1. BAB II
PEMBAHASAN
2.1EFEK FOTOLISTRIK
Efek fotolistrik adalah munculnya arus listrik akibat permukaan suatu bahan
logam disinari. Efek foto listrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan
suatu zat (logam), bila permukaan logam tersebut disinari cahaya (foton) yang memiliki
energi lebih besar dari energi ambang (fungsi kerja) logam.
Menurut beberapa ahli:
1. Hallwach ( tahun1887)
Hallwach mengamati bahwa pelat yang dilapisi seng yang bermuatan negatif
akan kehilangam muatannya jika disinari ultraviolet.
2. Lenard ( tahun1902)
Lenard mengamati bahwa jika pelat (seng) disniari dengan sinar ultraviolet,
maka elektron akan lepas dan meninggalkan pelat.
3. Einsten (tahun 1905)
Dalam makalah ilmiah tentang efek fotolistrik, menurut Einstein, cahaya terdiri
dari partikel-partikel yang kemudian disebut sebagai foton. Ketika cahaya ditembakkan
ke suatu permukaan logam, foton-fotonnya akan menumbuk elektron-elektron pada
permukaan logam tersebut sehingga elektron itu dapat lepas. Peristiwa lepasnya
elektron dari permukaan logam itu dalam fisika disebut sebagai efek fotolistrik.
4. Robert Millikan (tahun 1916)
Millikan menggunakan bahan Lithium sebagai katode dan mendapatkan hasil,
nilai tetapan h besarnya Js.Luar biasa!Angka yang nyaris sama dengan yang diperoleh
Planck ! Hasil pengamatan Millikan membuktikan kebenaran teori foton yang
dilontarkan Einsten sebelumnya.
Bagaimana Eksperimen Efek fotolistrik

2. LAMPU
CAHAYA
K A
e
e
G
Gambar no.1 Rangkaianefekfotolistrik
Einstein menemukan bahwa setiap foton mempunyai energi yang sangat besar,
bergantung pada frekuensi. Dalam fisika, energi dari foton dituliskan sebagai
E =h f
Simbol f adalah frekuensi dan h adalah konstanta Planck.
Energi kinetik foto elektron yang terlepas:
Ek = h f - h fo
Ek = h f - Wo
Ek maks = e Vo
hf = energi foton yang menyinari logam
h fo = Fo frekuensi ambang
= fungsi kerja
= energi minimum untuk melepas elektron
e = muatan elektron = 1.6 x 10-19 J
Vo = potensial penghenti

3. Wo = fungsi kerja
Kesimpulan hasil eksperimen:
Agar elektron dapat lepas dari permukaan logam maka f > fo atau l < lo
Ek maksimum elektron yang terlepas tidak tergantung pada intensitas cahaya yang
digunakan, hanya tergantung pada energi atau frekuensi cahaya. Tetapi intensitas
cahaya yang datang sebanding dengan jumlah elektron yang terlepas dari logam.
Aplikasi Efek fotolistrik
Aplikasi pertama efek fotolistrik berada dalam dunia hiburan yaitu untuk menghasilkan
film bersuara
Selanjutnya,di kalangan akademis adalah tabung foto-pengganda (photomultiplier tube).
Kamera pada ponsel,Kamera digital,dll
2.2Efek Compton(Hamburan Compton)
Setelah Einsten mengembangkan konsep foton dan menyimpulkan bahwa suatu
foton yang bergerak mempunyai momentum. Tahun 1923 Arthur Holly Compton
melakukan eksperimen untuk menyelidiki hamburan foton oleh suatu electron.
Proses hamburan ini dianalisis sebagai suatu interaksi (tumbukan) antara sebuah foton
dari sinar-x dan sebuah electron yang dianggap diam.
Menurut gambaran gelombang ; energy foton yang dipancarkan itu lebih kecil
daripada energy foton datang. Namun panjang gelombangnya tetap sama.ternyata
bahwa konsep foton meramalkan hal yang berbeda bagi foton terhambur.
Analisis Compton tentang hamburan foton setelah bertumbukan dengan sebuah electron
yang mula-mula diam.
Foton datang dengan energy:

