Benda hitamDari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Belum Diperiksa

Dalam fisika, benda hitam (bahasa Inggris black body) adalah obyek yang menyerap seluruh radiasi

elektromagnetik yang jatuh kepadanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar ataudipantulkannya. Namun

demikian, dalam fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga memancarkan seluruh panjang

gelombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah energi benda itu dapat diukur.

Meskipun namanya benda hitam, dia tidaklah harus benar-benar hitam karena dia juga memancarkan energi.

Jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya bergantung pada suhu benda hitam tersebut.

Benda hitam dengan suhu di bawah sekitar 700 Kelvin hampir semua energinya dipancarkan dalam bentuk

gelombang inframerah, sangat sedikit dalam panjang gelombang tampak. Semakin tinggi temperatur, semakin

banyak energi yang dipancarkan dalam panjang gelombang tampak dimulai

dari merah, jingga, kuning dan putih.

Istilah "benda hitam" pertama kali diperkenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff pada tahun 1862. Cahaya yang

dipancarkan oleh benda hitam disebut radiasi benda hitam

[sunting]Penjelasan

Ketika temperatur berkurang, puncak dari kurva radiasi benda hitam bergerak ke intensitas yang lebih rendah danpanjang

gelombang yang lebih panjang. Grafik radiasi benda hitam ini dibandingkan dengan model klasik dari Rayleigh dan Jeans.

Dalam laboratorium, benda yang paling mendekati radiasi benda hitam adalah radiasi dari sebuah lubang kecil

pada sebuah rongga.Cahaya apa pun yang memasuki lubang ini akan dipantulkan dan energinya diserap oleh

dinding-dinding rongga berulang kali, tanpa memedulikan bahan dinding dan panjang gelombang radiasi yang

masuk (selama panjang gelombang tersebut lebih kecil dibandingkan dengan diameter lubang). Lubang ini

(bukan rongganya) adalah pendekatan dari sebuah benda hitam. Jika rongga dipanaskan, spektrumyang

dipancarkan lubang akan merupakan spektrum kontinu dan tidak bergantung pada bahan pembuat rongga.

Pancaran radiasinya mengikuti suatu kurva umum (lihat gambar). Berdasarkan hukum radiasi termal dari

Kirchhoff kurva ini hanya bergantung pada suhu dinding rongga, dan setiap benda hitam akan mengikuti kurva

ini.

Spektrum yang teramati tidak dapat dijelaskan dengan teori elektromagnetik klasik dan mekanika statistik.

Teori ini meramalkan intensitasi yang tinggi pada panjang gelombang rendah (yaitu, frekuensi tinggi); suatu

ramalan yang dikenal sebagai bencana ultraungu.

Masalah teoretis ini dipecahkan oleh Max Planck, yang menganggap bahwa radiasi elektromagnetik dapat

merambat hanya dalam paket-paket, atau kuanta (lihat bencana ultraungu untuk rinciannya). Gagasan ini

belakangan digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan efek fotolistrik. Perkembangan teoretis ini akhirnya

menyebabkan digantikannya teori elektromagnetik klasik dengan mekanika kuantum. Saat ini, paket-paket

tersebut disebut foton.

Apakakah benda hitam itu adalah benda yang warnanya hitam…? Seperti rambut warna hitam, atau mobil warna

hitam!, tentunya tidak !., untuk membahas apa itu benda hitam ? marilah kita perhatikan gambar berikut :

Gambar (a) adalah kotak yang dicat putih dan dinding depan kotak dilubangi, ketika kotak penutupnya di tutup,

maka lubang pada dinding akan tampak hitam disiang hari seperti pada gamabar (b). Mengapa demikian ?

Ketika kalor radiasi dari cahaya matahari memasuki lubang kotak, kalor radiasi dipantulkan berulang-ulang

(beberapa kali oleh dinding kotak dan setelah pemantulan ini hampir dapat dikatakan tidak ada lagi kalor radiasi

yang tersisa ( semua kalor radiasi telah diserap di dalam kotak ) seperti pada gambar ( c ). Dengan kata lain, lubang

telah berfungsi menyerap semua radiasi kalor yang dating padanya. Akibatnya lubang akan tampak hitam.

Dalam kehidupan sehari-hari benda hitam dapat dilihat pada lubang udara ventilasi yang terdapat pada dinding

rumah. Lubang udara tersebut tampak gelap (hitam) dari kejauhan. Lubang seperti ini pun mendekati criteria benda

hitam.

Emisitas diberi lambing (e)adalah koefisien yang disebut emisivitas . Emisivitas adalah ukuran seberapa besar

pemancaran radiasi kalor suatu benda dibandingkan dengan benda hitam.

Nilai emisivitas (e) bergantung pada jenis permukaan benda. Pemantul sempurna (penyerap paling jelek nilai e = 0,

sedangkan benda hitam sempurna dengan nilai e = 1 adalah benda penyerap sempurna sekaligus pemancar

sempurna radiasi kalor. Sedangkan nilai   0 < e < 1, benda yang dapat menyerap dan pemancarkan radiasi hanya

sebagian saja.

Radiasi Kalor

Perhatikan gambar berikut !

Nyalakan lampu pijar 5 watt dan 40 watt selama selang waktu 15 menit. Dekatkan tanganmu (jangan samapai

menyentuh)  ke lampu 5 watt kemudian ke lampu 40 watt. Rasakan panas akibat radiasi kalor yang dihasilkan kedua

lampu. Manakah energi radiasi yang kalornya lebih besar: lampu  5 watt atau 40 watt ?  Perkirakan, manakah yang

suhunya lebih tinggi, lampu 5 watt ataukah 40 watt Adakah hubungan antara energi kalor yang dipancarkan lampu

dengan suhunya.?

