Assalamualaikum Wr. Wb

RADIASI BENDA HITAM Kelas : XII Semester : 2

Kompetensi Dasar Standar Kompetensi 3. Menganalisis berbagai besaran fisis pada gejala kuantum dan batas-batas berlakunya relativitas Einstein dalam paradigma fisika modern Kompetensi Dasar 3.1 Menganalisis secara kualitatif gejala kuantum yang mencakup hakikat dan sifat radiasi benda hitam serta penerapannya

Indikator Mendeskripsikan fenomena radiasi benda hitam Mendeskripsikan hipotesis Planck tentang kuantum cahaya Menganalisis dan menginterpretasi data emperis tentang Efek Fotolistrik sebagai Teori Kuantum Cahaya. emperis tentang Efek Compton sebagai

Radiasi Benda Hitam Berdasarkan hasil eksperimen diperoleh bahwa banyaknya radiasi termal yang dipancarkan oleh suatu benda dipengaruhi oleh: Suhu benda : benda bersuhu lebih tinggi akan memancarkan lebih banyak radiasi. 2. Sifat permukaan benda : permukaan kasar lebih banyak memancarkan radiasi dibandingkan permukaan halus. 3. Bentuk benda : permukaan yang lebih luas akan memancarkan radiasi yang lebih banyak. 4. Jenis material : logam lebih banyak memancarkan radiasi dibandingkan dengan non logam. Hasil eksperimen di atas pertama kalinya dilakukan oleh Joseph Stefan. Kemudian oleh Ludwig Boltzmann merumuskan secara matematis Intensitas rasiasi (I) dipancarkan oleh sebuah benda sbb:

dimana : P = daya yang dipancarkan (Watt). e = emisivitas benda.  = konstanta Stefan-Boltzmann = 5,67 x 10-8 W/m2 K4 A = luas permukaan benda (m2) T = suhu mutlak benda (Kelvin). Emisivitas adalah kemampuan suatu benda memancarkan energi (gelombang elektromagnetik). Nilai e antara 0 dan 1. Suatu benda yang dapat menyerap semua radiasi yang mengenainya disebut benda hitam sempurna. Radiasi yang dihasilkan oleh sebuah benda hitam sempurna ketika dipanaskan disebut radiasi benda hitam. Perlu diingat bahwa benda hitam sempurna merupakan suatu model, jadi sebenarnya tidak ada sebuah benda yang berprilaku sebagai benda hitam sempurna. Berdasarkan nilai emisivitas (e), maka benda hitam sempurna memiliki nilai e = 1.

Para fisikawan tertarik untuk mempelajari dan meneliti intensitas radiasi benda hitam ini. Ilmuwan yang pertama kali melakukan penelitian ini adalah Wilhelm Wien. Radiasi yang dipancarkan benda hitam dilewatkan melalui celah agar diperoleh berkas gelombang yang sempit. Setelah melewati prisma, gelombang terdispersi menurut panjang gelombang masing-masing. Untuk mengukur intensitas dan panjang gelombang setiap spektrum, detektor digeser-geser menurut sudut deviasi berkas gelombang terdispersi. Percobaan ini dilakukan pada suhu benda hitam yang berbeda-beda

І λ Hukum Pergeseran Wien 4000 K 3000 K 2000 K Radiasi Benda Hitam Berdasarkan percobaan (data emeperis) dapat ditunjukkan grafik intensitas radiasi terhadap panjang gelombang. Jika suhu dinaikkan, intensitas radiasi akan meningkat. Dalam setiap suhu dapat dilihat adanya panjang gelombang yang memiliki intensitas maksimum, yaitu maks. Terlihat pula jika suhu berubah maka maks akan mengalami pergeseran. Semakin tinggi suhu, intensitas maks semakin bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek. Hukum Pergeseran Wien Gejala pergeseran intensitas cahaya maks pada radiasi benda hitam disebut Pergeseran Wien. Wien menemukan bahwa hasil kali antara intensitas pada maks dan suhu mutlak merupakan bilangan konstan yang berharga 2,898 x 10-3 mmK. Secara matematis Hukum Pergeseran Wien dapat dinyatakan dengan persamaan: 4000 K 2000 K 3000 K І λ

Hipotesa Planck Planck berkesimpulan bahwa energi yang dipancarkan dan diserap tidaklah kontinu. Tetapi, energi dipancarkan dan diserap dalam bentuk paket-paket energi diskret yang disebut kuanta

Dengan hipotesanya, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai dengan data hasil eksperimennya. Persamaan Planck tersebut kemudian disebut hukum radiasi benda hitam Planck. Ia berpendapat bahwa ukuran energi kuantum sebanding dengan frekuensi radiasinya. Rumusannya adalah:

Keterangan : n : bilangan kuantum (n = 0, 1, 2, . . ., n) f : frekuensi radiasi (Hz) Kuantisasi energi osilator ini merupakan hal baru pada masa itu. Kuantisasi energi inilah yang mendasari teori fisika kuantum.

