Tuesday, January 22, 2019

7.1 Dari Fisika Klasik ke Teori Kuantum

Upaya awal yang dilakukan oleh fisikawan abad kesembilan belas untuk memahami atom dan molekul hanya berhasil dengan pemahaman sangat terbatas. Dengan mengasumsikan bahwa molekul berperilaku seperti bola pantulan, fisikawan dapat memprediksi dan menjelaskan beberapa fenomena makroskopis, seperti tekanan yang diberikan oleh gas. Namun, model ini tidak menjelaskan stabilitas molekul; artinya, model itu tidak bisa menjelaskan kekuatan yang menyatukan atom. Butuh waktu lama untuk menyadari — dan bahkan lebih lama untuk menerima — bahwa sifat-sifat atom dan molekul tidak diatur oleh hukum fisika yang sama dengan objek yang lebih besar.

Era baru dalam fisika dimulai pada tahun 1900 dengan lahirnya seorang fisikawan muda Jerman bernama Max Planck. Ketika menganalisis data tentang radiasi yang dipancarkan oleh padatan yang dipanaskan pada berbagai suhu, Planck menemukan bahwa atom dan molekul hanya memancarkan energi dalam jumlah diskrit atau kuanta tertentu. Fisikawan selalu berasumsi bahwa energi adalah kontinu dan bahwa sejumlah energi dapat dilepaskan dalam proses radiasi. Teori kuantum Planck membalikkan fisika. Memang, banyak penelitian yang terjadi kemudian mengubah konsep kita tentang alam selamanya.

Sifat Gelombang
Untuk memahami teori kuantum Planck, pertama-tama kita harus mengetahui sesuatu tentang sifat gelombang. Gelombang dapat dianggap sebagai gangguan bergetar dimana energi ditransmisikan. Sifat dasar gelombang diilustrasikan dengan jenis gelombang yang umum yaitu gelombang air. (Gambar 7.1). Variasi puncak dan palung yang teratur memungkinkan kita untuk merasakan penyebaran gelombang.

Gambar 7.1 Gelombang Air Laut

Gelombang dicirikan oleh panjang dan tingginya dan oleh jumlah gelombang yang melewati titik tertentu dalam satu detik (Gambar 7.2). Panjang gelombang π›Œ (lambda) adalah jarak antara titik-titik identik pada gelombang yang berurutan. Frekuensi π›Ž (nu) adalah jumlah gelombang yang melewati titik tertentu dalam 1 detik. Amplitudo adalah jarak vertikal dari garis tengah gelombang ke puncak atau palung.
Gambar 7.2 (a) Panjang gelombang dan amplitudo. (b) Dua gelombang memiliki panjang gelombang dan frekuensi yang berbeda. Panjang gelombang dari gelombang atas adalah tiga kali lipat dari gelombang yang dibawah, tetapi frekuensinya hanya sepertiga dari gelombang dibawah. Kedua gelombang memiliki kecepatan dan amplitudo yang sama.

Sifat penting lainnya dari gelombang adalah kecepatannya, yang tergantung pada jenis gelombang dan sifat medium yang dilalui gelombang (misalnya, udara, air, atau ruang hampa udara). Kecepatan (𝛖) gelombang adalah produk dari panjang gelombang dan frekuensinya:


 π›– = π›Œπ›Ž

"Sensibilitas" yang melekat dari Persamaan (7.1) menjadi jelas jika kita menganalisis dimensi fisik yang terlibat dalam tiga istilah. Panjang gelombang (π›Œ) menyatakan panjang gelombang, atau jarak / gelombang. Frekuensi (π›Ž) menunjukkan jumlah gelombang ini yang melewati titik referensi per satuan waktu, atau gelombang / waktu. Dengan demikian, produk dari istilah-istilah ini menghasilkan dimensi jarak / waktu, yaitu kecepatan:


Panjang gelombang biasanya dinyatakan dalam satuan meter, sentimeter, atau nanometer, dan frekuensi diukur dalam hertz (Hz), di mana
1 Hz = 1 siklus / s
Kata "siklus" mungkin ditinggalkan dan frekuensi dinyatakan sebagai, misalnya, 25 / s atau 25 s⁻¹ (dibaca sebagai "25 per detik").

Radiasi elektromagnetik

Ada banyak jenis gelombang, seperti gelombang air, gelombang suara, dan gelombang cahaya. Pada tahun 1873 James Clerk Maxwell mengusulkan bahwa cahaya tampak terdiri dari gelombang elektromagnetik. Menurut teori Maxwell, gelombang elektromagnetik memiliki komponen medan listrik dan komponen medan magnet. Kedua komponen ini memiliki panjang gelombang dan frekuensi yang sama, dan karenanya memiliki kecepatan yang sama, tetapi mereka bergerak dalam bidang yang saling tegak lurus (Gambar 7.3). Signifikan teori Maxwell adalah bahwa teori ini memberikan deskripsi matematis tentang perilaku umum cahaya. Secara khusus, modelnya secara akurat menggambarkan bagaimana energi dalam bentuk radiasi dapat disebarkan melalui ruang sebagai medan listrik dan medan magnet yang bergetar. Radiasi elektromagnetik adalah emisi dan transmisi energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik bergerak 3,00 x 10⁸ meter per detik (dibulatkan), atau 186.000 mil per detik dalam ruang hampa udara. Kecepatan ini berbeda dari satu media ke media lain, tetapi tidak cukup untuk mengubah perhitungan kita secara signifikan. Dengan konvensi, kita menggunakan simbol c untuk kecepatan gelombang elektromagnetik, atau lebih sering disebut, kecepatan cahaya. Panjang gelombang gelombang elektromagnetik biasanya diberikan dalam nanometer (nm).

Gambar 7.3 Komponen medan listrik dan medan magnet dari gelombang elektromagnetik. Kedua komponen ini memiliki panjang gelombang, frekuensi, dan amplitudo yang sama, tetapi mereka bergetar dalam dua bidang yang saling tegak lurus.

Contoh 7.1 
Panjang gelombang lampu hijau dari sinyal lalu lintas dipusatkan pada 522 nm. Berapa frekuensi radiasi ini?

Strategi

Kita diberitahu panjang gelombang dari gelombang elektromagnetik dan diminta untuk menghitung frekuensinya. Menyusun ulang Persamaan (7.1) dan mengganti 𝛖 dengan c (kecepatan cahaya) memberikan



0 comments:

Post a Comment