1. FISIKA KUANTUM
Fisika kuantum mempelajari struktur dasar materi (fundamental element). Yaitu
mempelajari susunan atom dan struktur pembentuk atom. Disebut kuantum karena
dari kata dasar quanta/quantised = terukur. Maksudnya mempelajari ukuran-
ukuran/nilai-nilai/sifat-sifat dasar dari "bahan" pembentuk "materi". Mulai dari massa
atom, proton, neutron, elektron sampai yang dianggap terkecil saat ini adalah quark
sebagai "bahan" penyusun proton, neutron maupun elektron. Tidak hanya nilai
massanya saja yang dipelajari, tetapi juga orbitnya, spin-nya, weak-force, gravitasi,
sifat gelombang elektromagnetnya, dll.
A.Energi Foton
Foton adalah partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik. Biasanya
foton dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik, seperti cahaya,
gelombang radio, dan Sinar-X. Foton berbeda dengan partikel elementer lain
seperti elektron dan quark, karena ia tidak bermassa dan dalam ruang vakum
foton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya, c. Foton memiliki baik sifat
gelombang maupun partikel ("dualisme gelombang-partikel").
Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan
menunjukkan fenomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa dan
interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan saling memusnahkan satu
sama lain.
Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan
memindahkan energi sejumlah:
di mana h adalah konstanta Planck, c adalah laju cahaya, dan λ adalah panjang
gelombangnya.
1

2. B. Teori Kuantum
Teori kuantum dari Max Planck mencoba menerangkan radiasi karakteristik
yang dipancarkan oleh benda mampat. Radiasi inilah yang menunjukan sifat
partikel dari gelombang. Radiasi yang dipancarkan setiap benda terjadi secara
tidak kontinyu (discontinue) dipancarkan dalam satuan kecil yang disebut kuanta
(energi kuantum).
1. Max Planck
Planck berpendapat bahwa kuanta yang berbanding lurus dengan frekuensi
tertentu dari cahaya, semuanya harus berenergi sama dan energi ini E
berbanding lurus dengan frekuensi.
Jadi : E = h.f
Dengan : E = Energi kuantum
h = Tetapan Planck = 6,626 x 1034 J.s
f = Frekuensi
Planck menganggap hawa energi elektromagnetik yang diradiasikan oleh
benda, timbul secara terputus-putus walaupun penjalarannya melalui ruang
merupakan gelombang elektromagnetik yang kontinyu.
Einstein mengusulkan bukan saja cahaya yang dipancarkan menurut suatu
kuantum pada saat tertentu tetapi juga menjalar menurut kuanta individual.
Hipotesis ini menerangkan efek fotolistrik, yaitu elektron yang terpancar bila
frekuensi cahaya cukup tinggi, terjadi dalam daerah cahaya tampak dan
ultraungu.
Hipotesa dari Max Planck dan Einstein menghasilkan rumusan empiris
tentang efek fotolistrik yaitu :
hf = Kmaks + hfo
hf = Isi energi dari masing-masing kuantum cahaya datang
Kmaks = Energi fotoelektron maksimum
2