Hasil percobaan menunjukkan bahwa setiap benda pada setiap suhu memancarkan radiasi kalor. Makin tinggi suhu

benda makin besar energi kalor yang dipancarkan.Lampu 40 watt memiliki suhu lebih tinggi dari pada lampu 5 watt,

sehingga lampu 40 watt terasa lebih panas ketika didekati karena lampu itu memancarkan energi kalor yang lebih

besar darai pada lampu 5 watt.

Berapa besar energi kalor yang diradiasikan oleh permukaan benda ? Pada tahun 1879 Joseph Stefan melakukan

pengukuran daya total yang dipancarkan oleh benda hitam. Dia menyatakan bahwa energi radiasi tiap detik itu

sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Lima tahun kemudian , Ludwig Boltzman menurunkan rumus

yang sama. Persamaan yang didapat dari hubungan ini dikenal sebagai Hukum Stefan Boltzman, yang berbunyi :

energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan

luas permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan (T4). Secara matematika ditulis :

Tetapan s (dibaca sigma) dikenal dengan sebagai tetapan Stefan-

Boltman dalam satuan SI mempunyai nilai:

Tidak semua benda dapat dianggap benda hitam. Oleh karena itu, diperlukan modifikasi pada pada persamaan,

sehingga dapat digunakan pada setiap benda. Jadi persamaan Stefan-Bolzman untuk setiap bebda dapat ditulis :

P= Daya radiasi/energi kalor tiap sekon (W/m2)

Q= kalor/panas yang diradiasikan (kalori)

1 Kal = 4,2 Joule

e= emisitas, nilai e®   0 ≤e≤ 1

s = 5,67 x 10-8 Wm-2K-4

A = luas permukaan benda (m2)

T4 = Suhu Mutlak (K-4)

W = Energi radiasi kalor (joule)

t= waktu selama benda meradiasai (sekon)

Contoh Soal :

1. Sebuah pelatr baja tipis berbentuk persegi dengan panjang sisi 10 cm, dipanaskan dalam suatu tungku sehingga

suhunya mencapai 727o Tentukan energi radiasi kalor setiap sekon.

Penyelesaian :

Dikertahui : A= Luas permukaan atas dan bawah = 2(10 cm)2 = 0,02 m2, e = 1

T= 727 +273 = 1000 K

Ditanyakan : W:…?

Jawab

2. Energi listrik menjadi energi kalor

Kawat spiral lampu pijar luas permukaan 50 mm2, suhunya 1127o, 60 5 dari energi listrik  yang dihantarkan pada

lampu diradiasikan dalam bentuk kalor, dan kawat pijar bersifat seperti benda hitam. Berapa ampere arus yang

mengalir dalam lampu yang dihubungkan dengan stop kontak (bertegangan 220 Volt) , agar lampu tersebut dapat

berfungsi ?

Penyelesaian Soal

Diketahui : A= 50 mm2 = 50 x 10-6 m2, T (1127+273) = 1400 K, e = 1

60% daya listrik menjadi radiasi kalor

Ditanyakan : i.   ?

Jawab :

P = e. s A T4= 1 x 5,67 x 10-8 x  50 x 10-6 x (1400)4 = 10,89 Watt

P listrik = 10,89/60%= 10,89/0,60 = 18,15 W

P listrik = V.i = 200 x i= 10,15 ® i = 18,15/220 = 0,0825 A

Gejala gelombang dapat diperlihatkan dengan mudah,apabila kita melemparkan batu ke

dalam kolam yang airnya tenang, maka pada permukaan air kolam itu akan timbul usikan

yang merambat dari tempat batu itu jatuh ke tepi kolam. 

Usikan yang merambat pada permukaan air tersebut disebut gelombang.  Gelombang

didefinisikan sebagai getaran yang merambat melalui medium/perantara. Medium

gelombang dapat berupa zat padat, cair, dan gas, misalnya tali, slinki, air, dan udara. 

Dalam perambatannya, gelombang membawa energi. Energi gelombang air laut sangat

terasa bila kita berdiri di tepi pantai, berupa dorongan gelombang pada kaki kita. 

Gelombang dapat dikelompokkan berdasarkan sifat-sifat fisisnya, yaitu : 

1. Berdasarkan arah getarannya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yakni

gelombang longitudinal dan gelombang transversal.

a. Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarannya berimpit dengan arah

rambatannya, misalnya gelombang bunyi. 

b. Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan

arah rambatannya, misalnya gelombang pada tali dan gelombang cahaya.  

2. Berdasarkan amplitudonya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yakni gelombang

berjalan dan gelombang diam/berdiri. 

a. Gelombang berjalan, yaitu gelombang yang amplitudonya tetap pada setiap titik yang

dilalui gelombang, misalnya gelombang pada tali. 

b. Gelombang diam/berdiri, yaitu gelombang yang amplitudonya berubah, misalnya

gelombang pada senar gitar yang dipetik. 

3. Berdasarkan zat perantara atau medium rambatannya, gelombang dibedakan menjadi

dua, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. 

a. Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang dalam perambatannya memerlukan

medium, misalnya  gelombang air, gelombang pada tali, dan gelombang bunyi. 

b. Gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yang dalam perambatannya tanpa

memerlukan medium, misalnya gelombang cahaya. 

