Optical Physics

Sifat Cahaya

Cahaya adalah suatu zat yang sangat banyak membantu kehidupan mahluk hidup antara lain:

1. Proses malihat benda

2. Membedakan warna benda

3. Proses photo sintesis

4. Proses photo listrik

5. Dsb

Fenomena cahaya telah dipelajari oleh manusia dan menghasilkan berbagai teori antara lain :

1. Teori Emisi dari Newton

Cahaya dianggap terdiri dari partikel-partikel yang sangat kecil dan ringan ( yang disebut Korpuskul ) yang dipancarkan dari sumbernya ke segala arah menurut garis lurus dengan kecepatan yan sangat tinggi. Lintasan-lintasan partikel berasal dari sumber itu disebut sinar cahaya.

2. Teori gelombang dari Huygens

Cahaya adalah gejala gelombang seperti halnya bunyi cahaya merambat dengan perantaraan gelombang yang disebut gelombang cahaya. Menurut teori ini cepat rambat cahaya memenuhi persamaan:

C = λ* f

C = Cepat rambat

λ = Panjang gelombang

f = Frekwensi ( Hz atau cps ).

Menurut teori ini cahaya marambat melalui medium untuk menjelaskan cahaya dapat mengalir melalui ruang hampa maka dibuat hypotesa bahwa diseruh ruangan terdapat medium yang dinamakan Eter

3. Teori kuantum cahaya dari Max Planck

Cahaya dipancarkan dari sumbernya dalam bentuk paket-paket energi yang disebut kuantu. Paket-paket energi ini yang dipancarkan secara periodic dari sumbernya. Besarnya kuantum energi cahaya adalah:

E = h.f

Dimana:

h = Konstanta Planck 34 6.63 10 J.s

f = Frekwensi ( cps )

Untuk menguji kebenaran teori-teori diatas dilakukan percobaan-percobaan antara lain:

1. Percobaan Foucoult

Dalam percobaannya Foucoult berhasil menghitung dan menentukan kecepatan rambat cahaya dalam berbagai medium. Kecepatan rambat cahaya diudara yang dihitung mendekati 8 3 10 m/s. lebih besar dari kecepatannya didalam zat cair. Hasil percobaan ini ternyata telah melemahkan teori Newton.menurut Newton keccepatan rambat cahaya dalam zat cair lebih besar kecepatannya diudara.

2. Percobaan Young dan Fresnel

percobaan ini membuktikan bahwa cahaya dapat berinterferensi dan mengalami difaksi. Percobaan ini memperkuat teori gelombang cahaya. Huygens memperlemah teori partikel Newton karena menurut teori Newton cahaya merambat melalui garis lurus.

3. Percobaan menurut Michaelson dan Moreley

Percobaan ini dilakukan untuk membuktikan ada atau tidak adanya eterdiseluruh ruang dijagat raya ini, karena medium eter terdapat dimana-mana maka bumi yang berputar pada porosnya dengan kecepatan translasi sekitar 30 km/s dan sekitar bumi terdapat eter maka akan terjadi angina eter Michaelson dan Moreley melakukan pengujian terhadap angina eter maka mereka berkesimpulan bahwa angin eter tidak ditemukan, percobaan ini memperlemah teori gelombangnya Huygens.

4. Percobaan Maxwell dan Rudolp Hertz

Maxwell menganalisa dan meramalkan bahwa cahaya merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik yang dipancarkan akibat dari terjadinya medan magnet atau medan listrik yang tidak konstan (“berubah terhadap waktu”). Analisa Maxwell ini diuji oleh R.Hertz dengan membuat perubahan medan listrik.

Pada percobaan ini sepasang lilitan dengan N2 (jumlah lilitan skunder) jauh lebih banyak dibanding N1( lilitan primer ) pada lilitan skunder dipasang bola konduktor dan ditempat lain disimpan pasangan bola konduktor juga ketika saklar ( S ) ditutup-buka pada bola konduktor sebelah kiri terdapat percikan bunga api dan ternyata pada pasangan konduktor yang lain terjadi pula percikan bunga api. Gelombang yang dihasilkan oleh percobaan ini menunjukan sifat-sifat pemantulan ( refleksi ), difraksi dan polarisasi dapat diukur pula cepat rambat gelombang tersebut sama dengan cepat rambat gelombang cahaya yaitu 8 3 10 m/s

5. Percobaan Zeeman

Percobaan ini menunjukan adanya pengaruh medan magnet terhadap cahaya, artinya cahaya dapat dibelokan oleh medan magnet yang kuat (Efek Zeeman ).

6. Percobaan Stark

Percobaan ini cahaya dilewatkan pada medan megnet yang kuat dan ternyata cahaya mengalami pembelokan akibat medan listrik yang kuat. Percobaan Zeeman dan Sark menunjukan bahwa cahaya mempunyai sifat kelistrikan dan kemagnetan hal ini membuktikan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.

7. Percobaan Einstein

Dalam tahun 1905 Einstein memperluas gagasan yang diutarakan oleh Planck lima tahun sebalumnya dan mempostulatkan bahwa energi dalam berkas cahaya tidak terdistribusi secara merata didalam gelombang elektromagnetik, tetapi terkonsentrasi dalam paket-paket kecil yang dinamakan foton. Einstein berhasil menunjukan percobaan yang dapat membuktikan teorinya yakni efek photo listrik, sketsa dari percobaan photo listrik adalah sebagai berikut:

Cahaya dengan frekwensi tertentu dikenakan pada plat yang terdapat pada tabung hampa ternyata pada ampere meter menunjukan adanya arus listrik yang mengalir, kemudian beda potensial kawan diberikan pada pasangan plat dan pada potensial tertentu arus akan berhenti.

Percobaan dilakukan dengan menambah internsitas cahaya dua kali dengan frekwensi tetap dan ternyata arus berhenti pada potensial kawat yang sama tetapi arus yang terjadi dua kali lipat.

Potensial kawat akan naik ketika frekwensi cahaya naik. Peristiwa photo listrik ini hanya bisa dijelaskan menggunakan teori kuantum cahaya-cahaya berupa paket energi ( photon ) sebesar

E = h.f

Energi tersebut jika menumbuh plat sebagian energi digunakan untuk melepaskan electron dari ikatannya dan sisanya sebagai energi kinetic

hf = hfo + Ek

hfo = energi untuk melepaskan elektron dari ikatannya.

Jika hf < hfo tidak akna terjadi arus listrik karena electron tidak sempat keluar dari ikatannya untuk melawan EK dari sumber yang frekwensinya tetap diperlukan harga yang sama intensitas cahaya yang semakin besar dapat dijelaskan dengan jumlah partikel yang semakin banyak, hal ini bertentangan dengan teori gelombang mekanik dimana energi berbanding lurus dengan intensitasnya.

sumber: Diktat Kuliah Fisika Optik Fakultas Teknik Elektro Universitas Lalang Buana Bandung 2005