Bab 1Pendahuluan1.1 LATAR BELAKANGMekanika kuantumadalah cabang dasarfisikayang menggantikanmekanika klasikpada tataranatomdansubatom. Ilmu ini memberikan kerangkamatematikauntuk berbagai cabangfisikadankimia, termasukfisika atom,fisika molekular,kimia komputasi,kimia kuantum,fisika partikel, danfisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dariteori medan kuantumdanfisika kuantumumumnya, yang, bersamarelativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern. Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwaenergiitu tidak kontinyu, tapi diskritberupa 'paket' atau 'kuanta'. Konsep ini cukup revolusioner, karena bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.Pada tahun1900,Max Planckmemperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan olehbenda hitam. Pada tahun1905,Albert Einsteinmenjelaskanefek fotoelektrikdengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebutfoton. Pada tahun1913,Niels Bohrmenjelaskangaris spektrumdariatom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. Pada tahun1924,Louis de Brogliememberikan teorinya tentang gelombang benda.Teori-teori di atas, meskipun sukses, tetapi sangatfenomenologikal: tidak ada penjelasan jelas untuk kuantisasi. Mereka dikenal sebagaiteori kuantum lama. Frase "Fisika kuantum" pertama kali digunakan oleh Johnston dalam tulisannyaPlanck's Universe in Light of Modern Physics(Alam Planck dalam cahaya Fisika Modern).Heisenberg merumuskanprinsip ketidakpastiannyapada tahun1927, dan interpretasiKopenhagenterbentuk dalam waktu yang hampir bersamaan. Pada1927,Paul Diracmenggabungkan mekanika kuantum denganrelativitas khusus. Dia juga membuka penggunaan teori operator, termasuknotasi bra-ketyang berpengaruh. Pada tahun1932,Neumann Janosmerumuskan dasar matematika yang kuat untuk mekanika kuantum sebagai teori operator.Bidangkimia kuantumdibuka olehWalter HeitlerdanFritz London, yang mempublikasikan penelitianikatan kovalendarimolekul hidrogenpada tahun1927. Kimia kuantum beberapa kali dikembangkan oleh pekerja dalam jumlah besar, termasuk kimiawan AmerikaLinus Pauling.Berawal pada1927, percobaan dimulai untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam bidang di luar partikel satuan, yang menghasilkanteori medan kuantum. Pekerja awal dalam bidang ini termasuk Dirac,Wolfgang Pauli,Victor WeisskopfdanPascaul Jordan. Bidang riset area ini dikembangkan dalam formulasielektrodinamika kuantumolehRichard Feynman,Freeman Dyson,Julian Schwinger, danTomonaga Shin'ichirpada tahun1940-an. Elektrodinamika kuantum adalah teori kuantumelektron,positron, danMedan elektromagnetik, dan berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya.Interpretasi banyak dunia diformulasikan olehHugh Everettpada tahun1966. TeoriKromodinamika kuantumdiformulasikan pada awal1960an. Teori yang kita kenal sekarang ini diformulasikan oleh Polizter, Gross and Wilzcek pada tahun1975. Pengembangan awal oleh Schwinger,Peter Higgs, Goldstone dan lain-lain.Sheldon Lee Glashow,Steven WeinbergdanAbdus Salammenunjukan secara independen bagaimana gaya nuklir lemah dan elektrodinamika kuantum dapat digabungkan menjadi satugaya lemah elektro.Salah satu ilmu yang dipelajari di mekanika kuantum adalah mengenai radiasi rongga ( disebut juga radiasi benda hitam), spectrum garis, dan hokum Broglie. Materi inilah yang akan dibahas dimateri makalah ini.1.2 RUMUSAN MASALAHRumusan masalah yang dibahas penulis adalah :1 Apa yang dimaksud dengan radiasi rongga?2 Apa yang dimaksud dengan spectrum garis?3 Apa dan bagaimanakah Hukum Broglie ?