Pada bab ini kita hanya akan mempelajari tentang  gelombang beserta besaran-besaran

yang berkaitan dengan gelombang, yaitu simpangan (Y), amplitudo (A), frekuensi (f),

periode (T), dan fase (P).

Mengapa polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal?

Ide polarisasi gelombang dengan mudah dapat kita pahami dengan memperhatikan

secara seksama suatu gelombang transversal pada tali ketika melewati sebuah celah.

A. PENDAHULUAN

Dioda cahaya atau lebih dikenal dengan sebutan LED (light-emitting diode) adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk foton. Panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan tergantung dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n junction. Sebuah dioda normal, biasanya terbuat dari silikon atau germanium, memancarkan cahaya tampak inframerah dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk sebuah LED memiliki selisih pita energi antara cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat. Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. Chip LED mempunyai kutub positif dan negatif(p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya. Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik dioda yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju. Tegangan yang diperlukan sebuah dioda untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vg).

Energi foton bergantung pada frekuensi cahaya yang digunakan. Berdasarkan perumusan teoritik diperoleh hubungan

 (1)

Pada tahun 1905 Einstein mengemukakan penjelasan berupa ketergantungan foton pada frekuensi radiasi,

 (2)

sehingga persamaan (1) menjadi

 (3)

Energi minimum  disebut sebagai fungsi kerja (work function). Tegangan pada saat pertama kali menyala disebut dengan V0 (istilah berbeda dibeberapa buku).

B. PENGAMBILAN DATA

Rangkai alat seperti pada gambar berikut ini.

1. Naikkan tegangan perlahan-lahan sehingga pertambahan arus dapat dilakukan setiap 1 mA. Dari sini akan didapatkan bahwa sampai pada tegangan tertentu LED belum menyala. Lanjutkan penambahan tegangan sampai terjadi aliran arus yang ditandai dengan LED menyala.

2. Lanjutkan pencatatan sampai terbentuk kurva V-I secukupnya.3. dengan cara yang sama, gunakan LED dengan warna yang lain, misal : merah,

kuning, hijau, biru.4. dari Kurva V dan I untuk masing-masing LED tentukan Vg kemudian plot

grafik antara Vg dan  [lamda].

C. ANALISIS DATA

Menentukan Analisis Vg

- Plot grafik antara V dan I

- Pilih beberapa titik yang di anggap linear y = ax+b

dengan

y = I dan x=V.

Syarat terjadinya Vg adalah ketika V=I, maka Vg=-b/a untuk masing-masing warna nyala LED.

Menentukan Konstanta Planck

Plot grafik antara Vg dengan 1/[lamda].

dari persamaan garis lurus y = ax+b, maka dapat dianalogikan sebagai berikut

dengan c=3 x 10^8 m/s, dan e=1,6 x 10^-19 eV, maka nilai h dapat ditentukan dengan :

Dengan prosentase ralat kesalahan sebesar :

Menentukan Suhu Diode

suhu diode dapat ditentukan dengan

In physics, the Rayleigh–Jeans law attempts to describe the spectral radiance of electromagnetic

radiation at all wavelengths from ablack body at a given temperature through classical arguments. For

wavelength λ, it is:

where c is the speed of light, k is the Boltzmann constant and T is the temperature in kelvins.

For frequency ν, the expression is instead

The Rayleigh–Jeans law agrees with experimental results at large wavelengths (or, equivalently,

low frequencies) but strongly disagrees at short wavelengths (or high frequencies). This

inconsistency between observations and the predictions of classical physics is commonly known

as the ultraviolet catastrophe,[1][2] and its resolution was a foundational aspect of the development

of quantum mechanics in the early 20th century.

Contents

  [hide] 

1 Historical development

2 Comparison to Planck's law

3 Consistency of frequency and wavelength dependent expressions

4 Other forms of Rayleigh–Jeans law

5 See also

6 References

7 External links

[edit]Historical development

In 1900, the British physicist Lord Rayleigh derived the λ−4 dependence of the Rayleigh–Jeans

law based on classical physical arguments.[3] A more complete derivation, which included the

proportionality constant, was presented by Rayleigh and Sir James Jeans in 1905. The

Rayleigh–Jeans law revealed an important error in physics theory of the time. The law predicted

an energy output that diverges towards infinity as wavelength approaches zero (as frequency

tends to infinity) and measurements of energy output at short wavelengths disagreed with this

prediction.

[edit]Comparison to Planck's law

In 1900 Max Planck empirically obtained an expression for black-body radiation expressed in

terms of wavelength λ = c/ν (Planck's law):

where h is the Planck constant. The Planck law does not suffer from an ultraviolet

catastrophe, and agrees well with the experimental data, but its full significance (which

ultimately led to quantum theory) was only appreciated several years later. Since,

then in the limit of very high temperatures or long wavelengths, the term in the

exponential becomes small, and the exponential is well approximated with the Taylor

polynomial's first-order term,

So,

This results in Planck's blackbody formula reducing to

which is identical to the classically derived Rayleigh–Jeans expression.

The same argument can be applied to the blackbody radiation expressed in

terms of frequency ν = c/λ in the limit of small frequency:

This last expression is the Rayleigh–Jeans law in the limit of small

frequency.

[edit]Consistency of frequency and wavelength dependent expressions

When comparing the frequency and wavelength dependent

expressions of the Rayleigh–Jeans law it is important to remember that

because   has units of energy emitted per unit time per

unit area of emitting surface, per unit solid angle, per unit

wavelength, whereas   has units of energy emitted per

unit time per unit area of emitting surface, per unit solid angle, per

unit frequency. To be consistent, we must use the equality

where both sides now have units of energy emitted per unit

time per unit area of emitting surface, per unit solid angle.