4. dan ; frekuensi dan panjang gelombang foton datang dan momentumnya ;
Menumbuk sebuah electron diam dengan energy diam . Setelah tumbukan,
foton terhambur dengan sudut terhadap arah foton datang. Foton terhambur dengan
energi :
Dan momentum
dan : frekuensi dan panjang gelombang foron terhambur electron, lalu bergerak
denga energy total
dan
=
Dengan ; momentum electron. Electron bergerak dengan arah terhadap foton
datang. Agar analisisnya mencakuo foton datang berenergi tinggi yang member energy
sangat besar pada electron, maka pembahasan menggunakan kinematika relativistic bagi
electron.
Menurut hukun kekelan energy (relativistic) :
Dengan mensubsitusi pers 5 ke pers 7, diperoleh energy kinetic electron, yaitu :

5. Atau
Subtitusikan per 5 ke pers 6, diperoleh;
………………………………..(pers 10)
Subtitusukan pers 9 ke pers 10, diperoleh;
+ = ………………………………(pers 11)
Dari hokum kekelan momentum;
 Terhadap sumbu x:
 Terhadap sumbu y:
0=
Persamaan 10 dan 13 menghasilkan;
Merupakan persamaan efek Compton (1920)
2.3 KONSEP FOTON
Foton awalnya dinamakan sebagai kuantum cahaya (das Lichtquant) oleh Albert
Einstein. Nama modern "photon" berasal dari kata Bahasa Yunani untuk cahaya φῶ ς,
ditransliterasi sebagai phôs, dan ditelurkan oleh kimiawan fisik Gilbert N. Lewis, yang
menerbitkan teori spekulatif yang menyebutkan foton sebagai "tidak dapat diciptakan

6. atau dimusnahkan". Meskipun teori Lewis ini tidak dapat diterima karena bertentangan
dengan hasil banyak percobaan, nama barunya ini, photon, segera diadopsi oleh
kebanyakan fisikawan. Isaac Asimov menyebut Arthur Compton sebagai orang yang
pertama kali mendefinisikan kuantum cahaya sebagai foton pada tahun 1927 .
Dalam fisika, foton biasanya dilambangkan oleh simbol γ abjad Yunani gamma.
Simbol ini kemungkinan berasal dari sinar gamma, yang ditemukan dan dinamakan
oleh Villard, dan dibuktikan sebagai salah satu bentuk radiasi elektromagnetik pada
1914 oleh Ernest Rutherford dan Edward Andrade.
Dalam kimia dan rekayasa optik, foton biasanya dilambangkan oleh , energi
foton, adalah konstanta Planck dan abjad Yunani adalah frekuensi foton. Agak
jarang ditemukan adalah foton disimbolkan sebagai hf, f di sini melambangkan
frekuensi.
Foton di dalam fisika merujuk pada partikel dasar yang mengakibatkan
penghasilan semua fenomena elektromagnetik. Partikel ini merupakan unit dasar cahaya
dan semua bentuk radiasi elektromagnetik, termasuk sinar gama, sinar X, sinar
ultraviolet (ultralembayung), cahaya tampak, sinar inframerah, mikrogelombang bahkan
gelombang radio. Partikel ini berbeda jika dibandingkan dengan partikel-partikel yang
lain seperti elektron dan kuark dari segi materi istirahatnya, yaitu nol.
Oleh karena itu, foton bergerak di dalam vakum dengan kecepatan cahaya, c.
Sama seperti semua kuantum, foton memiliki sifat kedualan partikel-gelombang. Sifat
gelombang yang dimiliki foton bisa ditemukan dengan mempelajari pembiasan foton
oleh lensa dan interferensi destruktif ketika gelombang yang dipantul saling
memusnahkan satu sama lain.
Foton adalah partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik. Biasanya
foton dianggap sebagai pembawa radiasielektromagnetikberbeda dengan partikel
elementer lain seperti elektron danquark, karena ia tidak bermassa dan dalam ruang
vakum foton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya, c. Foton memiliki baik sifat
gelombang maupun partikel ("dualisme gelombang-partikel").
Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan
menunjukkan fenomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa

