Untuk system partikel identik yang berjarak cukup berjauhan satu sama lainnya sehingga dapat di bedakan, contohnya molekul gas. Statistic membahas disitribusi kecepatan, momentum, serta tenaga kinetika molekul-molekul gas untuk menerangkan hokum-hukum empiri yang menyangkut tekanan, volume dan suhu gas.
Pada gelombang electromagnet tegak di dalam rongga akibat tumbukan molekul-molekul gas satu sama lainnya maupun dengan dinding tepatnya, maka akan terjadi perubhanan kecepatan, tenaga kinetic serta momentum, tenaga kinetic ini dinyatakan sebagai distribusi N obyek di dalam sebanyak k kelompok di mana masing-masing kelompok menyatakan molekul yang memiliki kecepatan momentum atau tenaga terentu.
2) Bedasarkan definisinya, benda hitam adalah benda yang menyerap semua radiasi yang mengenainya, maka benda hitam dapat dipandang sebagai sebuah lubang kecil pada rongga, cahaya yang dipancarkan oleh lubang kecil rongga dalam kesetimbangan dengan dinding, semua radiasi diserap dan diemisikan kembali banyak kali. Sedangkan berdasarkan definisinya, benda hitam adalah benda yang memancarkan semua radiasi yang mengenainya, maka benda hitam dapat dipandang sebagai sebuah lubang kecil rongga panas terbuka, seperti suatu wadah dalam oven, bertingkah laku sebagai benda hitam karena terperangkap dalam rongga tersebut.
3) Kegagalan Reyleigh-Jeans dalam menjelaskan spectrum radiasi benda hitam bukan disebabkan oleh kesalahannya dalam menerapkan teori yang ada, tetapi kesalahannya teletak pada pemikiran Reyleigh-Jeans yang masih memegang teori klasik yang mengatakan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik dan energy radiasi yang diserap atau dipancarkan oleh molekul bersifat kontinyu. Karena pada saat Reylegh-Jeans mengemukakan teorinya, postulat Planck yang mengatakan energy radiasi benda hitam yang dipancarkan merupakan paket-paket energy (foton) /energynya diskrit belum ada.
4) System fisis yang tunduk pada postulat Planck adalah system fisis yang memiliki system yang kecil dan juga system yang ber-resonansi (bervibrasi) dengan frekuensi f. Suatu system terkuantumkan berdasarkan frekuensi f pada pada level energy n yang berbeda (diskrit).
5) Benda Dilihat dari gaya yang dikerjakan pada benda tersebut maka benda tersebut akan mengalami gerak harmonic sederhana.
Hokum Hooke: dan hukum II Newton : maka persamaan osilator harmoniknya : dengan frekuensi osilator harmonic : dan energy potensial untuk hokum Hooke : .
Persamaan Schrodinger untuk osilator harmonic dengan ialah . Untuk tingkat energy : dimana .
Karena maka tingkat energy osilator yang memiliki frekuensi klasik f diberikan oleh rumus . Tampak bahwa pada n = 0 energinya adalah E0 = ½hf yang mentakan energy terendah yang dimiliki oleh isolator tersebut karena sebuah osilator harmonic dalam keadaan setimbang akan mendekati E= E0 dan bukan E = 0 ketika temperature mendekati 0 K. Jadi postulat Planck berlaku pada benda tersebut
6) Besaran-besaran dalam fisika klasik yang mengalami perkauantuman :
Istilah kuantum pertama kali diperkenalkan oleh Max Planck untuk memperbaiki kegagalan dari teori Rayleigh-Jeans dan teori Wien. Jadi, dalam fisika klasik tidak ada besaran-besaran fisis yang mengalami perkuantuman.
7) Pengkuantuman energy Planck tidak berlaku pada semua entitas fisis, tetapi hanya berlaku pada system yang mikroskopik dan pada system/entitas yang ber-resonansi (bervibrasi) dengan frekuensi f.
8) Jika ada benda yang bertemperatur 0 K, maka benda tersebut tidak meradiasi, karena besarnya radiasi suatu benda sebanding dengan pangkat 4 suhu mutlaknya.
9) Kita telah mempelajari bahwa teori Reyleigh-Jeans merupakan teori yang salah. Tetapi kita masih mempelajarinya karena Teori Reyleigh-Jeans merupakan teori yang salah hanya untuk konsep fisika modern tetapi lebih menyentuh pada perhitungan klasik dan juga teori Reyleigh-Jeans merupakan dasar dari pemikiran Planck untuk memperbaiki teori tentang radiasi benda hitam. Jadi kita masih membutuhkan teori Reilegh-Jeans.
