CHAPTER I RADIASI BENDA HITAM

Transkripsi

1 CHAPTER I RADIASI BENDA HITAM - Perpindahan panas matahari kebumi disebut salah satu contoh peristiwa radiasi - Setiap benda memancarkan radiasi panas - Pada suhu 1 K benda mulai berpijar kemerahan seperti kumparan pemanas sebuah kompor listrik - Pada suhu K benda berpijar kekuningan atau keputihan sepeti pijar putih pada filamen lampu pijar - Jadi jika suhu ditingkatkan intensitas relatif dari cahaya yang dipancarkan akan berubah. Ini akan menyebabkan pergeseran wana-warna spektrum yang diamati - Hasil eksperimen menunjukkan bahwa ada satu kelas benda panas yang dapat menyerap semua radiasi yang datang padanya (tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar) dan benda itu adalah benda berwarna hitam sempurna. Dan lebih dikenal dengan sebutan radiasi beda hitam Hukum Stefan Boltzman Energi radiasi yang dipancarkan suatu benda dipengaruhi oleh suhu, luas permukaan benda dan jenis benda yang dapat ditunjukkan dengan persamaan berikut W e A T 4 Dikemukakan oleh Joseph Stefan dan Ludwig Boltzaman ( Hukum Stefan Boltzman) Soal 1. tentukan energi radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda yang memiliki luas 4 cm yang suhu 17 C, jika diketahui emisivitas benda itu,5. Hitunglah besarnya energi radiasi yang diancarkan oleh benda yang luasnya 1 cm pada suhu 1 K, jika diketahui σ = 5,67 x 1-8 W/m K 4 dan e =,5 3. suatu benda hitam sempurna memiliki luas 1 cm memancarkan daya radiasi sebesar 8,7 watt. Tentukan berapa K suhu benda tersebut! (σ = 5,67 x 1-8 Wm - K 4 ) Hukum pergeseran Wien Jika suatu benda dipanaskan maka suhu akan meningkat dan panjang gelombang yang membawa intensitas maksimum juga meningkat sehingga memenuhi persamaan berikut : Panjang gelombang yang membawa energiint ensitas maksimum (M) max T = Suhu benda (K) dan C = konstanta wien (,898 x 1-3 mk) max. T C,898 x1 3 mk 1

2 Teori-teori diatas menyatakan bahwa cahaya berprilaku sebagai gelombang, sedangkan kita tau bahwa Newton sebelumnya mengatakan bahwa cahaya adalah partikel, namun pendapat yang mengatakan cahaya sebagai gelobang lebih mendapat dukungan luas, karena didukung oleh berbagai bukti eksperimen seperti interferensi celah ganda oleh Thomas Young dan penemuan gelombang elekromagnetik secara eksperimen oleh Hertz, sedangkan pendapat newton sudah ditinggalkan karena tidak ada bukti ekspeimennya. Kedua hal diatas dikenal sebagai teori fisika klasik Teori kuantum planck Berbeda dengan teori klasik yang mengatakan bahwa energi radiasi benda hitam dipancarkan secara kontinu maka teori kuantum planck mengatakan bahwa energi radiasi dipancarkan dalam bentuk paket-paket energi yang dikenal dengan sebutan foton dan elektron yang keluar disebut elektron foto ( Max Planck) Max planck mengemukakan teorinya: 1. Energi radiasi yang dipacarkan oleh getaran atom-atom benda hitam berbentuk paket energi (diskontinu) yang disebut dengan foton yang besarnya E n h f n = bilangan kuantum f = frekuensi getaran atom h = konstanta planck (6,65 x 1-34 Js ). Setiap foton memiliki energi sebesar hf. Jika suatu atom menyerap 1 foton energinya bertambah sebesar hf da sebaliknya jika memancarkan energi 1 foton maka energinya akan berkurang sebesar hf Soal 1. Hitunglah energi foton (dalam ev) dari gelombang cahaya yang memiliki frekuensi 5 x 1 14 Hz ( 1 ev = 1,6 x 1-19 J). Hitunglah berapa panjang gelombang foton yang memiliki energi sebesar,75 ev (kecepatan cahaya c = 3 x 1 8 m/s) 3. Hitung energi foton yang memiliki panjang gelombang 6, nm (kecepatan cahaya c = 3 x 1 8 m/s) 4. Hitunglah panjang gelombang foton yang memiliki energi sebesar 3 x 1-19 Joule (kecepatan cahaya c = 3 x 1 8 m/s)

3 Teori kuantum Einstein Albert einstein melakukan sutu eksperimen yang dikenal dengan efek foto listrik. efek foto listrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam karena logam disinari oleh radiasi elektromagnetik (misalnya cahaya tampak, infra merah, ultrafiolet) Dan besarnya energi elektron yang keluar dari permukaan benda adalah ; EK = Energi kinetik elektron foto (J atau e V) m = massa elektron (kg) v = kecepatan elektron (m/s) e = muata elektron (C) V = Potensial henti (volt) 1 EK mv ev Penjelasan efek fotolistrik oleh einstein 1. teori gelombang memprediksi bahwa efek fotolistrik terjadi pada frekuensi berapapun asalkan inensitas cahayanya cukup tinggi. Sedangkan dari percobaannya einstein mendapatkan hasil bahwa fotolistrik hanya bisa terjadi jika frekuensi cahaya melebihi f ( f adalah frekuensi ambang yang merupakan sifat khas suatu benda). teori gelombang mengatakan bahwa energi maksimum elektron foto tergantug kepada intensitas cahaya, sedangkan percobaan einstein menunjukkan bahwa energi meksimum elktron foto tidak bergantung pada intensitas cahaya 3. selang waktu yang dibutuhkan mulai dari loga disinari cahaya sampai permukaanya melepaskan elektron- elektron adalah berkisar 1-9 sekon. Sedangkan menurut teori gelombang elektron membutuhkan waktu yang lama untuk menyerap radiasi sebelum elektron-elektron memiliki energi yang cukup untuk melepaskan diri dari logam. Einstein mengatakn bahwa dalam interaksi antara foton cahaya dan elektron di dalam logam, sifat partikel cahayalah yang berperan, yakni terjadi tumbukan antara foton dan elektron. Kemudian foton memusnahkan diri dengan menyerahkan energi selurunya kepada elektron tertumbuk, sebagian digunakan untuk mengatasi energi ambang (energi ikat = Wo) dan sebagian lagi untuk bergerak (EK). Sehingga E W EK m = massa elektron 9,11 x 1-31 kg hf hf 1 mv 3

4 Soal 1. Frekuensi ambang suatu logam adalah 6 x 1 14 Hz, jika logam tersebut disinari cahaya dengan gelombang yang frekuensinya 1 15 Hz. Hitunglah energi kinetik elektron foto yang terlepas dari permukaan logam tersebut (h = 6,6 x 1-34 Js). Sebuah elektron baru akan terlepas dari permukaan logam jika isinari cahaya dengan panjang gelombang 5 Ǻ. Tentukanlah a. Fungsi kerja logam tersebut (W o = 3,97 x 1-19 J) b. Energi kinetik elektron foto yag terlepas jika disinari cahaya dengan frekuensi 8 x 1 14 Hz (Ek = 1,34 x 1-19 ) 3. Bila diketahui fungsi kerja sebuah logam,1 ev. Jika foton dengan panjang gelombang 5 x 1-7 m dijatuhkan kepermukaan logam tersebut, tentukan berapa kecepatan maksimum elektron yang terlepas. (massa elektron m = 9,1 x 1-31 Kg, muatan elektron e = 1,6 x 1-19 C ) 4

5 Efek comp 5