7. dan interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan saling memusnahkan satu
sama lain.
Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan memindahkan
energi sejumlah:
,
di mana adalah konstanta Planck, adalah laju cahaya, dan adalah panjang
gelombangnya.
Selain energi partikel foton juga membawa momentum dan memiliki polarisasi.
Foton mematuhi hukum mekanika kuantum, yang berarti kerap kali besaran-besaran
tersebut tidak dapat diukur dengan cermat. Biasanya besaran-besaran tersebut
didefinisikan sebagai probabilitas mengukur polarisasi, posisi, atau momentum
tertentu.Sebagai contoh, meskipun sebuah foton dapat mengeksitasi
satu molekul tertentu, sering tidak mungkin meramalkan sebelumnya molekul yang
mana yang akan tereksitasi.
Deskripsi foton sebagai pembawa radiasi elektromagnetik biasa digunakan oleh
para fisikawan. Namun dalam fisika teoretis sebuah foton dapat dianggap sebagai
mediator buat segala jenis interaksi elektromagnetik, seperti medan magnet dan gaya
tolak-menolak antara muatan sejenis.
Konsep modern foton dikembangkan secara berangsur-angsur antara 1905-1917
oleh Albert Einsteinuntuk menjelaskan pengamatan eksperimental yang tidak memenuhi
model klasik untuk cahaya. Model foton khususnya memperhitungkan ketergantungan
energi cahaya terhadap frekuensi, dan menjelaskan kemampuan materi dan radiasi
elektromagnetik untuk berada dalam kesetimbangan termal. Fisikawan lain mencoba
menjelaskan anomali pengamatan ini dengan model semiklasik, yang masih
menggunakanpersamaan Maxwell untuk mendeskripsikan cahaya. Namun dalam model
ini objek material yang mengemisi dan menyerap cahaya dikuantisasi. Meskipun model-
model semiklasik ini ikut menyumbang dalam pengembangan mekanika kuantum,
percobaan-percobaan lebih lanjut membuktikan hipotesis Einstein bahwa cahaya itu
sendirilah yang terkuantisasi. Kuantum cahaya adalah foton.

8. Konsep foton telah membawa kemajuan berarti dalam fisika teoretis dan
eksperimental, seperti laser, kondensasi Bose-Einstein, teori medan kuantum dan
interpretasi probabilistik dari mekanika kuantum. Menurut model standar fisika partikel,
foton bertanggung jawab dalam memproduksi semua medan listrik dan medan
magnet dan foton sendiri merupakan hasil persyaratan bahwa hukum-hukum fisika
memiliki kesetangkupan pada tiap titik pada ruang-waktu. Sifat-sifat intrinsik foton
seperti muatan listrik, massa dan spin ditentukan dari kesetangkupan gauge ini.
Konsep foton diterapkan dalam banyak area seperti fotokimia, mikroskopi resolusi
tinggi dan pengukuran jarak molekuler. Baru-baru ini foton dipelajari sebagai
unsur komputer kuantumdan untuk aplikasi canggih dalam komunikasi optik
seperti kriptografi kuantum.
Gambar no.2Diagram Feynman pertukaran foton virtual (dilambangkan oleh garis
gelombang dan gamma, ) antara sebutir positron danelektron.
Foton diemisikan dalam banyak proses alamiah, contohnya ketika muatan
dipercepat, saat transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih
rendah, atau ketika sebuah partikel dan antipartikel bertumbukan dan saling
memusnahkan. Foton diserap dalam proses dengan waktu mundur (time-reversed) yang
berkaitan dengan yang sudah disebut di atas: contohnya dalam produksi pasangan
partikel-antipartikel, atau dalam transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi
yang lebih tinggi.

9. Dalam ruang hampa foton bergerak dengan laju (laju cahaya). Energinya
dan momentum dihubungkan dalam persamaan , di mana merupakan
nilai momentum. Sebagai perbandingan, persamaan terkait untuk partikel dengan
massa adalah , sesuai dengan teori relativitas khusus.
2.4 RADIASI BENDA HITAM
Radiasi
Radiasi adalah pancaran energi melalui suatu materi atau ruang dalam bentuk
panas, partikel atau gelombang elektromagnetik/cahaya (foton) dari sumber radiasi. Ada
beberapa sumber radiasi yang kita kenal di sekitar kehidupan kita, contohnya adalah
televisi, lampu penerangan, alat pemanas makanan (microwave oven), komputer, dan
lain-lain.
Selain benda-benda tersebut ada sumber-sumber radiasi yang bersifat unsur
alamiah dan berada di udara, di dalam air atau berada di dalam lapisan bumi. Beberapa
di antaranya adalah Uranium dan Thorium di dalam lapisan bumi; Karbon dan Radon di
udara serta Tritium dan Deuterium yang ada di dalam air.
Perbedaan Radiasi dalam bentuk partikel dan radiasi dalam bentuk gelombang
elektromagnetik yaitu radiasi dalam bentuk partikel adalah jenis radiasi yang
mempunyai massa terukur. Sebagai contoh adalah radiasi alpha dengan simbol:
2α4
angka 4 pada simbol radiasi menunjukkan jumlah massa dari radiasi tersebut adalah 4
satuan massa atom (sma) dan angka 2 menunjukkan jumlah muatan radiasi tersebut
adalah positif 2, serta radiasi beta dengan simbol:
-1β0
menunjukkan bahwa jumlah massa dari jenis radiasi tersebut adalah 0 dan jumlah
muatannya adalah 1 negatif, sedangkan radiasi neutron dengan simbol:
1η0

