Semoga selalu sehat dan tetap semangat belajar ya sobat. Kali ini kita akan berdiskusi tentang materi fisika kelas XII Mipa yaitu Fisika Kuantum bagian pertama Radiasi Benda Hitam
Radiasi Benda Hitam
Apa itu benda hitam?
Benda hitam adalah benda yang memiliki kemampuan menyerap seluruh radiasi yang diterima dan melepaskan seluruh radiasi yang dilepaskan. Benda hitam dimisalkan seperti rongga dengan celah yang sangat kecil bukaannya, Jika radiasi masuk ke dalam rongga melalui celah tersebut maka radiasi akan dipantulkan terus-menerus oleh dinding dalam rongga sehingga energinya terserap habis. Tidak akan ada radiasi yang terpantul memancar keluar celah karena celah rongga sangat kecil. Demikian pula jika rongga ini memancarkan radiasi, tidak radiasi yang kembali ke rongga. Rongga memancarkan seluruh energi yang dikeluarkan.
1. Hukum Stefan Boltzman
Setiap benda memiliki kemampuan meradiasikan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang disebut emisivitas. Nilai emisivitas berkisar antara 0 sampai 1. Permukaan yang sangat hitam memiliki nilai emivisitas 1 yang artinya dapat menyerap radiasi seutuhnya. Sebaliknya permukaan yang sangat mengkilap memiliki emisivitas 0 artinya tidak dapat menyerap radiasi seutuhnya.
Persamaan Intensitas, Daya, dan Energi Radiasi Benda Hitam
Energi radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda yang memiliki luas 400 cm2 dan memiliki suhu 127oC dalam waktu 2 sekon jika diketahui emisivitas benda itu 0,5 adalah ....
Penyelesaian
Diketahui :
A = 400 cm2 = 4 . 10-2 m2
T = 127oC = 273 + 127 K = 400 K = 4 x 102 K
e = 0,5
σ = 5,67 x 10-8 W m-2K-4
Ditanyakan :
E = ….?
Jawab
E = e.σ.A.T4.t
E = 0,5 x 5,67 x 10-8 x 4.10-2 x (4 x 102)4 x 2
E = 0,5 x 5,67 x 4 x 256 x 2 x 10-8 x 10-2 x 108E = 5.806 x 10-2E = 58,06 Joule 2. Hukum Pergeserasn WienHukum Pergeseran Wien ditemukan oleh Wilhem Wien. Wien menemukan hubungan empiris antara panjang gelombang radiasi yang dipancarkan benda hitam dan suhu benda. Penemuan wien:a. Pada suhu yang berbeda-beda, panjang gelombang radiasi pada saat intensitas maksimum bergeser ke panjang gelombang yang semakin kecilb. Panjang gelombang radiasi saat intensitasnya maksimum berbanding terbalik dengan suhu mutlak benda. Secara matematis dapat ditulis dengan persamaan:
Contoh Soal
Suatu benda memiliki permukaan dengan suhu 77 ºC meradiasikan gelombang elektromagnetik. Jika Tetapan Pergeseran Wien = 2,9 x 10-3 m.K, maka panjang gelombang maksimum yang diradiasi dari permukaan benda adalah …
Diketahui:
T = 37 ºC = 77 + 273 K = 350 K
(Ingat jangan lupa satuan suhu dijadikan Kelvin)
C = 2,9 x 10-3 m.K
Ditanya : λmaks ?
Jawab:
λmaks . T = C
λmaks =C/T
λmaks = 2,9 x 10-3/350
λmaks = 0,0083 x 10-3
λmaks = 8,3 x 10-6m
3. Perumusan Rayleigh and Jeans
Perumusan Rayleigh and Jeans ditemukan oleh Lord Rayleigh dan Sir James Jeans yang merupakan dua ilmuwan asal inggris pada tahun 1900. Rayleigh dan Jeans menggunakan teori jinetik gas untuk menjelaskan radiasi benda hitam. Menurut fisika klasik ekuipartisi energi, energi rata-rata setiap derajat kebebasan pada suhu T adalah 1/2 kT.
