Sifat Partikel Cahaya

1. SifatPartikelCahaya • Radiasi Benda Hitam • EfekPhotolistrik • Foton

2. Radiasi Benda Hitam

3. Radiasi Benda Hitam • Adanyaperubahanwarnaemisicahaya (intensitas) yang tergantungpadapanjanggelombang (energi) yang diberikan tertentu • Max Planck merumuskan E = n h ν dimana: h = 6,626 x 10-34 J.s ∆Eatom = E radiasiemisiatauabsorpsi = ∆n h ν ∆E = hν

4. EfekPhotolistrik • Elektronhanyaakanterlepaspadaλtertentudandiindikasikanoleh current meter • Einstein mempostulatkanadanya photon (partikelberenergi) • Ephoton = hν = ∆Eatom

5. EfekFotolistrik Menuruthipotesisiniefekfotolistrikdapatditerangkandenganmudah. Rumusanempirispersamaan: hv = K maks + hv₀ Menurut Einstein, tigasukudalampersamaandiatasdapatditafsirkansebagaiberikut: hv = isienergidarimasing – masingkuantumcahayadatang K maks = energifotoelektronmaksimum hv₀ = energi minimum yang diperlukanuntukmelepaskansebuahelektrondaripermukaanlogam yang disinari.

6. EFEK FOTOLISTRIK • Tidak ada elektron yang dilepaskan oleh radiasi di bawah frekuensi ambang, karena elektron tidak mendapatkan energi yang cukup untuk mengatasi ikatan atom. • Elektron yang dipancarkan biasanya disebut fotoelektron dalam banyak buku pelajaran.

7. PENGERTIAN Pengeluaran elektron dari suatu permukaan (biasanya logam) ketika dikenai, dan menyerap, radiasi magnetik (seperti cahaya tampak dan radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang tergantung pada jenis permukaan. Istilah lama untuk efek fotolistrik adalah efek Hertz(yang saat ini tidak digunakan lagi).

8. TEORI • Bila permukaan logam tersebut disinari cahaya (foton) yang memiliki energi lebih besar dari energi ambang (fungsi kerja) logam. • Energi kinetik foto elektron yang terlepas: Ek = h f - h fo Ek maks = e Vo • h.f= energi foton yang menyinari logamh fo= Fo frekuensi ambang = fungsi kerja  = energi minimum untuk melepas elektron E= muatanelektronbernilai = 1.6 x 10-19C Vo= potensial

9. Einstein Say: • Ketikacahayaditembakkankesuatupermukaanlogam, foton-fotonnyaakanmenumbukelektron-elektronpadapermukaanlogamtersebutsehinggaelektronitudapatlepas. • Peristiwalepasnyaelektrondaripermukaanlogamitudalamfisikadisebutsebagaiefekfotolistrik.

10. Einstein menemukan bahwa setiap foton mempunyai energi yang sangat besar, bergantung pada frekuensi. Dalam fisika, energi dari foton dituliskan sebagai E = h x v Simbol : • v adalah frekuensi • h adalah konstanta Planck.

11. Jika energi hf dari foton cahaya datang lebih kecil dari pada energi ambang logam (hf < Wo )maka elektron-elektron ini tidak akan keluar dari permukaan logam, berapapun intensitas cahaya yang kita berikan. • Jika hf > Wo maka intensitas cahaya akan bisa menentukan jumlah elektron yang keluar dari permukaan logam. • Makin besar intensitas cahaya, maka makin banyak foton yang bertumbukan dengan elektron-elektron dekat permukaan, sehingga makin banyak elektron yang keluar dari permukaan logam.

12. Tigahaldariefekfotolistrik yang bertentangandenganteorigelombang: • Teori gelombang menyarankan bahwa tenaga kinetik dari foto elektron harus semakin besar jika sinar cahaya dibuat makin rapat . • Menurut teori gelombang, maka efek fotolistrik seharusnya terjadi pada setiap frekuensi cahaya, asalkan saja cahaya itu cukup kuat.

13. Jika tenaga fotoelektron dikumpulkan dari gelombang yang masuk oleh plat logam, maka tidaklah cenderung bahwa luas sasaran efektif untuk sebuah elektron di dalam logam akan jauh lebih besar dari pada beberapa diameter atom. • Jadi jika cahaya tersebut cukup lemah, maka harus ada ketinggalan waktu yang dapat diukur pada pengenaan cahaya pada permukaan dan pelemparan.

14. Kesimpulan • Agar elektron dapat lepas dari permukaan logam maka f > fo atau l < lo . • Ek maksimum elektron yang terlepas tidak tergantung pada intensitas cahaya yang digunakan, hanya tergantung pada energi atau frekuensi cahaya. Tetapi intensitas cahaya yang datang sebanding dengan jumlah elektron yang terlepas dari logam.

15. SoalLatihan • Hitung energi satu photon dari sinar ultraviolet (λ = 1 x 10-8 m) visible (λ = 5 x 10-7 m)dan infrared (λ = 1 x 10-4 m)

19. Peyebaran Compton Penyebaran Compton adalahsuatuefek yang merupakanbagianinteraksisebuahpenyinaranterhadapsuatumateri. Efek Compton adalahsalahsatudari 3 proses yang melemahkanenergisuatusinarionisasi. Bilasuatusinarsinarjatuhpadapermukaansuatumaterisebagiandarienerginyaakandiberikankepadamateritersebut. Sedangkansinaritusendiriakandisebarkan. Cth: Elemendalamsistemperiodikdengannomer atom yang besarsepertitimbalakanmenyerapenergisinarionisasiefekfotolistrik, sedangkanelemen yang bernomorkecilakanmenyebarkansinarionisasitersebut.

