Energi Foton: Pengertian, Rumus Dan Contoh Soal
Foton diketahui sebagai senergi alami yang berasal dari alam. Energi foton merupakan energi yang kasat mata, berbeda dengan energi lain yang bisa ditangkap menggunakan indra.
Foton pun merupakan sebuah partikel kecil dalam cabang ilmu fisika yang dapat membentuk dasar unit radiasi elektromagnetik. Radiasi tersebut biasanya berupa cahaya tampak, gelombang radio, sinar-x inframerah, ultraviolet, ataupun sinar gama. Foton tidak memiliki muatan listrik ataupun masa. Namun, foton memiliki pergerakan dengan kecepatan cahaya, maka ia tidak dapat ditangkap mata.
Contohnya bisa kita lihat di kehidupan sehari-hari. Bayangkan kita memegang pedang cahaya yang dapat membelah cahaya menjadi tiga bagian. Bagian yang tengah kemudian kita belah lagi menjadi kecil. Bagian kecil-kecil tersebut kita belah lagi menjadi lebih kecil, dan dibelah lagi, dan seterusnya sampai semakin kecil. Semakin kita belah semakin kita temukan kumpulan energi. Energi tersebut adalah energi elektromagnetik.
Fakta-Fakta Mengenai Foton
Berikut adalah beberapa fakta-fakta mengenai foton, yaitu:
1. Massanya nol
2. Tidak bermuatan listrik
3. Bersifat stabil
4. Besarnya energi dan momentum yang dibawa foton tergantung frekuensinya
5. Dapat berinteraksi dengan partikel lain seperti elektron
6. Foton dapat hancur ataupun terciptakan melalui berbagai proses alami
7. Ketika berada di ruang hampa udara seperti angkasa, foton bergerak dengan kecepatan cahaya yaitu sekitar 300.000 km per detik
8. Ketika berada dalam air, foton hanya mampu bergerak dengan kecepatan tiga perempat dari kecepatan cahaya. Kecepatan foton paling pelan yang pernah terdokumentasi adalah 17 meter per detik, dan ini terjadi saat pembuatan materi Bose-Einstein condensate.
9. Foton dapat bergerak melebihi kecepatan cahaya seperti pada reaktor nuklir. Dalam sebuah reaktor nuklir, sejumlah partikel ditembakkan dengan kecepatan yang sangat tinggi sehingga akan menghasilkan cahaya biru yang melewati kecepatan cahaya. Cahaya biru ini biasa dikenal sebagai radiasi Cherenkov.
10. Foton dapat mengubah apa yang terjadi pada foton lain. Fenomena ini dibuktikan dalam sebuah penelitian oleh John Wheeler yang dilakukan pada tahun 1978 dalam sebuah eksperimen dua celah.
11. Memiliki sifat dualisme. Kita dapat mengenal foton sebagai sebuah partikel dan juga sebuah gelombang. Foton dapat dianggap sebagai gelombang karena foton memiliki sifat yang dapat dibiaskan atau dibelokkan, contohnya adalah fenomena bengkoknya pensil yang dimasukkan ke dalam gelas berisi air. Fenomena ini merupakan salah satu sifat cahaya. Selain itu, foton juga dapat dipantulkan dengan besar sudut pantul yang sama dengan sudut datang jika bertabrakan dengan sebuah permukaan beneda. Fenomena tersebut menyebabkan kita dapat melihat suatu benda.
12. Dapat bertindak sebagai partikel. Dengan adanya sifat ini, foton dapat berinteraksi dengan partikel lain. Contohnya adalah fenomena panasnya permukaan aspal, dimana hal tersebut terjadi karena adanya sebagian energi dari cahaya materi yang diserap oleh aspal, sehingga permukaan aspal menjadi panas. Energi yang diserap dari cahaya oleh partikel aspal hanya terjadi apaila foton adalah sebuah partikel. Hal tersebut tidak akan mungkin terjadi jika foton berdiri sebagai gelombang.
Berinteraksi Dengan Foton
Kita berinteraksi dengan foton dalam hidup sehari-hari kita. Contohnya yang paling mudah adalah saat foton menabrak retina mata. Ketika fenomena tersebut terjadi, energi elektromagnetik foton akan berubah menjadi energi listrik yang kemudian akan ditransmisikan ke otak kita melalui sistem syaraf mata. Konversi energi elektromagnetik foton menjadi energi listrik dikenal sebagai fotoelektrik, dan biasanya fotoelektrik dapat ditemukan dalam panel surya yang memiliki fungsi untuk mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik.
Perbedaan Energi Foton Dengan Momentum Foton
Momentum foton biasa ditemukan dalam efek Compton, yaitu peristiwa terhamburnya sinar X (foton) ketika menumbuk elektron diam menjadi foton terhambur dan elektron. Rumus dari momentum foton adalah sebagai berikut:
p=h/λ
h adalah konstan Planck yang berasal dari teori radiasi Planck, sementara λ adalah panjang gelombang foton tersebut. Momentum foton sangat kecil karena h juga sangat kecil. Hal ini karena kita tidak biasa mengobservasi momentum foton.
Rumus Energi Foton
Rumus dari energi foton adalah sebagai berikut:
E adalah energi foton, h adalah konstanta Planck, c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, dan λ adalah penjang gelombang foton. Kedua h dan c adalah konstan, sehingga energi foton E berubah dalam hubungan terbalik dengan panjang gelombang λ.
Contoh Aplikasi Energi Foton
Berikut adalah beberapa contoh aplikasi energi foton dan penggunaan rumusnya.
1. Sebuah radio FM yang mentrasmisikan stasiun pada 100 MHz memancarkan foton dengan energi sekitar 4,1357 × 10 −7 eV. Jumlah energi tersebut adalah sekitar 8 × 10 −13 dikali dengan massa elektron.
2. Sinar gama energi yang sangat tinggi memiliki energi foton 100 GeV hingga 100 TeV atau 16 nanojoules hingga 16 microjoule. Hal tersebut sesuai dengan frekuensi 2,42 × 10 25 hingga 2,42 × 10 28 Hz.
3. Selama fotosintesis, molekul klorofil spesifik menyerap foton lampu merah pada panjang gelombang 700 nm. Untuk sintesis satu molekula glukosa tunggal dari CO2 dan air, diperluka setidaknya 48 foton dengan efisiensi konversi energi maksimal 35%.
Demikian mengenai energi foton, perbedannya dengan momentum foton, dan aplikasi energi foton dalam hidup sehari-hari. Walaupun kita tidak dapat melihatnya secara langsung, sudah pasti energi foton ada di sekitar kita.