Menurut Rayleigh dan Jeans, semakin pendek suatu gelombang (seperti sinar ultraviolet), maka intensitas radiasinya semakin tinggi menuju tak hingga. Untuk panjang gelombang yang membesar, intensitas radiasi akan semakin kecil dan jika panjang gelombang mendekati tak hingga maka intensitas radiasi akan mendekati nol.
Sayangnya, hal ini tidak sesuai dengan hasil empiris untuk panjang gelombang yang semakin pendek mendekati nol. Hasil yang ditunjukkan semakin pendek gelombangnya, maka semakin menurun intensitas radiasinya. Kegagalan persamaan Rayleigh dan Jeans menjelaskan fenomena radiasi benda hitam dikenal sebagai bencana ultraviolet.
4. Hipotesis Kuantum Planck
Planck mengemukakan teori baru dengan menganggap bahwa radiasi yang dipancarkan suatu benda terbagi-bagi atau diskret ke dalam paket-paket energi yang disebut foton. Besarnya energi ini bergantung pada besarnya frekuensi gelombang elektromagnetik. Planck menjelaskan teorinya ini dengan hasil perhitungan yang menunjukkan kesamaan dengan dengan hasil eksperimen. Rumusan matematika yang digunakan oleh Planck untuk menjelaskan teorinya adalah sebagai berikut.
E = n.h.f
E = Energi radiasi gelombang (Joule)
n = banyak foton
f = Frekuensi radiasi (Hz)
h = Tetapan Planck (6,63 x 10-34 J.s)
Contoh Soal
Suatu gelombang cahaya memiliki panjang gelombang 6 x 10-7 m. Jika tetapan planck 6,63 x 10-34 J.s, maka besar energi foton adalah ....
Diketahui:
h = 6,63 x 10-34 J.s
n = 1
λ = 6 x 10-7 m
c = 3 x 108 m/s
(Ingat cepat rambat cahaya tetap dan besarnya 3 x 108 m/s)
Ditanya : E ?
Jawab:
E = h.f (Ingat (frekuensi) f = c/λ) sehingga
E =h.c/λ
E =6,63 x 10-34 x 3 x 108/ 6 x 10-7
E = 19,89 x 10-26/6 x 10-7
E = 3,315 x 10-19 Joule
Semoga Bermanfaat ya Sobat
Bantu juga ya Sobat Dukung Channel Youtube Juara Jaman Now
Semoga sobat juara selalu dalam kondisi sehat dan tetap semangat untuk belajar. Belajar merupakan suatu keharusan dan sangat penting. Dengan belajar makan akan terjadi perubahan tingkah laku, kemampuan, nilai, dan pengetahuan dalam diri seseorang.
Nah, kali ini kita akan belajar sambil berdiskusi tentang materi Fisika kelas XII Mipa yaitu Gelombang Elektromagnetik.
Gelombang Elektromagnetik
Apa itu Gelombang Elektromagnetik?
Gelombang elektromagnetik adalah pancaran kombinasi dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dari suatu tempat ke tempat lain tanpa memerlukan adanya medium perantara.
Contoh gelombang elektromagnetik yang tampak oleh mata adalah caha
Gambar Cahaya Tampak
Bagaimana sifat-sifat gelombang elektromagnetik?
Sifat-sifat gelombang elektromagnetik sebagai berikut:
1. Tidak membutuhkan medium untuk merambat
2. Merupakan gelombang transversal
3. Tidak bermuatan
4. Kecepatan merambat gelombang elektromagnetik 300.000.000 m/s
5. Getaran medan magnet dan medan listrik terjadi bersamaan
6. Besar energinya tergangtung panjang gelombang dan frekuensi gelombang
7. Dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan
(refraksi), perpaduan (interferensi), pelenturan
(difraksi), pengutuban (polarisasi)
Kecepatan Gelombang Elektromagnetik
Contoh Soal
Gelombang elektromagnetik merambat dalam ruang hampa dengan frekuensi gelombang 20 MHz, panjang gelombangnya adalah...
