2. Table of Contents
Teori
KuantumRadiasi Benda
Hitam
Pemahaman
Klasik Cahaya
sebagai
Gelombang
Efek
Fotolistrik
01
04
0302
05Pemahaman
Cahaya sebagai
Artikel
4. Kegagalan fisika klasik bermula di akhir abad ke-19
ketika para ilmuwan tidak mampu menjelaskan fenomena
radiasi benda hitam. Meskipun tidak ada benda yang
benar-benar hitam sempurna di dunia ini, secara teori
benda hitam akan menyerap semua cahaya yang datang
tanpa memancarkan radiasi energi berupa panas seperti
benda-benda lainnya. Namun faktanya benda hitam tetap
memancarkan radiasi energi dengan tingkatan atau
intensitas yang berbeda. Intensitas ini dapat diprediksi
dengan mengetahui temperaturnya menggunakan
Hukum Rayleigh-Jeans.
5. Hukum Rayleigh-Jeans ditemukan oleh Lord Rayleigh dan Sir
James Jeans, dua ilmuwan asal Inggris tahun 1900. Menurut
hukum tersebut, semakin pendek suatu gelombang, seperti
sinar ultraviolet, maka intensitas radiasi energinya semakin
tinggi menuju tak hingga.
Sayangnya, hasil eksperimen menunjukkan bahwa semakin
pendek gelombangnya, intensitas radiasinya justru menurun.
Kegagalan Hukum Rayleigh-Jeans menjelaskan fenomena
radiasi benda hitam ini dikenal sebagai Bencana Ultraviolet
atau Ultraviolet Catastrophe.
7. Pada tahun 1900, seorang fisikawan asal Jerman,
Max Planck muncul dengan gebrakan baru yang
menjadi awal munculnya fisika modern. Planck
mampu menjelaskan permasalahan bencana
ultraviolet yang sebelumnya tidak mampu
dijelaskan oleh ilmuwan-ilmuwan lainnya.
Menurut Planck, radiasi elektromagnetik yang
dipancarkan suatu benda terbagi-bagi, atau diskret ke
dalam paket-paket energi yang disebut Kuantum.
Besarnya energi ini bergantung pada besarnya
frekuensi gelombang elektromagnetik. Planck
menjelaskan teorinya ini dengan rumus matematik
berikut.
8. X
Y
Teori Planck ini mampu menjelaskan bencana
ultraviolet. Hasil perhitungan dengan persamaan
Planck ini ternyata sama dengan hasil eksperimen
sebelumnya. Mereka menunjukkan grafik
pengamatan benda hitam dengan pola yang sama.
Atas penemuannya ini, Max Planck mendapatkan
penghargaan Nobel Fisika pada tahun 1918. Teori
Planck kemudian lebih dikenal sebagai Teori
Kuantum dan mengawali peralihan fisika klasik
menuju fisika modern. Teori Planck juga
menginspirasi banyak ilmuwan terhadap berbagai
pandangan baru, salah satunya mengenai cahaya.
10. Isaac Newton mengatakan bahwa cahaya terdiri atas
partikel-partikel yang sangat kecil. Namun, berbagai
eksperimen membuktikan bahwa cahaya juga
merupakan sebuah gelombang. Salah satu eksperimen
yang membuktikan bahwa cahaya merupakan
gelombang adalah eksperimen celah ganda yang
dilakukan oleh Thomas Young pada tahun 1801. Young
menutup jendela di suatu ruangan gelap dan hanya
membuka satu celah kecil yang menjadi sumber
cahaya tunggal. Di depan cahaya tersebut diletakkan
dua celah tipis yang berdekatan. Cahaya dari celah
ganda tersebut kemudian diamati melalui sebuah
layar.
11. Menurut teori Newton, hanya akan ada dua titik terang yang
terlihat di layar karena partikel bergerak lurus melalui dua
celah yang ada. Namun yang terbentuk di layar adalah pola
gelap terang. Pola gelap terang ini muncul karena adanya
fenomena interferensi yang dihasilkan oleh gelombang.
Bagian gelap muncul ketika gelombang cahaya dari kedua
celah saling meniadakan, dan bagian terang muncul ketika
keduanya saling menguatkan. Berdasarkan percobaan
tersebut, Young menyimpulkan bahwa cahaya adalah
gelombang. Sayangnya, pemahaman klasik mengenai cahaya
ini menemukan permasalahan ketika dihadapkan pada
peristiwa efek fotolistrik.