3. hfo = Energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan sebuah elektron
dari permukaan logam yang disinari
Tidak semua fotoelektron mempunyai energi yang sama sekalipun
frekuensi cahaya yang digunakan sama. Tidak semua energi foton (hv) bisa
diberikan pada sebuah elektron. Suatu elektron mungkin akan hilang dari
energi awalnya dalam interaksinya dengan elektron lainnya di dalam logam
sebelum ia lenyap dari permukaan. Untuk melepaskan elektron dari
permukaan logam biasanya memerlukan separuh dari energi yang diperlukan
untuk melepaskan elektron dari atom bebas dari logam yang bersangkutan.
Penafsiran Einstein mengenai fotolistrik dikuatkan dengan emisi
termionik. Dalam emisi foto listrik, foton cahaya menyediakan energi yang
diperlukan oleh elektron untuk lepas, sedangkan dalam emisi termionik
kalorlah yang menyediakannya.
Usul Planck bahwa benda memancarkan cahaya dalam bentuk kuanta tidak
bertentangan dengan penjalaran cahaya sebagai gelombang. Sementara
Einstein menyatakan cahaya bergerak melalui ruang dalam bentuk foton.
Kedua hal ini baru dapat diterima setelah eksperimen Compton. Eksperimen
ini menunjukan adanya perubahan panjang gelombang dari foton yang
terhambur dengan sudut (f) tertentu oleh partikel bermassa diam (m 0).
Perubahan ini tidak bergantung dari panjang gelombang foton datang (l).
Hasil pergeseran compton sangat kecil dan tidak terdeteksi. Hal ini terjadi
karena sebagian elektron dalam materi terikat lemah pada atom induknya dan
sebagian lainnya terikat kuat. Jika elektron d timbulkan oleh foton, seluruh
atom bergerak, bukan hanya elektron tunggalnya.
Untuk lebih memahami tinjauan teori kuantum dan teori gelombang yang
saling melengkapi, marilah kita amati riak yang menyebar dari permukaan air
jika kita menjatuhkan batu ke permukaan air. Pernahkan Anda perhatikan hal
ini? Riak yang menyebar pada permukaan air akan hilang dengan masuknya
batu ke dasar.
3

4. Analogi ini dapat menjelaskan energi yang dibawa cahaya terdistribusi
secara kontinyu ke seluruh pola gelombang. Hal ini menurut tinjauan teori
gelombang sedangkan menurut teori kuantum, cahaya menyebar dari
sumbernya sebagai sederetan konsentrasi energi yang teralokalisasi masing-
masing cukup kecil sehingga dapat diserap oleh sebuah elektron.
a) Teori gelombang cahaya menjelaskan difraksi dan interferensi yang
tidak dapat dijelaskan oleh teori kuantum. Sedangkan teori kuantum
menjelaskan efek fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan oleh teori
gelombang.
b) Teori gelombang cahaya menjelaskan difraksidan interferensi yang
tidak dapat dijelaskan oleh teori kuantum.
Teori kuantum menjelaskan efek fotolistrik yang tidak dapat di jelaskan
oleh teori gelombang. Bila cahaya melalui celah-celah, cahaya berlalu sebagai
gelombang, ketika tiba di layar cahaya berlalu sebagai partikel.
Berdasarkan data tersebut, dilakukan eksperimen lanjutan yang meneliti
sifat dualisme gelombang dan partikel.
C.Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah perambatan secara transversal antara
medan listrik dan medan magnet ke segala arah. Konsep yang bisa menjelaskan
fenomena ini adalah konsep gelombang elektromagnetik. Dan konsep gelombang
elektromagnetik ternyata sangat luas tidak hanya berkaitan dengan TV atau ponsel
saja, melainkan banyak aplikasi lain yang bisa sering kita temukan sehari-hari di
sekitar kita. Aplikasi tersebut meliputi microwave, radio, radar, atau sinar-x.
Pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini
dikenal sebagai gejala induksi magnet . Peletak dasar konsep ini adalah Oersted
yang telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara
lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet dikenal sebagai Hukum Ampere.
Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan
(menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai
4

5. gejala induksi elektromagnet. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara
eksperimen oleh Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph
Henry. Hukum induksi elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum
Faraday-Henry.
Yang termasuk gelombang elektromagnetik:
Gelombang Panjang gelombang λ
gelombang radio 1 mm-10.000 km
infra merah 0,001-1 mm
cahaya tampak 400-720 nm
ultra violet 10-400nm
sinar X 0,01-10 nm
sinar gamma 0,0001-0,1 nm
Sinar kosmis tidak termasuk gelombang elektromagnetik; panjang gelombang
lebih kecil dari 0,0001 nm. Sinar dengan panjang gelombang besar, yaitu
gelombang radio dan infra merah, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang
lebih rendah. Sinar dengan panjang gelombang kecil, ultra violet, sinar x atau
sinar rontgen, dan sinar gamma, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang
lebih tinggi.
 Sinar Gamma:
• frekuensinya: 1020 hz - 1025 hz.
• mempunyai daya daya tembus sangat besar.
• dipakai pada bidang industry.
• alat deteksi: Geiger Muller.
 Sinar X (=sinar rontgen):
• frekuensinya: 1016 hz – 1020 hz.
• daya tembus besar.
5

