23/08/2011
UNIVERSITAS AHMAD DAHLAN
Pendidikan Fisika http://pf.uad.ac.id
Sejarah Teori Kuantum Kuliah Sejarah Fisika
Rachmad Resmiyanto http://rachmadresmi.staff.uad.ac.id
Efek Fotolistrik Philip Lenard (1862-1947) Menyelidiki berkas sinar katoda (10 th sebelumnya, Heinrich Hertz Sudah mengamatinya)
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
2
1
23/08/2011
• cdf
Philip Lenard (1862-1947)
Heinrich Hertz (1857-1894)
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
3
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
4
2
23/08/2011
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
5
Efek Fotolistrik Grafik Data i
i f dan v tetap
t
Intensitas I
10-9 s
i
Cs
e V0
K
Cu
I3 I2 I1
V0 23/08/2011
f0
f0
Rachmad Resmiyanto
f0
f 6
3
23/08/2011
Efek Fotolistrik Pandangan klasik: Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik Energi bersifat kontinyu Energi tidak gayut pada frekuensi Intensitas merupakan energi cahaya yg jatuh pada suatu permukaan tiap satuan luas tiap satuan waktu
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
7
Efek Fotolistrik Tafsiran klasik: gelombang laut [gelombang cahaya] menghempaskan koral [elektron] ke pantai. Maknanya, semakin tinggi intensitas pancaran semakin banyak energi yang diberikan kepada elektron.
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
8
4
23/08/2011
Efek Fotolistrik Tafsiran klasik: gelombang laut [gelombang cahaya] menghempaskan koral [elektron] ke pantai. Maknanya, semakin tinggi intensitas pancaran semakin banyak energi yang diberikan kepada elektron.
i f dan v tetap
Intensitas I
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
9
Efek Fotolistrik Tetapi, kenapa ada frekuensi ambang? Sekuat apapun intensitas cahaya yang datang, jika frekuensinya di bawah frekuensi ambang maka tak ada elektron yang terlempar. Ini sangat aneh...
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
10
5
23/08/2011
Efek Fotolistrik Tetapi, kenapa ada frekuensi ambang? Sekuat apapun intensitas cahaya yang datang, jika frekuensinya di bawah frekuensi ambang maka tak ada elektron yang terlempar. Ini sangat aneh... Cs
e V0
f0
f0
K
f0
Cu
f
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
11
Efek Fotolistrik Pandangan Klasik i
i f dan v tetap
t
Intensitas I
10-9 s
berhasil i
Cs
e V0
K
Cu
gagal
I3 I2 I1
V0 23/08/2011
f0
f0
Rachmad Resmiyanto
f0
f 12
6
23/08/2011
Efek Fotolistrik: siapa pahlawannya?
Dia adalah seorang kerani rendahan dari kantor Paten Swiss di Bern Namanya Albert Einstein bin Hermann Einstein
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
13
Efek Fotolistrik diselesaikan oleh seorang kerani rendahan Tahun 1905, usia Einstein baru 26 tahun.
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
14
7
23/08/2011
Efek Fotolistrik diselesaikan oleh seorang kerani rendahan Tahun 1905, usia Einstein baru 26 tahun.
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
15
Efek Fotolistrik diselesaikan dari sebuah rumah kecil
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
16
8
23/08/2011
Efek Fotolistrik diselesaikan dari sebuah rumah kecil
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
17
Jurnal Annalen der Physik Jurnal fisika Jerman, 1905
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
18
9
23/08/2011
Teknik Jitu ala Einstein • Einstein akrab dengan soal fotolistrik dan sudah mengetahui hukum radiasi Planck
Perlu diingat, Pendekatan Max Planck dalam radiasi benda hitam bersifat pribadi. Ia berdasarkan pada pendekatan statistiknya sendiri dan rumus entropi Boltzmann untuk kumpulan partikel
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
19
Teknik Jitu ala Einstein •
Planck membenci persamaan Boltzmann (hukum entropi untuk untuk sistem partikel), S = k log w, namun digunakan juga untuk menyelesaikan radiasi benda hitam
•
Rumus radiasi Wilhelm Wien (teman Planck di Berlin) sahih untuk bagian frekuensi tinggi dari kurva radiasi benda hitam. Rumus radiasi Planck bisa diturunkan menjadi rumus Wien untuk f tinggi.
•
Rumus Planck merupakan rumus teoretik, rumus Wien merupakan rumus empirik Einstein lebih menyukai metode fenomenologi ketimbang teori murni
•
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
20
10
23/08/2011
Teknik Jitu ala Einstein
Partikel
23/08/2011
Gelombang
•
Einstein menggunakan metode fluktuasi untuk menghitung perubahan entropi sistem termampatkan (artinya volumenya menjadi lebih kecil dari semula)
•
Rumus Wien digunakan untuk menghitung penurunan entropi radiasi monokromatik termampatkan. Ini mirip sekali dengan partikel gas ideal.
