Pada
tahun 1900, fisikawan Jerman, Max Planck, mengumumkan bahwa dengan
membuat suatu modifikasi khusus dalam perhitungan klasik dia dapat
menjabarkan fungsi P ( λ ,T ) yang sesuai dengan data percobaan pada
seluruh panjang gelombang.
Hukum
radiasi Planck menunjukkan distribusi (penyebaran) energi yang
dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Hukum ini memperkenalkan gagasan
baru dalam ilmu fisika, yaitu bahwa energi merupakan suatu besaran
yang dipancarkan oleh sebuah benda dalam bentuk paket-paket kecil
terputus-putus, bukan dalam bentuk pancaran molar. Paket-paket kecil
ini disebut kuanta dan hukum ini kemudian menjadi dasar teori
kuantum.
Rumus
Planck menyatakan energi per satuan waktu pada frekuensi v per satuan
selang frekuensi per satuan sudut tiga dimensi yang dipancarkan pada
sebuah kerucut tak terhingga kecilnya dari sebuah elemen permukaan
benda hitam, dengan satuan luas dalam proyeksi tegak lurus terhadap
sumbu kerucut.
Pernyataan
untuk intensitas jenis monokromatik Iv adalah:
dengan
h merupakan tetapan Planck, c adalah laju cahaya, k adalah tetapan
Boltzmann, dan T adalah temperatur termodinamik benda hitam.
Intensitas
juga dapat dinyatakan dalam bentuk energi yang dipancarkan pada
panjang gelombang λ per satuan selang panjang gelombang. Pernyataan
ini dapat dituliskan dalam bentuk:
Rumus
Planck dibatasi oleh dua hal penting berikut ini.
1.
Untuk frekuensi rendah
dan
panjang gelombang yang panjang:
maka
akan berlaku rumus Rayleigh-Jeans.
Iv
= 2.c-2 .v2 .k.T
atau
Iλ
= 2.c. λ-4 .k.T
Pada
persamaan tersebut tidak mengandung tetapan Planck, dan dapat
diturunkan secara klasik dan tidak berlaku untuk frekuensi tinggi,
seperti energi tinggi, karena sifat kuantum foton harus pula
diperhitungkan.
2.
Pada frekuensi tinggi
dan
pada panjang gelombang yang pendek:
maka
akan berlaku rumus Wien:
atau
Max
Planck menyatakan dua anggapan mengenai energi radiasi sebuah benda
hitam.
1.
Pancaran energi radiasi yang dihasilkan oleh getaran molekul-molekul
benda dinyatakan oleh:
E
= n.h.v
dengan
v adalah frekuensi, h adalah sebuah konstanta Planck yang nilainya
6,626 × 10 34 Js, dan n adalah
bilangan
bulat yang menyatakan bilangan kuantum.
2.
Energi radiasi diserap dan dipancarkan oleh molekul-molekul secara
diskret yang disebut kuanta atau foton. Energi radiasi ini
terkuantisasi, di mana energi untuk satu foton adalah:
E
= h.v
dengan
h merupakan konstanta perbandingan yang dikenal sebagai konstanta
Planck. Nilai h ditentukan oleh
Planck dengan menyesuaikan fungsinya dengan data yang diperoleh
secara percobaan. Nilai yang diterima untuk konstanta ini adalah:
h
= 6,626 × 10-34 Js = 4,136 × 10-34 eVs.
Planck
belum dapat menyesuaikan konstanta h ini ke dalam fisika klasik,
hingga Einstein menggunakan gagasan serupa untuk menjelaskan efek
fotolistrik.