RADIASI BENDA HITAM 1 RADIASI BENDA HITAM Benda-benda yang dianasi mengemisikan gelombang yang tidak namak (sinar ultra ungu dan infra mera). Radiasi dari benda-benda yang dianasi disebut radiasi kalor. Benda-benda yang daat menyera seluru radiasi yang datang disebut benda itam mutlak, sebua kotak yang memunyai lubang semit daat diangga sebagai benda yang itam mutlak. Banyaknya energi yang dianarkan tia satuan waktu ole tia satuan luas ermukaan sebanding dengan angkat emat suu Kelvinnya (Stefan-Boltzman). W = e.τ.t 4 e adala koefisien emisivitas yang nilainya bergantung ada jenis ermukaan. Untuk benda itam mutlak e = 1 τ adala tetaan umum yang arganya 5,672.10-8 Watt/m 2 0 K. Pada suu tertentu kekuatan radiasi tia anjang gelombang memunyai nilai yang berbeda-beda. Ketergantungan kekuatan radiasi suatu benda terada anjang gelombangnya disebut sektrum radiasi (sektrum gelombang anaran). Ekserimen-ekserimen untuk mengamati sektrum radiasi tela dilakukan, asil sektrum radiasi arbon ada berbagai suu seerti terlukis ada gambar. Dari diagram itu Wien mengambil kesimulan yang dikenal sebagai : HUKUM WIEN. Energi anaran tia anjang gelombang semakin besar, jika suu semakin tinggi, sedangkan energi maximalnya begeser keara gelombang yang anjang gelombangnya keil. λ m = T disebut tetaan Wien sebesar 2,898.10-3 m 0 K.
RADIASI BENDA HITAM 2 CONTOH SOAL Sebua gelombang elektromagnetik memanarkan anas ada suu 1727 o C diterima ole sebua benda yang diangga itam ada luasan 100 m 2 Hitungla energi yang diterima tia detik dan anjang gelombang maksimum yang dianarkan. E 4 = W. A. t E = e. σ. T. At. E= = 8 3 4 2 5,672.10.(2.10 ) 10.1 9075,2 λ = maks 2,898.10 2000 T 3 6 λ maks = = 1, 449.10 m LATIHAN joule 1. Daya emisi suatu ermukaan 113 Watt/m 2, koefisien emisivitasnya 0,03. γ =5,67.10-8 Watt m -2 ( 0 K) -4. Beraa suu mutlaknya. 2. Beraaka daya radiasi mataari jika suunya 5500 0 K dan mataari diangga benda itam semurna. 3. Beraaka suu suatu benda jika energi radiasi maksimum berada ada aaya yang anjang gelombangnya : a. 8000 o A b. 6000 o A 4. Pada suu beraa derajat Celius energi radiasi maksimum benda itam semurna berada ada sinar yang anjang gelombangnya 2000 o A
RADIASI BENDA HITAM 3 5. Sebua lamu busur memanarkan aaya ada suu 3000 0 C. a. Beraa anjang gelombang sinar yang energi radiasinya maksimum. b. Beraa besar energi radiasi tia detik tia satuan luas. 6. Seotong latina menjadi mera ijar ada suu 550 0 C dan uti ijar ada suu 1600 0 C. Beraaka anjang gelombang yang energi radiasinya maksimum ada suu-suu tersebut. 7. Sebua gelombang radio memunyai E m = 10-4 V/m Beraaka besar medan magnet B m dan intensitas gelombang tersebut. 8. Caaya mataari menumbuk bumi dengan intensitas sebesar 20 kal/m 2 -menit. Hitungla besarnya medan listrik E m dan medan magnet B m untuk aaya tersebut. 9. Sebua stasiun radio menerima gelombang elektromagnetik sinusoida dari satelit emanar dengan kekuatan 50 KW. Beraaka amlitudo maksimum E dan B yang diterima satelit jika jarak antara antenna stasiun radio dan satelit 100 km. 10. Sebua stasiun radio mentranmisikan sinyal 10 KW dengan frekwensi 100 MHz. Carila ada jarak 1 Km : a. Amlitudo medan listrik dan medan magnetnya. b. Energi yang diterima ole sebua anel yang berukuran 10 m x 10 m dalam waktu 5 menit. Gejala Foto Listrik. =======o0o======= DUALISME GELOMBANG PERTIKEL Yang dimaksud dengan gejala foto listrik adala emisi (anaran) elektron dari logam sebagai akibat enyinaran gelombang elektromagnetik (aaya) ada logam tersebut. Caaya biasa mamu meleaskan elektron dari logam-logam alkali. Hasil-asil erobaan yang seksama menunjukkan bawa : a. Makin besar intensitas aaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan. b. Keeatan elektron-elektron yang diemisikan anya bergantung keada frekwensi aaya, makin besar frekwensi aaya makin besar ula keeatan elektron yang diemisikan.. Pada frekwensi aaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama. Peristiwa-eristiwa di atas tidak daat diungka dengan teori aaya Huygens.
