Fisika Kuantum (MPF-314)

Bintoro S. Nugroho

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

Ada beberapa hasil eksperimen yang tidak bisa dijelaskan dengan mengaplikasikan teori fisika klasik:

1.1. Radiasi Benda Hitam

Benda Hitam

Radiasi Benda Hitam

Spektrum Radiasi Benda Hitam

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

Menggunakan teori fisika klasik

Energi total radiasi di dalam rongga benda hitam

1.1. Radiasi Benda Hitam

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

Maka energi total (Rayleigh-Jeans) :

Energi rerata dihitung dari (turunkan di papan tulis):

Prediksi Rayleigh-Jeans: Bencana ultraungu!

Titik merah adalah hasil Eksperimen

1.1. Radiasi Benda Hitam

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

Solusi Planck

Energi di dalam rongga benda hitam terkuantisasi

Akibat Postulat Planck:

1.1. Radiasi Benda Hitam

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

Ingat deret Maclurin:

Bagian pembilang

Sederhanakan

Bagian penyebut

(turunkan di papan tulis)

(PR 1)

1.1. Radiasi Benda Hitam

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

Didapatkan:

Garis biru putus-putus adalah prediksi Rayleigh-Jeans: Bencana ultraungu!

Titik merah adalah hasil eksperimen

Garis hitam adalah prediksi Planck

Hingga akhirnya:

1.1. Radiasi Benda Hitam

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

1.2. Efek Fotolistrik

Hubungan energi kinetik maksimum elektron(elektron yang memiliki energi kinetik paling besar) dan potensial henti

Pemahaman fisika klasik:

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

1.2. Efek Fotolistrik

1. Energi maksimum fotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya yang diberikan.
2. Efek fotolistrik tidak terjadi saat frekuensi cahaya yang diberikan pada logam berada di bawah nilai tertentu (frekuensi cutoff)
3. Tidak terdapat waktu jeda saat cahaya mengenai logam dan elektron terpental dari logam.

Sekali lagi: teori fisika klasik gagal menjelaskan hasil eksperimen

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

1.2. Efek Fotolistrik

Energi foton = energi untuk melepaskan ikatan elektron dari atom + energi kinetik elektron

Menurut Einstein

Tumbukan antara foton dengan elektron di bahan logam seperti tumbukan antar partikel, misalnya tumbukan antar dua bola bilyar (menjelaskan tidak ada jeda antara kontak cahaya dengan logam dan dihasilkanya fotoelektron).

Energi foton digunakan untuk melepas eletron dari ikatan di logam dan sisanya ditransfer sebagai energi kinetk elektron

Atau dapat dituliskan

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

1.3. Hamburan Compton

• Meskipun sukses menjelaskan efek fotolistrik, hipotesis Einstein yang memandang cahaya sebagai partikel foton kemudian menjadi perdebatan.
• Polemik tersebut diakhiri oleh Arthur H. Compton dengan eksperimen hamburan cahaya oleh elektron

Fisika klasik: sinar-x adalah gelombang elektromagnetik

Hasil eksperimen

Tidak sesuai teori klasik!!

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

1.3. Hamburan Compton

Perlakukan sinar-x sebagai partikel foton

1. Konservasi momentum

2. Konservasi energi

Akhirnya didapatkan

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

1.4. Sifat Gelombang dari Partikel

Hipotesis de Broglie: Partikel Adalah Gelombang

Apakah ini sesuai dengan hasil eksperimen? Akan dilihat kemudian

Louis de Broglie (1892 – 1987)

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

1.5 Model Atom Bohr

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

Penerapan hipotesis de Broglie pada Elektron

Jika elektron memiliki sifat gelombang, maka lintasan orbitnya harus merupakan kelipatan bilangan bulat dari Panjang gelombang

Didapatkan

Penjelasan tentang penggunaan konsep gelombang de Broglie pada elektron atom ini dilakukan oleh Schrödinger

sesuai rumusan Bohr!!

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

Penerapan model atom Bohr Untuk menjelaskan spektrum atom hidrogen

1. Sejarah Lahirnya Teori Kuantum

Penerapan model atom Bohr Untuk menjelaskan spektrum atom hidrogen

Kuantisasi jari-jari

Kecepatan elektron di jari-jari tertentu

Spektrum menunjukkan energi elektron: hitung energi ini dengan model atom Bohr

dengan menghitung energi yang dipancarkan saat deeksitasi, diperoleh

Model Bohr sesuai dengan spektrum atom H, namun gagal untuk atom yang lebih kompleks

PR2