Assalamualaikum Wr . Wb

1. AssalamualaikumWr. Wb

2. RADIASI BENDA HITAM Kelas : XII Semester : 2

3. StandarKompetensi 3. Menganalisisberbagaibesaranfisispadagejalakuantumdanbatas-batasberlakunyarelativitas Einstein dalamparadigmafisika modern KompetensiDasar 3.1 Menganalisissecarakualitatifgejalakuantum yang mencakuphakikatdansifatradiasibendahitamsertapenerapannya

4. Indikator • Mendeskripsikan fenomena radiasi benda hitam • Mendeskripsikanhipotesis Planck tentangkuantumcahaya • Menganalisisdanmenginterpretasi data • emperistentangEfekFotolistriksebagai • TeoriKuantumCahaya. • Menganalisisdanmenginterpretasi data • emperistentangEfek Compton sebagai • TeoriKuantumCahaya.

5. Radiasi Benda Hitam • Berdasarkanhasileksperimendiperolehbahwabanyaknyaradiasitermal yang dipancarkanolehsuatubendadipengaruhioleh: • Suhubenda : bendabersuhulebihtinggiakan • memancarkanlebihbanyakradiasi. • 2. Sifatpermukaanbenda : permukaankasarlebihbanyak • memancarkanradiasidibandingkanpermukaanhalus. • 3. Bentukbenda : permukaan yang lebihluasakan • memancarkanradiasi yang lebihbanyak. • 4. Jenis material : logamlebihbanyakmemancarkan • radiasidibandingkandengan non logam. • HasileksperimendiataspertamakalinyadilakukanolehJoseph Stefan. KemudianolehLudwig BoltzmannmerumuskansecaramatematisIntensitasrasiasi (I) dipancarkanolehsebuahbendasbb:

6. 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.

7. 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

8. І 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 maksdan suhu mutlak merupakan bilangan konstan yang berharga 2,898 x 10-3 mmK. Secara matematis Hukum Pergeseran Wien dapat dinyatakan dengan persamaan: 4000 K 3000 K 2000 K λ

9. 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

10. Denganhipotesanya, Planck berhasilmenemukansuatupersamaanmatematikauntukradiasibendahitam yang benar-benarsesuaidengan data hasileksperimennya. Persamaan Planck tersebut kemudian disebut hukum radiasi benda hitam Planck. Ia berpendapat bahwaukuranenergikuantumsebandingdenganfrekuensiradiasinya. Rumusannyaadalah:

11. 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.

12. 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.

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

14. Efek Compton θ 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.

15. Contoh Soal Suatu permukaan logam dengan emisivitas 0,5 dipanaskan hingga 400 K. Tentukanlah: a. intensitasenergiradiasi yang dipancarkan b. panjanggelombangpadaintensitasmaksimumnya.

16. Penyelesaian b. a. Maka :

17. UjiKompetesi

18. Petunjukmengerjakan Latihan • Baca soaldenganbaik • Jawabandenganmengklikpadapilihan yang kamuanggapbenar (pointer berubahgambartangan) • Selamatmengerjakan! Ke Soal

19. 1. Menurutpergeseran Wien, semakintinggisuhusuatubendahitammaka(1) intensitasradiasibergeserkearahpanjanggelombang yang lebihkecil(2) cahaya yang dipancarkanbendahitampanjanggelombangnyakecil(3) energy foton yang dipancarkanbendahitamsemakinbesar. Pernyataan yang benaradalah…. A. (1) dan (2) SelamatJawaban AndaBenar B. (1), (2), dan (3) C. (1) dan (3) JawabanAnda Salah! D. (2) dan (3) E. Hanya (3)

20. 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 SelamatJawaban AndaBenar B. 2,5To C. 3To JawabanAnda Salah! D. 4To E. 5To

21. 3. Sebuahbendadipanaskanhinggabersuhu 127oC. Panjanggelombangcahaya yang diradiasikanadalah…. A. 7 x 10-6 m B. 3,5 x 10-6 m SelamatJawaban AndaBenar C. 2 x 10-6 m D. 1,4 x 10-6 m JawabanAnda Salah! E. 1,12 x 10-6 m

22. 4. Energi yang dipancarkanolehsuatubendahitam per satuanwaktuadalah…. A. berbandinglurusdengansuhumutlakbenda B. berbandinglurusdenganluaspermukanbenda C. berbandingterbalikdenganluaspermukaan benda D. berbandingterbalikdengansuhumutlakbenda E. berbandinglurusdenganwaktupemancaran SelamatJawaban AndaBenar JawabanAnda Salah!

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

25. WassalamualaikumWr. Wb