Gagasan utama
Fisika modern menjelaskan cahaya dan materi pada skala kecil. Cahaya datang dalam kuanta bernama foton, partikel memiliki panjang gelombang, atom memiliki tingkat energi diskret, dan inti meluruh secara acak dengan waktu paruh tetap.
- Foton memiliki energi E = hf = hc ÷ λ. Dengan hc = 1240 eV·nm, panjang gelombang dalam nanometer langsung memberi energi dalam elektronvolt.
- Pada efek fotolistrik K_maks = hf − φ. Frekuensi menentukan apakah elektron keluar; intensitas hanya menentukan jumlahnya.
- Partikel bermomentum p memiliki panjang gelombang de Broglie λ = h ÷ p. Tingkat energi hidrogen E_n = −13,6 eV ÷ n², dan cahaya dipancarkan saat elektron turun antartingkat.
- Setelah tiap waktu paruh, separuh inti yang tersisa meluruh: N = N₀(½)^(t ÷ T½). Massa dan energi dihubungkan oleh E = mc².
Persamaan penting
E = hf = hc ÷ λK_max = hf − φλ = h ÷ pE_n = −13.6 eV ÷ n²N = N₀(½)^(t ÷ T½)E = mc²
Contoh soal
Cahaya ultraviolet 200 nm jatuh pada logam berfungsi kerja 4,0 eV. Energi foton 1240 ÷ 200 = 6,2 eV. Energi kinetik maksimum elektron yang terlepas 6,2 − 4,0 = 2,2 eV. Cahaya merah 700 nm hanya 1,8 eV dan tidak melepas elektron sama sekali, seintens apa pun.
Kesalahan umum
- Mengira cahaya lebih terang memberi elektron lebih cepat. Cahaya lebih terang memberi lebih banyak elektron; yang lebih cepat memerlukan frekuensi lebih tinggi.
- Mencampur joule dan elektronvolt, atau memakai panjang gelombang dalam meter dengan nilai hc dalam eV·nm.
- Mengira sampel habis setelah dua waktu paruh. Seperempat masih tersisa.
Latihan
Uji dirimu dengan soal latihan tentang topik ini: Fisika modern