10. menunjukkan bahwa jumlah massa dari neutron adalah 1 sma dan jumlah muatannya
adalah 0. Radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik atau disebut juga dengan
foton adalah jenis radiasi yang tidak mempunyai massa dan muatan listrik. Misalnya
adalah gamma dan sinar-X, dan juga termasuk radiasi tampak seperti sinar lampu, sinar
matahari, gelombang microwave, radar dan handphone.
Jenis-Jenis Radiasi
Dalam fisika, radiasi mendeskripsikan setiap proses di mana energi bergerak
melalui media atau melalui ruang, dan akhirnya diserap oleh benda lain. Orang awam
sering menghubungkan kata radiasi ionisasi (misalnya, sebagaimana terjadi pada senjata
nuklir, reaktor nuklir, dan zat radioaktif), tetapi juga dapat merujuk kepada radiasi
elektromagnetik (yaitu, gelombang radio, cahaya inframerah, cahaya tampak, sinar ultra
violet, dan X-ray), radiasi akustik, atau untuk proses lain yang lebih jelas. Apa yang
membuat radiasi adalah bahwa energi memancarkan (yaitu, bergerak ke luar dalam garis
lurus ke segala arah) dari suatu sumber. geometri ini secara alami mengarah pada sistem
pengukuran dan unit fisik yang sama berlaku untuk semua jenis radiasi. Beberapa
radiasi dapat berbahaya.
Radiasi Ionisasi
Radiasi pengion adalah jenis radiasi yang dapat menyebabkan proses ionisasi
(terbentuknya ion positif dan ion negatif) apabila berinteraksi dengan materi.
Beberapa jenis radiasi memiliki energi yang cukup untuk mengionisasi partikel.
Secara umum, hal ini melibatkan sebuah elektron yang 'terlempar' dari cangkang atom
elektron, yang akan memberikan muatan (positif). Hal ini sering mengganggu dalam
sistem biologi, dan dapat menyebabkan mutasi dan kanker. Jenis radiasi umumnya
terjadi di limbah radioaktif peluruhan radioaktif dan sampah.
Tiga jenis utama radiasi ditemukan oleh Ernest Rutherford, Alfa, Beta, dan sinar
gamma. radiasi tersebut ditemukan melalui percobaan sederhana, Rutherford

11. menggunakan sumber radioaktif dan menemukan bahwa sinar menghasilkan memukul
tiga daerah yang berbeda. Salah satu dari mereka menjadi positif, salah satu dari mereka
bersikap netral, dan salah satu dari mereka yang negatif. Dengan data ini, Rutherford
menyimpulkan radiasi yang terdiri dari tiga sinar. Beliau memberi nama yang diambil
dari tiga huruf pertama dari abjad Yunani yaitu alfa, beta, dan gamma.
Radiasi non-ionisasi
Radiasi non-ionisasi, sebaliknya, mengacu pada jenis radiasi yang tidak
membawa energi yang cukup per foton untuk mengionisasi atom atau molekul. Ini
terutama mengacu pada bentuk energi yang lebih rendah dari radiasi elektromagnetik
(yaitu, gelombang radio, gelombang mikro, radiasi terahertz, cahaya inframerah, dan
cahaya yang tampak). Dampak dari bentuk radiasi pada jaringan hidup hanya baru-baru
ini telah dipelajari. Alih-alih membentuk ion berenergi ketika melewati materi, radiasi
elektromagnetik memiliki energi yang cukup hanya untuk mengubah rotasi, getaran atau
elektronik konfigurasi valensi molekul dan atom. Namun demikian, efek biologis yang
berbeda diamati untuk berbagai jenis radiasi non-ionisasi
Radiasi Neutron
Radiasi Neutron adalah jenis radiasi non-ion yang terdiri dari neutron bebas.
Neutron ini bisa mengeluarkan selama baik spontan atau induksi fisi nuklir,
proses fusi nuklir, atau dari reaksi nuklir lainnya. Ia tidak mengionisasi atom
dengan cara yang sama bahwa partikel bermuatan seperti proton dan elektron
tidak (menarik elektron), karena neutron tidak memiliki muatan. Namun,
neutron mudah bereaksi dengan inti atom dari berbagai elemen, membuat isotop
yang tidak stabil dan karena itu mendorong radioaktivitas dalam materi yang
sebelumnya non-radioaktif. Proses ini dikenal sebagai aktivasi neutron.

