Fisika Kuantum: Pengertian, Rumus dan Contoh Soal

Posted on

Pengertian fisika kuantum serta dilengkapi dengan rumus hingga contoh soal akan kami uraikan secara sederhana agar bisa dengan mudah Anda pahami. Untuk pembahasan lebih lanjut, silahkan simak penjelasannya di bawah ini.

fisika kuantum

Menjelang akhir abad ke-19, banyak perkembangan yang terjadi di dunia fisika. Setelah ditemukannya teori mekanika Newton, teori elektromagnetik Maxwell, serta termodinamika, fisika berhasil menjelaskan berbagai macam fenomena yang terjadi di dunia saat itu. Ketiga teori tersebut kemudian dikenal dengan istilah fisika klasik.

Seiring dengan berkembangnya berbagai peralatan untuk melakukan percobaan, para fisikawan menemukan bahwa ada fenomena-fenomena yang tidak bisa dijelaskan menggunakan teori fisika klasik.

Fenomena-fenomena ini baru bisa dijelaskan pada awal abad ke-20 yang merupakan awal era fisika modern atau fisika kuantum. Era fisika modern sendiri ditandai dengan penemuan teori fisika yang dapat menjawab fenomena-fenomena yang sebelumnya tidak bisa dijelaskan oleh teori fisika klasik.

Pengertian

Fisika kuantum merupakan studi mengenai perilaku materi dan energi pada tingkat molekuler, atom, nuklir, dan juga tingkat mikroskopis, dan bahkan lebih kecil lagi.

Kuantum merupakan terjemahan langsung dari “quantum” yang berasal dari bahasa latin yang memiliki arti “berapa banyak”. Maksudnya adalah mengacu pada unit diskrit materi dan energi yang diprediksi dan diamati dalam fisika kuantum.

Pada penelitian-penelitian fisika kuantum, peneliti tidak bisa melihat objek yang ditelitinya, mereka hanya bisa merasakan kehadirannya melalui besaran ukuran-ukuran tertentu yang terdeteksi.

Oleh karena itulah, fisika kuantum lebih sulit dipelajari dan tidak dipelajari lebih lanjut lagi di sekolah-sekolah karena lebih fokus pada konsep serta perumusan matematis, tanpa adanya pengamatan secara langsung yang tentu saja sulit untuk dimengerti untuk sebagian besar orang.

Mekanika

Mekanika kuantum adalah bagian dari teori fisika kuantum dan medan kuantum, dan merupakan salah satu pilar fisika modern. Dasar-dasar dari teori ini yaitu energi itu tidak kontinyu, namun berupa paket dan kuanta.

Konsep ini bertentangan dengan teori fisika klasik yang menyatakan bahwa energi itu berkesinambungan. Teori mekanika fisika kuantum ini berkembang pada masalah radiasi benda hitam oleh max planck, dan efek fotolistrik yang dibawa oleh albert Einstein.

Dari teori inilah muncul aplikasi-aplikasi penting seperti diode pancaran cahaya (LED), laser, semi konduktor, pencitraan penelitian dan medis, dan magnet superkonduktor.

Rumus

Dari penemuan dari max planck, maka dapat diketahui bahwa tiap elemen energi (E) berbanding lurus dengan frekuensinya. Penulisan matematisnya sebagai berikut :

E = hv

Dimana:

  • = energi (J)
  • h = konstanta planck (6,626 x 10-34 J.s
  • v = frekuensi radiasi (s-1)

Selanjutnya dari penemuan efek fotolistrik oleh Albert Einstein, menerangkan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel foton yang energinya sebanding dengan frekuensi cahaya.

Dimana jika frekuensinya tinggi maka setiap foton mempunyai energi yang tinggi juga sehingga mampu melepaskan electron (James E. Brady).

Hal ini menyebabkan arus meningkat. Maka secara sistematis, dapat dituliskan sebagai berikut :

E = hv atau E = c/λ

Dimana:

  • = energi (J)
  • h = konstanta planck (6,626 x 10-34 J.s
  • v = frekuensi radiasi (s-1)
  • c = kecepatan cahaya dalam vakum ( 3 x 108 m/s)
  • λ = panjang gelombang (m)

nilai beda potensial bergantung pada intensitas cahaya yang diberikan, sehingga energi kinetik maksimum dari efek fotolistrik dapat dituliskan sebagai berikut:

Ekmaks = e.V0

Dimana:

  • = muatan electron (C)
  • V0 = potensial henti (volt)

Sedangkan hubungan antara energi foton, fungsi kerja dan energi fotolistrik dapat dituliskan sebagai berikut :

EK = E-W

EK = h.f – h.f0

Dimana:

  • E = energi foton (J)
  • f = frekuensi foton (Hz)
  • f0 = frekuensi ambang (Hz)
  • E= energi kinetic electron (J)
  • W = energi ambang electron atau fungsi kerja (J)

Contoh Soal

Frekuensi ambang dari sebuah logam yakni 4 x 1014 Hz. Ketika logam dijatuhi foton, ternyata elektronnya mempunyai energi kinetik sebesar 19,86 x 10-20 J. Maka berapakah frekuensi foton bila h = 6,62 x 10-34Js

Jawab:

Diketahui:

F0 = 4 x 1014 Hz ; E= 19,86 x 10-20 J ; h = 6,62 x 10-34Js

Maka:

W0 = h.f0

W0 = (6,62 x 10-34Js) (4 x 1014 Hz)

W0 = 26,48 x 10-20 J

E = Ek + W0

E = h.f, maka f = (EK+W0)/H

= (19,86 x 10-20 J + 26,48 x 10-20 J)/ 6,62 x 10-34Js

= 7 x 1014 Hz.