13. Peristiwa efek fotolistrik pertama kali diamati oleh
fisikawan asal Jerman, Heinrich Hertz tahun 1887.
Peristiwa ini berkaitan dengan suatu permukaan logam
yang disinari oleh cahaya. Hasil dari penyinaran ini
nantinya akan melepas elektron dari permukaan logam.
Elektron yang lepas ini dapat diketahui karena muncul
arus listrik. Munculnya arus listrik karena cahaya ini
kemudian disebut sebagai efek fotolistrik.
Menurut Young, cahaya adalah gelombang yang
mampu melepaskan elektron karena adanya transfer
energi dari cahaya ke elektron. Energi elektron yang
lepas dari permukaan logam akan dipengaruhi oleh
intensitas cahaya, yakni seberapa terang cahaya
tersebut menyinari permukaan logam. Semakin
terang cahayanya, semakin besar energi
elektronnya.
14. Namun kenyataannya, energi elektron yang lepas tidak
dipengaruhi oleh intensitas cahaya. Sebanyak apapun
cahaya yang disorot ke permukaan logam, tidak
mempengaruhi energi elektron yang lepas, namun jumlah
elektron yang lepas. Ketika permukaan logam disinari
cahaya yang redup, jumlah elektron yang keluar akan
sedikit. Sebaliknya, ketika permukaan logam disinari oleh
cahaya yang terang, jumlah elektron yang keluar juga akan
banyak. Namun, tingkat energi yang dikeluarkan akan tetap
sama.Tingkat energi akan berubah jika frekuensi cahaya
berubah. Semakin besar frekuensi cahayanya,
semakin besar pula energi elektron yang dihasilkan.
Ini menunjukkan bahwa intensitas cahaya hanya
berpengaruh pada jumlah elektron yang lepas, bukan
energinya. Ini bertentangan dengan teori gelombang
cahaya yang menyatakan bahwa intensitas cahaya
berpengaruh pada jumlah energi elektron.
16. Albert Einstein, seorang ahli fisika asal Jerman
terinspirasi dengan pandangan Planck tentang radiasi
gelombang elektromagnetik yang menjelaskan bahwa
gelombang elektromagnetik terpaket-paket dalam energi
yang disebut kuantum. Namun, Einstein lebih terfokus
pada cahaya, salah satu gelombang elektromagnetik.
Einstein berpendapat bahwa sifat cahaya sebagai partikel
berperan pada efek fotolistik. Einstein mengatakan bahwa
cahaya adalah partikel yang memiliki massa dan
momentum sehingga partikel bisa bertumbukan. Cahaya
sebagai artikel ini dikenal dengan nama foton.
17. Pendapat Einstein ini menjawab pertanyaan mengapa intensitas cahaya hanya
memengaruhi jumlah elektron yang lepas. Elektron-elektron yang lepas dari
logam merupakan hasil tumbukan elektron dengan foton cahaya. Setelah
saling bertumbukan, foton akan musnah karena menyerahkan energinya
kepada elektron yang tertumbuk.
Sebagian energi yang diterima elektron akan digunakan oleh elektron untuk
melepaskan diri dari permukaan logam, agar bisa lepas dari energi
ambangnya. Energi ambang adalah energi batas yang dimiliki oleh logam
untuk melepaskan elektronnya. Elektron baru bisa lepas dari permukaan
logam apabila melewati energi ambangnya. Sisa energi dari foton tadi menjadi
energi kinetik maksimal elektron setelah elektron bebas dari logam.
18. X
Z
Y
X
Secara matematik dapat dituliskan
melalui persamaan berikut.
Atas jasanya dalam menjelaskan fenomena
efek fotolistik, Albert Einstein kemudian
mendapat penghargaan Nobel Fisika pada
tahun 1921.
19. Dari penjabaran tadi, dapat
disimpulkan bahwa selain sebagai
gelombang, cahaya juga dapat
berperilaku sebagai partikel. Dari
simpulan tersebut, muncul
gagasan Dualisme Gelombang
Partikel di mana cahaya tidak
hanya bisa bersifat sebagai
gelombang namun dapat bersifat
sebagai partikel pada situasi
tertentu.
20. CREDITS: This presentation template was created by
Slidesgo, including icons by Flaticon, and infographics &
images by Freepik.
Thanks
Do you have any questions?
candrapriliam123@gmail.com