12. Radiasi elektromagnetik
Radiasi elektromagnetik mengambil bentuk gelombang yang menyebar dalam
udara kosong atau dalam materi. Radiasi EM memiliki komponen medan listrik
dan magnetik yang berosilasi pada fase saling tegak lurus dan ke arah propagasi
energi. Radiasi elektromagnetik diklasifikasikan ke dalam jenis menurut
frekuensi gelombang, jenis ini termasuk (dalam rangka peningkatan frekuensi):
gelombang radio, gelombang mikro, radiasi terahertz, radiasi inframerah, cahaya
yang terlihat, radiasi ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma. Dari jumlah tersebut,
gelombang radio memiliki panjang gelombang terpanjang dan sinar gamma
memiliki terpendek. Sebuah jendela kecil frekuensi, yang disebut spektrum yang
dapat dilihat atau cahaya, yang dilihat dengan mata berbagai organisme, dengan
variasi batas spektrum sempit ini. EM radiasi membawa energi dan momentum,
yang dapat disampaikan ketika berinteraksi dengan materi.
Cahaya
Cahaya adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang yang terlihat
oleh mata manusia (sekitar 400-700 nm), atau sampai 380-750 nm. Lebih luas
lagi, fisikawan menganggap cahaya sebagai radiasi elektromagnetik dari semua
panjang gelombang, baik yang terlihat maupun tidak.
Radiasi termal
Radiasi termal adalah proses dimana permukaan benda memancarkan energi
panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik. radiasi infra merah dari
radiator rumah tangga biasa atau pemanas listrik adalah contoh radiasi termal,
seperti panas dan cahaya yang dikeluarkan oleh sebuah bola lampu pijar
bercahaya. Radiasi termal dihasilkan ketika panas dari pergerakan partikel
bermuatan dalam atom diubah menjadi radiasi elektromagnetik. Gelombang
frekuensi yang dipancarkan dari radiasi termal adalah distribusi probabilitas
tergantung hanya pada suhu, dan untuk benda hitam asli yang diberikan oleh

13. hukum radiasi Planck. hukum Wien memberikan frekuensi paling mungkin dari
radiasi yang dipancarkan, dan hukum Stefan-Boltzmann memberikan intensitas
panas.
Satuan Radiasi
Sama halnya dengan besaran fisis lainnya, seperti panjang yang mempunyai
satuan (ukuran) meter, inchi, feet; satuan berat (kilogram, ton, pound); satuan volume
(liter, meter kubik); maka radiasi pun mempunyai satuan atau ukuran untuk
menunjukkan besarnya paparan atau pancaran radiasi dari suatu sumber radiasi maupun
banyaknya dosis radiasi yang diberikan atau diterima oleh suatu medium yang terkena
radiasi.
Mengapa radiasi nuklir mempunyai satuan tidak lain karena radiasi nuklir,
seperti halnya panas dan cahaya yang dipancarkan dari matahari, membawa
(mentransfer) energi yang diteruskan ke bumi dan atmosfir. Jadi radiasi nuklir juga
membawa atau mentransfer energi dari sumber radiasi yang diteruskan ke medium yang
menerima radiasi. Sumber radiasi dapat berasal dari zat radioaktif, pesawat sinar-X, dan
lainnya.
Satuan radiasi ada beberapa macam. Satuan radiasi ini tergantung pada kriteria
penggunaannya, yaitu :
1. Satuan untuk paparan radiasi adalah Rontgen, dengan simbol satuan R.
2. Satuan untuk dosis absorbsi medium adalah Radiation Absorbed Dose, dengan
simbol satuan Rad.
3. Satuan untuk dosis ekuivalen adalah Rontgen equivalen of man, dengan simbol
satuan Rem.
4. Satuan untuk aktivitas sumber radiasi adalah Bacquerel, dengan simbol satuan
Bq.