Starting with the Rayleigh–Jeans law in terms of wavelength

we get

where

.

This leads us to find:

.

[edit]Other forms of Rayleigh–Jeans law

Depending on the application, the Planck

Function can be expressed in 3 different forms.

The first involves energy emitted per unit time

per unit area of emitting surface, per unit solid

angle, per unit frequency. In this form, the Planck

Function and associated Rayleigh–Jeans limits

are given by

or

Alternatively, Planck's law can be written

as an

expression   

for emitted power integrated over all

solid angles. In this form, the Planck

Function and associated Rayleigh–

Jeans limits are given by

or

In other cases, Planck's Law is

written

as   

for energy per unit volume

(energy density). In this form,

the Planck Function and

associated Rayleigh–Jeans

limits are given by

or

Mekanika kuantumDari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Belum Diperiksa

Densitas kebolehjadian dari fungsi gelombang sebuah elektron atom hidrogen dalam mekanika kwantum

Mekanika kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada

tataran atom dan subatom. Ilmu ini memberikan kerangkamatematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia,

termasuk fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir.

Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang,

bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern. Dasar dari mekanika kuantum adalah

bahwa energi itu tidak kontinyu, tapi diskrit -- berupa 'paket' atau 'kuanta'. Konsep ini cukup revolusioner,

karena bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.

Daftar isi

  [sembunyikan] 

1     Sejarah   

o 1.1      Eksperimen penemuan   

2     Bukti dari mekanika kuantum   

3     Referensi   

[sunting]Sejarah

Pada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket

atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan

oleh benda hitam. Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan

bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton. Pada tahun 1913, Niels

Bohr menjelaskangaris spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. Pada

tahun 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda.

Teori-teori di atas, meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal: tidak ada penjelasan jelas untuk

kuantisasi. Mereka dikenal sebagai teori kuantum lama.

Frase "Fisika kuantum" pertama kali digunakan oleh Johnston dalam tulisannya Planck's Universe in Light of

Modern Physics (Alam Planck dalam cahaya Fisika Modern).

Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan mekanika

matriks dan Erwin Schrödinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrödinger. Schrödinger

beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan tersebut sama.

Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastiannya pada tahun 1927, dan interpretasi Kopenhagen terbentuk

dalam waktu yang hampir bersamaan. Pada 1927, Paul Dirac menggabungkan mekanika kuantum

dengan relativitas khusus. Dia juga membuka penggunaan teori operator, termasuk notasi bra-ket yang

berpengaruh. Pada tahun 1932, Neumann Janos merumuskan dasar matematika yang kuat untuk mekanika

kuantum sebagai teori operator.

Bidang kimia kuantum dibuka oleh Walter Heitler dan Fritz London, yang mempublikasikan penelitian ikatan

kovalen dari molekul hidrogen pada tahun 1927. Kimia kuantum beberapa kali dikembangkan oleh pekerja

dalam jumlah besar, termasuk kimiawan Amerika Linus Pauling.

Berawal pada 1927, percobaan dimulai untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam bidang di luar

partikel satuan, yang menghasilkan teori medan kuantum. Pekerja awal dalam bidang ini termasuk

Dirac, Wolfgang Pauli, Victor Weisskopf dan Pascaul Jordan. Bidang riset area ini dikembangkan dalam

formulasi elektrodinamika kuantum oleh Richard Feynman, Freeman Dyson,Julian Schwinger, dan Tomonaga

Shin'ichirō pada tahun 1940-an. Elektrodinamika kuantum adalah teori kuantum elektron, positron, dan Medan

elektromagnetik, dan berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya.

Interpretasi banyak dunia diformulasikan oleh Hugh Everett pada tahun 1966.

Teori Kromodinamika kuantum diformulasikan pada awal 1960an. Teori yang kita kenal sekarang ini

diformulasikan oleh Polizter, Gross and Wilzcek pada tahun 1975. Pengembangan awal oleh Schwinger, Peter

Higgs, Goldstone dan lain-lain. Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg dan Abdus Salam menunjukan secara

independen bagaimana gaya nuklir lemah dan elektrodinamika kuantum dapat digabungkan menjadi satu gaya

lemah elektro.

[sunting]Eksperimen penemuan

Eksperimen celah-ganda  royan membuktikan sifat gelombang dari cahaya. (sekitar 2012)

Henri Becquerel  menemukan radioaktivitas (1896)

Joseph John Thomson  - eksperimen tabung sinar kathoda (menemukan elektron dan muatan negatifnya)

(1897)

Penelitian radiasi benda hitam antara 1850 dan 1900, yang tidak dapat dijelaskan tanpa konsep kuantum.