20. Peyebaransinarrontgenpadadasarnyalebihkuatdarisinarcahaya yang dapatdilihatpolychromatik. Bahkansinarrontgen normal padaperjalanannyadiudaramengalamipenyebaran, inimenjadisumberbahayadidalamrontgendidalamkedokteranbilatanpapakaiankhusus. Padapenyebarannyaenergisinarrontgentidakberubah, yang berubahadalaharahbergeraknya.

21. Foton • Fotonadalahpartikelelementerdalamfenomenaelektromagnetik. Biasanyafotondianggapsebagaipembawaradiasielektromagnetik. Seperti : cahaya, gelombang radio dansinar – X • Fotonberbedadenganpartikelelementer lain sepertielektrondan quark, karenaiatidakbermassadandalamruangvakumfotonselalubergerakdengankecepatancahaya c. • Fotonmemilikibaiksifatgelombangmaupunsifatpartikel (‘dualismegelombang-partikel”)

22. Sebagaipartikel, fotonhanyadapatberinteraksidenganmateridenganmemindahkanenergisejumlah: • Dimana h adalahkonstanta Planck, c adalahlajucahayadanλadalahpanjanggelombang. • Selainenergipartikel, fotonjugamembawa momentum danmemilikipolarisasi. Sebagaicontohmeskipunsebuahfotondapatmengeksitasisatumolekultertentu, seringtidakmungkinmeramalkansebelumnyamolekulmana yang akantereksitasi.

23. Eksitasiadalahsuatuprosespenyerahanenergiradiasikesuatu atom ataumolekultanpamengakibatkanionisasi. • Definisifotonsebagaipembawaradiasielektromagnetikbiasadigunakanolehparafisikawan. Namundalamfisikateoritissebuahfotondianggapsebagai mediator untuksegalajenisinteraksielektromagnetik. Spertimedan magnet dangayatolakmenolakpadamuatansejenis.

24. Konsep modern fotondikembangkansecraberangsur-angsurantara 1905 – 1917 oleh Albert Einstein untukmenjelaskanpengamatan yang tidakmemenuhi model klasikuntukcahaya. • Model fotonkhususnyamemperhitungkanketergantunganenergicahayaterhadapfrekuensi, danmenjelaskankemampuanmateridanradiasielektromagnetikuntukberadadalamkesetimbangantermal. • Fisikawan lain mencobamenjelaskananomali (ketidaknormalan) inidengan model semiklasik, yang masihmenggunakanpersamaan Maxwell untukmendiskripsikancahaya.

25. Namundalam model iniobyek material yang menyerapcahayadikuantisasi. Meskipun model-model semiklasikikutmenyumbangdanpengembanganmekanikakuantum, percobaan-percobaanlebihlanjutanmembuktikanhipotesis Einstein bahwacahayaitusendirilah yang terkuantisasi. • KonsepFotondapatditerapkansepertipada laser, kondensasi Bose-Einstein, Teori Medan Kuantum, InterpretasiProbabilistikdarimekanikakuantum, fotokimia, mikroskopi, resolusitinggidanpengukuranjarakmolekuler.

26. NomenklaturFoton • FotonawalnyadinamakansebagaikuantumcahayaolehAlbert Einstein. • Nama modern “photon” berasaldaribahasaYunaniuntukcahaya. KemudiandilanjutkanolehkimiawanGlibert N. Lewis yang menerbitkanteorispekulatif yang menyebutkantentangfoton “tidakdapatdiciptakandandimusnahkan”. Meskipunteoriinitidakdapatditerimakarenabertentangandenganhasilbanyakpercobaan, namabarunya photon.

27. Arthur Compton sebagaiorang yang pertama kali mendefinisikankuantumcahayasebagaifotonpadatahun 1927. • Dalamfisikafotonbiasadilambangkandalam Gamma (ϒ) simboliniberasaldarisinar gamma, yang ditemukanolehVillard, dandibuktikansebagaisalahsatubentukradiasielektromagnetikpadatahun 1914 olehErnest Rutherford danEdward Andrade.

28. SIFAT – SIFAT FISIK • Fotontidakbermassa, tidakmemilikimuatanlistrik, dantidakmeluruhsecaraspontandiruanghampa. Sebuahfotonmemilikiduakeadaanpolarisasi yang dimungkinkan, dandapatdideskripsikandengantiga parameter kontinukomponen-komponenvektorgelombang yang menentukanpanjanggelombangnyadanarahrambatnya.

29. Fotondiemisikandalambanyakprosesalamiah, contohnyaketikamuatandipercepat, saattransisimolekuler, atomikataunuklirketingkatenergi yang lebihrendah, atauketikasebuahpartikeldanantipartikelbertumbukansalingmemusnahkan. • Fotondiserapdalamprosesdenganwaktu. Contohdalamproduksipasanganpartikel-antipartikel, ataudalamtransisimolekuler, atomikataunuklirketingkat yang lebihtinggi. • Dalamruanghampafotonbergerakdenganlaju c (lajucahaya). Energinya E dan momentum p dihubungkandalampersamaan E = p.c, dimana p memilikinilai momentum.