14. RADIASI BENDA HITAM
Secara umum bentuk terperinci dari spektrum radiasi panas yang dipancarkan
leh suatu benda panas bergantung pada komposisi benda itu. Walaupun demikian, hasil
eksperimen menunjukkan bahwa ada satu kelas benda panas yang memancarkan pektra
panas dengan karakter universal. Benda ini adalah benda hitam atau black body. Benda
hitam didefinisikan sebagai sebuah benda yang menyerap semua radiasi yang datang
adanya. Dengan kata lain, tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam.
Jadi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama
engan satu.
Seperti yang telah kalian ketahui, bahwa emisivitas (daya pancar) merupakan
arakteristik suatu materi, yang menunjukkan perbandingan daya yang dipancarkan per
satuan luas oleh suatu permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam pada
temperatur yang sama. Sementara itu, absorptansi (daya serap) merupakan
perbandingan fluks pancaran atau fluks cahaya yang diserap oleh suatu benda terhadap
fluks yang tiba pada benda itu.
Benda hitam ideal digambarkan oleh suatu rongga hitam dengan lubang kecil.
Sekali suatu cahaya memasuki rongga itu melalui lubang tersebut, berkas itu akan
dipantulkan berkali-kali di dalam rongga tanpa sempat keluar lagi dari lubang tadi.
Setiap kali dipantulkan, sinar akan diserap dinding-dinding berwarna hitam. Benda
hitam akan menyerap cahaya sekitarnya jika suhunya lebih rendah daripada suhu
sekitarnya dan akan memancarkan cahaya ke sekitarnya jika suhunya lebih tinggi
daripada suhu sekitarnya. Hal ini ditunjukkan pada dibawah. Benda hitam yang dipanasi
sampai suhu yang cukup tinggi akan tampak membara.
Gambar no.3 & 4 ronggapadabendahitam

15. 1. Hukum Stefan-Boltzmann
Radiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah
benda hitam. Radiasi ini menjangkau seluruh daerah panjang gelombang. Distribusi
energi pada daerah panjang gelombang ini memiliki ciri khusus, yaitu suatu nilai
maksimum pada panjang gelombang tertentu. Letak nilai maksimum tergantung pada
temperatur, yang akan bergeser ke arah panjang gelombang pendek seiring dengan
meningkatnya temperatur. Pada tahun 1879 seorang ahli fisika dari Austria, Josef Stefan
melakukan eksperimen untuk mengetahui karakter universal dari radiasi benda hitam. Ia
menemukan bahwa daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi
oleh suatu benda hitam panas (intensitas total) adalah sebanding dengan pangkat empat
dari suhu mutlaknya. Sehingga dapat dirumuskan: I total T 4 dengan I menyatakan
intensitas radiasi pada permukaan benda hitam pada semua frekuensi, T adalah suhu
mutlak benda, dan σ adalah tetapan Stefan-Boltzman, yang bernilai 5,67 × 10-8 Wm-
2K-4. Untuk kasus benda panas yang bukan benda hitam, akan memenuhi hukum yang
sama, hanya diberi tambahan koefisien emisivitas yang lebih kecil daripada 1 sehingga:
I total e T 4 Intensitas merupakan daya per satuan luas, maka persamaan diatas dapat
P
ditulis sebagai: e T4
A
Beberapa tahun kemudian, berdasarkan teori gelombang elektromagnetik
cahaya, Ludwig Boltzmann (1844 - 1906) secara teoritis menurunkan hukum yang
diungkapkan oleh Joseph Stefan (1853 - 1893) dari gabungan termodinamika dan
persamaan-persamaan Maxwell. Oleh karena itu, persamaan dikenal juga sebagai
Hukum Stefan- Boltzmann, yang berbunyi: I total e T4
“Jumlah energi yang dipancarkan per satuan permukaan sebuah benda hitam dalam
satuan waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur
termodinamikanya”.
2. Hukum pergeseran wien
Untuk sebuah benda hitam, berlaku suatu
hubungan antara panjang gelombang dengan suhu

