DUALISME GELOMBANG PARTIKEL




         Dalam fisika dan kimia, dualisme gelombang partikel menyatakan bahwa cahya dan benda memperlihatkan sifat gelombang dan partikel. Konsep utama dalam mekanika kuantum, dualitas menyatakan kekurangan konsep konvensional seperti "partikel" dan "gelombang" untuk menjelaskan perilaku objek kuantum.

Ide awal dualitas berakar pada perdebatan tentang sifat cahaya dan benda sejak 1600an, ketika teori cahaya yang saling bersaing yang diusulkan oleh Christian Huggens dan Isaac Newton.
Melalui hasil kerja Albert Einsten, Louis de Braglie dan lainnya, sekarang ini diterima bahwa seluruh objek memiliki sifat gelombang dan partikel.



Hal ini berkaitan dengan sifat dualisme gelombang cahaya yaitu fotolistrik. Contoh nya saat pernah merasa silau ketika melihat cahaya lampu atau anda harus melepaskan barang-barang yang terbuat dari logam saat akan mengambil foto rontgen. hal ini berkaitan dengan sifat cahaya sebagai partikel.


Gelombang cahaya dikelompokan dalam gelombang elektromagnetik karena dia bisa merambat tanpa memerluka medium. 

Dualisme artinya memiliki dua sifat yang berbeda. cahaya juga ternyata memiliki dua sifat yang berbeda yaitu : 

1.   Sebagai Gelombang :  Dapat mengalami pembiasan, pemantulan,
                                             Interferensi, polarisasi dan difraksi.
2.   Sebagai Partikel        :  Terdiri dari paket-paket energi yang disebut Foton.

Keterangan :

      E : Energi Foton
      h : Konstanta palnck ( 6,6 x10-34Joule )
     λ : Panjang Gelombang ( m )
     c  : Cepat Rambat Cahaya ( 3x108m/s )

SIFAT CAHAYA SEBAGAI PARTIKEL
  •  Radiasi Benda Hitam
Radiasi Benda Hitam apabila sepotong besi kita panaskan, maka suhu logam tersebut akan mengalami kenaikan. Makin lama dipanaskan, suhunya semakin tinggi. Makin tinggi suhu benda akan menimbulkan ruangan di sekitar benda itu menjadi panas. Hal ini menunjukkan bahwa benda memancarkan energi kalor ke sekitarnya. Energi yang dipancarkan benda ke sekitarnya disebut energi radiasi. Energi radiasi yang dipancarkan sebuah benda dalam bentuk gelombang disebut gelombang elektromagnetik.
Benda hitam merupakan benda yang permukaannya sedemikian sehingga menyerap semua radiasi yang datang padanya (tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam). Dari pengamatan diperoleh bahwa semua benda hitam pada suhu yang sama memancarkan radiasi dengan spektrum yang sama.


Jika kita berada di dekat benda yang panas, pada tubuh kita akan terasa panas.Tubuh akan terasa semakin panas apabila kita berada di dekat benda yang suhunya lebih tinggi. Serta panas yang kita rasakan akan semakin kuat jika benda yang berada di dekat kita berwarna gelap. Di samping itu juga makin luas permukaan benda, semakin terasa panas yang kita rasakan. Disamping benda memancarkan panas, benda pun dapat menyerap panas(energi). Hal ini tergantung pada suhu antara benda dengan ruangan disekitar benda. Apabila suhu benda lebih tinggi daripada suhu ruangan,benda akan memancarkan panas dan sebaliknya jika suhu benda lebih rendah, maka benda tersebut akan menyerap energi (panas).
   Hukum Stefan-Boltzmann

Hukum Stefan-Boltzman Salah satu hukum radiasi yang menyatakan bahwa jumlah energi yang dipancarkan per unit waktu dari satuan luas permukaan benda hitam ideal sebanding dengan kekuatan keempat suhu absolut hitam. 
Hukum radiasi yang menyatakan bahwa jumlah energi yang dipancarkan per unit waktu dari satuan luas permukaan bendahitam ideal sebanding dengan kekuatan keempat suhu absoluthitam. Hukum ini didirikan secara eksperimen oleh Stefan dandiberi dukungan teoretis oleh termodinamika penalaran Boltzman. Eksperiman tentang radiasi kalor benda pertama kali dilakukan oleh Joseph Stefan danLudwig Boltzmann, diperoleh kesimpulan yang dinyatakan dalam rumus :
                                                       W = e V AT

Keterangan :               W = intensitas radiasi kalor yang dipancarkan benda tiap detiknya(watt)
     e = emisivitas benda
     V = kontante Stefans –  Boltzmann (5,670 x10-8w-2k-4)
     A = luas permukaan benda ( m2 )

     T = suhu benda (K)
Rumus tersebut digunakan untuk menghitung daya radiasi atau laju energi rata-rata pada benda hitam, jika benda panas yang bukan benda hitam maka akan memenuhi hukum yang sama tetapi nilai emisivitasnya lebih kecil dari satu. Benda hitam ideal akan menerima semua radiasi tanpa memantulkannya, dapat memanaskan dirinya sendiri dan melepaskan semua energi dengan bergantung pada suhunya.

Contoh Soal :
Sebuah benda dengan luas permukaan 200 cm2 bersuhu 727ºC. Emisivitas               benda sebesar 0,6. Tentukan daya radiasi pada benda tersebut!
Diketahui:
σ = 5,67 x 10-8 (W/m2K4)
A = 200 cm2 = 200 x 10-4 = 2 x 10-2  m2
e = 0,6
T = 727ºC + 273 K = 1000 K
Ditanya: P?
Jawab:
P = e A T4
P = 0,6 x 5,67 x 10-8 x 2 x 10-2  x 10004
P = 6,804 x 102 = 680,4 W
Jadi, besarnya daya radiasi atau laju energi rata-rata pada benda tersebut                   sebesar 680,4 Watt.