10) Pada temperatur biasa (temperature kamar), kebanyakan benda dapat terlihat oleh kita bukan karena benda itu memancarkan cahayanya sendiri. Jadi dapat disimpulkan bahwa benda tersebut panas, karena pada suhu tersebut benda tersebut dapat sudah memancarkan radiasi.
11) Ada kesamaan dan perbedaan antara pengkuantuman energy yang dikemukakan oleh Planck dan pengkuantuman energy yang dikemukakan leh Einstein. Kesamaannya adalah energinya sama-sama terkuantisasi dan energinya sama-sama diskrit. Perbedaannya pada pengkuantuman energy Planck berlaku untuk kuantisasi energy elektron sedangkan pada pengkuantuman energy Einstein berlaku pada kuantisasi energy foton.
12) Gejala efek Fotolistrik hanya dapat dijelaskan jika cahaya dipandang sebagai aliran partikel (foton) bukan sebagai gelombang sebagaimana yang dinyatakan oleh teori Maxwell. Hal ini dikarenakan pada proses efek fotolistrik elektron yang merupakan partikel dan memiliki massa hanya dapat tercungkil (terpental) jika mengalami tumbukan dengan suatu entitas yang merupakan partikel pula, karena pada efek fotolistrik menggunakan cahaya sebagai bahan untuk mencungkil elektron, maka proses ini (fotolistrik) hanya dapat dijelaskan dengan memandang cahaya sebagai aliran partikel (foton).
13) Cacah elektro-foto yang dilepaskan logam pada umumnya cukup banyak dengan energy kinetic yang berbeda-beda. Hal ini dikarenakan enegi kinetic elektro-foto bergantung pada energy foton terkuantisasi dan juga fungsi kerja (work function) logam tersebut.
14) Partikel adalah segala sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang. Karena foton termasuk partikel, maka foton juga harus memiliki massa. Pernyataan tersebut salah karena massa tidak menempati ruang tetapi foton yang menempati ruang dan juga foton tidak memiliki massa hanya partikel yang meiliki massa.
15) “Energi sebuah foton dapat bermacam-macam asalkan memenuhi hubungan E=nhf, dengan n sebarang bilangan asli”. Pernyataan tersebut tidak benar karena energy sebuah foton hanya bergantung pada tetapan Planck dan frekuensi (E=hf), sedangkan E=nhf seperti pada pernyataan diatas berlaku untuk kuantisasi energy yang dipancarkan oleh elektron.
16) Peranan historis gejala efek fotolistrik terhadap lahirnya fisika kuantum. Salah satu bukti eksperimen tentang keberadaan kuantum cahaya/foton adalah percoban efek fotolistrik. Sebelumnya telah diketahui bahwa apabila suatu cahaya dikenakan pada permukaan logam tertentu maka dapat terjadi lucutan electron dari permukaan logam tersebut. Sumbangan pemikiran Einstein untuk fenomena ini berdasarkan rumusan Planck, telah menguatkan gagasan kuantisasi energy Planck untuk bias diterima secara luas. Kontribusi Einstein untuk efek fotolistrik berangkat dari teorinya bahwa terjadi “tumbukan” antara foton datang dengan electron didalam logam. Dari eksperimen inilah maka lahirlah fisika kuantum yang diperkuat lagi oleh efek Compton dan hipotesis De Broglie.
17) Difraksi cahaya berdasarkan faham cahaya sebagai partikel dapat dijelaskan dengan difraksi electron berdasarkan percobaan Davisson-Germer yaitu : Pada tahun 1926 Elsosier menyarankan untuk menggunakan berkas elektron yang ditumbukkan pada kristal sebagai cara menguji perilaku gelombang dari zarah. Kisi kristal dengan jarak atom beberapa angstrom akan merupakan kisi yang baik untuk difraksi gelombang zat yang menyertai elektron. Apabila tetapan kisi kristal a (jarak antar atom yang berdekatan) sama besar dalam tingkat ordernya panjang gelombang v maka gejala difraksi dapat diamati.
