radiasi benda hitam, fotolistrik, compton
馃敩 Fenomena Kuantum · Fisika SMA
馃搼 Daftar Isi
"Saat kalian memasak menggunakan kompor gas atau melihat tukang las membakar besi, panci besi yang awalnya hitam lama-kelamaan akan membara menjadi merah tua. Jika suhunya terus dinaikkan secara ekstrem, warna merah itu akan berubah menjadi kuning, hingga akhirnya memijar berwarna putih kebiruan."
"Mengapa warna logam yang dipanaskan bisa berubah-ubah seiring naiknya suhu? Mengapa urutannya harus dari merah dulu baru ke putih, bukan sebaliknya?"
Fenomena ini adalah contoh nyata dari Radiasi Benda Hitam dan Hukum Pergeseran Wien dalam fisika kuantum. Setiap benda yang dipanaskan akan memancarkan energi berupa gelombang cahaya. Pada suhu yang lebih rendah, energi yang dipancarkan kecil, sehingga menghasilkan gelombang cahaya yang panjang, yaitu warna merah. Ketika suhu panci semakin sangat panas, energinya melonjak tinggi sehingga panjang gelombangnya memendek dan frekuensinya membesar. Pada suhu ekstrem ini, semua spektrum cahaya tampak (merah sampai ungu) dipancarkan secara lengkap, sehingga mata kita melihat perpaduan warna tersebut sebagai pijaran cahaya putih.
馃搶 Pengantar Fenomena Kuantum
Fisika kuantum lahir dari kegagalan fisika klasik dalam menjelaskan fenomena pada skala atomik. Tiga fenomena utama yang menjadi fondasi:
- Radiasi Benda Hitam - mengapa benda yang dipanaskan memancarkan warna tertentu?
- Efek Fotolistrik - mengapa cahaya dapat melepaskan elektron dari logam?
- Efek Compton - bagaimana cahaya berinteraksi dengan elektron?
馃敼 Radiasi Benda Hitam
Benda hitam adalah benda ideal yang menyerap semua radiasi yang mengenainya dan memancarkan radiasi termal sempurna.
馃敻 Hukum Stefan-Boltzmann
Daya total yang dipancarkan benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya:
dengan $\sigma = 5,67 \times 10^{-8} \text{ W/m}^2\text{K}^4$ (konstanta Stefan-Boltzmann).
馃敻 Hukum Pergeseran Wien
Panjang gelombang dengan intensitas maksimum berbanding terbalik dengan suhu:
Semakin tinggi suhu, semakin pendek $\lambda_{\text{maks}}$ (warna bergeser ke biru).
馃敻 Teori Kuantum Planck
Planck mengusulkan bahwa energi radiasi dipancarkan dalam paket-paket diskrit yang disebut kuanta:
dengan $h = 6,63 \times 10^{-34} \text{ J·s}$ (konstanta Planck) dan $f$ = frekuensi.
馃敼 Efek Fotolistrik
Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam ketika disinari cahaya dengan frekuensi yang cukup tinggi.
Rumus Penting
Energi foton:
Energi ambang (fungsi kerja):
Energi kinetik maksimum elektron:
dengan $f_0$ = frekuensi ambang, $V_s$ = potensial henti.
馃敼 Efek Compton
Efek Compton adalah peristiwa hamburan foton oleh elektron, yang menunjukkan sifat partikel dari cahaya.
dengan $\frac{h}{m_e c} = 2,43 \times 10^{-12} \text{ m}$ = panjang gelombang Compton.
馃敼 Sifat Gelombang dari Partikel
Louis de Broglie mengusulkan bahwa partikel juga memiliki sifat gelombang dengan panjang gelombang:
Semakin besar momentum ($p$), semakin pendek panjang gelombangnya.
馃摑 Contoh Soal Literasi Kehidupan
Soal Literasi: Sebuah lampu pijar memiliki filamen dengan suhu 2500 K. Berapa panjang gelombang maksimum yang dipancarkan? (Gunakan hukum pergeseran Wien)
Petunjuk: $\lambda_{\text{maks}} = \frac{2,898 \times 10^{-3}}{T}$
馃И Latihan Soal Interaktif
Soal 1: Berapa energi foton dengan frekuensi $5 \times 10^{14} \text{ Hz}$? ($h = 6,63 \times 10^{-34} \text{ J·s}$)
Soal 2: Jika fungsi kerja logam $W_0 = 2,0 \text{ eV}$, berapa energi kinetik maksimum elektron jika disinari foton berenergi $4,0 \text{ eV}$?
Soal 3: Sebuah elektron bergerak dengan momentum $p = 2,0 \times 10^{-24} \text{ kg·m/s}$. Berapa panjang gelombang de Broglie? ($h = 6,63 \times 10^{-34} \text{ J·s}$)
Komentar