1.3 TUJUAN PENULISANAdapun tujuan penulisan makalah ini adalah:1 Mengetahui dan memahami definisi radiasi rongga.2 Mengetahui dan memahami definisi spectrum garis.3 Mengetahui dan memahami Hukum Broglie.

Bab 2Pembahasan

2.1 RADIASI RONGGAGas-gas yang panas menghasilkan spektra garis, tetapi padatan yang panas menghasilkan radiasi yang sinambung. Radiasi elektromagnet dari padatan-padatan berbeda pada suhu yang sama, menunjukkan distribusi spektra yang agak berlainan. Namun, ditemukan bahwa bila radiasi di dalam suatu benda berongga yang isotermal diamati melalui suatu lobang kecil pada dindingnya, intensitas radiasi dan distribusi dari panjang gelombang tak bergantung pada zat dan pada ukuran dan bentuk dari rongga. Radiasi semacam ini sering disebut sebagai radiasi benda hitam, tetapi disini akan disebut sebagai radiasi rongga.Benda hitam dimodelkan sebagai suatu rongga dengan celah bukaan yang sangat kecil. Jika ada radiasi yang masuk ke dalam rongga melalui lubang, radiasi tersebut akan dipantulkan berulang-ulang oleh dinding dalam rongga sehingga terserap habis energinya.Tidak ada radiasi yang terpantul memancarkan keluar lubang karena lubang sangat kecil kecil. Jadi, rongga berlubang kecil ini berkelakuan sebagai benda hitam karena dapat menyerap seluruh radiasi yang diterimanya. Demikian pula jika rongga ini memancarkan radiasi, tak ada radiasi yang kembali ke rongga. Dengan demikian, rongga juga akan memancarkan seluruh energi yang dikeluarkannya.Dalam fisika, benda hitam (bahasa Inggris black body) adalah obyek yang menyerap seluruh radiasi yang jatuh kepadanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya. Namun demikian, dalam fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah energi benda itu dapat diukur.Meskipun namanya benda hitam, dia tidaklah harus benar-benar hitam karena dia juga memancarkan energi. Jumlah dan jenis radiasi yang dipancarkannya bergantung pada suhu benda hitam tersebut. Benda hitam dengan suhu di bawah sekitar 700 Kelvin hampir semua energinya dipancarkan dalam bentuk gelombang inframerah, sangat sedikit dalam panjang gelombang tampak. Semakin tinggi temperatur, semakin banyak energi yang dipancarkan dalam panjang gelombang tampak dimulai dari merah, jingga, kuning dan putih.Istilah "benda hitam" pertama kali diperkenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff pada tahun 1862. Cahaya yang dipancarkan oleh benda hitam disebut radiasi benda hitam.Permukaan benda hitam merupakan permukaan yang memiliki sifat sebagai pemancar atau penyerap radiasi yang sangat baik. Jika suhu permukaannya tinggi dibandingkan lingkungan sekitarnya, akan bersifat memancarkan radiasi. Akan tetapi, jika suhunya rendah, akan bersifat sebagai penyerap radiasi.Benda hitam merupakan suatu sistem yang dapat menyerap semua radiasi kalor yang mengenai benda tersebut. Tetapi sebenarnya didalam kehidupan ini tidak ada benda hitam sempurna, sepeti definisi diatas. Namun, benda hitam dapat diasumsikan sebagai lubang kecil yang terdapat pada benda yang berongga.Teori pertama yang berhasil mengenai distribusi spektral radiasi rongga adalah yang disajikan oleh Planck di hadapan Himpunan Fisika Berlin pada 14 Desember 1900. Penurunannya menyangkut suatu pengandaian yang berani bahwa radiasi dipancarkan dan diserap oleh dipol-dipol yang bergetar dalam padatan yang hanya dapat memiliki energi yang merupakan kelipatan bulat dari hv, dengan h suatu tetapan (kemudian disebut tetapan Planck) dan v adalah frekuensi dari radiasi yang dipancarkan atau diserap. Dengan demikian osilator tak dapat memancar atau menyerap jumlah energi apa saja, tetapi hanya sebagai kuantum sebesar hv. Energi dari satu kuantum radiasi elektromagnet dapat pula ditulis sebagai hc/, dimana c adalah kecepatan cahaya dalam vakum dan adalah panjang gelombang.Konsentrasi spektral dari kerapatan energi radiasi dalam satu rongga diberikan oleh

