Fisika Kuantum

Fisika kuantum adalah fisika yang dipelopori oleh Einstein, tetapi kemudian dibencinya

sendiri. Fisika kuantum yang memberi kesan bahwa alam ini probabilistik atau acak

membuatnya gusar. Sebagai penolakan, konon Einstein pernah berkomentar: ” Alam penuh

rahasia karena ia memang agung, bukan menipu”. Sebagian menginterpretasikan kalimat

Einstein itu dengan “Tuhan tidak bermain dadu”, atau “Tuhan tidak berjudi”

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.

A. Radiasi Kalor

Setiap benda akan memancarkan kalor atau meradiasikan kalor dalam bentuk gelombang

elektromagnetik (GEM). GEM yang dipancarkan benda dalam spektrum cahaya tampak

(Me, Ji, Ku, Hi, Bi, Ni, U). 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).

Semakin kekanan suhunya semakin tinggi.

Semakin kekanan energi radiasi kalornya semakin tinggi.

Semakin kekanan Frekuensinya semakin besar.

Semakin kekanan panjang gelombang semakin pendek.

Menurut Stefan Boltzman energi radiasi suatu benda besarnya berbanding lurus

dengan pangkat 4 suhu mutlak benda

𝜔 ≈ 𝑇4

𝜔 = 𝑒. 𝛿.𝑇4. 𝐴, 𝑡 𝜔

𝐴. 𝑡= 𝑒.𝛿. 𝑇4

𝐼 = 𝑒.𝛿. 𝑇4

ω = energi radiasi kalor (Joule)

I = Intensitas energi radiasi (𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒

𝑚2.𝑠 𝑎𝑡𝑎𝑢

𝑤𝑎𝑡𝑡

𝑚2 )

e = emisivitas benda (bilangan tetap)

0 < e ≤ 1→ e = 1 untuk benda hitam sempurna.

δ = Konstanta stefan boltzman = 5,67 . 10−8 𝑤𝑎𝑡𝑡

𝑚2 .𝑡4

T = suhu mutlak benda (T4)

Hitam sempurna paling cepat menghantarkan panas

𝑒 = 1 𝑏𝑒𝑛𝑑𝑎 𝑚𝑒𝑚𝑎𝑛𝑔 𝑕𝑖𝑡𝑎𝑚

𝑚𝑎𝑚𝑝𝑢 𝑚𝑒𝑛𝑦𝑒𝑟𝑎𝑝 𝑠𝑒𝑚𝑢𝑎 𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 (𝑒𝑠 𝑏𝑎𝑙𝑜𝑘)

B. Hukum Pergeseran wien

𝑇4 > 𝑇3 > 𝑇2 > 𝑇1

Hukum pergeseran Wien isinya:

“Panjang gelombang untuk intensitas cahaya maksimum berkurang dengan meningkatnya

suhu”

Hukum Wien menyatakan bahwa makin tinggi suhu suatu benda hitam, makin pendek

panjang gelombang tempat pancaran maksimum itu terjadi.

Hukum Wien dapat digunakan untuk menjelaskan gejala semakin tinggi suhu suatu

bintang, makin biru warnanya dan makin rendah suhunya makin merah warnanya.

𝜆𝑚 .𝑇 = 𝑐

λm = panjang gelombang maksimum yang dipancarkan (m)

T = suhu mutlak (k)

C = konstanta wien = 2,98.10-3

mk

C. Teori Kuantum Max Planck

Menurut planck radiasi kalor yzng dipancarkan oleh benda yang berpijar atau dipanaskan

dalam bentuk paket-paket energi ini disebut kuantum atau foton. Einstein menerangkan

bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel foton yang energinya sebanding dengan frekuensi

cahaya. Jika frekuensinya rendah, setiap foton mempunyai jumlah energi yang sangat sedikit

dan tidak mampu memukul elektron agar dapat keluar dari permukaan logam. Jika frekuensi

(dan energi) bertambah, maka foton memperoleh energi yang cukup untuk melepaskan

elektron (James E. Brady, 1990). Hal ini menyebabkan kuat arus juga akan meningkat.

