Dokumen tersebut membahas tentang konsep dan fenomena kuantum seperti radiasi benda hitam, hukum Stefan-Boltzmann, hukum pergeseran Wien, teori Max Planck, foton, efek fotolistrik, dan efek Compton. Secara ringkas, radiasi benda hitam tergantung pada suhu benda dan berhubungan dengan hukum Stefan-Boltzmann dan hukum pergeseran Wien, sedangkan teori Max Planck menjelaskan bahwa radiasi hanya dipancark

1. FENOMENA KUANTUM
Oleh:
Puji Utami
Renatha Deliana Putri Novita
Rendar Mahendra
Riffa Laudhia
Ripa Eka Nuraisyah
Kelas : XII Mipa 4

2. Konsep Dan
Fenomena Kuantum
Radiasi
benda
hitam
Foton
Efek
fotolistrik
Efek
compton

3. Radiasi Benda Hitam
Radiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik yang
dipancarkan oleh sebuah benda hitam (Dapat memancarkan
dan menyerap radiasi dengan baik). Ketika suhu benda lebih
besar daripada suhu lingkungan, maka benda akan
memancarkan radiasi, sedangkan kebalikannya, ketika suhu
benda lebih kecil dari pada suhu lingkungan, maka benda akn
menyerap radiasi. Contoh dari radiasi benda hitam adalah
matahari, lampu pijar dan suhu tubuh manusia.

4. 1. Hukum Stefan-Boltzmann
Pada tahun 1879 Josef Stefan melakukan eksperimen untuk mengetahui
karakter universal dari radiasi benda hitam. Ia menemukan bahwa daya total
per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh suatu benda
hitam panas (intensitas total) adalah sebanding dengan pangkat empat dari
suhu mutlaknya. Sehingga dapat dirumuskan :
 Intensitas Radiasi
 Daya Radiasi P = σ . A . T4 .e
 Energi Radiasi W = P.t = σ . A . T4 . e . t
Dengan:
I = intensitas (J/m2.s atau W/m2)
W = Energi (joule)
P = Daya (Watt = J/s)
T = suhu mutlak benda (K)
σ = tetapan Stefan-Boltzman, yang bernilai 5,67 x 10-8
A = Luas Permukaan (m2)
t = Waktu (sekon)

A
P
I e. σ . T4

5. 2. Hukum Pergeseran Wien
Spektrum radiasi benda hitam di selidiki oleh Wien, menurut Wien, jika
dipanaskan terus, benda hitam akan memancarkan radiasi kalor yang puncak
spektrumnya memberikan warna-warna tertentu. Warna spektrum
bergantung pada panjang gelombangnya, dan panjang gelombang ini akan
bergeser sesuai suhu benda. Makin tinggi suhu benda hitam maka panjang
gelombang maksimumm akan bergeser kearah yang lebih pendek.
Wien merumuskan bahwa panjang gelombang pada puncak spektrum ( λm )
berbanding terbalik dengan suhu mutlak benda, sesuai persamaan :
Dengan:
: panjang gelombang pada energi pancar maksimum
T : suhu dalam K

6. 3. Teori Max Planck
Berdasarkan percobaan terhadap energi radiasi benda hitam,
Max Planck membuat hipotesis seperti berikut:"Radiasi hanya
dipancarkan (atau diserap) dalam bentuk satuan-
satuan/kuantum energi disebut foton yang besarnya
berbanding lurusdengan frekuensi radiasi".Energi total foton
(masa diam foton = 0):
E = n . h . F = n . h .
Dengan:
E = energi radiasi (joule)
h = konstanta Planck = 6.62 x 10-34 J.s
f = frekuensi radiasi (Hz)
n = jumlah foton, jadi energi cahaya adalah terkuantisasi
c = cepat rambat cahaya (m/s2) = 3 x 108 m/s2

c


7. FOTON
Foton adalah partikel elementer dalam fenomena
elektromagnetik. Biasanya foton dianggap sebagai
pembawa radiasi elektromagnetik, seperti cahaya,
gelombang radio, dan Sinar-X.
Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di
seluruh ruang dan menunjukkan fenomena
gelombang seperti pembiasan oleh lensa dan
interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan
saling memusnahkan satu sama lain.

8. Sebagai partikel, foton hanya dapat
berinteraksi dengan materi dengan
memindahkan energi sejumlah:
Keterangan :
E = Energi (Joule)
h = Konstanta Planck ( 6,63 x 10-34 Js )
c = Laju Cahaya ( 3 x 108 m/s )
= Panjang Gelombang ( m )



9. Dalam ruang hampa foton bergerak dengan
laju c (laju cahaya). Energinya E dan
momentum p dihubungkan dalam persamaan :
E = pc
Adapun energi foton yang dikaitkan
dengan massa (m) dapat dinyatakan dengan
persamaan sebagai berkut :
E2 = c2p2 + m2c4

10. Sifat – sifat fisik foton :
foton tidak bermassa
foton tidak memiliki muatan listrik
foton tidak meluruh secara spontan di ruang hampa
cahaya dapat sebagai gelombang dan cahaya dapat
bersifat sebagai partikel yang sering disebut sebagai
dualime gelombang cahaya.

11. Efek Fotolistrik
Efek fotolistrik adalah lepasnya elektron dari permukaan suatu
lempeng logam karena disinari oleh energi foton yang memiliki
frekuensi lebih besar dari frekuensi ambang.
Syarat terjadinya Efek Fotolistrik :
• W > W0
• f > f0
 

12. Efek Fotolistrik
f
0
f
W
0
Ekm
ax
θ
θ
h = tanθ =
-f f
0
Ekmax
h ( f - f0) = Ekmax
Ekmax = hf - hf0
tanθ = h = W
0f
0W0 = h . f0
Ek = h . f – h . f0
½ mv2 = h . f – h . f0
Dengan keterangan :
h = konstanta planck = 6,63 X 10-34
f = frekuensi foton (Hz)
f0 = frekuensi ambang (Hz)
Ekmax = Energi kinetik
maksimum (j)
W0 = E0 = Energi ambang (j)
E = Energi foton (j)
qe = muatan delektron = - 1,6 x
-19
• Stopping Potensial (Potensial Penghenti)
qe. Vs = h . f – h . f0
Vs = h . f – h . f0
qe

13. Efek Compton
Gejala compton merupakan gejala
hamburan (efek) dari penembakan suatu
materi dengan sinar-X. Efek ini ditemukan
oleh Arthur Holly Compton pada tahun 1923.
Jika sejumlah elektron dipancarkan
ditembak dengan sinar-X, maka sinar-X ini
akan terhambur. Hamburan sinar-X ini
memiliki frekuensi yang lebih kecil daripada
frekuensi semula.

14. Skema Percobaan Efek
Compton

15. Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan
kekekalan energi Compton berhasil menunjukkan bahwa
perubahan panjang gelombang foton terhambur dengan panjang
gelombang semula, yang memenuhi persamaan :
dengan
perubahan panjang gelombang
λ = panjang gelombang sinar X sebelum tumbukan (m)
λ’ = panjang gelombang sinar X setelah tumbukan (m)
h = konstanta Planck (6,625 × 10-34 Js)
mo = massa diam elektron (9,1 × 10-31 kg)
c = kecepatan cahaya (3 × 108 ms-1)