Dualisme Sifat Cahaya

DUALISME SIFAT CAHAYA

Ada dua Ahli yang menerangkan tentang cahaya:

1.            Huygens    : Cahaya sebagai gelombang

Ditinjau dari segi gelombang, CAHAYA merupakan radiasi elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet. Kedua medan tersebut berosilasi saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap propagasi (rambatan)

 

E = Medan Listrik                    H = Medan Magnet

Teori Cahaya sebagai Gelombang dapat menerangkan beberapa gejala :

a.             Interferensi Cahaya :

Perpaduan dua gelombang atau lebih. Ada yang sifatnya konstruktif (saling menguatkan ; frekwensi dan fasenya sama), dan destruktif (saling menghilangkan ; frekwensi sama tapi fasenya berbeda)

Interferensi Konstruktif

 

Interferensi Destruktif

 

b.            Difraksi Cahaya :

Dapat terjadi jika gelombang bertemu dengan penghalang yang berupa celah sempit dimana titik – titik pada celah dapat berfungsi sebagai sumber gelombang baru yang akan meneruskan gelombang baru yang diteruskan ke segala arah yang bentuknya melengkung.

c.             Refraksi Cahaya : pembiasan gelombang

2.            Newton            : Cahaya sebagai partikel

Teori Cahaya sebagai Partikel dapat menerangkan beberapa gejala :

a.             Radiasi benda hitam

Benda hitam : benda yang dapat menyerap / mengemisikan secara sempurna semua gelombang cahaya. (suatu benda jika benda tersebut dipanaskan akan memancarkan radiasi dan kemampuannya memancarkan radiasi hampir sama dengan kemampuannya menyerap radiasi).

Radiasi yang diemisikan oleh benda hitam disebut RADIASI BENDA HITAM

Spektrum radiasi benda hitam mula – mula dijelaskan oleh :

1.            Wilhelm Wien

Menerangkan berdasarkan termodinamika klasik dan menurunkan persamaan berikut :

E_λd_λ = ukuran energi yang diradiasi antara panjang gelombang λ dan λ + dλ, λ = panjang gelombang, T = suhu mutlak, C₁ dan C₂ = tetapan.

Persamaan ini sesuai untuk nilai λT yang kecil, tetapi tak berlaku untuk λ yang panjang.

2.            Rayleigh – Jeans

Mengemukakan persamaan :

Persamaan ini cocok untuk percobaan pada panjang gelombang panjang (frekwensi kecil), tetapi kurang memenuhi untuk λ pendek (frekwensi besar) karena bersesuaian dengan daerah ultra ungu dari spektrum warna akibatnya energi pada keadaan tersebut menjadi tak terhingga karna laju energi radiasi bertambah. Keadaan inilah yang memungkinkan terjadinya bencana ultra violet

3.            Max Planck

Karena teori pengamatan eksperimental tidak sesuai (terutama pada panjang gelombang pendek, adanya bencana ultra violet) kemudian Max Planck kemudian mencoba untuk mencari persamaan empirik yang sesuai dengan hasil eksperimen.

Persamaannya :

Ternyata persamaan ini berubah menjadi persamaan WIEN untuk λT kecil dan berubah menjadi persamaan RAYLEIGH – JEANS untuk nilai λT besar.

Planck mendasarkan teorinya atas dasar hukumnya yang terkenal yaitu :

h = tetapan Planck = 6,2554 x 10^-34 J.dt

 = c/λ, c = kecepatan cahaya.

Teori Planck pada dasarnya menggabungkan teori gelombang cahaya dari Huygens dan teori partikel cahaya dari Newton.

Asumsi :

Rayleigh – jeans : bahwa osilator listrik yang berhubungan dengan radiasi elektromagnetik dapat mempunyai energi antara nol dan tak hingga.

Planck : bahwa energi osilator tersebut tak bervariasi secara kontinu, melainkan mempunyai energi tertentu yang disebut kuanta (terkuantisasikan) dengan nilai : , , … , dengan  sebagai frekwensi, n = bilangan bulat dan h = tetapan Planck.

Jadi setiap perubahan energi dari sistem osilasi hanya dapat berupa besaran  atau kelipatannya.

Dengan demikian persamaan yang diungkapkan oleh Planck akan menjadi :

b.            Efek foto listrik

Merupakan peristiwa lepasnya electron dari permukaan suatu logam ketika logam tersebut dikenai radiasi.

Electron yang lepas setelah dikenai radiasi disebut foto electron.

Sifat khas efek fotonlistrik :

1.            Jumlah electron yang dilepaskan tidak bergantung pada intensitas cahaya yang mengenai logam tetapi akan sebanding dengan frekwensi radiasi yang masuk.

2.            Energi kinetik maksimum yang dimiliki electron

   = ½ mv² = tetapan (υ – υ_o)

m = massa, v = kecepatan electron, υ = frekwensi, υ_o = frekwensi kritis (ambang)

3.            Agar cahaya yang mengenai permukaan logam dapat menimbulkan efek foto listrik, cahaya tersebut harus mempunyai frekwensi yang lebih besar atau sama dengan frekwensi tertentu yang dikenal sebagai frekwensi ambang.

Catatan : cahaya dengan frekwensi yang lebih kecil dari frekwensi ambang tidak dapat menimbulkan efek foto listrik walaupun intensitas cahaya ditingkatkan ataupun logam disinari dalam waktu yang lama.

Efek foto listrik dapat diterangkan berdasarkan teori planck :

Cahaya yang masuk tidak dianggap sebagai radiasi dengan frekwensi υ, melainkan sebagai arus partikel cahaya yang disebut foton. Masing – masing foton mempunyai energi, hυ, dan foton memberikan energinya ke electron dalam logam. Sebagian dari energi tersebut digunakan untuk melepaskan electron dari permukaan logam dan sebagian lagi sisanya timbul sebagai energi kinetic dari foto electron.

Jadi : h υ = W + ½ mv²

Kalau digabung persamaan

       E = ½ mv² = tetapan (υ – υ_o)                      (a)

       dan

       h υ = W + ½ mv²                                             (b)

       sehingga :

 ½ mv² = h υ – W = h (υ – υ_o) 

             

W = energi yang diperlukan untuk melepaskan electron dari permukaan logam.