Energi foton bergantung pada frekuensinya. Planck menyimpulkan bahwa atom-atom dan

molekul dapat memancarkan atau menyerap energi hanya dalam jumlah tertentu. Jumlah atau

paket energi terkecil yang dapat dipancarkan atau diserap oleh atom atau molekul dalam

bentuk radiasi elektromagnetik disebut kuantum. Planck menemukan bahwa energi foton

(kuantum) berbanding lurus dengan frekuensi cahaya.

Menurut planck energi radiasi kalornya sebesar:

E = energi radiasi (joule)

f = frekuensi GEM yang dipancarkan

n = jumlah foton

h = tetapan planck = 6,625 . 10-34

J/s

Rangkaian RL seri

Kuat arus yang mengalir dalam rangkaian adalah i = v / z

VR = i.R

E = n. h. f

VL = i.XL

XL = w.L = 2 π.f.L

Rangkaian RLC seri

Kuat arus yang mengalir dalam rangkaian adalah i = V/Z

Dengan 𝜐 = 𝑣𝑟2 + 𝑣𝑙 − 𝑣𝑐 2

𝑣𝑐 = 𝑖. 𝑥𝑐

𝑥𝑐 =1

𝑤𝑐=

1

2𝜋𝑓𝑐

𝑧 = 𝑅2 + (𝑥𝑙 − 𝑥𝑐)2

R = besar hambatan (ohm)

L = induktansi dari kumparan (henry)

C = kapasitas kapasitor (farad)

XL = besar hambatan pada kumparan disebut reaktansi induktif(ohm)

XC = besar hambatan pada kapasitor disebut reaktansi kapasitif (ohm)

Z = besar hambatan total rangkaian disebut impedansi (ohm)

VR = besar tegangan pada ujung-ujung hambatan R (volt)

VL = besar tegangan pada ujung-ujung kumparan L (volt)

Vc = besar tegangan pada ujung-ujung kapasitor C (volt)

V = besar tegangan total rangkaian yang berasal dari sumber tegangan bolak-balik/AC (volt)

F = frekuensi arus bolak-balik (hert)

W = kecepatan sudut arus bolak-balik (rad/sekon)

Reaksi Inti

a + x → Y + b + є

E = ∆m x 931

Dengan ∆m = {ma + mx} – {mb + my}

∆m = {ma + mx} – {mb + my}

Panjang Gelombang de Broglie

𝑝 =𝑕

𝜆, 𝜆 =

𝑕

𝑝, 𝜆 =

𝑕

𝑚. 𝑣

H = konstanta planck 6,625. 10-34

Js

M = massa partikel (kg)

V = cepat rambata partikel (m/s)

P = momentum partikel (kg m/s)

λ = panjang gelombang de broglie (m)

𝜆 =𝑕

𝑚.𝑣=

6,6 . 10−34

9. 1021𝑥 1,5. 106= 9. 10−10

Energi Ikat Inti Atom

E = ∆m x 931 MeѴ

Dengan ∆m = defek massa (selisih massa) bersatuan sma (satuan masssa atom)

∆m = z.mp + (A – z). mn – mi

mp = massa proton

mn = massa neutron

mi = massa inti atom

Peluruhan

𝑁𝑡 = 𝑁𝑜(1

2)𝑡𝑇

No = jumlah inti atom mula-mula sebelum meluruh

Nt = jumlah inti yang tersisa setelah meluruh

T = waktu paruh = waktu yang dibutuhkan untuk meluruh sehingga menjadi separuh dari

semula

t = waktu lamanya peluruhan yang terjadi

𝑇 =𝑙𝑛2

𝜆=

0,693

𝜆

λ = konstanta dislutegrasi = konstanta peluruhan