Robert Millikan  - eksperimen tetesan oli, membuktikan bahwa muatan listrik terjadi dalam kuanta (seluruh

unit), (1909)

Ernest Rutherford  - eksperimen lembaran emas menggagalkan model puding plum atom yang

menyarankan bahwa muatan positif dan masa atom tersebar dengan rata. (1911)

Otto Stern  dan Walter Gerlach melakukan eksperimen Stern-Gerlach, yang menunjukkan sifat kuantisasi

partikel spin (1920)

Clyde L. Cowan  dan Frederick Reines meyakinkan keberadaan neutrino dalam eksperimen

neutrino (1955)

[sunting]Bukti dari mekanika kuantum

Mekanika kuantum sangat berguna untuk menjelaskan perilaku atom dan partikel

subatomik seperti proton, neutron dan elektron yang tidak mematuhi hukum-hukum fisika

klasik. Atom biasanya digambarkan sebagai sebuah sistem di mana elektron (yang bermuatan listrik negatif)

beredar seputar nukleus atom (yang bermuatan listrik positif). Menurut mekanika kuantum, ketika sebuah

elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi (misalnya dari n=2 atau kulit atom ke-2 ) ke tingkat

energi yang lebih rendah (misalnya n=1 atau kulit atom tingkat ke-1), energi berupa sebuah partikel cahaya

yang disebut foton, dilepaskan. Energi yang dilepaskan dapat dirumuskan sbb:

keterangan:

 adalah energi (J)

 adalah tetapan Planck,   (J s ), dan

 adalah frekuensi dari cahaya (Hz)

Dalam spektrometer massa, telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrum dari atom yang di-ionisasi tidak

kontinyu, hanya pada frekuensi/panjang gelombang tertentu garis-garis spektrum dapat dilihat. Ini adalah

salah satu bukti dari teori mekanika kuantum.

Berdasarkan percobaan terhadap energi radiasi benda hitam, Max Planck membuat hipotesis:

"Radiasi hanya dipancarkan (atau diserap) dalam bentuk satuan-satuan/kuantum energi disebut foton yang besarnya berbanding lurus dengan frekuensi radiasi".

Energi total foton (masa foton = 0):

E = n . h . f = n . h . c/

E = energi radiasi (joule)h = konstanta Planck = 6.62 x 10-34 J.detf = frekuensi radiasi (Hz) = panjang gelombang radiasi (m)n = jumlah foton, jadi energi cahaya adalah terkuantisasi

Jadi dapat disimpulkan dari hipotesis Planck, bahwa cahaya adalah partikel sedangkan Maxwell menyatakan bahwa cahaya adalah gelombang, disebut dualisme cahaya.

Fisika Modern & Fisika KlasikFisika Modern secara umum dibagi menjadi dua bagian pembahasan yaitu Teori kuantum

lama dan Teori Kuantum Modern. Teori Kuantum lama memperkenalkan besaran-besaran fisika, seperti energi merupakan besaran diskrit bukan besaran kontinu seperti halnya dibahas dalam mekanika klasik. Teori kuantum lama diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa energi yang dipancarkan oleh sumber (berupa osilator) bersifat kuanta/diskrit karena hanya bergantung pada frekuensinya bukan pada amplitudo seperti dalam mekanika klasik dimana besaran amplitudo tidak terbatas (kontinu). Pada tahun 1900 Max-Planck merumuskan besaran energi yang bersifat diskrit dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh benda hitam yaitu :

E = nhf

dimana n = 1, 2, 3, ... dan h = 6,626 x 10-34 Joule/detik (konstanta Planck). Albert Einstein pada tahun 1905 menggunakan konstanta Planck dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh berkas cahaya/foton (penemuan efek fotolistrik).http://mizwar007.blogspot.com/2012/02/makalah-fisika-modern-definisi-konsep.html

Fisika modern merupakan salah satu bagian dari ilmu Fisika yang mempelajari perilaku materi dan energi pada skala atomik dan partikel-partikel subatomik atau gelombang. Pada prinsipnya sama seperti dalam fisika klasik, namun materi yang dibahas dalam fisika modern adalah skala atomik atau subatomik dan partikel bergerak dalam kecepatan tinggi. Untuk partikel yang bergerak dengan kecepatan mendekati atau sama dengan kecepatan cahaya, perilakunya dibahas secara terpisah dalam teori relativitas khusus. Ilmu Fisika Modern dikembangkan pada

awal abad 20, dimana perumusan-perumusan dalam Fisika Klasik tidak lagi mampu menjelaskan fenomenafenomena yang terjadi pada materi yang sangat kecil. Fisika Modern diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa besaran energi suatu benda yang beosilasi (osilator) tidak lagi bersifat kontinu, namun bersifat diskrit (kuanta), sehingga muncullah istilah Fisika Kuantum dan ditemukannya konsep dualisme partikel-gelombang. Konsep dualisme dan besaran kuanta ini merupakan dasar dari Fisika Modern.Secara garis besar, kini, fisika bisa dibagi menjadi dua yaitu fisika klasik dan fisika modern. Fisika klasik biasanya mempelajari materi dan energi dari suatu kejadian keseharian yang mudah diamati (kondisi normal). Beberapa topik bahasannya adalah mekanika, termodinamika, bunyi, cahaya, dan elektromagnet (listrik dan magnet).Pada fisika modern, materi dan energi yang dipelajari sering kali berada pada kondisi ekstrem atau skala sangat besar atau sangat kecil. Sebagai contoh, topik mekanika kuantum. Atau, ada pula fisika atom dan inti. Atau, fisika partikel elementer (FPE) yang skalanya lebih kecil daripada atom dan inti. Bidang FPE ini dikenal pula dengan nama “fisika energi-tinggi”.http://athepsf.wordpress.com/fisika-itu-apa-sih/

  Fisika Klasik :         Cahaya digambarkan sebagai gelombang         Teori ini tidak dapat menerangkan spektrum radiasi benda hitam         Energi kinetik bertambah jika intensitas cahaya diperbesar         Efek fotolistrik terjadi pada tiap frekuensi asal intensitasnya memenuhi         Tidak dapat menjelaskan Energi kinetik maksimal jika frekuensi cahaya diperbesar         Fisika klasik dibagi atas 3 fase, yakni padat, cair, gas.

