Gejala-gejala Kuantum. Berikut ini akan kita bahas tentang gejala-gejala kuantum yang telah dibahas oleh para ahli fisika. Teori-teori fisika klasik tidak dapat menjelaskan, fenomena-fenomena alam yang mikroskospis pada kajian ilmu fisika khususnya tentang atom dan bagian-bagiannya. Persoalan tersebut mampu dijawab oleh teori-teori fisika modern yang diantaranya teori Relativitas oleh Einstein, teori tentang kuantum oleh Max Planck, teori atom oleh Neils Bohr, dan lain-lain.
Dengan melalui eksperimen Max Planck merumuskan teori kuantum melalui spektrum radiasi benda hitam tentang gelombang sebagai cahaya yang tidak bisa dijelaskan oleh fisika klasik. Planck menganggap bahwa permukaan benda hitam memancarkan radaisi secara terus menerus, sesuai dengan hukum fisika yang berlaku saat itu. Hukum-hukum tersebut diturunkan dari hukum dasar mekanika yang dirumuskan oleh Newton.
Dengan kerja keras tidak mengenal lelah, Max Planck mulai merumuskan asumsi baru tentang benda hitam, yang menyatakan bahwa “permukaan benda hitam tidak menyerap atau memancarkan energi secara kontinyu, melainkan berjalan sedikit demi sedikit dan bertahap”. Menurutnya, benda hitam menyerap energi dalam berkas-berkas kecil dan memancarkan energinya dalam berkas-berkas kecil pula. Berkas-berkas kecil inilah yang disebut sebagai kuantum. Hipotesis Planck yang bertentangan dengan teori klasik tentang gelombang elektromagnetik ini meupakan titik awal dari lahirnya teori kuantum yamg menandai terjadinya revolusi dalam ilmu fisika. Hipotesis Planck tersebut selanjutnya disebut Hukum Radiasi Benda Hitam yang menyatakan intensitas cahaya yang dipancarkan dari suatu benda hitam berbeda-beda sesuai dengan panjang gelombang cahaya. Teori kuantum yang dikemukakan oleh Planck menjadi inpirasi bagi Einstein dalam merumuskan efek fotolistrik, Arthur Holy Compton dalam merumuskan efek Compton dan Neils Bohr dalam merumuskan Teori Atom Bohr. Dari penemuan para ahli tersebut yang terinspirasi dari teorinya Planck disebut gejala-gejala kuantum.
Berdasarkan uraian latar belakang di atas dapat ditarik beberapa rumusan masalah yaitu sebagai berikut:
- Bagaimana penjelasan tentang Radiasi Benda Hitam?
- Bagaimana penjelasan tentang Efek Fotolistrik?
- Bagaimana penjelasan tentang Efek Compton?
- Bagaimana penjelasan tentang Model Atom Bohr?
Energi Radiasi
Menurut hukum Stefan-Boltzman, bahwa energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan benda dalam bentuk radiasi kalor per satuan waktu sebanding luas permukaan dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu, yang dapat dinyatakan sebagai berikut:
P = Q/t = eAT4 ……………………….. (1.1)
P = daya radiasi (W), Q = energi kalor (J), t = waktu (s), = konstanta Stefan-Boltzman (5,67 x 10-8 W/m2K2), e = emisivitas benda (m2), T = Suhu Mutlak (K).
Emisivitas e suatu benda menyatakan kemampuan benda untuk memancarkan radiasi kalor dibandingkan dengan benda hitam sempurna. Benda hitam sempurna memiliki emisivitas e = 1, yaitu benda yang dapat menyerap semua energi kalor yang datang dan dapat memancarkan energi kalor dengan sempurna. Jadi, nilai emisivitas e adalah antara 0 dan 1 (0 ).
Hukum Pergeseran Wien
Wihelm Wien, seorang ilmuwan fisika berkebangsaan Jerman pada tahun 1896 menemukan suatu hubungan empiris sederhana antara panjang gelombang yang dipancarkan untuk intensitas maksimun () dengan suhu mutlak T sebuah benda dengan menyimpulkan bahwa panjang gelombang untuk intensitas cahaya maksimun berkurang dengan meningkatnya suhu yang dikenal dengan Hukum Pergeseran Wien. Hukum ini dinyatakan dengan persamaan:
. T = C = 2,989 x 10-3 m K ……………………………. (`1.2)
dengan T = suhu mutlak benda hitam dan C = konstanta Pergeseran Wien.
Pada gambar di bawah ini menunjukkan grafik intensitasa terhadap panjang gelombang radiasi suatu benda hitam sempurna untuk tiga keadaan suhu yang berbeda. Apabila kita perhatikan, puncak-puncak spektrumnya akan bergeser ke arah yang semakin besar dengan berkurangannya suhu.
