Konsep Fisika Papan Listrik di Taman Pintar
Pendahuluan
Awalnya, banyak fisikawan
yang menganggap cahaya sebagai gelombang. Hal ini diperkuat adanya difraksi,
polarisasi, refraksi, refleksi dan interferensi yang sesuai dengan sifat umum
gelombang. Akan tetapi ketika para fisikawan menemukan radiasi benda hitam,
efek fotolistrik, dan efek Compton, asumsi cahaya sebagai gelombang tidak dapat
dijelaskan fenomena-fenomena tersebut. kemudian muncullah pandangan bahwa
cahaya sebagi partikel. Dengan asumsi cahaya sebagai gelombang, cahaya
dipancarkan sebagai rambatan gelombang yang kontinu, sedangkan cahaya sebagai
partikel, cahaya dipancarkan dalam bentuk paket-paket energi yang disebut foton
(Triple, 2001: 145).
Gejala-gejala terlepasnya
elektron dari permukaan plat logam ketika disinari dengan frekuensi tertentu
disebut efek fotolistrik. Elektron yang terlepas dari permukaan logam tersebut
disebut elektron foto. Peristiwa ini pertama kali ditemukan oleh Hertz.
Hasil-hasil percobaan yang dilakukannya menghasilkan bahwa:
1. Semakin besar intensitas cahaya semakin banyak elektron yang
diemisikan.
2. Kecepatan elektron yang diemisikan hanya bergantng pada
frekuensi cahaya, semakin besar frekuensi cahaya semakin besar pula kecepatan
elektron yang diemisikan.
3. Pada frekuensi cahaya tertentu (frekuensi batas) emisi dari
logam tertentu adalah sama (Zemansky, 1988: 267).
Dalam peristiwa efek
fotolistrik, cahaya yang dijatuhkan pada keping logam diperlakukan sebagai
foton. Foton itu mengalami peristiwa tumbukan dengan elektron. Biasanya
tumbukan selalu dikaitkan dengan momentum. Pada peristiwa tersebut akan berlaku
Hukum Kekekalan Momentum dan Hukum Kekekalan Energi.
Penelitian hamburan sinar X
yang dilakukan Arthur H. Compton (1892-1962) menghasilkan fenomena baru, yaitu
pergeseran panjang gelombang atau perubahan frekuensi sebelum dan sesudah
tumbukan. Gejala ini dijelaskan oleh Compton dengan menganggap bahwa yang
terjadi adalah tumbukan antara kuantum cahaya (foton) dengan elektron bebas.
“Ketika foton menumbuk elektron, sebagian energi foton akan diberikan kepada
elektron sehingga elektron memiliki energi kinetik.”
Adapun energi foton setelah
tumbukan akan berkurang. Menurut teori klasik, pengurang energi tidak akan
diikuti oleh perubahan frekuensi dan panjang gelombang. Namun menurut Teori
Kuantum, perubahan energi berarti akan terjadi perubahan frekuensi dan panjang
gelombang. Ini dibuktikan dengan hasil pengamatan yang menunjukkan bahwa
setelah tumbukan panjang gelombang foton bertambah besar (Halliday, 1985: 234)
Hasil Pengamatan
Papan listrik adalah salah
satu alat peraga di zona fisika Taman pintar. Papan listrik merupakan papan
yang berisi kilatan-kilatan listrik yang apabila tangan atau logam didekatkan,
maka kilatan akan mengikuti arah tangan atau logam bergerak.
Pembahasan
Berdasarkan hasil observasi
yang telah dilakukan yang bertempat di Taman Pintar Yogyakarta, salah satu alat
peraga yang ada pada zona fisika selain cermin cekung dan cembung adalah konsep fisika papan
listrik. Papan listrik adalah papan
yang di dalamnya terlihat kilatan-kilatan berwana biru. Ketika tangan atau
logam didekatkan ke papan listrik, maka kilatan-kilatan tersebut mengikuti
tangan atau logam tersebut.
Papan listrik memancarkan
cahaya karena adanya pancaran spontan, yaitu setiap ion atau molekul yang
memiliki tingkatan atau elektron dari stabil menjadi tidak stabil.
Partikel-partikel tersebut memencarkan foton. Dengan pelepasan foton tersebut,
partikel menjadi stabil dan memulai kembali setiap partikel yang pindah dari
beda potensial yang tinggi ke yang rendah. Foton yang sama akan dipancakan. Warna pancaran cahaya yang
disebabkan oleh gas yang ada di dalam papan listrik antara lain gas helium
berwarna putih, gas karbon dioksida berwarna putih, gas nitrogen berwarna pink,
orange, dan terang, gas argon berwarna violet dan lavender, gas kripton
berwarna abu-abu atau putih.
Papan listrik tersebut
menerapkan konsep fisika efek fotolistrik
dan efek Compton. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa efek
fotolistrik adalah gejala-gejala terlepasnya elektron dari permukaan plat logam
ketika disinari dengan frekuensi tertentu. Hal ini juga yang terjadi pada
tangan atau logam yang didekatkan ke papan listrik tersebut. Elektron yang ada
di tangan ataupun logam akan terlepas dan bertumbukkan dengan foton yang
dilepaskan oleh papan listrik, sehingga menimbulkan energi kinetik pada
elektron yang menyebabkan kilatan-kilatan listrik pada papan akan mengikuti ke
mana tangan atau logam bergerak. Peristiwa tumbukan ini dinamakan dengan efek
Compton.
Daftar Pustaka
Halliday, David, dkk. 1985.
Fisika. Jakarta: Erlangga.
Triple, Paul A. 2001.
Fisika. Jakarta: Erlangga.
Zemansky, Sears. 1988.
Fisika Dasar Untuk Universitas. Jakarta: Bina Cipta.
