YADITH KUSHUMAWARDANI 3215086797 KELOMPOK 1 EVALINA HUTABARAT 3215086793 TIO LEONARDY MURIZA 3215086796 YADITH KUSHUMAWARDANI 3215086797 PASKALIS EGOR 3215086804 AGNES NOVITA SARI 3215086811

G166 Teknik Fisika Fisika Kuantum Ditetapkan Teks: Fisika untuk Ilmuwan dan Insinyur dengan Fisika Modern (Edisi 5) R. A. Serway & R. Beichner J. Referensi Teks: Dasar-dasar Fisika (Extended) (Edisi 6) D. Halliday, R. Resnick & J.Walker Fisika (Edisi 5) D. C. Giancoli Dipersiapkan oleh: Assoc. Prof Tjin Swee Chuan

Pengantar • Mekanika newton dan persamaan Maxwell tentang elektromagnet merupakan inti dari fisika klasik. • Aplikasi fisika klasik merrupakan hal penting dalam perkembangan teknologi peradaban modern. • Ada banyak masalah di fisika klasik yang tidak bisa memberikan jawaban teoritis, misalnya radiasi benda hitam, efek fotolistrik dan emisi spektrum tajam baris dari atom. • Revolusi baru dalam fisika terjadi di awal 1900 ⇒ teori fisika kuantum telah berkembang. • Fisika kuantum adalah sebuah studi tentang dunia mikroskopis.

Fisika kuantum merupakan jawaban pertanyaan yang fundamental bagi kehidupan: → Mengapa bintang bersinar? → Mengapa unsur-unsur menunjukkan urutan yang begitu jelas di tabel periodik? → Bagaimana transistor dan mikroelektronik lain dapat bekerja pada perangkat? → Mengapa tembaga dapat menghantarkan listrik tapi gelas tidak? → Apakah yang menentukan sifat bahan? → Mengapa bahan kimia tertentu lebih reaktif dari yang lain? • Fisika kuantum menjelaskan perilaku atom, molekul dan inti pada skala atom.

Radiasi Benda Hitam • Semua benda pada suhu T > 0 K memancarkan radiasi termal. • Sebuah objek yang menyerap semua radiasi permukaan disebut benda hitam. • Benda hitam juga merupakan emitor sempurna dimana objek dalam kesetimbangan termal, memancarkan energi sebanyak energi yang diserap. • Sebuah pendekatan yang baik mengenai benda hitam adalah sebuah lubang yang mengarah ke bagian dalam benda berongga. Gambar 1: Pembukaan rongga dalam sebuah objek hampa adalah pendekatan yang baik dari sebuah benda hitam.

• Sifat dari radiasi melalui rongga tergantung hanya pada suhu dinding rongga dan bukan pada bahan dindingnya. Gambar 2: Intensitas benda hitam terhadap radiasi panjang gelombang (spektrum cahaya) pada tiga suhu. Perhatikan bahwa jumlah radiasi yang dipancarkan (Area di bawah kurva) meningkat dengan meningkatnya suhu.

• Tiga hal yang saling terkait dengan radiasi pada benda berongga bahwa teori apapun yang terkait tentang radiasi benda berongga harus menjelaskan. Spektrum seri, R (λ, T) Spektrum seri R (λ, T) memberitahu kita bagaimana intensitas rongga radiasi bervariasi dengan panjang gelombang untuk diberikan suhu (Gbr. 1). R (λ, T) dλ memberikan daya radiasi per satuan luas yang terletak di panjang gelombang dari λ untuk λ + dλ. Radiant intensitas I (T) untuk suhu apapun (luas area di bawah kurva) Radiant intensitas (luas area di bawah kurva) meningkat untuk T meningkatkan - Hukum Stefan-Boltzmann.

2. Hukum Stefan-Boltzmann Daya total radiasi per satuan luas (luas area di bawah kurva) dari celah rongga, dijumlahkan atas seluruh panjang gelombang, disebut sebagai intensitas cahaya I (T), berkaitan dengan suhu dengan Objek Biasa memancarkan kurang efisien dan persamaan menjadi ε adalah emmisivity dari bahan permukaan (= 1 untuk rongga radiator).

3. Wien's Pemindahan Hukum Gambar 3: Panjang gelombang λmax dari puncak kurva bergeser ke lebih pendek panjang gelombang pada suhu yang lebih tinggi dari λmax Dari sinar kurva spektrum ⇒ meningkat λmax sebagai T meningkat. Wilhelm Wien menyimpulkan bahwa λmax bervariasi sebagai 1 / T dan λmaxT adalah tetapan umum ⇒ Hukum Pemindahan Wien.