Konsentrasi spektral dari kerapatan energi radiasi didefinisikan sedemikian sehingga adalah energi per satuan volum dalam rentang panjang gelombang . Dengan demikian mempunyai satuan SI Jm-4. Untuk menghitung laju pemancaran energi persatuan luas dari suatu lobang di rongga, harus dikalikan dengan c/4, dengan c ialah kecepatan cahaya*. Besaran c/4 diberikan oleh , yang disebut sebelumnya sebagai konsentrasi spektral dari pancaran radiasi pada panjang gelombang . Konsentrasi spektral dari pancaran radiasi didefinisikan sedemikian rupa sehingga adalah pancaran energi per satuan luas per satuan waktu dalam rentang panjang gelombang hingga + d. Dengan demikian memiliki satuan SI J m-3s-1. Hubungan yang diturunkan Planck ialah :

Dengan h adalah tetapan Planck, c kecepatan cahaya (2,997 924 x 108 m s-1), dan k ialah tetapan Boltzmann (1,380 662 x 10-23 J K-1). Dari data spektral tentang radiasi rongga ia dapat menghitung nilai dari yang sekarang dikenal sebagai tetapan Planck. Nilai terbaik ialah h = 6.626 176 x 10-34 JsKonsentrasi spektral dari pancaran radiasi dialurkan terhadap panjang gelombang di Gb. 8.1. bagi T = 1000, 1500, dan 2000 K. Daerah tampak dari spektrum berkisar dari 0,4 x 10-6 m (ungu) hingga 0,8 x 10-6 m (merah).Pancaran radiasi M adalah energi total yang dipancarkan per satuan waktu per satuan luas lubang dari rongga. Pancaran radiasi diberikan olehM =

Dengan demikian pancaran radiasi adalah sebanding dengan luas daerah di bawah kurva dalam Gb. 8.1. Dengan melakukan integrasinya dapat ditujukan bahwa M adalah sebanding dengan pangkat empat dari suhu absolut.M = Tetapan Stefan-Boltzmann diberikan oleh

Gb. 8.1. Konsentrasi spektral pancaran radiasi dari suatu rongga pada tiga suhu. Ordinat adalah daya radiasi per satuan luas dalam suatu rentang kecil dari panjang gelombang, dibagi oleh lebar dari rentang panjang gelombang. Daerah di bawah kurva adalah radiasi pancaran M dalam Jm-2s-1

Dalam tahun 1905 gagasan baru tentang kuantisasi ini mendapatkan dukungan lebih lanjut Einstein, yang menggunakannya untuk menjelaskan efek foto-listrik. Einstein menganggap cahaya terdiri dari partikel-partikel (foton-foton), dengan tiap partikel memiliki suatu energi E=hv. Bila cahaya diserap oleh suatu logam, keseluruhan energi dari dari satu foton hv diberikan pada elektron tunggal dalam logam. Bila jumlah energi ini cukup besar, elektron mungkin menembus halangan potensial pada permukaan logam dan masih tetap memiliki sejumlah energi sebagai energi kinetik. Energi kinetik yang dimiliki elektron bergantung pada energi dan karenanya, frekuensi dari foton yang melemparnya. Jumlah elektron terlempar bergantung pada jumlah foton yang jatuh dipermukaan, dan karenanya pada intensitas cahaya.