RADIASI BENDA HITAM 4 Pada taun 1901, Plank mengetengakan iotesa bawa aaya (gelombang elektromagnetik) arus diangga sebagai aket-aket energi yang disebut foton. Besar aket energi tia foton dirumuskan sebagai : E =. f E = Energi tia foton dalam Joule. f = Frekwensi aaya. = Tetaan Plank yang besarnya = 6,625.10 34 J.det Caaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumla yang sangat banyak. Tiatia foton anya meleaskan satu elektron. Kiranya muda diaami bawa semakin besar intensitas aaya semakin banyak ula elektron-elektron yang diemisikan. Tia foton yang datang ada logam, sebagian energinya digunakan untuk meleaskan elektron dan sebagian menjadi energi kinetik elektron. Jika energi yang dierlukan untuk meleaskan elektron sebesar a dan energi yang menjadi energi kinetik sebesar Ek maka daat ditulis ersamaan : E = a + Ek. f = a + 2 1 mv 2 Dari ersamaan namak jelas, makin besar frekwensi aaya, makin besar keeatan yang dierole elektron. Bila frekwensi aaya sedemikian seingga.f = a, maka foton itu anya mamu meleaskan elektron tana memberi energi kinetik ada elektron. Penyinaran dengan aaya yang frekwensi lebi keil tidak akan menunjukkan gejala foto listrik. CONTOH SOAL 1 Suatu ermukaan sodium disinari aaya Dengan anjang gelombang 300 nanometer. Fungsi kerja logam sodium adala 2,46 ev. Tentukan energi kinetik dari elektronelektron Foto yang dikeluarkan jika = 6,6.10-34 J.s 34 8. 6, 6.10.3.10 E = = = 6, 6.10 7 λ 3.10 19 joule 19 19 a 2, 46eV 2, 46.1, 6.10 = = = 3,936.10 joule Ek = 6, 6.10 3,936.10 = 2, 664.10 19 19 19 joule
RADIASI BENDA HITAM 5 Sifat Kembar Caaya. Gejala-gejala interferensi dan difraksi memerliatkan sifat gelombang yang dimiliki aaya, dilain iak aaya memerliatkan sifat sebagai aket-aket energi (foton). Timbul suatu gagasan aaka foton itu daat diartikan sebagai artikel-artikel. Untuk menjawab ertanyaan ini A.H. Comton memelajari tumbukan-tumbukan antara foton dengan elektron. Kesimulan yang dierolenya menunjukkan bawa foton daat berlaku sebagai artikel dengan momentum. foton =. f Tidak ada keraguan lagi bawa aaya memiliki sifat kembar, sebagai gelombang dan sebagai artikel. CONTOH SOAL 2 Seberkas foton memunyai momentum sebesar 13,2.10-24 Kgm/s. Hitungla anjang gelombang dan energi Foton tersebut. ( = 6,6.10-34 ). f E = = E =. E= 13,2.10.3.10 = 3,96.10 24 8 15 joule Hiotesa de Broglie. = λ 34 6, 6.10 λ = = = 5.10 24 13, 2.10 Jika aaya yang memiliki sifat gelombang, memiliki sifat artikel, maka wajarla bila artikel-artikel seerti elektron memiliki sifat gelombang, demikian iotesa yang dikerjakan ole de Broglie (taun 1892). Panjang gelombang aaya dengan frekwensi dan keeatannya memunyai ubungan sebagai berikut : 11 m
