Teori Klasik dan Teori Kuantum Planck

Fisika SMAMA XII 224 a. Energi radiasi yang dipancarkan oleh getaran atom-atom benda hitam berbentuk diskret diskontinu yaitu berupa paket energi yang besarnya : E = n h f .... 7.3 Dengan n adalah bilangan kuantum dan f adalah fre- kuensi getaran atom, dan h adalah konstanta Planck yang besarnya 6,625 x 10 -34 Joule sekon. Karena energinya diskret maka dikatakan energinya terkuantisasi atau tereksitasi, di mana energi yang boleh diperkenankan adalah untuk n = 1, 2, 3, ... yang kemudian dikenal sebagai tingkat-tingkat energi atom. b. Molekul-molekul atau atom-atom akan memancarkan atau menyerap energi dalam bentuk paket-paket energi diskret yang disebut kuantum atau foton. Setiap foton memiliki energi sebesar hf. Jika suatu atom menyerap 1 foton, energinya bertambah sebesar hf dan sebaliknya jika memancarkan satu foton energinya akan berkurang sebesar hf. Gambar 7.3 menggambarkan tingkat- tingkat energi atom atau molekul. Gagasan Max Planck baru menyangkut permukaan benda hitam saja. Kemudian Albert Einstein memperluasnya menjadi lebih luas yang dengan menggunakan teori kuantum, bahwa cahaya merupakan pancaran paket-paket energi yang disebut foton. Teori-teori yang dikemukakan sebelum tahun 1900 sering disebut dengan fisika klasik, sedang teori setelah tahun 1900 yang dengan diawali teori kuantum Planck ini disebut fisika modern. Contoh Soal Hitunglah energi foton dari gelombang cahaya yang memiliki frekuensi 5.10 14 Hz h = 6,62.10 -34 Js , 1 eV = 1,6 .10 -19 Joule dan 1 Joule = eV Penyelesaian : Diketahui : h = 6,62 x 10 -34 Js f = 5 x 10 14 Hz Ditanyakan : E = ...? Jawab : E = hf = 6,62 x 10 -34 x 5 x 10 14 = 33,1 x 10 -19 Joule atau E = eV = 20,69 eV 225 Fisika SMAMA XII Untuk menguji teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Planck, kemudian Albert Einstein mengadakan suatu pe- nelitian yang bertujuan untuk menyelidiki bahwa cahaya merupakan pancaran paket-paket energi yang kemudian disebut foton yang memiliki energi sebesar hf. Percobaan yang dilakukan Einstein lebih dikenal dengan sebutan efek foto- listrik. Peristiwa efek fotolistrik yaitu terlepasnya elektron dari permukaan logam karena logam tersebut disinari cahaya. Soal Latihan : 1. Hitung berapa panjang gelombang foton yang memiliki energi sebesar 2,75 eV. Jika digunakan h = 6,6 .10 -34 Js dan c = 3.10 8 ms. 2. Hitung energi foton yang memiliki panjang gelombang 6,0 nm h = 6,62.10 -34 Js dan c = 3.10 8 ms. 3. Hitung panjang gelombang foton yang memiliki energi se- besar 3.10 -19 joule Jika h = 6,62.10 -34 Js dan c = 3.10 8 ms. Gambar 7.4 Skema alat untuk menyelidiki efek fotolistrik Apabila di siang hari yang cuacanya cukup cerah, badan kita akan merasakan lebih panas jika memakai baju hitam dibandingkan dengan memakai baju putih. Demikian pula bila kita berdiri di dekat tungku yang berwarna hitam akan terasa lebih panas dibandingkan dengan tungku yang berwarna putih. Jelaskan mengapa bisa demikian coba diskusikan dengan temanmu

B. Efek Fotolistrik

Life Skills : Kecakapan Sosial Fisika SMAMA XII 226 Gambar 7.4 menggambarkan skema alat yang diguna- kan Einstein untuk mengadakan percobaan. Alat tersebut ter- diri atas tabung hampa udara yang dilengkapi dengan dua elektroda A dan B dan dihubungkan dengan sumber tegangan arus searah DC. Pada saat alat tersebut dibawa ke dalam ruang gelap, maka amperemeter tidak menunjukkan adanya arus listrik. Akan tetapi pada saat permukaan Katoda A dijatuhkan sinar amperemeter menunjukkan adanya arus listrik. Hal ini menunjukkan adanya aliran arus listrik. Aliran arus ini terjadi karena adanya elektron yang terlepas dari permukaan yang selanjutnya disebut elektron foto A bergerak menuju B. Apabila tegangan baterai diperkecil sedikit demi sedikit, ternyata arus listrik juga semakin mengecil dan jika tegangan terus diperkecil sampai nilainya negatif, ternyata pada saat tegangan mencapai nilai tertentu -V o , amperemeter menunjuk angka nol yang berarti tidak ada arus listrik yang mengalir atau tidak ada elektron yang keluar dari keping A. Potensial V o ini disebut potensial henti, yang nilainya tidak tergantung pada intensitas cahaya yang dijatuhkan. Hal ini menunjukkan bahwa energi kinetik maksimum elektron yang keluar dari permukaan adalah sebesar: Ek = mv 2 = e Vo .... 7.4 dengan : Ek = energi kinetik elektron foto J atau eV m = massa elektron kg v = kecepatan elektron ms e = muatan elektron C Vo = potensial henti volt Berdasarkan hasil percobaan ini ternyata tidak semua cahaya foton yang dijatuhkan pada keping akan menimbulkan efek fotolistrik. Efek fotolistrik akan timbul jika frekuensinya lebih besar dari frekuensi tertentu. Demikian juga frekuensi minimal yang mampu menimbulkan efek fotolistrik ter- gantung pada jenis logam yang dipakai. Selanjutnya, marilah kita pelajari bagaimana pandangan teori gelombang dan teori kuantum foton untuk menjelas- kan peristiwa efek fotolistrik ini. Dalam teori gelombang ada dua besaran yang sangat penting, yaitu frekuensi panjang gelombang dan intensitas. Gambar 7.5 Grafik hubungan antara intensitas dengan potensial henti Arus I 2 I 1 –V o V