tersebut merupakan sebuah gelombang. Paham baru yang muncul menyatakan
LISTRIK untuk SMP
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: FISIKA KUANTUM KELOMPOK KOMPETENSI I
Modul Guru Pembelajar Mata Pelajaran Fisika SMA
27
bahwa cahaya sebagai partikel. Konsepsi cahaya sebagai partikel ini merupakan cikal bakal yang nantinya mampu menjelaskan gejala efek
fotolistrik tersebut.
Paham baru yang muncul ini tidak diterima begitu saja olah masyarakan, tetapi menimbulkan suatu polemik dimana cahaya sebagai
gelombang telah dibuktikan kehandalannya dalam menjelaskan difraksi, interferensi dan polarisasi dimana gejala-gejala ini tidak mampu
dijelaskan berdasarkan paham cahaya sebagai partilel. Oleh karena itu para ahli sepakat bahwa cahaya tersebut memiliki dualisme sifat yaitu
cahaya sebagai gelombang dan partikel.
Penemuan gejala efek foto listrik ini diawali oleh eksperimen Heinrich Hertz melalui percobaan tabung lucutan. Ia mengemukakan bahwa
lucutan elektrik akan lebih mudah jika cahaya ultraviolet dijatuhkan pada electron tabung lucutan. Ini membuktikan bahwa cahaya
ultraviolet dapat mencabut atau melepaskan electron dari permukaan logam. Pengamatan gejala efek fotolistrik ini kemudian dilanjutkan oleh
P. Lenard dan secara teoritis dijelaskan oleh Einstein.
Alat efek fotolistrik terdiri atas dua plat logam plat anoda yang bermuatan negatif dan plat katoda yang bermuatan positif yang
ditempatkan dalam tabung kaca yang dihampakan dan terpisah pada jarak tertentu, yang berfungsi untuk meminimalkan tabrakan antara
elektron-foton dengan molekul gas, tabung kaca yang dilengkapi dengan jendela, yang terbuat dari bahan kuarsa, dimana melalui
jendela inilah berkas cahaya monokromatis ditembakkan ke plat katode sehingga plat tersebut melapaskan elektron. Dalam rangkaian alat ini
juga terdapat galvanometer yang digunakan untuk mendeteksi arus listrik yang dihasilkan, dan potensiometer diperlukan untuk mengatur
beda potensial antara plat anode dan plat katode. Secara skematik perangkat untuk mempelajari efek fotolistrik adalah seperti pada
gambar berikut.
PPPPTK IPA
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: FISIKA KUANTUM KELOMPOK KOMPETENSI I
28
Gambar 2.4 Skema perangkat percobaan efek fotolistrik Fenomena efek fotolistrik terjadi ketika cahaya monokromatis yang
ditembakkan menuju tabung yang selanjutnya mengenai pelat anoda yang potensialnya dibuat lebih besar dari potensial katoda. Untuk
cahaya dengan frekuensi tertentu, ternyata galvanometer G mendeteksi adanya arus listrik. Hal ini menunjukkan bahwa elektron yang
dipancarkan pelat anoda tersebut mampu mencapai pelat katoda, hal ini juga berarti bahwa ketika terlepas dari pelat anoda elektron sudah
memiliki energi kinetik yang cukup besar untuk menembus potensial penghalang yang dipasang antara pelat anoda dan katoda, untuk
menghentikan gerakan elektron ini diperlukan suatu potensial penghalang stopping potensial, V
S
. Besarnya stopping potensial V
S
ini dapat diatur dengan menggeser ke kiri atau ke kanan titik a pada potensiometer. Ketika kita menggeser titik a ke kiri berarti memperbesar
hambatan potensiometer, sehingga akibatnya teganganpotensial antara anoda dengan katoda mengecil, dan sebaliknya apabila titik a
digeser ke kanan, hambatan potensiometer akan mengecil, akibatanya tegangan antara anoda dengan katoda membesar. Jika V diperbesar
maka jumlah elektron yang mencapai pelat K akan berkurang sehingga arusnya menjadi semakin kecil. Hingga pada beda potensial V tertentu
elektron-elektron ini tidak bergerak sehingga tidak ada arus yang
Foton
G V
+ -
Potensiometer
a
Anoda Katoda
Voltmeter
Galvanometer Elemen
LISTRIK untuk SMP
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: FISIKA KUANTUM KELOMPOK KOMPETENSI I
Modul Guru Pembelajar Mata Pelajaran Fisika SMA
29
mengalir. Potensial V ini disebut potensial pemberhenti yang dilambangkan dengan
s
V
. Fenomena arus fotolistrik yang ditunjukkan pada eksperimen efek
fotolistrik terdapat beberapa fenomena yang tidak dapat dijelaskan dengan teori fisika klasik, sebagai berikut.
tidak adanya waktu tunda antara penyinaran sampai terjadinya arus fotoelektrik
energi kinetik fotoelektron tidak bergantung pada intensitas sinarfoton sebagaimana menurut teori fisika klasik tetapi hanya
bergantung pada frekuensi sinarfoton diperlukan frekuensi ambang untuk menghasilkan arus fotolistrik
dan setiap jenis bahanlogam memiliki fekuensi ambang yang berbeda-beda
kuat arus fotoelektrik dipengaruhi oleh intensitas penyinaran. Dalam menjelaskan fenomena efek fotolistrik, Albert Einstein
menggunakan teori kuantum sebagai landasan berpikir. Einstein mengemukakan bahwa energi yang dibawa oleh cahayasinar
terdistribusi secara diskrit terkuantisasi tidak kontinyu seperti yang diungkapkan dalam teori gelombang, sama artinya dengan
menganggap bahwa cahayasinar berperilaku sebagai partikel foton. Pada gambar berikut, cahaya yang merupakan paket energi foton
yang bersifat seperti partikel tetapi tidak bermassa yang memiliki energi
h dengan h = 6,634x10
-34
J.s, sehingga fenomena efek fotolistrik dapat dijelaskan dengan konsep tumbukan, seperti pada gambar
berikut.