2.2 SPEKTRUM GARISJika radiasi rongga adalah sinambung, jenis-jenis spektra lain mengandung garis-garis. Hal-hal yang menyangkut spektum garis tak dapat diterangkan oleh teori-teori klasik. Usaha-usaha untuk menemukan keteraturan dalam spektrum menunjukkan bahwa frekuensi dari garis-garis spektrum dapat dihitung dengan mengambil selisih dari besaran-besaran yang disebut suku. Berbagai macam garis dalam satu spektrum dapat diterangkan dengan mengambil selisih antara sejumlah kecil harga-harga suku.Spektrum yang paling sederhana adalah dari atom hidrogen. Ditahun 1885 Balmer menemukan bahwa panjang gelombang dari garis-garis dalam daerah tampak dari spektrum pancaran atom hidrogen dapat diungkapkan oleh satu hubungan yang sederhana yang dapat ditulis sebagai

Dengan n2 suatu bilangan bulat yang lebih besar dari 2 dan R tetapan Rydberg, 109677 58 cm-1. Harga R dapat ditentukan secara teliti sekali karena sangat tingginya ketelitian dalam pengukuran dari panjang gelombang garis-garis spektrum. Kenyataan bahwa gas memancarkan cahaya dalam bentuk spektrum garis diyakini berkaitan erat dengan struktur atom. Dengan demikian, spektrum garis atomik dapat digunakan untuk menguji kebenaran dari sebuah model atom.

Gambar 2. Spektrum garis berbagai gasSpektrum garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Untuk gas hidrogen yang merupakan atom yang paling sederhana, deret panjang gelombang ini ternyata mempunyai pola tertentu yang dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan matematis. Seorang guru matematika Swiss bernama Balmer menyatakan deret untuk gas hidrogen sebagai persamaan berikut ini. selanjutnya, deret ini disebut deret Balmer.

panjang gelombang dinyatakan dalam satuan nanometer (nm).Kebalikan dari panjang gelombang diberikan sebagai dan disebut sebagai angka gelombang. Angka gelombang biasanya dinyatakan dalam cm-1. Dalam spektroskopi adalah lebih enak menggunakan angka gelombang dari pada panjang gelombang karena angka gelombang sebanding dengan energi, dan spektroskopi menyangkut transisi antara tingkat-tingkat energi yang berbeda.

Gambar 3. Deret Balmer dari garis-garis dalam spektrum pancaran atom hidrogen. Panjang gelombang diberikan dalam manometer (1nm = 10-9 m).

Perlu diperhatikan dalam persamaan diatas bahwa n2 tak dapat kurang dari 2, karena v akan menjadi nol. Tetapi bila n2 telah cukup besar, pertambahan lebih lanjut hanya menambah v sedikit sekali dan, selagi n2 menuju tak hingga, v akan mendekati R sebagai suatu limit.Keberhasilan dari rumus Balmer mendorong penelitian lebih lanjut dan deret-deret garis lain kemudian ditemukan dalam spektrum atom hidrogen yang dapat diungkapkan dalam persamaan.

Dengan n1 juga bilangan bulat. Deret dengan n1 = 1 (deret Lyman) terletak di ultraviolet; deret dengan n1 = 3 (deret Paschen), 4 (deret Brackett), atau 5 (deret Pfund) terletak di daerah inframerah. Ada hal penting untuk diperhatikan bahwa tiap garis dalam spektrum dapat diungkapkan sebagai selisih dari dua suku, R/n12 dan R/n22. Spektrum atom-atom lain lebih rumit, tetapi secara umum didapatkan bahwa adalah untuk mengungkapkan garis-garis spektrum sebagai selisih dari nilai-nilai suku . konsep dapat dengan ceat dimengerti melalui penerapan dari azas kekekalan energi yang mensyaratkan bahwa