16. mutlak yang dinyatakan: m .T C dengan m merupakan panjang gelombang yang
sesuai dengan radiasi energi maksimum, T adalah temperatur termodinamik benda, dan
C adalah tetapan pergeseran Wien (2,898 × 10-3 mK). Hubungan tersebut disebut
Hukum pergeseran Wien, yang dinyatakan oleh Wilhelm Wien (1864 - 1928). Gambar
disamping memperlihatkan grafik hubungan antara intensitas radiasi dan panjang
gelombang radiasi benda hitam ideal pada tiga temperatur yang berbeda. Grafik ini
dikenal sebagai grafik distribusi spektrum. Intensitas merupakan daya yang dipancarkan
per satuan panjang gelombang. Ini merupakan fungsi panjang gelombang I maupun
temperatur T, dan disebut distribusi spektrum. Dari grafik terlihat bahwa puncak kurva
penyebaran energi spektrum bergeser ke arah ujung spektrum panjang gelombang
pendek dengan semakin tingginya temperatur.
Fungsi distribusi spektrum P( λ ,T ) dapat dihitung dari termodinamika klasik
secara langsung, dan hasilnya dapat dibandingkan dengan Gambar diatas. Hasil
perhitungan klasik ini dikenal sebagai Hukum
Rayleigh- Jeans yang dinyatakan: P ( λ,T ) = 8
π kTλ-4 dengan k merupakan konstanta
Boltzmann. Hasil ini sesuai dengan hasil yang
diperoleh secara percobaan untuk panjang
gelombang yang panjang, tetapi tidak sama
pada panjang gelombang pendek. Begitu λ
mendekati nol, fungsi P ( λ , T ) yang
ditentukan secara percobaan juga mendekati nol, tetapi fungsi yang dihitung mendekati
tak terhingga karena sebanding dengan λ−4 . Dengan demikian, yang tak terhingga yang
terkonsentrasi dalam panjang gelombang yang sangat pendek. Hasil ini dikenal sebagai
katastrof ultraviolet.
3. Teori plank tentang radiasi benda hitam
Teori Wien cocok dengan spektrum radiasi benda hitam untuk panjang
gelombang yang pendek, dan menyimpang untuk panjang gelombang yang panjang.

17. Teori Rayleigh-Jeans cocok dengan spektrum radiasi benda hitam untuk panjang
gelombang yang panjang, dan menyimpang untuk panjang gelombang yang pendek.
Pada tahun 1900, Planck memulai pekerjaannya dengan membuat suatu
anggapan baru tentang sifat dasar dari getaran molekul-molekul. Dalam dinding-dinding
rongga benda hitam (pada saat itu elektron belum ditemukan). Anggapan baru ini sangat
radikal dan bertentangan dengan fisika klasik, yaitu sebagai berikut:
1) Radiasi yang dipancarkan oleh getaran molekul-molekul tidaklah kontinu tetapi
dalam paket-paket energi diskret, yang disebut kuantum (sekarang disebut foton).
Besar energi yang berkaitan dengan tiap foton adalah E = hf, sehingga untuk n buah
foton maka energinya dinyatakan oleh En = nhf Dengan n = 1, 2, 3, ...
(bilangan asli), dan f adalah frekuensi getaran molekul-molekul. Energi dari
molekul-molekul dikatakan terkuantisasi dan energi yang diperkenankan disebut
tingkat energi. Ini berarti bahwa tingkat energi bisa hf, 2hf, 3hf, ... sedang h disebut
tetapan Planck, dengan h = 6,6 × 10-34 J s (dalam 2 angka penting)
2) Molekul-molekul memancarkan atau menyerap energi dalam satuan diskret dari
energi cahaya, disebut kuantum (sekarang disebut foton). Molekul-molekul
melakukan itu dengan “melompat” dari satu tingkat energi ke tingkat energi
lainnya. Jika bilangan kuantum n berubah dengan satu satuan, persamaan (8.10)
menunjukkan bahwa jumlah energi yang dipancarkan atau diserap oleh molekul-
molekul sama dengan hf. Jadi, beda energi antara dua tingkat energi yang
berdekatan adalah hf. Molekul akan memancarkan atau menyerap energi hanya
ketika molekul mengubah tingkat energinya. Jika molekul tetap tinggal dalam satu
tingkat energi tertentu, maka tidak ada energi yang diserap atau dipancarkan
molekul. Berdasarkan teori kuantum di atas, Planck dapat menyatakan hukum
radiasi Wien dan hukum radiasi Rayleigh-Jeans, dan menyatakan hukum radiasi
benda hitamnya yang akan berlaku untuk semua panjang gelombang. Hukum
radiasi Planck tersebut adalah
u (λ, T) = dengan h = 6,6 × 10-34 J s adalah tetapan Planck, c = 3,0 × 108
m/s adalah cepat rambat cahaya, k = 1,38 × 10-23 J/K adalah tetapan Boltzman, dan T
adalah suhu mutlak benda hitam

