KONSEP DAN FENOMENA KUANTUM

 A. Radiasi Benda Hitam 

Radiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik termal yang terjadi di dalam atau di sekitar benda dalam keadaan kesetimbangan termodinamika dengan lingkungannya, atau saat ada proses pelepasan dari benda hitam. Benda hitam sendiri adalah benda yang menyerap seluruh radiasi termal yang mengenainya dan tidak memantulkan cahaya.

B. Hukum Pergeseran Wien dan Teori Rayleigh-Jeans

Hukum pergeseran Wien dan teori Rayleigh-Jeans adalah dua hukum yang menjelaskan intensitas radiasi benda hitam. Hukum pergeseran Wien menjelaskan hubungan antara suhu dan panjang gelombang radiasi benda hitam. Sementara teori Rayleigh-Jeans menjelaskan hubungan antara intensitas radiasi benda hitam dan frekuensinya. 

C. Teori Kuantum Planck 

• Teori kuantum Planck menyatakan bahwa energi radiasi dipancarkan atau diserap dalam paket-paket diskrit yang disebut kuanta. Energi dari kuanta (foton) berbanding lurus dengan frekuensi cahaya. Ini dirumuskan sebagai E = h - υ, di mana E adalah energi, h adalah konstanta Planck (6,626 × 10–34 J. s), dan υ adalah frekuensi radiasi.

• Max Planck mengemukakan teori ini pada tahun 1900 untuk menjelaskan spektrum radiasi benda hitam. Teori ini berhasil menjelaskan mengapa energi panas pada benda padat dan sifat penyerapan cahaya pada tingkat atom berperilaku seperti itu. Penemuan ini menandai awal dari fisika modern dan memecahkan masalah bencana ultraviolet yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika klasik.

• Teori kuantum Planck menjadi dasar bagi perkembangan mekanika kuantum dan membuka jalan bagi pemahaman tentang perilaku partikel subatomik.

D. Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik adalah fenomena pelepasan elektron dari permukaan suatu bahan (biasanya logam) ketika dikenai radiasi elektromagnetik, seperti cahaya tampak atau ultraviolet. Elektron yang terlepas ini disebut fotoelektron. Efek ini terjadi jika radiasi memiliki frekuensi di atas frekuensi ambang batas tertentu, yang berbeda untuk setiap jenis permukaan logam.

E. Efek Compton 

Efek Compton adalah fenomena yang terjadi ketika foton (gelombang cahaya) menabrak elektron, menyebabkan gelombang elektromagnetik terhambur. Efek ini ditemukan oleh Arthur Holly Compton, saat melakukan eksperimen penembakan sinar-X ke suatu material.

F. Sinar X

Sinar-X adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih pendek dari sinar ultraviolet, tetapi lebih panjang dari sinar gamma. Panjang gelombangnya berkisar antara 0,01 hingga 10 nanometer. Sinar-X memiliki frekuensi yang sangat tinggi, berkisar antara 30 PHz hingga 30 EHz. 

Karakteristik Sinar-X:

Panjang gelombang pendek Sinar-X memiliki panjang gelombang yang sangat pendek.

Penetrasi tinggi Sinar-X memiliki kemampuan untuk menembus materi padat.

Radiasi ionisasi Sinar-X merupakan radiasi ionisasi, yang berarti memiliki energi yang cukup untuk melepaskan elektron dari atom atau molekul, sehingga menciptakan ion.

Tidak terlihat Sinar-X tidak dapat dilihat oleh mata manusia.

G. Difraksi Elektron

Difraksi elektron adalah perubahan arah berkas elektron karena interaksi elastis dengan atom. Ini adalah teknik yang memungkinkan penentuan struktur kristal suatu bahan dengan memproyeksikan berkas elektron ke spesimen. Difraksi adalah pembelokan gelombang di sekitar suatu halangan. Elektron dapat berperilaku sebagai gelombang, menciptakan pola interferensi.

Difraksi dikenal sebagai gejala penyebaran arah yang dialami seberkas gelombang ketika menjalar melalui suatu celah sempit atau tepi tajam sebuah benda. Ketika elektron dipercepat melalui kisi akan menumbuk selaput grafit dan mengakibatkan terjadinya difraksi elektron, menimbulkan lingkaran-lingkaran cahaya konsentris pada dinding gelas.

Contoh soal : 

Soal 1

Benda pada suhu 127 derajat celcius memancarkan radiasi gelombang elekromagnetik. Bila nilai konstanta Wien = 2,898 x 10 ˉ³ mK. berapa panjang gelombang maksimum radiasi tersebut?

Pembahasan:

T = 127 C = (137 + 273) = 400K

b = 2,898 x 10 ˉ³

λm x T = c

λm = 2,898 x 10 ˉ³/ 400

λm = 0.725 10 ˉ5

λm = 7.25 10 -6 m

Soal 2

Suatu benda dengan luas permukaan 200 cm2 memiliki suhu 727 derajat Celsius. Emisivitas objek tersebut adalah 0,6. Tentukan daya radiasi benda tersebut!

Pembahasan:

misal σ x T⁴

σ = 5,67 x 10ˉ³

Luas permukaan = 200 cm2 = 200 x 10-4 = 2 x 10-2 m2

e = 0,6

T = 727 + 273 = 1000 K

P = e Pada T⁴

P = 0,6 x 5,67 x 10ˉ³ x 2 x 10-2 x 1000⁴

P = 6.804 x 10 2 = 680,4 W