Dualisme Gelombang Cahaya

Abstrack

Sifat dualisme cahaya dalam kaitannya dengan persamaan hukum pembiasan cahaya. Persamaan hukum pembiasan cahaya telah diturunkan dalam fisika klasik dengan menganggap cahaya sebagai gelombang. Berdasarkan teori dualisme cahaya, penurunan hukum pembiasan yang diperoleh dari fisika klasik dapat pula diperoleh dari fisika kuantum yang menganggap cahaya sebagai partikel. Semakin besar intensitas cahaya maka semakin banyak pula elektron yang di emisikan. Kecepatan elektron yang di emisikan bergantung pada frekuensi, semakin besar f maka semakin besar pula kecepatan elektron yang di emisikan.

Cahaya memiliki sifat kembar (DUALISME), pada kondisi tertentu cahaya dapat memiliki sifat partikel dan pada kondisi tertentu juga cahaya dapat memiliki sifat gelombang. Sebuah cahaya hanya dapat memiliki satu sifat, artinya walaupun cahaya bersifat dualisme tidak berarti cahaya bisa memiliki sifat keduanya secara bersamaan. Jika dalam suatu kondisi tertentu cahaya berupa partikel maka cahaya tersebut tidak akan memiliki sifat dualisme nya sebagai gelombang, cahaya memang memiliki kedua sifat tersebut tetapi kedua sifat tersebut tidak akan bisa muncul secara bersamaan.

Pendahuluan

Definisi sifat dualisme adalah sifat kembar atau memiliki dua sifat. Contoh : dualitas gelombang partikel, misalnya cahaya memiliki dua sifat, yaitu sebagai partikel dan sekaligus sebagi gelombang. Cahaya sebagai paritkel dikemukakan oleh Max Planck pada tahun 1901 dalam hipotesisnya yang menyatakan bahwa cahaya merupakan gelombang electromagnet yang terpancar berupa paket-paket energy yang disebut foton. Cahaya sebagai gelombang dijelaskan oleh Louis de Broglie pada tahun 1924 dalam hipotesisnya yang menerangkan hubungan antara panjang gelombang λ dengan momentum (p).

Kecepatan elektron yang di emisikan bergantung pada frekuensi, semakin besar f maka semakin besar pula kecepatan elektron yang di emisikan. Jika membahas tentang intensitas cahaya nya terdapat keterkaitan antara frekuensi dengan kecepatan electron yang di emisikan. Emisi adalah zat atau energi lain yang dihasilkan dari suatu kegiatan yang masuk ke dalam udara dan tidak mempunyai potensi sebagai unsur pencemar. Emisi juga dapat di analogikan sebagai pancaran, misalnya: pancaran sinar, elektron atau ion.

Jika di kaitkan antara cahaya dengan fotografi maka yang terlintas di benak kita adalah foto dengan hasil yang bervariatif dengan rekayasa dalam pengaturan cahaya untuk menghasilkan gambar tersebut. Jika membahas tentang fotografi, sebenarnya fotografi bukanlah segalanya tentang kamera tanpa adanya unsur pendukung yang lain. Dikatakan fotografi adalah seni bermain dengan cahaya, dengan memanfaatkan cahaya kita dapat berkreasi bahkan membuat rekayasa untuk menghasilkan sebuah foto yang bagus. Tanpa adanya cahaya, maka tidak akan ada gambar yang bisa di ambil oleh seorang fotografer, kalaupun bisa hasilnya tidak akan memuaskan. Jika ingin menghasilkan sebuah gambar yang bagus, maka harus memiliki visi yang kuat dalam hal pengambilan gambar terutama dalam pengaturan efek cahaya yang masuk ke dalam objek foto.

PEMBAHASAN

Pada mulanya , banyak fisikawan yang menganggap cahaya sebagai gelombang . hal ini diperkuat adanya difraksi, polarisasi, refraksi, refleksi dan interferensi yang sesuai dengan sifat umum gelombang. Akan tetapi ketika para fisikawan menemukan radiasi benda hitam, efek foto listrik dan efek Compton, asumsi cahaya sebagai gelombang tidak dapat menjelaskan fenomena-fenomena tersebut . Kemudian muncullah pandangan bahwa cahaya sebagai partikel. Sebagai analoginya, anda bias memeprhatikan gambar , perbedaan cahaya jika diasumsikan sebagai gelombang dan sebagai partikel . Dengan asumsi sebagai gelombang , cahaya dipancarkan sebagai rambatan gelombang yang kontinu. Adapaun dengan asumsi sebagai partikel , cahaya dipancarkan dalam bentuk paket-paket energy yang disebut foton.

Efek foto listrik

Gejala terlepasnya electron electron dari permukaan plat logam ketika disinari dengan frekuensi tertentu disebut efek fotolistrik. Electron yang terlepas dari permukaan plat logam tersebut disebut electron foto. Peristiwa ini pertama kali ditemukan oleh Hertz.

Perangkat percobaan untuk mengamati efek fotolistrik terdiri atas tabung kaca hampa udara dan plat logam yang disebut sebagai katoda. Ketika katoda disinari dengan ulatraviolet , electron akan terlepas dari katoda dan bergerak menuju anoda sehingga arus mengalir pada rangkaian. Banyaknya electron yang terlepas dapat dilihat dari indicator kuat arus yang ditunjukkan oleh ampermeter. Energi kinetic yang dimiliki elektron dapat ditentukan dengan cara memperbesar beda potensial antara katoda dan anoda sehingga beda potensial bersifat menahan laju electron. Bersamaan dengan kenaikan beda potensial , penunjukan jarum ampermeter akan mengecil, . Jika pada suatu ketika jarum ampermeter menunjuk angka nol, besarnya energy potensial sama dengan besar energy kinetikyang dimiliki electron. Nilai beda potensial saat itu disebut potensial henti.