18. 1.5 RELASI DE BROGLIE
Pada tahun 1924, Louis de Broglie, seorang ahli fisika dari prancis
mengemukakan hipotesis tentang gelombang materi. Gagasan ini adalh timbale balik
daripada gagasan partikel cahaya yang dikemukakan Max Planck. Louis de Broglie
meneliti keberadaan gelombang melalui eksperimen difraksi berkas elektron. Dari hasil
penelitiannya inilah diusulkan “materi mempunyai sifat gelombang di samping
partikel”, yang dikenal dengan prinsip dualitas.
Sifat partikel dan gelombang suatu materi tidak tampak sekaligus, sifat yang
tampak jelas tergantung pada perbandingan panjang gelombang de Broglie dengan
dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya. Pertikel yang bergerak
memiliki sifat gelombang. Fakta yang mendukung teori ini adalah petir dan kilat. Kilat
akan lebih dulu terjadi daripada petir. Kilat menunjukan sifat gelombang berbentuk
cahaya, sedangkan petir menunjukan sifat pertikel berbentuk suara.
Hipotesis tentang gelombang materi berasal dari gagasan foton Einstein.
Kemudian diterapkan Louis de Broglie pada 1922, sebelum Compton membuktikannya,
untuk menurunkan Hukum Wien (1896). Ini menyatakan bahwa "bagian tenaga
elektromagnet yang paling banyak dipancarkan benda (hitam) panas adalah yang
frekuensinya sekitar 100 milyar kali suhu mutlak (273 + suhu Celsius) benda itu".
Pekerjaan ini ternyata memberi dampak yang berkesan bagi de Broglie.
Pada musim panas 1923, de Broglie menyatakan, "secara tiba-tiba muncul
gagasan untuk memperluas perilaku rangkap (dual) cahaya mencangkup pula alam
partikel". Ia kemudian memberanikan diri dengan mengemukakan bahwa "partikel,
seperti elektron juga berperilaku sebagai gelombang". Gagasannya ini ia tuangkan
dalam tiga makalah ringkas yang diterbitkan pada 1924; salah satunya dalam jurnal vak
fisika Perancis, Comptes Rendus.
Penyajiannya secara terinci dan lebih luas kemudian menjadi bahan tesis
doktoralnya yang ia pertahankan pada November 1924 di Sorbonne, Paris. Tesis ini
berangkat dari dua persamaan yang telah dirumuskan Einstein untuk foton, E=hf dan
p=h/. Dalam kedua persamaan ini, perilaku yang "berkaitan" dengan partikel (energi E

19. dan momentum p) muncul di ruas kiri, sedangkan ruas kanan dengan gelombang
(frekuensi f dan panjang gelombang , baca: lambda). Besaran h adalah tetapan alam
yang ditemukan Planck, tetapan Planck.
Secara tegas, de Broglie mengatakan bahwa hubungan di atas juga berlaku untuk
partikel. Ini merupakan maklumat teori yang melahirkan gelombang partikel atau de
Broglie. Untuk partikel, seperti elektron, momentum p adalah hasilkali massa
(sebanding dengan berat) dan lajunya. Karena itu, panjang gelombang de Broglie
berbanding terbalik dengan massa dan laju partikel. Sebagai contoh, elektron dengan
laju 100 cm per detik, panjang gelombangnya sekitar 0,7 mm.
Menurut de Broglie, partikel yang bergerak sangat cepat, mempunyai cirri-ciri
gelombang. Sifat-sifat gelombang dari partikel dinyatakan dalam persamaan:
λ = h/mv
dimana: λ = panjang gelombang
m = massa partikel
v = kecepatan
h = tetapan Planck
persamaan diatas dikenal dengan nama persamaan de Broglie dimana persamaan ini
dapat dipergunakan untuk menghitung besarnya panjang gelombang dari suatu partikel
yang bergerak dengan kecepatan v.