·  Fisika Modern :         Cahaya digambarkan sebagai partikel         Terdiri dari paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton         Energi kinetik tidak bergantung pada intensitas cahaya         Efek fotolistrik terjadi diperlukan frekuensi minimum (frekuensi ambang)         Dapat menjelaskan Energi kinetik maksimal jika frekuensi cahaya diperbesar         Radiasi kalor tergantung pada suhu         Makin tinggi suhu, makin besar energi kalor yang dipancarkan         Fisika Modern terbagi atas 4 fase padat, cair, gas, dan plasma.         Dapat membuktikan adanya fenomena efek fotolistrik dan efek Compton         cahaya tersusun dari paket-paket energi diskret yang diberi nama foton         Masing-masing foton memiliki energi sesuai dengan frekuensinya. Persamaan energi foton Einstein

adalah sebagai berikut:E = hυ    atau    E = hc/λ

Fisika Modern secara umum dibagi menjadi dua bagian pembahasan yaitu Teori kuantum lama

dan Teori Kuantum Modern. Teori Kuantum lama memperkenalkan besaran-besaran fisika, seperti

energi merupakan besaran diskrit bukan besaran kontinu seperti halnya dibahas dalam mekanika

klasik. Teori kuantum lama diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa energi yang

dipancarkan oleh sumber (berupa osilator) bersifat kuanta/diskrit karena hanya bergantung pada

frekuensinya bukan pada amplitudo seperti dalam mekanika klasik dimana besaran amplitudo tidak

terbatas (kontinu). Pada tahun 1900 Max-Planck merumuskan besaran energi yang bersifat diskrit

dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh benda hitam yaitu  E = nhf,  dimana n = 1, 2, 3, ...

dan h = 6,626 x 10-34 Joule/detik (konstanta Planck). Albert Einstein pada tahun 1905 menggunakan

Konstanta Planck dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh berkas cahaya/foton (penemuan

efek fotolistrik).

Fisika modern merupakan salah satu bagian dari ilmu Fisika yang mempelajari perilaku materi

dan energi pada skala atomik dan partikel-partikel subatomik atau gelombang. Pada prinsipnya sama

seperti dalam fisika klasik, namun materi yang dibahas dalam fisika modern adalah skala atomik atau

subatomik dan partikel bergerak dalam kecepatan tinggi. Untuk partikel yang bergerak dengan

kecepatan mendekati atau sama dengan kecepatan cahaya, perilakunya dibahas secara terpisah

dalam teori relativitas khusus. Ilmu Fisika Modern dikembangkan pada awal abad 20, dimana

perumusan-perumusan dalam Fisika Klasik tidak lagi mampu menjelaskan fenomena-fenomena yang

terjadi pada materi yang sangat kecil. Fisika Modern diawali oleh Hipotesa Planck yang menyatakan

bahwa besaran energi suatu benda yang beosilasi (osilator) tidak lagi bersifat kontinu, namun bersifat

diskrit (kuanta), sehingga muncullah istilah Fisika Kuantum dan ditemukannya konsep dualisme

partikel-gelombang. Konsep dualisme dan besaran kuanta ini merupakan dasar dari Fisika Modern.

Secara garis besar, kini, fisika bisa dibagi menjadi dua yaitu fisika klasik dan fisika modern.

Fisika klasik biasanya mempelajari materi dan energi dari suatu kejadian keseharian yang mudah

diamati (kondisi normal). Beberapa topik bahasannya adalah mekanika, termodinamika, bunyi,

cahaya, dan elektromagnet (listrik dan magnet).

Fisika Klasik:

a.       Cahaya digambarkan sebagai gelombang

b.      Teori ini tidak dapat menerangkan spektrum radiasi benda hitam

c.       Energi kinetik bertambah jika intensitas cahaya diperbesar

d.      Efek fotolistrik terjadi pada tiap frekuensi asal intensitasnya memenuhi

e.       Tidak dapat menjelaskan Energi kinetik maksimal jika frekuensi cahaya diperbesar

f.       Fisika klasik dibagi atas 3 fase, yakni padat, cair, gas.

Fisika Modern :

a.      Cahaya digambarkan sebagai partikel

b.      Terdiri dari paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton

c.       Energi kinetik tidak bergantung pada intensitas cahaya

d.      Efek fotolistrik terjadi diperlukan frekuensi minimum (frekuensi ambang)

e.       Dapat menjelaskan Energi kinetik maksimal jika frekuensi cahaya diperbesar

f.       Radiasi kalor tergantung pada suhu

g.      Makin tinggi suhu, makin besar energi kalor yang dipancarkan

h.      Fisika Modern terbagi atas 4 fase padat, cair, gas, dan plasma.

i.        Dapat membuktikan adanya fenomena efek fotolistrik dan efek Compton

j.        Cahaya tersusun dari paket-paket energi diskret yang diberi nama foton

k.       Masing-masing foton memiliki energi sesuai dengan frekuensinya. Persamaan energi foton Einstein

yaitu E = hυ    atau    E = hc/λ

Sejarah fisika dimulai pada tahun sekitar 2400 SM, ketika kebudayaan

Harappan menggunakan suatu benda untuk memperkirakan dan menghitung sudut

bintang di angkasa. Sejak saat itu fisika terus berkembang sampai ke level

sekarang. Perkembangan ini tidak hanya membawa perubahan di dalam bidang

dunia benda, matematika dan filosofi namun juga, melalui teknologi, membawa

perubahan ke dunia sosial masyarakat. Revolusi ilmu yang berlangsung terjadi

pada sekitar tahun 1600 dapat dikatakan menjadi batas antara pemikiran purba

dan lahirnya fisika klasik. Dan akhirnya berlanjut ke tahun 1900 yang

menandakan mulai berlangsungnya era baru yaitu era fisika modern. Di era ini

ilmuwan tidak melihat adanya penyempurnaan di bidang ilmu pengetahuan,

pertanyaan demi pertanyaan terus bermunculan tanpa henti, dari luasnya galaksi,

sifat alami dari kondisi vakum sampai lingkungan subatomik.Istilah fisika modern diperkenalkan