Efek Fotolistrik Pada tahun 1905, Albert Einstein mengemukakan teori baru yang spektakuler. Teori ini mengatakan bahwa energi cahaya terkuantisasi dalam bentuk bundel-bundel energi yang besarnya E = hf Bundel-bundel energi ini dinamakan foton yang memiliki kelakuan seperti partikel tidak seperti gelombang. Dengan teori ini Einstein mampu menjelaskan peristiwa efek fotolistrik dengan baik. Fotolistrik merupakan peristiwa dipancarkannya elektron ketika permukaan suatu logam disinari cahaya. Elektron yang terlepas disebut fotoelektron. Ketika tabung ditempatkan di tempat gelap, jarum galvanometer pada amperemeter menunjuk angka nol. Tetapi ketika sinar monokromatik dengan panjang gelombang tertentu menyinari keping K jarum galvanometer menyimpang (terdapat arus yang mengalir dalam rangkaian). Arus ini berhubungan dengan terpancarnya elektron dari keping K dan dikumpulkan di keping A.

K A K A hf = E0 + (Ek)maks (Ek) maks = e V0

θ Efek Compton Ide foton dikembangkan oleh Einstein dan pada tahun 1919, Einstein menyimpulkan bahwa suatu foton yang bergerak mempunyai momentum sebesar E/c. E = mc2 = mc c = p c Pada tahun 1923 Arthur Holly Compton dan Peter Debye melakukan eksperimen mengenai momentum foton ini. Mereka mengamati bahwa hamburan foton sinar X oleh elektron dapat diterangkan dengan menganggap foton sebagai partikel titik dengan energi hf dan momentum hf/c serta menggunakan hukum kekekalan momentum dari foton dan elektron yang bertumbukan. Menurut teori gelombang, ketika cahaya/sinar X datang pada sebuah elektron, akan diserap lalu dipancarkan kembali dengan frekuensi lebih kecil dari frekuensi semula. Frekuensi atau panjang gelombang tergantung pada lamanya elektron disinari. Namun pada pada percobaan Compton mencatat bahwa ketika elektron disinari oleh sinar X, maka panjang gelombang foton yang terhambur hanya tergantung pada sudut hamburan, θ sama sekali tidak dipengaruhi oleh lamanya penyinaran.

Contoh Soal Suatu permukaan logam dengan emisivitas 0,5 dipanaskan hingga 400 K. Tentukanlah: a. intensitas energi radiasi yang dipancarkan b. panjang gelombang pada intensitas maksimumnya.

Penyelesaian b. a. Maka :

Uji Kompetesi

Latihan Petunjuk mengerjakan Baca soal dengan baik Jawaban dengan mengklik pada pilihan yang kamu anggap benar (pointer berubah gambar tangan) Selamat mengerjakan! Ke Soal

Selamat Jawaban Anda Benar Jawaban Anda Salah! A. (1) dan (2) 1. Menurut pergeseran Wien, semakin tinggi suhu suatu benda hitam maka (1) intensitas radiasi bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih kecil (2) cahaya yang dipancarkan benda hitam panjang gelombangnya kecil (3) energy foton yang dipancarkan benda hitam semakin besar. Pernyataan yang benar adalah…. A. (1) dan (2) Selamat Jawaban Anda Benar B. (1), (2), dan (3) C. (1) dan (3) Jawaban Anda Salah! D. (2) dan (3) E. Hanya (3)

Selamat Jawaban Anda Benar A. 2To B. 2,5To C. 3To Jawaban Anda D. 4To 2. Suatu benda hitam yang mula-mula suhunya To dipanaskan sehingga suhunya menjadi T1. Ternyata kalor yang diradiasikan 16 kali dari semula. Besar T1 adalah…. A. 2To Selamat Jawaban Anda Benar B. 2,5To C. 3To Jawaban Anda Salah! D. 4To E. 5To

Selamat Jawaban Anda Benar A. 7 x 10-6 m B. 3,5 x 10-6 m C. 2 x 10-6 m 3. Sebuah benda dipanaskan hingga bersuhu 127oC. Panjang gelombang cahaya yang diradiasikan adalah…. A. 7 x 10-6 m B. 3,5 x 10-6 m Selamat Jawaban Anda Benar C. 2 x 10-6 m D. 1,4 x 10-6 m Jawaban Anda Salah! E. 1,12 x 10-6 m

Selamat Jawaban Anda Benar Jawaban Anda Salah! 4. Energi yang dipancarkan oleh suatu benda hitam per satuan waktu adalah…. A. berbanding lurus dengan suhu mutlak benda B. berbanding lurus dengan luas permukan benda C. berbanding terbalik dengan luas permukaan benda D. berbanding terbalik dengan suhu mutlak benda E. berbanding lurus dengan waktu pemancaran Selamat Jawaban Anda Benar Jawaban Anda Salah!

Referensi Buku Marthen Kanginan. 2012. “Fisika SMA 3b”, Jakarta: Erlangga. Supiyanto. 2006. “ Fisika SMA”. Jakarta: Erlangga. . Web Site Http://id.wikipedia.org

PENYUSUN Nama : Meli Noval Yanti, S.Pd Institusi SMA Negeri 2 Serang E-mail meliny12@yahoo.co.id

Wassalamualaikum Wr. Wb