DUALISME GELOMBANG-PARTIKEL Oleh: Fahrizal Eko Setiono
RADIASI BENDA HITAM Benda hitam adalah benda yang yang dapat menyerap semua radiasi yang dikenakan padanya. Radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam disebut sebagai radiasi benda hitam. Pada dasarnya benda yang mempunyai suhu di atas nol kelvin akan memancarkan radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan spektrum tertentu. Panas tubuh manusia normal sekitar 36-37 derajat celcius atau 309-310 K, tetapi mengapa kita tidak dapat melihat spektrum yang dipancarkan tubuh kita????
RADIASI MENURUT STEFAN BOLTZMAN
Jika suatu benda dipanaskan, maka akan menghasilkan spektrum seperti gambar di bawah ini Grafik di atas menunjukkan hubungan antara intensitas radiasi dan panjang gelombang benda pada suhu yang berbeda-beda. Grafik tersebut menunjukkan hubungan yang rumit. Beberapa fisikawan mencoba menjelaskan grafik tersebut antara laian Wein, Reyleigh-Jeans, dan Max Planck.
1. Hukum Pergeseran Wien Persamaan Pergeseran Wein Perumusan Empiris Wein yang menyatakan hubungan antara intensitas radiasi dengan panjang gelombang
Mengukur Suhu Matahari
2. Formula Rayleigh-Jeans Rayleigh-Jeans melakukan perhitungan empiris untuk menentukan hubungan antara Intensitas radiasi dan panjang gelombang spektrum yang dihasilkan. Hasil perhitungan R-J adalah sebagai berikut: Jika panjang gelombang kecil (ke arah warna ungu) maka intensitas membesar menuju tak hingga. Ini yang disebut sebagai bencana ultra ungu (Ultraviolet Cathastrope) Ternyata baik Wein maupun R-J memperoleh hasil yang tidak sesuai dengan percobaan. Wien dan R-J gagal karena masih menggunakan teori klasik bahwa energi radiasi yang dipancarkan bersifat kontinu.
3. Hipotesis Max Planck Planck mengajukan gagasan baru yang cukup radikal untuk menjelaskan radiasi benda hitam. Gagasan Planck adalah energi yang dipancarkan tidak bersifat kontinu melainkan mempunyai nilai tertentu yang bersifat diskrit yaitu kelipatan bilangan bulat dari hf dengan h adalah konstanta Planck. Inilah Hipotesis Kuantum Planck yang terkenal. Secara matematis dituliskan: Perumusan Empiris Planck PERFECTLY WORK Planck menganggap energi radiasi GEM dipancarkan dalam bentuk paket-paket atau kuanta energi. Ini aneh karena gelombang bersifat kontinu tidak terpaket-paket.
PERBANDINGAN HASIL
EFEK FOTOLISTRIK Peristiwa terlontarnya atau terlepasnya elektron pada permukaan logam ketika logam disinari. Heinrich Hertz adalah orang yang menemukan efek ini, namun dia tidak dapat menjelaskan efek ini dengan baik. Dengan menggunakan hipotesis Planck, Albert Einstein berhasil menjelaskan efek ini dengan sempurna. Planck menganggap energi radiasi GEM dipancarkan dalam bentuk paket-paket atau kuanta energi. Ini aneh karena gelombang termasuk bersifat kontinu tidak terpaket-paket. Ini berarti gelombang termasuk cahaya memiliki sifat layaknya partikel atau materi. Paket-paket cahaya tersebut disebut dengan foton. Dengan teori inilah Einstein menjelaskan efek fotolistrik dengan baik yang membawanya pada penghargaan nobel.
Pengukuran Efek Fotolistrik dengan rangkaian sederhana Cahaya menyinari permukaan logam sehingga membebaskan elektron yang bergerak menuju plat kolektor Hasil percobaan: 1. Arus listrik yang terbaca amperemeter terjadi seketika saat logam disinari (delay time sangat kecil sekitar 1 ns. 2. Jika frekuensi sinar dan tegangan dijaga tetap maka arus listrik sebanding dengan intensitas cahaya. 3. Jika Intensitas cahaya dan frekuensi dijaga tetap dan tegangan diperbesar maka arus listrik akan turun hingga menuju nol. Tegangan saat arus listrik nol disebut sebagai tegangan henti / stopping potential (V0). 4. Untuk bahan tertentu stopping potential berubah secara linear terhadap frekuensi 5. Untuk bahan tertentu, terdapat frekuensi ambang (threshold frequency)
GRAFIK HASIL PERCOBAAN
EFEK COMPTON Efek Compton adalah peristiwa terhamburnya foton ketika ditembakkan pada elektron.
Hasil Percobaan Compton Efek Fotolistrik dan Efek Compton adalah peristiwa yang membuktikan bahwa gelombang cahaya dapat berperilaku sebagai partikel. Jika gelombang cahaya dapat berperilaku sebagai partikel, bisakah partikel berperilaku sebagai GELOMBANG??????
HIPOTESIS DE BROGLIE De Broglie memikirkan tentang simetri alam berdasarkan teori Einstein yang menyatakan cahaya bersifat seperti partikel. Hipotesis de Broglie adalah Jika gelombang cahaya dapat bersifat sebagai partikel, maka partikel seharusnya dapat bersifat sebagi gelombang. Awalnya hipotesis ini ditentang habis-habisan oleh Fisikawan di masa itu, karena ide ini di anggap aneh tetapi 3 tahun kemudian Fisikawan Davisson dan Germer berhasil menghitungpanjang gelombang elektron. Menurut de Broglie, panjang gelombang suatu partikel/materi dirumuskan:
SEKIAN DAN TERIMA KASIH