karena banyaknya fenomena-fenomena mikroskopis dan hukum-hukum baru yang ditemukan sejak

tahun 1890. Fenomena mikroskopis yaitu fenomena-fenomena yang tidak dapat dilihat secara

langsung, seperti elektron, proton, neutron, atom, dan sebagainya. Ahli fisika telah mencoba

memecahkan persoalan tentang struktur atom, elektron, radiasi dengan fisika klasik. Namun, tidak

berhasil menerangkan fenomena-fenomena tersebut. Karena itu para ahli fisika mencari ilmu dan

model-model lain yang baru. Dengan didapatnya teori-teori baru yang daat menerangkan fenomena-

fenomena mikroskopis itu, maka fisika telah memperluas ilmu ke arah yang lebih jauh lagi.

Meskipun mekanika klasik hampir cocok dengan teori klasik lainnya seperti elektrodinamika

dan termodinamika klasik, ada beberapa ketidaksamaan ditemukan di akhir abad 19 yang hanya bisa

diselesaikan dengan fisika modern. Khususnya, elektrodinamika klasik tanpa relativitas

memperkirakan bahwa kecepatan cahaya adalah relatif konstan dengan Luminiferous aether,

perkiraan yang sulit diselesaikan dengan mekanik klasik dan yang menuju kepada pengembangan

relativitas khusus. Ketika digabungkan dengan termodinamika klasik, mekanika klasik menuju ke

paradoks Gibbs yang menjelaskan entropi bukan kuantitas yang jelas dan ke penghancuran ultraviolet

yang memperkirakan benda hitam mengeluarkan energi yang sangat besar. Usaha untuk

menyelesaikan permasalahan ini menuju ke pengembangan mekanika kuantum.

Seperti kata Newton dalam Makna Fisika Baru dalam Kehidupan yaitu menciptakan teori baru

bukan berarti merobohkan gudang tua untuk dibangun gedung pencakar langit diatasnya. Ini lebih

seperti mendaki gunung, makin ke atas makin luas pandangannya, makin menemukan hubungan

antara titik awal pendakian dengan hal-hal disekelilingnya yang ternyata sangat kaya raya dan tak

terduga sebelumnya. Namun titik awal tersebut tetap ada dan dapat dilihat, meskipun tampak lebih

kecil dari pemandangan luas yang kita peroleh dari hasil perjuangan mengatasi rintangan selama

mendaki ke atas.

Pada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi

beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas

radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek

fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut

foton. Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan

menggunakan kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang

benda.

Teori-teori di atas, meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal: tidak ada penjelasan jelas

untuk kuantisasi. Mereka dikenal sebagai teori kuantum lama. Frase "Fisika kuantum" pertama kali

digunakan oleh Johnston dalam tulisannya Planck's Universe in Light of Modern Physics (Alam Planck

dalam cahaya Fisika Modern).

Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan

mekanika matriks dan Erwin Schrödinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan

Schrödinger. Schrödinger beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan tersebut sama.

Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastiannya pada tahun 1927, dan interpretasi

Kopenhagen terbentuk dalam waktu yang hampir bersamaan. Pada 1927, Paul Dirac menggabungkan

mekanika kuantum dengan relativitas khusus. Dia juga membuka penggunaan teori operator,

termasuk notasi bra-ket yang berpengaruh. Pada tahun 1932, Neumann Janos merumuskan dasar

matematika yang kuat untuk mekanika kuantum sebagai teori operator.

Pada 1927, percobaan untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam bidang di luar partikel satuan, yang menghasilkan teori medan kuantum. Pekerja awal dalam bidang ini termasuk Dirac, Wolfgang Pauli, Victor Weisskopf dan Pascaul Jordan. Bidang riset area ini dikembangkan dalam formulasi elektrodinamika kuantum oleh Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger, dan Tomonaga Shin'ichirō pada tahun 1940-an. Elektrodinamika kuantum adalah teori kuantum elektron, positron, dan Medan elektromagnetik, dan berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya.

Istilah Quanta (plural: quantum) dipopulerkan oleh fisika, yang merujuk pada satuan terkecil dari cahaya (foton). Penemuan sifat partikel (selain sifat gelombang) cahaya ini memulai perkembangan baru fisika, meloncat dari konsep klasik kepada konsep yang lebih modern, lazim dikenal sebagai fisika kuantum atau juga fisika modern. Untuk memahaminya mau tidak mau mesti mengenal barang sedikit fisika klasik (newtonian, maxwellian) dan fundamentalnya perubahan paradigma yang diperkenalkan fisika kuantum.

Penemu teori kuantum adalah Max Karl Ernst Ludwig Planck (lahir di Kiel, 23 April 1858 – wafat di Goettingen, 4 Oktober 1947 pada umur 89 tahun) seorang fisikawan Jerman. Lahir di Kiel, Planck memulai karir fisikanya di Universitas München di tahun 1874, lulus pada tahun 1879 di Berlin. Dia kembali ke München pada tahun 1880 untuk mengajar di universitas itu, dan pindah ke Kiel pada 1885. Di sana ia menikahi Marie Mack pada tahun 1886. Pada tahun 1889, dia pindah ke Berlin, di mana sejak 1892 dia menduduki jabatan teori fisika.

