Kuantum Planck

Teori Kuantum Planck

Akhir tahun 1800, banyak ahli fisika berpikir untuk menerangkan prinsip utama dari alam semesta dan menemukan semua hukum alam. Tetapi kokonsistenan ini tidak bisa dengan mudah diterangkan yang ditunjukkan atas beberapa area studi.

Pada tahun 1901, Planck mempublikasikan hukum radiasi. Di dalamnya Planck menyatakan bahwa suatu isolator atau apapun sistem fisik yang serupa, kemungkinan mempunyai tingkatan atau nilai satuan energi terpisah.

Planck menyatakan bahwa emisi atau pancaran dan penyerapan radiasi dihubungkan dengan transisi atau lompatan antara dua tingkatan energi. Energi yang hilang atau yang diperoleh isolator dipancarkan atau diserap sebagai kuantum dari energi radiasi yang mana besarnya tersebut dinyatakan dalam persamaan :

E = h.u ………(1)

Dengan   : E = energi radiasi

                  H         = konstanta Planck

                        (6,626 x 10^-34 J.s)

                  u = frekuensi dari radiasi

Ketetapan Planck telah ditemukan untuk mempunyai arti diluar berhubungan dengan frekuensi dan energi dari cahaya dan menjadi suatu batu penjuru dan pandangan kuantum yang mekanis dari beberapa dunia sub atomik. Pada tahun 1918, Planck telah dihadiahi sebuah nobel untuk memperkenalkan teori kuantum cahaya.

Efek Fotolistrik

Didalam emisi atau pancaran yang photoelectric, bantuan cahaya merupakan suatu material yang disebabkan oleh pancaran elektron. Model gelombang klasik diramalkan ketika intensitas dari cahaya masuk itu telah ditingkatkan amplitudonya dan begitu energi gelombang akan meningkat. Sehingga menyebabkan fotoelektron lebih cepat untuk dipancarkan. Model kuantum yang baru meramalkan cahaya dengan frekuensi yang lebih tinggi itu akan menghasilkan energi fotoelekton yang lebih tinggi, tidak terikat pada intensitas. Sedangkan intensitas ditingkatkan menyebabkan pancaran elektron banyak meningkat (arus photoelectric).

Pada awal 1900-an beberapa penyelidikan menemukan bahwa energi kinetik dari fotoelektron adalah bergantung pada panjang gelombang atau frekuensi dan tidak terikat pada intensitas, sedangkan besar dari arus photoelectric atau jumlah elektron adalah bergantung dengan intensitas seperti yang diramalkan oleh model kuantum. Einstein yang menerapkan teori Planck dan menerangkan efek fotolistrik dalam kaitannya dengan mode kuantum dengan menggunakan persamaan yang terkenal dimana ia mendapatkan nobel di tahun 1921 yaitu ;

E = h.u = K.E_maks + W₀ …. (2)

Dengan   :

E          = Energi yang disediakan oleh kuantum dari cahaya yang dikenal sebagai suatu satuan energi dalam cahaya

K.E_maks =  Energi kinetik maksimum dari emisi fotoelektron.

W₀       = Energi yang diperlukan untuk memindahkan fotoelektron dari permukaan material (fungsi kerja)

Eksperimen h/e

Suatu cahaya foton dengan energi hu adalah peristiwa ketika suatu elektron di katoda dari suatu tabung ruang hampa. Elektron menggunakan W_minimum ini merupakan energi untuk lepas dari katoda. Sisa-sisa itu dengan energi maksimum KE dalam wujud energi kinetik maksimum. Secara normal emisi elektron menjangkau kutub anoda (positif) dari tabung dan dapat diukur sebagai arus fotolistrik.

Bagaimanapun dengan menerapkan suatu potensial kebalikan antara kutub positif dan negatif. Arus fotolistrik dapat dihentikan. K.E_maks dapat ditentukan dengan mengukur potensial kebalikan yang minimum diperlukan untuk menghentikan fotoelektron dan mengurangi arus fotolistrik menjadi nol. Hubungan energi kinetik menghentikan potensial memberikan persamaan yaitu :

K.E_maks = V₀.e …… (3)

Dengan melakukan subtitusi pada persamaan Einstein maka diperoleh :

E = h.u = K.E_maks + W₀

       h.u = V₀.e + W₀

Sehingga persamaan tersebut untuk memperoleh V, maka menjadi :

Jika kita meletakkan hubungan antara frekuensi (u) Vs potensial henti (V₀) untuk cahaya pada frekuensi yang berbeda, grafik akan terlihat :

 

Grafik hubungan antara frekuensi (u) Vs Potensial henti (V₀)

V₀ akan sebanding dengan  dan kemiringannya merupakan h/e. Penggabungan percobaan ini adalah menentukan rasio dengan harga yang sebanding dengan e = 1,602 x 10^-19 C, sehingga dapat menentukan konstanta Planck (h)

Apparatus h/e

Alat ini bekerja berdasarkan efek fotolistrik ketika cahaya monokromatik jatuh pada tabung foto dioda vakum yang mempunyai fungsi kerja rendah. W₀ elektron dialirkan dari anoda ke katoda. Untuk mengukur potensial henti anoda dihubungkan dengan stopkontak output di depan panel apparatus impedansi tinggi (V_out/V_in= 1). Mengukur amplifier potensial henti dengan voltmeter digital. Kisi-kisi pendingin dengan lubang udara pada aluminium benar-benar sejuk. Pada eksperimen ini, sumber gas merkuri yang digunakan adalah model OS-9286 dari Pasco Scientific menyediakan 3000 lumen cahaya pada spektrum merkuri.