Rachmad Resmiyanto
21
Teknik Jitu ala Einstein • Einstein tidak menggunakan anggapan apapun ttg struktur partikel atau hukum gerak. • Einstein hanya menggunakan hukum entropi Boltzmann, S = k log W • Hasilnya, untuk radiasi ternyata mirip rumus gas termampatkan
Jadi Einstein punya hipotesis: “pada f tinggi, radiasi berkelakuan seolah-olah terdiri dari paket energi yang berdiri sendiri dan tak bergantung besaran k β f. Berarti radiasi itu seperti partikel cahaya” 23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
22
11
23/08/2011
Teknik Jitu ala Einstein
=h/k E=nhf Jadi, energi radiasi = banyaknya partikel kali hf. Dan hf merupakan kuantum radiasi. ARTINYA, SEMUA CAHAYA & RADIASI ELEKTROMAGNETIK berupa paket energi hf. (Ini jauh lebih umum dari gagasan PLanck)
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
23
Teknik Jitu ala Einstein
Lalu, apakah Einstein yakin dan percaya diri dengan hasil analisisnya? 23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
24
12
23/08/2011
Teknik Jitu ala Einstein • Einstein ragu jurnal Annalen der Physik tidak akan menerbitkan tulisannya. Einstein sadar, ia tidak memberi bukti apapun. • Istrinya, Mileva Maric, menyarankan untuk menggunakan terminologi “HEURISTIK” dalam judul tulisannya [Heuristik menunjukkan bahwa itu bukan penyelesaian tegas, seolah digarap tidak terlalu serius dan butuh penelitian lanjutan]
SUDUT PANDANG HEURISTIK TERHADAP WATAK CAHAYA
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
25
Penjelasan Efek Fotolistrik Ternyata, persoalan efek fotolistrik menjadi sangat sederhana ketika radiasi pancaran dipandang sebagai kumpulan partikel atau foton dengan paket energi sebesar hf
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
26
13
23/08/2011
Penjelasan Efek Fotolistrik Foton yang datang memberikan energinya pada elektron (untuk melepaskan diri dari ikatan logam),
sisa energi digunakan elektron untuk bergerak di ruang bebas Energi foton = energi kinetik + kerja untuk melepaskan diri
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
27
Penjelasan Efek Fotolistrik • Kalau pada lempengan logam dipasang tegangan penghenti, V0, maka tegangan itu dapat mengimbangi K elektron & menghentikan arus elektron q = muatan elektron
q V0 = h f -
• Persamaan ini begitu sederhana, mudah diuji di lab. Fungsinya hanya V0(f), fungsi linear.
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
28
14
23/08/2011
Penjelasan Efek Fotolistrik Sinar terang (banyak foton)
Cs
e V0
f0
Sinar redup (sedikit foton)
23/08/2011
f0
K
f0
Cu
f
Intensitas sinar berkaitan dengan jumlah foton, sehingga mempengaruhi jumlah arus elektron, tapi tidak mempengaruhi tegangan penghenti V0 yang hanya gayut frekuensi.
Rachmad Resmiyanto
29
Upaya menyanggah Einstein
23/08/2011
•
Robert A Milikan (1868 - 1953) merupakan salah satu fisikawan klasik yang keras kepala
•
Selama 5 tahun, 1912-1917, ia menguji linearitas persamaan Einstein di Lab. Ryerson Univ. Chicago.
•
Ia menggunakan berbagai logam (bahkan Na yg sangat reaktif), cahaya berbagai frekuensi, dengan teknik yg canggih, logam itu ditaruh di ruang hampa.
Rachmad Resmiyanto
30
15
23/08/2011
Upaya menyanggah Einstein
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
31
Upaya menyanggah Einstein
• Alih-alih meruntuhkan, Milikkan justru menguatkan Einstein. BAYANGKAN SELAMA 5 TAHUN ! 23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
32
16
23/08/2011
Upaya menyanggah Einstein
• Milikkan masih percaya bahwa persamaan radiasi kuantum bukan kemenangan terbesar Planck dan Einstein. (Ini merupakan sentimen) 23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
33
Tanggapan Planck
Ya ampun Planck, ternyata selama ini temuan kita diabaikan
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
34
17
23/08/2011
Tanggapan Planck
Anehnya, Planck juga turut menolak penjelasan Einstein.
Bahkan Planck juga menolak kuantum cahayanya sendiri
Planck menganggap Einstein melakukan spekulasi ngawur dngan hipotesis kuantum cahayanya
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
35
18