Misalkan jarak antar atom a = 1 A0, maka panjang gelombang v yang diperlukan juga 1 A0. Hal ini berarti bahwa momentum linear elektron :
Energi yang diperlukan :
percobaan yang berhasil menunjukkan difraksi berkas elektron adalah yang dilakukan Davison-Germer pada tahun 1927 di Amerika Serikat. Mereka pada mulanya melakukan percobaan tentang hamburan berkas elektron oleh nikel (nikel dalam bentuk curah (bulk)).
Seluruh rangkaian percobaan ditempatkan dalam ruang yang dapat divakumkan. Adapun langkah-langkahnya adalah :
• Suatu penembak elektron menghasilkan berkas elektron terkolimasikan. Berkas tenaga kinetik elektron dalam berkas diatur dengan mengatur besar potensial antara anoda dan katoda.
• Berkas elektron diarahkan pada sasaran yang terbuat dari bahan nikel. Elektron yang dihambur oleh sasaran ini kemudian dikumpulkan oleh kolektor, yang juga sekaligus menjadi detektor arus elektron. Kolektor dapat dipindahkan kedudukannya sehingga dapat diperoleh pengamatan besar arus kolektor sebagai fungsi sudut hambur.
• Pada awal percobaannya Davison dan Germer menggunakan bahan curah, yang hasilnya tidak spektakuler. Jumlah elektron yang terhambur senantiasa berkurang apabila sudut hamburan diperbesar.
• Pada saat percobaan dinding vakum mengalami kerusakan, sasaran nikel yang ada pada saat itu berada pada suhu yang tinggi teroksidasi oleh udara yang memasuki sistem vakum. Setelah peralatan diperbaiki cuplikan nikel kemudian direduksi dalam tungku secara perlahan-lahan. Reduksi ini menghilangkan lapisan oksida yang terbentuk pada saat permukaan nikel teroksidasi karena kehadiran udara dalam sistem vakum.
• Ketika percobaan diulangi kembali ternyata diperoleh hasil yang sangat berbeda. Elektron yang dihambur menunjukkan suatu pola hamburan yang sangat bergantung pada sudut hambur. Terlihat bahwa dengan adanya perubahan sudut hambur terjadi maksima dan minima dari jumlah elektron yang terhambur. Pola hamburan itu menunjukkan bahwa berkas elektron mengalami difraksi ketika bertumbukan dengan permukaan nikel.
Davisson dan Germer dengan menggunakan cara-cara perhitungan yang dipergunakan dalam difraksi sinar x, akhirnya dapat menentukan panjang gelombang elektron dalam berkas. Besar panjang gelombang yang diperoleh dari eksperimen ternyata sama dengan harga yang diperoleh dengan menggunakan postulat de Broglie. Percobaan Davisson Germer inilah yang memverifikasi tentang perilaku gelombang dari elektron seperti yang dihipotesakan dan dipostulatkan de Broglie.
Sifat atau perilaku gelombang dari suatu berkas elektron dapat juga ditunjukkan melalui hamburan elektron yang menembus lapisan logam yang sangat tipis.
Berkas elektron dengan energi beberapa keV ditembakan pada cuplikan logam kristalin yang sangat tipis. Elektron yang dihamburkan terekam pada pelat fotografi. Pada pelat fotografi ini terlihat pola difraksi elektron.
18) Contoh gejala alam yang dapat digunakan untuk menguji apakah entitas fisis yang menunjukkan gejala itu sebagai partikel atau sebagai gelombang adalah: ditinjau sebuah electron sebagai sebuah gelombang yang berada dalam sebuah rongga dengan panjang dimisalkan dengan D dikelilingi dengan potensial tak hingga, diluar rongga tersebut amplitude gelombang harus nol karena potensial tak hingga. Berarti tidak ada electron yang dapat memiliki sebuah energi yang lebih besar dari tinggi potensial.
19) Salah satu sifat gelombang adalah dapat dipantulkan. Maka partikel (electron) juga dapat dipantulkan oleh dinding yang memiliki beda potensial tinggi.
20) Proses transfer energy dari cahaya ke elektron pada gejala efek fotolistrik berdasarkan faham
Cahaya sebagai gelombang : cahaya dapat dipantulkan
Cahaya sebagai partikel : cahaya tidak dapat dipantulkan.
21) Berdasarkan hipotesis De Broglie, partikel yang diam tidak dapat berwatak sebagai gelombang karena panjang gelombang yang identik dengan partikel tersebut bergantung pada kecepatan partikel tersebut.
Sangat bermanfaat.:D
BalasHapus