6. • dipakai untuk mendeteksi organ organ dalam tubuh (misal:
menentukan posisi tulang yang patah).
 Ultra Violet:
• frekuensinya: 1015 hz – 1016 hz.
• sumber utamanya matahari.
• diperlukan pada proses asimilasi tumbuhan.
• membunuh beberapa jenis kuman penyakit kulit.
 Cahaya Tampak (=sinar):
• satu-satunya GEM yang dapat dilihat (teramati mata manusia).
• panjang gelombangnya: 430 nm - 690 nm (rentang frekuensinya
sempit).
• manfaat/ fungsinya: membuat kita dapat melihat.
 Infra Merah:
• frekuensinya: 1011 hz - 1014 hz.
• digunakan pada fotografi (pemotretan dari udara atau satelit) untuk
pemetaan permukaan bumi dan sumber-sumber alam.
• dapat juga dipakai pada terapi fisik (physical therapy).
 Gelombang Radar (Radio Detection and Ranging):
• untuk mendeteksi pesawat yang bergerak mendekati/menjauhi
pangkalan udara.
• dapat juga dipakai pada sarana komunikasi.
 Gelombang TV dan Gelombang Radio:
6

7. • penggunaannya sebagian besar untuk pemancar radio dan TV.
D. Sifat-sifat Gelombang Elektromagnetik
Dari beberapa percobaan yang telah dilakukan, Hertz berhasil mengukur
bahwa radiasi gelombang elektromagnetik frekuensi radio (100 MHz) yang
dibangkitkan memiliki kecepatan rambat sesuai dengan nilai yang diramalkan
oleh Maxwell. Di samping itu, eksperimen Hertz ini juga menunjukkan sifat-sifat
gelombang dari cahaya, yaitu pemantuan, pembiasan, interferensi, difraksi, dan
polarisasi. Dengan demikian, hipotesis Maxwell mengenai gelombang
elektromagnetik telah terbukti kebenarannya melalui eksperimen Hertz.
Dari uraian ini, dapat ditulis sifat-sifat gelombang elektromagnetik yaitu:
a. Dapat merambat dalam ruang hampa,
b. Merupakan gelombang transversal,
c. Dapat mengalami polarisasi,
d. Dapat mengalami pemantulan (refleksi),
e. Dapat mengalami pembiasan (refraksi),
f. Dapat mengalami interferensi,
g. Dapat mengalami lenturan atau hamburan (difraksi),
h. Merambat dalam arah lurus.Berdasarkan perhitungan yang telah
dilakukan Maxwell, kecepatan gelombang elektromagnetik diruang
hampa adalah sebesar 3 x 108 m/s yang nilainya sama dengan laju
cahaya terukur (Supriyono, 2006).
c=fxλ
Keterangan: c = laju cahaya (3 x 108)
7

8. f = frekuensi gelombang (Hz)
λ = panjang gelombang (m)
Berdasarkan persamaan tersebut, kita dapat menentukan frekuensi cahaya
tampak bernilai antara 4 x 1014 Hz hingga 7,5 x 1014 Hz.
E. Peranan Gelombang Elektromagnetik dalam Kehidupan
Gelombang elektromagnetik banyak dimanfaatkan dalam kehidupan di muka
bumi. Pemanfaatan itu ada dalam berbagai bidang, yaitu bidang kedokteran,
bidang industri, bidang astronomi, bidang seni, dan bidang sains fisika. Banyak
sekali keuntungan yang diperoleh dari pemanfaatan gelombang elektromagnetik
ini. Tetapi, gelombang elektromagnetik ini juga dapat memberikan dampak
negatif yang dapat mengganggu kehidupan di muka bumi.
8