dualisme gelombang

Pada mulanya , banyak fisikawan yang menganggap cahaya sebagai gelombang . hal ini diperkuat adanya difraksi, polarisasi, refraksi, refleksi dan interferensi yang sesuai dengan sifat umum gelombang. Akan tetapi ketika para fisikawan menemukan radiasi benda hitam, efek foto listrik dan efek Compton, asumsi cahaya sebagai gelombang tidak dapat menjelaskan fenomena-fenomena tersebut . Kemudian muncullah pandangan bahwa cahaya sebagai partikel. Sebagai analoginya, anda bias memeprhatikan gambar , perbedaan cahaya jika diasumsikan sebagai gelombang dan sebagai partikel . Dengan asumsi sebagai gelombang , cahaya dipancarkan sebagai rambatan gelombang yang kontinu. Adapaun dengan asumsi sebagai partikel , cahaya dipancarkan dalam bentuk paket-paket energy yang disebut foton.

 

 

 

Efek foto listrik

Gejala terlepasnya electron electron dari permukaan plat logam ketika disinari dengan frekuensi tertentu disebut efek fotolistrik. Electron yang terlepas dari permukaan plat logam tersebut disebut electron foto. Peristiwa ini pertama kali ditemukan oleh Hertz.

Perangkat percobaan untuk mengamati efek fotolistrik terdiri atas tabung kaca hampa udara dan plat logam yang disebut sebagai katoda. Ketika katoda disinari dengan ulatraviolet , electron akan terlepas dari katoda dan bergerak menuju anoda sehingga arus mengalir pada rangkaian. Banyaknya electron yang terlepas dapat dilihat dari indicator kuat arus yang ditunjukkan oleh ampermeter. Energi kinetic yang dimiliki elektron dapat ditentukan dengan cara memperbesar beda potensial antara katoda dan anoda sehingga beda potensial bersifat menahan laju electron. Bersamaan dengan kenaikan beda potensial , penunjukan jarum ampermeter akan mengecil, . Jika pada suatu ketika jarum ampermeter menunjuk angka nol, besarnya energy potensial sama dengan besar energy kinetikyang dimiliki electron. Nilai beda potensial saat itu disebut potensial henti.

Energi potensial yang diberikan dapat diprediksikan sebagai sebuah bukit yang harus dilewati electron seperti gambar :

 

 

Apabila bukit potensila dipertinggi , suatu saat ampermeter yang dipasang dibalik bukit menunjukkan angka nol. Ini berarti energy electron tidak cukup lagi untuk melewati bukit potensial sehingga besarnya potensial henti V₀ bersesuaian dengan energy kinetiknya electron

 

E_k = e. V₀

½ m v² = e. V₀

 

Hasil-hasil percobaan yang seksama menunjukkan bahwa :

1. Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan.
2. Kecepatan elektron-elektron yang diemisikan hanya bergantung kepada frekwensi cahaya, makin besar frekwensi cahaya makin besar pula kecepatan elektron yang diemisikan.
3. Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama.

Pada tahun 1901, Planck mengetengahkan hipotesa bahwa cahaya (gelombang elektromagnetik) harus dianggap sebagai paket-paket energi yang disebut foton. Besar paket energi tiap foton dirumuskan sebagai :

 

E = h . f

 

E	=	Energi tiap foton dalam Joule.
f	=	Frekwensi cahaya.
h	=	Tetapan Planck yang besarnya h = 6,625 .10 –34 J.det

 

Cahaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumlah yang sangat banyak. Tiap-tiap foton hanya melepaskan satu elektron. Kiranya mudah dipahami bahwa semakin besar intensitas cahaya semakin banyak pula elektron-elektron yang diemisikan.

Tiap foton yang datang pada logam, sebagian energinya digunakan untuk melepaskan elektron dan sebagian menjadi energi kinetik elektron. Jika energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron sebesar W₀ dan energi yang menjadi energi kinetik sebesar Ek maka dapat ditulis persamaan :

	E = W0 + Ek h . f = W0 + mv2

 

Dari persamaan nampak jelas, makin besar frekwensi cahaya, makin besar kecepatan yang diperoleh elektron. Bila frekuensi cahaya sedemikian sehingga h.f = W₀, maka foton itu hanya mampu melepaskan elektron tanpa memberi energi kinetik pada elektron. Penyinaran dengan cahaya yang frekwensi lebih kecil tidak akan menunjukkan gejala foto listrik.

 

 

Efek Compton atau Hamburan Compton

Dalam peristiwa efek foto listrik , cahaya yang dijatuhkan pada keeping logam diperlakukan sebagai paket energy yang disebut foton . Foton itu mengalami peristiwa tumbukan dengan electron . Biasanya tumbukan selalu dikaitkan dengan momentum. Pada peristiwa tersebut akan berlaku Hukum Kekelan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi.

Penelitian hamburan sinar-X yang dilakukan Arthur H. Compton ( 1892 – 1962 ) menghasilkan fenomena baru, yaitu pergesaran panjang gelombang atau perubahan frekuensi sebelum dan sesudah tumbukan . Gejala ini dijelaskan oleh Compton dengan menganggap bahwa yang terjadi adalah tumbukan anatara kuantum cahaya ( foton ) dan electron bebas.

 

“ Ketika foton menumbuk electron , sebagian energy foton akan diberikan kepada electron sehingga electron memiliki energy kinetic”

 

Adapau energy foton setelah tumbukan akan berkurang. Menurut teori klasik , epngurangan energy tidak akan diikuti oleh perubahan frekuensi dan panjang gelombang. Namun menurut teori kuantum, perubahan energy berarti akan terjadi perubahan frekuensi dan perubahan panjang gelombang. Ini dibuktikan dengan hasil pengamatan yang menunjukkan bahwa setelah tumbukan , panjang gelombang foton bertambah besar ( lamda’ > lamda ) . Oleh karena energo foton dirumuskan sebagai h c/ lamda , jelaslah bahwa energy foton setelah tumbukan akan berkurang. Didapat dengan hasil perhitungan persamaan hamburan foton :