 Hukum Pergeseran Wien
Wilhelm Wien melakukan penelitian secara empiris dengan menghubungkan antara tempertur dan Panjang gelombang radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Percobaannya direpresentasikan dalam bentuk grafik intensitas terhadap Panjang gelombang, seperti ditunjukkan pada gambar. Grafik ini dikenal juga sebagai grafik distribusi spektrum gelombang.
Pada gambar dapat dilihat bahwa posisi kurva dengan temperature yang lebih tinggi berada di atas dari kurva dengan temperature lebih rendah. Dengan kata lain, kurva dengan Temperature lebih tinggi memiliki puncak intensitas yang lebih tinggi. Selain itu, kurva dengan temperature yang lebih tinggi berada pada sebelah kiri, atau berada pada panjang gelombang yang lebih pendek.


Dari Hasil penelitiannya teramati bahwa puncak intensitas radiasi bergeser ke arah Panjang gelombang yang lebih pendek ketika temperature mutlak bendanya semakin tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa Panjang gelombang radiasi saat intensitasnya maksimum berbanding terbalik dengan suhu mutlak bendanya.Gejala pergeseran puncak intensitas maksimum dari hasil percobaan tersebut dapat diformulasikan dengan Hukum Pergeseran Wien persamaan berikut
λm T = C
Keterangan :
λm = Panjang gelombang pada intensitas maksimum (m)
T = temperature mutlak (K)
C = 2,9 x 10-3 mK

Dari Persamaan tersebut dapat diketahui bahwa hasil kali antara Panjang gelombang dengan temperature mutlak benda yang memancaran radiasi adalah sebuah bilangan konstan yang nilainya 2,9 x 10-3mK. Artinya, setiap kenaikan temperature, maka Panjang geleombang akan menjadi lebih rendah. Sebaliknya, jika temperature benda hitam turun selama memancarkan radiasi, maka Panjang gelombangnya menjadi lebih pendek. Hukum Pergeseran Wien juga digunakan untuk memperkirakan temperature sebuah bintang dengan melihat cahaya sebuah bintang, temperature bintang tersebut dapat diprediksi dengan cara dihitung.

Contoh Soal :      
Sebuah benda hitam memiliki temperature 2.000 K. Tentukan Panjang                         gelombang radiasinya pada saat intensitasnya maksumum.
Diketahui:
T = 2.000 K
T =2 x 103K
Panjang gelombang radiasi saat intensitas maksimum adalah:
λm T = 2,9 x 10-3 mK
λm =(2,9 x 10-3 mK)/(T)
λm = (2,9 x 10-3 mK)/(2 x 103K)
λm = 1,45 x 10-6m
λm = 1,45 mm

 Teori Kuantum Planck
Hipotesis Max Planck, cahaya adalah pancaran gelombang elektromagnetik yang bersifat diskret (berupa paket-paket energy yang terkuantisasi) yang disebut kuantum.
Kuantum yang bergerak sama dengan kecepatan cahaya disebut foton. Besar energi foton sebanding dengan frekuensi foton yang dinyatakan dengan persamaan :

Bila banyaknya foton n maka besar energinya :

Keterangan :
E = energi foton (J)
f  = frekuensi foton (Hz)
c = kelajuan cahaya (3×108 m/s)
l  = panjang gelombang foton (m)
n = jumlah foton
h = konstanta Planck (6,6×10-34 Js)

 Contoh Soal :  
Tentukan kuanta energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang                         gelombang 6600 Å jika kecepatan cahaya adalah 3 x 108 m/s dan tetapan                   Planck adalah 6,6 x 10−34 Js !
Jawab :
E = h(c/λ)
           E = (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/6600 x 10−10 ) = 3 x 10−19 joule


EFEK FOTOLISTRIK
Efek fotolistrik adalah gejala terlepasnya elektron dari permukaan logam karena logam tersebut disinari cahaya (gelombang elektromagnetik).Percobaan ini dilakukan oleh Albert  Einstein dengan tujuan meyelidiki bahwa cahaya merupakan pancaran paket-paket energi (teorikuantum) yang dikemukakan oleh  Max Planck.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa tidak semua cahaya yan dijatuhkan pada keping akan menimbulkan efek fotolistrik. Efek fotolistrik akan timbul jika :
1. Frekuensi foton lebih besardari frekuensi ambang logam (f > fo)
2. Panjang gelombang foton lebih kecil dari panjang gelombang ambang  
    logam (λ>λo )

    Pada peristiwa fotolistrik berlaku persamaan :

          
Keterangan :
E   = energi foton (joule)
W  = Fungsi kerja logam (joule)
Ek = Energi kinetic (Joule)
f     = Frekuensi foton (Hz)
fo  = frekuensi ambang logam (Hz)
e   = muatan electron = 1,6 x10-19 C
h   = konstanta Planck = 6,625 x 10-34 Js




Contoh Soal :
Berkas sinar Ultraviolet (λ = 3000 A) dijatuhkan pada suatu pelat logam dan               untuk membebaskan electron dari logam tersebut diperlukan energi 4 eV.
Energi kinetik elektron tersebut adalah.....
Diketahui :
                            Panjang gelombang foton, λ = 3000 A = 3 x 10-7 m
                            Fungsi kerja logam, W =  4 eV = 4 x 1,6 x 10-19 J
                Energi kinetik electron saat keluar dari logam adalah

                  Ek  = E – W
             = h c/ λ – W
             = (6,625 x 10-34) x (3 x 108 / 3 x 10-7) – 6,4 x 10-19
             = 0,225 x 10-19 J