Penyelesaian
f = 20 MHz
f = 2.000.000 Hz
c = 300.000.000 m/s
(ingat cepat rambat gelombang elektromagnetik 300.000.000 m/s walaupun pada soal tidak diketahui)
λ= c/f
λ = 300.000.000/2.000.000
λ = 150 m
Energi Gelombang Elektromagnetik
Contoh Soal
Sebuah pemancar radio bekerja pada 1 MHz. Besar Energi gelombang radio tersebut adalah...
Penyelesaian
h = 6,6 x 10-34 js
f = 1 MHz
f = 1.000.000 Hz
E = h.f
E = 6,6 x 10-34 js x 1.000.000 Hz
E = 6,6 x 10-34x 106(Ingat 1.000.000 = 106)
E = 6,6 x 10-28 Joule
Hubungan Medan Magnet dan Medan Listrik Pada Gelombang Elektromagnetik
Contoh Soal
Suatu gelombang elektromagnetik memiliki medan sebesar 600 V/m. Jika c = 300.000.000 m/s, maka besar medan listrik gelombang elektromagnetik tersebut adalah ....
Penyelesaian:
Em = 600 V/m
c = 300.000.000 m/s = 3 × 108 m/s
Bm = Em/c
Bm = (600 V/m)/(3 × 108 m/s)
Bm = (6 × 102 V/m)/(3 × 108m/s)
Bm = 2 × 10-6 Vs/m2
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Urutan Spektrum Gelombang Elektromagnetik dari yang memiliki frekuensi terbesar:
1. Sinar Gamma
2. Sinar X
3. Ultraviolet
4. Cahaya Tampak
> Ungu
> Nila
> Biru
> Hijau
> Kuning
> Jingga (Orange)
> Merah
5. SInar Infra Merah
6. Gelombang Mikro (Radar)
7. Gelombang Radio
Manfaat Gelombang Elektromagnetik
1. Gelombang Radio
a. untuk komunikasi radio
b. untuk komunikasi satelit
2. Gelombang Mikro/Radar
a. Untuk pemanas microwave
b. Untuk komunikasi radar
c. gelombang radar digunakan untuk mendeteksi suatu objek
d. memandu pendaratan pesawat terbang
e. untuk mengukur kedalam laut
3. Gelombang Inframerah
a. untuk terapi fisik (menyembuhkan penyakit cacar dan encok)
b. untuk fotografi pemetaan sumber daya alam
c. untuk fotografi diagnosa penyakit
d. remote tv
e. untuk melihat tempat yang gelap pada penggunaan teleskop inframerah
4. Sinar Tampak
a. membantu penglihatan manusia
b. penggunaan sinar laser
5. Sinar Ultraviolet
a. untuk proses fotosintesis pada tumbuhan
b. membantu pembentukan vitamin D pada manusia
c. untuk memeriksa keaslian tanda tangan dan uang di Bank
6. Sinar X
a. Dimanfaatkan untuk rongent
b. untuk analisa struktur bahan/kristal
c. mendeteksi keretakan/cacat pada logam
d. memeriksa barang-barang di bandar udara
7. Sinar Gamma
a. Di dunia kedokteran digunakan untuk terapi kanker
b. untuk sterilisasi peralatan di rumah sakit
c. untuk pembuatan varietas tanaman unggul di bidang perkebunan
d. untuk mendeteksi kebocoran pada pipa PDAM
e. untuk mengurangi populasi hama tanaman/serangga
Semoga Bermanfaat ya Sobat
Bantu juga ya Sobat Dukung Channel Youtube Juara Jaman Now