RADIASI BENDA HITAM 6 λ = f Menurut Comton foton =.f foton = λ = Hubungan ini berlaku ula bagi artikel, demikian usul de Broglie. Menurut de Broglie, jika ada artikel yang momentumnya, maka artikel itu daat bersifat sebagai gelombang dengan anjang gelombang : λ = λ = Panjang gelombang artikel. = Momentum artikel. Perobaan Davisson dan Germer. Jika artikel berlaku sebagai gelombang, arus daat ditunjukkan bawa artikel daat menimbulkan ola-ola difraksi seerti alnya ola-ola difraksi ada gelombang. Pada taun 1927 Davisson dan Germer memili elektron sebagai artikel untuk menguji iotesa de Broglie. Elektron-elektron dierole dari filamen yang diijarkan, kemudian elektron-elektron itu diereat dalam medan listrik yang tegangannya 54 Volt. Setela diereat elektron-elektron memiliki energi kinetik. Momentum elektron : Ek = 54 ev = 54. 1,6.10 19 Joule = mv = 1 2 2m. m. v 2 = 2m Ek - 31 =.9,1.10.54.1,6. 10-19 2 = 4.10 24 kg m/det Menurut de Broglie, anjang gelombang elektron : -34 λ = 6,6 =.10-24 = 1,65.10 10 m 4. 10
RADIASI BENDA HITAM 7 Untuk memerole ola difraksi dierlukan kisi-kisi yang lebar elanya kira-kira sama dengan anjang gelombang yang akan diuji. Sebab jika ela terlamau lebar, tidak menimbulkan gangguan ada gelombang, dan jika kisi terlamau semit, ola-ola difraksi sukar teramati. Kisi-kisi yang teat untuk memerole ola difraksi gelombang elektron adala kisi yang terjadi seara alamia yakni ela-ela yang berada antara deretan atom-atom kristal baan adat, dalam al ini diergunakan kisi kristal nikel. Hasil erobaan Davisson dan Germer menunjukkan bawa elektron-elektron daat menimbulkan ola-ola difraksi. Kini tidak disangsikan lagi bawa aa yang kita kenal sebagai materi daat ula menunjukkan sifat gelombang, teat seerti yang diramalkan ole de Broglie. CONTOH SOAL 3 Sebua elektron yang massanya 9.10-31 Kg diereat melalui beda otensial 50 volt. Hitungla beraa frekwensi yang timbul ada elektron. ( = 6,6.10-34 ) = 2 m. Ek = = 31 19 25 2.9.10.1, 6.10.50 12 10.10 / Kgm s f = = =. 25 8 12 10.10.3.10 6 34 6, 6.10 11 10.10 18 Hz LATIHAN 1. Beraa joule energi foton yang anjang gelombangnya 6000 Angstrom. Tetaan Plank = 6,6.10 34 joule. det. 2. Berkas aaya 5000 Angstrom didatangkan ada logam Kalium. Untuk meleaskan elektron dari logam tersebut diergunakan energi 2 ev. Beraa energi kinetik elektron yang dibebaskan? 3. Untuk membebaskan elektron dari Natrium dierlukan tenaga 2,14 ev. a. Beraaka anjang gelombang aaya yang daat meleaskan elektron dari logam Natrium.
RADIASI BENDA HITAM 8 b. Daatka sinar-sinar yang anjang gelombangnya 0,4 0 A digunakan untuk membebaskan elektron dari logam tersebut? 4. Beraaka anjang gelombang elektron yang bergerak dengan keeatan 9.10 7 m/det. 5. Beraa energi foton sinar X yang anjang gelombangnya 1 0 A = 6,6.10-34 joule.det 6. Beraa anjang gelombang-gelombang elektromagnetik yang energi fotonnya 2,8.10 19 joule. 7. Sebua artikel dengan muatan q dan massa m diereat dari keadaan diam melalui beda otensial V. a. Tentukan anjang gelombang de Broglie. b. Hitung jika artikel adala sebua elektron dan V = 50 Volt. ==========O0O==========