Bab 7: Fizik Kuantum

Kedualan Zarah-Gelombang & Kesan Fotoelektrik

7.1 Teori Kuantum Cahaya

Fizik Kuantum tercetus apabila teori fizik klasik gagal menjelaskan spektrum sinaran jasad hitam. Max Planck mencadangkan bahawa tenaga dipancarkan secara diskret dalam bentuk “paket tenaga” yang dipanggil Kuantum.

Tenaga Foton

Cahaya terdiri daripada paket tenaga yang dipanggil foton. Tenaga berkadar terus dengan frekuensi.

E = hf atau E = hc

E = Tenaga Foton (Joule)
h = Pemalar Planck ($6.63 \times 10^{-34}$ J s)
f = Frekuensi | λ = Panjang gelombang

Kedualan Gelombang-Zarah

Louis de Broglie menghipotesiskan bahawa zarah seperti elektron juga mempunyai sifat gelombang.

Panjang Gelombang de Broglie:

λ = h

p = h

7.2 Kesan Fotoelektrik

Kesan fotoelektrik ialah fenomena pemancaran elektron daripada permukaan logam apabila ia disinari oleh alur cahaya pada frekuensi tertentu.

Simulasi Pancaran Fotoelektron

Ubah panjang gelombang cahaya. Elektron hanya terpancar jika tenaga foton melebihi nilai ambang logam.

Logam (Zink)

Panjang Gelombang (λ): 700 nm

Tenaga Tinggi (UV) Tenaga Rendah (Merah)

Status Pemerhatian

Tiada fotoelektron. Tenaga foton terlalu rendah.

f < Frekuensi Ambang (f₀)

Frekuensi Ambang ($f_0$)

Frekuensi minimum foton cahaya yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron daripada logam.

Tenaga Kinetik Maksimum

Tidak bergantung pada keamatan (kecerahan) cahaya, tetapi hanya bergantung pada frekuensi cahaya.

7.3 Teori Fotoelektrik Einstein

Albert Einstein mengaplikasikan teori kuantum Planck untuk menerangkan kesan fotoelektrik secara matematik. Beliau mengusulkan prinsip keabadian tenaga ke atas setiap foton yang melanggar elektron.