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
