Gejala Kuantum

Radiasi Benda Hitam

Nah salah satunya yaitu Radiasi Benda Hitam!

Ayo, siapa yang belum tahu tentang benda hitam? Benda hitam adalah benda yang akan menyerap seluruh radiasi yang mengenainya (tidak ada yang dipantulkan). Radiasi yang dipancarkan benda hitam disebut dengan radiasi benda hitam.

Berdasarkan Hukum Stefan-Boltzmann, “Jumlah energi yang dipancarkan benda hitam per satuan luas permukaan per satuan waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur termodinamikanya”.

Rumusnya dapat dinyatakan sebagai berikut:

atau

Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik ialah peristiwa keluarnya elektron dari permukaan logam karena radiasi gelombang elektromagnetik. Efek fotolistrik pertama kali ditemukan oleh Hertz.

Agar terjadi Efek fotolistrik, maka:

1. Energi radiasi foton (E_f) lebih besar dari energi ambang (W_o)
2. Panjang gelombang radiasi foton lebih kecil dari panjang gelombang ambang
3. Frekuensi radiasi foton (f) lebih besar dari frekuensi ambang (f_o) 

Frekuensi ambang (frekuensi batas) adalah frekuensi terkecil gelombang elektromagnetik yang mengakibatkan elektron dapat lepas dari logam. Besaran yang berkaitan adalah fungsi kerja. Fungsi kerja adalah energi ambang logam yang persamaannya sebagai berikut. 

Keterangan:
W₀ = Energi ambang (J)
h = Tetapan planck (6,63x10^-34 Js)
f₀ = Frekuensi ambang (Hz)

Nah, elektron dapat keluar dari logam karena elektron tersebut menyerap energi elektromagnetik yang diradiasikan pada logam. Energi kinetik elektron yang terlepas dari logam yaitu:

Keterangan:
Ek=Energi kinetik elektron (J)
h = Tetapan planck (6,63x10^-34 Js)
f = Frekuensi foton (Hz)
f₀ = Frekuensi ambang (Hz)

Energi kinetik elektron dipengaruhi oleh fungsi kerja (energi ambang logam).

Eksperimen Compton

Compton melakukan eksperimen penembakan sinar-X terhadap suatu material atau bahan, akibatnya terjadi hamburan seperti gambar dibawah ini.

Berdasarkan hasil pengamatan ternyata sinar-X yang terhambur memiliki panjang gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang sinar X semula. Hal ini dikarenakan sebagian energinya terserap oleh elektron. Jika energi foton sinar-X mula-mula hf dan energi foton sinar-X yang terhambur menjadi (hf – hf') dalam hal ini f > f'.

Jadi Sobat pintar, gejala compton merupakan gejala hamburan (efek) dari penembakan suatu materi dengan sinar-X.

Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi berhasil menunjukkan bahwa perubahan panjang gelombang foton terhambur dengan panjang gelombang semula, yang memenuhi persamaan:

Keterangan
h = konstanta Planck (6,625 × 10^-34 Js)
m₀ = massa diam elektron (9,1 × 10^-31 kg)
c = kecepatan cahaya (3 × 10⁸ m/s)

Besaran h/m₀ c sering disebut dengan panjang gelombang Compton. Jadi jelaslah sudah bahwa dengan hasil pengamatan Compton tentang hamburan foton dari sinar-X menunjukkan bahwa foton dapat dipandang sebagai partikel, sehingga memperkuat teori kuantum yang mengatakan bahwa cahaya mempunyai dua sifat, yaitu cahaya dapat sebagai gelombang dan cahaya dapat bersifat sebagai partikel yang sering disebut sebagai dualisme gelombang cahaya.