Teori Kuantum Cahaya

“Cahaya dengan frekuensi tertentu terdiri dari foton yang energinya berbanding lurus dengan frekuensi itu”. 

Teori elektromagnetik cahaya dapat menerangkan sangat baik banyak sekali gejala, sehingga teori itu tentu mengandung kebenaran. Namun teori yang berdasar kokoh ini tidak cocok untuk menerangkan efek fotolistrik. Dalam tahun 1905 Einstein menemukan bahwa paradoks yang timbul dalam efek potolistrik dapat dimengerti hanay dengan memasukan pengertian radikal yang pernah diusulkan lima tahun sebelumnya oleh ahli fisika teoritis Jerman Max Planck.

Ketika itu Planck mencoba menerangkan radiasi karakteristik yang dipancarkan oleh benda mampat. Kita mengenal pijaran dari sr=epotong logam yang menimbulkan cahaya tampak, tetapi panjang gelombang lain yang tak terlihat mata juga terdapat. Sebuah benda tidak perlu sangat panas untuk bisa memancarkan gelombang elektromagnetik – semua benda memancarkan energi seperti itu secara kontinue tidak peduli berapa temperaturnya. Pada temperatur kamar sebagian besar radiasinya terdapat pada bagian inframerah dari spektrum, sehingga tidak terlihat.

Planck dapat menurunkan rumus yang dapat menerangkan radiasi spektrum ini (yaitu kecerahan relatif dari berbagai panjang gelombang yang terdapat) sebagai fungsi dari temperatur dari bendayang meradiasikannya kalau ia menganggap bahwa radiasi yang dipancarkan terjadi secara tak kontinue (diskontinue),dipancarkan dalam catuan kecil, suatu anggapan yang sangat asing dalam teori elektromagnetik. Catuan ini disebut kuanta.

Planck mendapatkan bahwa kuanta yang berpautan dengan frekuensi tertentu v dari cahaya, semuanya harus berenergi sama dan bahwa energi ini  E berbanding lurus dengan v. Jadi energi kuatum E = hv

Energi Kuantum = (Tetapan Planck)(Frekuensi)

Kuantitas h, pada waktu ini disebut Tetapan Planck berharga h = 6,626 x 10^-34 J.s

Ketika ia menganggap bahwa energi elektromagnetik yang diradiasikan oleh benda timbul terputus-putus, Planck tidak pernah menyaksikan bahwa penjalarannya melalui ruang merupakan gelombang elektromagnetik yang kontinu. Einstein mengusulkan bukan saja cahaya yang dipancarkan menurut suatu kuantum pada suatu saat, tetapi juga menjalar menurut kuanta individual; anggapan yang lebih berlawanan dengan fisika klasik.

Kesahihan penapsiran Einstein mengenai fotolistrik diteguhkan dengan telaah mengenai emisi termionik. Telah lama diketahui bahwa adanya benda panas menambah konduktivitas listrik udara yang ada disekelilingnya, dan menjelang abad kesembilan belas penyebab gejala tersebut ditemukan yaitu emisi elektron dari benda panas itu. Emisi termionik memungkinkan bekerjanya piranti seperti tabung gambar televisi yang didalamnya terdapat filamen logam atau katoda berlapisan khusus yang pada temperatur tinggi menyajikan arus elektron yang rapat.

           Jelaslah bahwa elektron yang dipancarkan memperoleh energi dari agitasi termal partikel pada logam, dan dapat diharapkan bahwa elektron harus mendapatkan energi minimum tertentu supaya dapat lepas. Energi minimum ini dapat ditentukan untuk berbagai permukaan dan selalu berdekatan dengan fungsi kerja fotolistrik untuk permukaan yang sama. Dalam emisi fotolistrik, foton cahaya menyediakan energi yang diperlukan oleh elektron untuk lepas, sedang dalam emisi termionik kalorlah yang menyediakannya; Dalam kedua kasus itu proses fisis yang bersangkutan dengan timbulnya elktron dari permukaan logam adalah sama.