dengan E2 energi dari atom atau molekul sebelum memancarkan satu foton hv dan E1 energi setelah pemancaran. Persamaan ini adalah dasar dari segala jenis spektroskopi.Suatu teori yang berhasil tentang spektrum atom hidrogen dikembangkan oleh Bohr pada tahun 1913. Bohr meninggalkan mekanika klasik dengan mengandaikan bahwa dalam atom hidrogen momentum sudut dari elektron di lintasan hanya dapat mengambil harga-harga yang merupakan kelipatan bulat dari satu kuantum momentum sudut yang besarnya h, disebut sebagai h-coret, yang sama dengan h/2. Bohr mengandaikan bahwa suatu elektron bergerak dalam suatu lintasan lingkaran sekeliling inti yang bermuatan positif. Sekarang kita telah tahu bahwa elektron lintasan tidak memerlukan sifat seperti itu tetapi, apapun juga, Bohr telah dapat menurunkan suatu ungkapan yang benar bagi tingkat energi atom serupa hidrogen (yaitu, atom-atom dengan satu elektron). Ia juga dapat menghitung ukuran dari atom-atom serupa hidrogen; jari-jari dari lintasan terdalam dari atom hidrogen sebagai 0,0529 nm.Model atom Bohr dikemukakan oleh Niels Bohr yang berusaha menjelaskan kestabilan atom dan spektrum garis atom hidrogen yang tidak dapat dijelaskan oleh model atom Rutherford. Model atom Bohr memuat tiga postulat sebagai berikut.1. Di dalam atom hidrogen, elektron hanya dapat mengelilingi lintasan tertentu tertentu yang diijinkan tanpa membebaskan (melepaskan) energi. Lintasan ini disebut lintasan stasioner dan memiliki energi tertentu yang sesuai.2. Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan yang lain. Energi dalam bentuk foton cahaya akan dilepaskan jika elektron berpindah ke lintasan yang lebih dalam, sedangkan Energi dalam bentuk foton cahaya akan diserapkan supaya elektron berpindah ke lintasan yang lebih luar. Energi dilepas atau diserap dalam paket sebesar hf sesuai dengan persamaan Planck.

E = hfKet : h = konstanta Planckf = frekuensi cahaya atau foton yang dilepas atau diserap.3. Lintasan-lintasan stasioner yang diijinkan untuk ditempati elektron memiliki momentum sudut yang merupakan kelipatan bulat dari nilai

Model atom Bohr berhasil menjelaskan kestabilan elektron dengan memasukkan konsep lintasan atau orbit stasioner dimana elektron dapat berada di dalam lintasannya tanpa membebaskan energi. Spektrum garis atomik juga merupakan efek lain dari model atom Bohr. Spektrum garis adalah hasil mekanisme elektron di dalam atom yang dapat berpindah lintasan dengan menyerap atau melepas energi dalam bentuk foton cahaya. Dengan demikian, struktur atom berdasarkan model atom Bohr adalah elektron dapat berada di dalam lintasan-lintasan stasioner dengan energi tertentu. Lintasan elektron dapat juga dianggap sebagai tingkat energi elektron. Elektron yang berada di lintasan tertentu yang stasioner dengan jari-jari tertentu dikatakan memiliki energi tertentu. Elektron yang berada di lintasan ke-n berada pada jari-jari lintasan dan energi sebagai berikut.Tingkat energi elektronik dalam atom hidrogen, dihitung menurut toeri Bohr. Garis-garis deret Lyman dihasilkan oleh elektron-elektron yag meloncat dari lintasan dengan bilangan kuntum 2, 3, 4, . . . . ke lintasan terendah yang dibolehkan (n1 = 1). Garis-garis deret Balmer dehentikan oleh elektron-elekton yang jatuh dari lintasan lebih besar kelintasan ke dua (n1 = 2), dan sebagainya. Energi dari berbagai lintasan dapat diungkapkan dalam bagian kanan dari gamabar dibwah ini, adalah angka gelombang bagi radiasi yang dihasilkan bila satu elektron jatuh dari suatu jarak tak hingga kedalam suatu lintasan tertentu tanpa energi kinetik awal. Angka gelombang v dari sesuatu garis dalam spektrum dapat diperoleh dengan mengurangkan harga-harga di bagian kanan bagi kedua tingkat energi yang bersangkutan. Dengan demikian garis kedua dari deret Balmer disebabkan oleh suatu elektron yang jatuh dari lintasan keempat ke yang kedua, dan angka gelombangnya ialah 27 420 6855 = 20565 cm-1.