Energi potensial yang diberikan dapat diprediksikan sebagai sebuah bukit yang harus dilewati electron seperti gambar :

Apabila bukit potensila dipertinggi , suatu saat ampermeter yang dipasang dibalik bukit menunjukkan angka nol. Ini berarti energy electron tidak cukup lagi untuk melewati bukit potensial sehingga besarnya potensial henti V₀ bersesuaian dengan energy kinetiknya electron

E_k = e. V₀

½ m v² = e. V₀

Hasil-hasil percobaan yang seksama menunjukkan bahwa :

1. Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan.
2. Kecepatan elektron-elektron yang diemisikan hanya bergantung kepada frekwensi cahaya, makin besar frekwensi cahaya makin besar pula kecepatan elektron yang diemisikan.
3. Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama.

Pada tahun 1901, Planck mengetengahkan hipotesa bahwa cahaya (gelombang elektromagnetik) harus dianggap sebagai paket-paket energi yang disebut foton. Besar paket energi tiap foton dirumuskan sebagai :

E = h . f

E	=	Energi tiap foton dalam Joule.
f	=	Frekwensi cahaya.
h	=	Tetapan Planck yang besarnya h = 6,625 .10 –34 J.det

Cahaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumlah yang sangat banyak. Tiap-tiap foton hanya melepaskan satu elektron. Kiranya mudah dipahami bahwa semakin besar intensitas cahaya semakin banyak pula elektron-elektron yang diemisikan.

Tiap foton yang datang pada logam, sebagian energinya digunakan untuk melepaskan elektron dan sebagian menjadi energi kinetik elektron. Jika energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron sebesar W₀ dan energi yang menjadi energi kinetik sebesar Ek maka dapat ditulis persamaan :

	E = W0 + Ek h . f = W0 + mv2

Dari persamaan nampak jelas, makin besar frekwensi cahaya, makin besar kecepatan yang diperoleh elektron. Bila frekuensi cahaya sedemikian sehingga h.f = W₀, maka foton itu hanya mampu melepaskan elektron tanpa memberi energi kinetik pada elektron. Penyinaran dengan cahaya yang frekwensi lebih kecil tidak akan menunjukkan gejala foto listrik.

Efek Compton atau Hamburan Compton

Dalam peristiwa efek foto listrik , cahaya yang dijatuhkan pada keeping logam diperlakukan sebagai paket energy yang disebut foton . Foton itu mengalami peristiwa tumbukan dengan electron . Biasanya tumbukan selalu dikaitkan dengan momentum. Pada peristiwa tersebut akan berlaku Hukum Kekelan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi.

Penelitian hamburan sinar-X yang dilakukan Arthur H. Compton ( 1892 – 1962 ) menghasilkan fenomena baru, yaitu pergesaran panjang gelombang atau perubahan frekuensi sebelum dan sesudah tumbukan . Gejala ini dijelaskan oleh Compton dengan menganggap bahwa yang terjadi adalah tumbukan anatara kuantum cahaya ( foton ) dan electron bebas.

“ Ketika foton menumbuk electron , sebagian energy foton akan diberikan kepada electron sehingga electron memiliki energy kinetic”

Adapau energy foton setelah tumbukan akan berkurang. Menurut teori klasik , epngurangan energy tidak akan diikuti oleh perubahan frekuensi dan panjang gelombang. Namun menurut teori kuantum, perubahan energy berarti akan terjadi perubahan frekuensi dan perubahan panjang gelombang. Ini dibuktikan dengan hasil pengamatan yang menunjukkan bahwa setelah tumbukan , panjang gelombang foton bertambah besar ( lamda’ > lamda ) . Oleh karena energo foton dirumuskan sebagai h c/ lamda , jelaslah bahwa energy foton setelah tumbukan akan berkurang. Didapat dengan hasil perhitungan persamaan hamburan foton :

Kesimpulan

Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjan gelombang sekitar 380–750 nm. Berdasarkan teori yang telah di tulis di atas cahaya dapat di katakana sebagai partikel karena cahaya terdiri dari partikel halus (corpuscles) yang memancar ke semua arah dari sumbernya, tetapi hanya dapat menerangkan pembiasan dengan menganggap cahaya menjadi lebih cepat ketika memasuki medium yang padat tempat karena daya tarik gravitasi lebih kuat dan cahaya dapat di katakana sebagai gelombang karena cahaya dipancarkan ke semua arah merupakan ciri-ciri dari gelombang gelombang yang disebabkan karena gelombang tidak diganggu oleh gravitasi, dan gelombang menjadi lebih lambat ketika memasuki medium yang lebih padat. Untuk lebih jelasnya untuk membedakan cahaya sebagai gelombang dan kondisi tertentu sebagai partikel adalah ketika cahaya di katan sebagai gelombang karena didasarkan atas sifat-sifat cahaya, sedangkan cahaya sebagai partikel didasarkan atas perilaku cahaya sebagai paket energi sebesar nhf. Paket energi inilah jika mengenai katoda dalam solar cell dimana frekuensi datangnya lebih besar dari frekuensi ambang bahan katoda, maka akan mengeluarkan elektron yang akan bergerak menuju anoda.

http://www.onfisika.com/2013/01/dualisme-gelombang-cahaya-sebagai.html

http://aktifisika.wordpress.com/2010/02/22/sifat-partikel-dari-cahaya-efek-compton/