• Masalah utama yang dihadapi para ilmuwan di tahun 1890-an adalah untuk menjelaskan radiasi benda hitam • Pada tahun 1900, Rayleigh dan James Jeans mengembangkan formula berdasarkan pada model klasik, dengan asumsi bahwa atom osilator harmonik yang memancarkan gelombang elektromagnetik sama dengan panjang gelombang. • Formula Rayleigh-Jeans cocok dengan kurva baik pada panjang gelombang yang panjang (> 50 pM) tapi benar-benar gagal pada panjang gelombang yang pendek • Wilheim Wien juga mengungkapkan teori untuk spektrum cahaya berdasarkan sebuah dugaan ("menebak")

a dan b adalah konstanta empiris dipilih untuk memberikan kesesuaian terbaik dengan eksperiment data. • Formula Wein cocok dengan kurva baik pada panjang gelombang pendek tapi terlihat pada panjang gelombang lagi. Gambar 2: Perbandingan teori Wein dan teori Rayleigh-Jean dari teori Planck, yang erat dengan eksperiment data.

• Pada tahun 1900, Max Planck, berusaha untuk menyamakan kedua teori, dibuat sebuah interpolasi terinspirasi yang sesuai dengan data di semua panjang gelombang. • Kedua konstanta disetel kemudian digantikan oleh dua lainnya konstanta: kB (Boltzmann Constant) dan h baru (Planck Konstan).

Asumsi Planck 1. Molekul hanya dapat memiliki nilai diskrit energi En, diberikan oleh n disebut bilangan kuantum dan f adalah frekuensi alami osilasi dari molekul. ⇒ energi terkuantisasi. Gambar 5: tingkat energi yang diperbolehkan untuk molekul yang berosilasi dengan frekuensi alami f.

Transisi ke bawah ⇒ memancarkan energi. 2. Molekul-molekul memancarkan atau menyerap energi dalam paket diskrit (disebut foton) dengan melompat dari satu keadaan kuantum yang lain. Transisi ke bawah ⇒ memancarkan energi. Transisi ke atas ⇒ menyerap energi. Energi satu foton Gambar 6: Sebuah representasi foton. Foton Masing- masing memiliki diskrit energi hf.

• Poin kunci dalam teori Planck adalah asumsi terkuantisasi energi • Poin kunci dalam teori Planck adalah asumsi terkuantisasi energi. • Kebanyakan ilmuwan (termasuk Planck) tidak mempertimbangkan konsep kuantum harus realistis. • Perkembangan selanjutnya menunjukkan bahwa teori harus digunakan untuk menjelaskan fenomena lain di tingkat atom. • Teori klasik adalah kasus membatasi teori kuantum dan yang dihubungkan oleh dua prinsip korespondensi:

Teori Quantum harus sesuai dengan teori klasik dalam batas teori klasik yang diketahui sesuai dengan percobaan. atau Teori Quantum harus sesuai dengan teori klasik dalam batas besar kuantum angka. • Untuk mengetahui apakah kita berada dalam situasi klasik atau kuantum, kita harus membandingkan kbT (dari perubahan energi partikel pada suhu T) dengan hf. • Jika hf << kbT, graininess tidak akan melihat ⇒ di klasik alam.

Efek fotolistrik • Di akhir abad ke-19, percobaan menunjukkan bahwa peristiwa cahaya pada permukaan logam tertentu akan menyebabkan elektron dipancarkan dari permukaan. • Fenomena ini disebut efek fotolistrik dan elektron yang dipancarkan adalah foto elektron. Gambar 7: Sebuah alat yang digunakan untuk mempelajari efek fotolistrik.

• Untuk V besar, saat mencapai nilai maksimum. • Ketika cahaya monokromatik dengan panjang gelombang yang sesuai bersinar pada T target, i saat terdeteksi oleh biaya ammeter → mengalir di antara celah T dan C. • Untuk V besar, saat mencapai nilai maksimum. • ini meningkat sejalan dengan meningkatkan intensitas cahaya. Gambar 8: arus fotolistrik terhadap beda potensial diterapkan untuk dua intensitas cahaya.

• Bila V adalah negatif, saat ini menurun → foto elektron ditolak oleh potensial negatif dari C. • Ketika V <VS, tidak ada arus → VS adalah potensial berhenti. • VS tidak tergantung pada intensitas radiasi dan kinetik maksimum energi foto elektron adalah • Beberapa fitur efek fotolistrik tidak dapat dijelaskan dengan fisika klasik atau dengan teori gelombang.

1. Tidak ada elektron yang dipancarkan jika frekuensi cahaya jatuh di bawah frekuensi f0 , yang merupakan karakteristik dari material. • harusnya, efek harus terjadi pada frekuensi apa pun yang disediakan dengan intensitas cukup tinggi. Gambar 9: potensial akhir Vstop sebagai fungsi frekuensi f kejadian cahaya untuk target natrium.

* harusnya Kmax harus tergantung pada intensitas. 2. energi kinetik maksimum Kmax = eVS tidak tergantung intensitas cahaya. * harusnya Kmax harus tergantung pada intensitas. Gambar 10: arus fotolistrik terhadap beda potensial diterapkan untuk dua intensitas cahaya.

Pertanyaan Apakah kegagalan Rayleigh-Jeans dalam menjelaskan spektrum radiasi benda hitam disebabkan oleh kesalahannya dalam menerapkan teori-teori yang ada? Sistem fisis yang bagaimana yang tunduk pada postulat Planck? Besaran apa (yang dimiliki sistem tadi) yang harus terkuantumkan? Jika ada benda yang bertemperatur 0 K, apakah benda tersebut meradiasi?