Gambar 4. Tingkat energi bagi atom hidrogen dihitung dari teori Bohr.

2.3 HUBUNGAN BROGLIEDalam buku pelajaran fisika De Broglie dipakai sebagai nama ahli fisika yang mengajukan hipotesis, bahwa electron bersifat gelombang.De Broglie hanya membuat hipotesis atau teori. Ia tidak pernah dan tidak suka mengadakan eksperimen. Ia tidak pernah membuktikan, bahwa elektron bersifat sebagai gelombang. Tapi karena kemudian ternyata bahwa teorinya benar, maka pada tahun 1929 ia mendapat Hadiah Nobel untuk fisika. Peristiwa itu membuktikan bahwa intuisi kadang-kadang berada di atas akal sehat dan eksperimen.Pada tahun 1923 A.H.Compton menemukan bahwa cahaya memiliki sifat kembar sebagai gelombang dan sebagai partikel. Penemuan ini menyebabkan De Broglie berpikir sebagai berikut Kalau cahaya bersifat gelombang dan partikel, maka partikelpun dapat bersifat gelombang. Hipotesis ini dibuktikan kebenarannya oleh Clinton Davisson dan Lester Germer pada tahun 1972. De Broglie menyatakan bahwa pertikel-partikel seperti elektron, proton dan netron mempunyai sifat dualisme, yakni gelombang dan pertikel. Ide tersebut dinyatakan sebagai berikut : suatu partikel yang bergerak dengan momentum p dikendalikan oleh suatu gelombang yang panjang gelombangnya memenuhi hubungan : =h/p Di tahun 1923 de Broglie menyarankan bahwa gerakan dari elektron dapat memiliki aspek gelombang. Ia mendapatkan hubungan antara panjang gelombang dan momentum linier melalui pemikiran yang analog dengan foton. Menurut teori relativitas khusus dari Einstein, energi dari satu partikel diberikan oleh

dengan m ialah massa dari partikel dan c ialah kecepatan cahaya. Penggunaan E = hv meghasilkan mc2 = hc/, sehingga bagi satu foton

dengan p ialah momentum. De Broglie menyarankan bahwa bagi satu elektron

dengan v ialah kecepatan dari elektron. Panjang gelombang dari partikel-partikel yang dihitung secara ini disebut sebagai panjang gelombang de Broglie. Sifat berupa gelombang dari zat yang disarankan oleh de Broglie ini dibenarkan ditahun 1928 oleh Davison dan Germer, yang mendapatkan pola difraksi dari elektron-elektron yang diamburkan dari permukaan suatu kristal nikel.

Bab 3Penutup3.1 KESIMPULANBerbagai masalah telah diuraikan pada bab sebelumnya, sehingga dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :1. Radiasi Rongga disebut juga radiasi rongga hitam, dimana benda hitam adalah benda yang dapat menyerap cahaya secara sempurna2. Radiasi rongga terjadi pada benda padat sedangkan spectrum garis terjadi pada gas3. Spectrum yang paling sederhana adalah gas hydrogen , dimana :

4. Hipotesis De Broglie Elektron bersifat seperti gelombang

3.2 KRITIK DAN SARANPenulis merupakan hanyalah manusia biasa yang memiliki kesalahan diberbagai sisi. Seperti kata pepatah, taka ada gading yang tak retak. Begitu pula makalah ini, masih banyak kesalahan disana sini. Olek karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun.

Daftar Pustaka

Anonim.2012.Radiasi Benda Hitam. http://garda-pengetahuan.blogspot.com/2012 /04/radiasi-benda-hitam.html. (Diakses Pada 11 Maret 2015 )Anonim.2015.. Mekanika Kuantum. http://id.wikipedia.org/wiki/Mekanika_ kuantum. (Diakses Pada 11 Maret 2015 )