Pada 1899, dia menemukan sebuah konstanta dasar, yang dinamakan konstanta Planck, dan, sebagai contoh, digunakan untuk menghitung energi foton. Juga pada tahun itu, dia menjelaskan unit Planck yang merupakan unit pengukuran berdasarkan konstanta fisika dasar. Satu tahun kemudian, dia menemukan hukum radiasi panas, yang dinamakan Hukum radiasi badan hitam Planck. Hukum ini menjadi dasar teori kuantum, yang muncul sepuluh tahun kemudian dalam kerja samanya dengan Albert Einstein dan Niels Bohr.

Dari tahun 1905 sampai 1909, Planck berlaku sebagai kepala Perkumpulan Fisikawan Jerman (Deutsche Physikalische Gesellschaft). Istrinya meninggal pada tahun 1909, dan satu tahun kemudian dia menikahi Marga von Hoesslin. Pada tahun 1913, dia menjadi kepala Universitas Berlin. Untuk dasar dari fisika kuantum, dia diberikan penghargaan Nobel bidan fisika pada tahun 1918. Sejak tahun 1930 sampai 1937, Planck adalah kepala Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (KWG, Persatuan-Kaisar-Wilhelm untuk peningkatan dalam sains).

Selama Perang Dunia II, Planck mencoba meyakinkan Adolf Hitler untuk mengampuni ilmuwan Yahudi. Anak Planck, Erwin, dihukum mati pada 20 Juli, 1944, karena pengkhianatan dalam hubungan dengan pencobaan pembunuhan Hitler. Setelah kematian Planck pada 4 Oktober 1947 di Göttingen, KWG diubah namanya menjadi Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (MPG, Persatuan-Max-Planck untuk Peningkatan dalam Sains).

Pada zaman fisika klasik, energi dianggap merupakan bilangan kontinu dan merangkum seluruh nilai yang ada, bisa saja energi bernilai nol atau 3,142 atau 2,718 atau apa saja.

Pada tahun 1900, Max Planck menemukan bahwa energi berbanding lurus terhadap frekuensi, suatu penemuan yang ketika itu sangat radikal karena dalam tafsiran klasik energi bergantung kepada kuadrat amplitudo, bukan frekuensi seperti yang dihipotesakan oleh Planck.

Percobaan yang dilakukan oleh Planck terhadap benda yang dipanaskan menunjukkan adanya ketergantungan energi terhadap frekuensi. Planck mendapatkan suatu konstanta alam yang dinamakan dengan nama dirinya, konstanta Planck dengan nilai 6,626 x 10^-34 Js. Konstanta tersebut ditemukan oleh Planck setelah beliau ingin mencocokkan hipotesanya dengan kurva percobaan yang dihasilkan oleh Wien. Beliau mencoba dengan bilangan yang besar. Tetapi karena bilangan yang besar menyebabkan berlakunya bencana ultraungu (ultraviolet catastrophe), beliau mencoba lagi dengan bilangan yang sangat kecil. Disini beliau mendapatkan kesimpulan bahwa konstanta yang cocok bagi kurva Wien adalah konstanta yang bernilai sangat kecil dan berhingga tetapi bukan nol. Disini Planck menyimpulkan bahwa terdapat satuan energi yang lebih kecil dan diskret, bukan kontinu.

Fisika kuantum merupakan fisika yang dilahirkan dari penemuan Planck tentang satuan terkecil energi. Fisika kuantum juga membahas tentang adanya kejadian lain dalam fisika yang tidak dapat dirumuskan oleh fisika klasik seperti energi titik nol, prinsip ketidakpastian Heisenberg, Interpretasi Born tentang fungsi gelombang serta fungsi gelombang sebagai pembawa informasi dari partikel.

Mekanika kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran atom dan subatom. Ilmu ini memberikan kerangka matematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia, termasuk fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang, bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern. Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinyu,

tapi diskrit — berupa ‘paket’ atau ‘kuanta’. Konsep ini revolusioner — bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.

Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrödinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrödinger. Schrödinger beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan tersebut sama.

Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastiannya pada tahun 1927, dan interpretasi Kopenhagen terbentuk dalam waktu yang hampir bersamaan. Pada 1927, Paul Dirac menggabungkan mekanika kuantum denganrelativitas khusus. Dia juga membuka penggunaan teori operator, termasuk notasi bra-ket yang berpengaruh. Pada tahun 1932, Neumann Janos merumuskan dasar matematika yang kuat untuk mekanika kuantum sebagai teori operator.

Bidang kimia kuantum dibuka oleh Walter Heitler dan Fritz London, yang mempublikasikan penelitian ikatan kovalen dari molekul hidrogen pada tahun 1927. Kimia kuantum beberapa kali dikembangkan oleh pekerja dalam jumlah besar, termasuk kimiawan Amerika Linus Pauling.

Berawal pada 1927, percobaan dimulai untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam bidang di luar partikel satuan, yang menghasilkan teori medan kuantum. Pekerja awal dalam bidang ini termasuk Dirac, Wolfgang Pauli, Victor Weisskopf dan Pascaul Jordan.

Pembelajaran kuantum merupakan suatu teknik pembelajaran yang meniru prinsip kuantum dimana seseorang yang sudah menguasai suatu level pembelajaran bisa melompat ke level yang lebih tinggi.