Radiasi Benda Hitam
• Benda – benda yang berpijar akan memancarkan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik
• Makin tinggi suhu benda yang berpijar, maka semakin besar energi kalor yang dipancarakan
• Benda hitam merupakan penyerap dan pemancar kaor radiasi yang terbaik
• Contoh yang mendekati benda hitam sempurna adalah kotak tertutup rapat yang dilubangi dan lubang udara (ventilasi) rumah.
• Besar energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan benda hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu sebanding dengan luas permukaan dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak benda itu.
• Menurut hukum Stefan-Boltzman, laju energi (daya) kalor radiasi (P) yang dipancarkan oleh setiap benda panas dinyatakan :
P = Q/t = eAT-4 I = eT-4
Q = kalor yang dipancarkan (J) P = Daya Pancar (W)
t = lama energi yang dipancarkan (s) I = intensitas radiasi (W/m2)
A = Luas permukaan (m2) e = emisivitas, untuk benda hitam sempurna e = 1
T = suhu mutlak (K) = 5,67 x 10-18 K-4
Hukum Pergeseran Wien
• Jika suatu benda, misal logam, terus dipanaskan pada suhu tinggi maka warna pijarnya berubah mulai dari pijar merah (kira-kira 500 0C) sampai ke putih (kira-kira 1400 0C).
• Bila suhu benda yang berpijar makin tinggi, maka panjang gelombang yang membawa energi terbesar semakin pendek yang dinyatakan dengan persamaan.
• Bunyi Hukum Pergeseran Wien ”Panjang gelombang untuk intensitas cahaya maksimum berkurang dengan meningkatnya suhu.
max T = k
T = suhu mutlak (K)
max = panjang gelombang minimum yang membawa energi terbesar (m)
K = tetapan Wien = 2,898 x 10-3 mK
Sifat Partikel Cahaya
• Hipotesa Max – Planck : cahaya adalah pancaran gelombang elektromagentik berupa paket-paket energi yang terkuantisasi (diskrit) yang disebut kuanta (kuantum).
• Kuantum yang bergerak sama dengan kecepatan cahaya disebut foton.
• Teori Planck pada tahun 1900an mengemukakan teorinya yang merupakan awal lahirnya Fisika Modern. Dua anggarapan baru tenang sifat dasar dari getaran molekul-molekul dalam dinding-dinding rongga benda hitam, yaitu :
1. Getaran molekul-molekul yang memancarkan radiasi hanya dapat memiliki satuan-satuan energi diskret dari harga En, yang diberikan oleh :
En = nhf = nh c/
n = 1, 2, 3, .... disebut bilangan kuantum dan h tetapan planck h = 6,63 x 10-34 Js
2. Molekul – molekul memancarkan atau menyerap energi dalam satuan diskret dari energi cahaya, disebut kuanta atau foton jika molekul-molekul melompat dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya. Energi sebuah foton karena beda energi antara dua tingkat energi yang berdekatan dinyatakan oleh :
E = hf
Keterangan persamaan di atas :
E = energi foton (J)
f = frekuensi foton (Hz)
c = 3 x 108 m/s
= panjang gelombang foton (m)
n = banyak foton
h = tetapan planck
Efek Foto Listrik
• Efek fotolistrik adalah keluarnya elektron-elektron dari permukaan logam ketika logam tersebut dikenai seberkas cahaya. Elektron yang keluar disebut elektron foto. Efek foto listrik ditemukan pertama kali oleh Hertz. Efek ini tidak dapat dijelaskan jika cahaya dipandang sebagai gelombang. Efek ini berhasil dijelaskan dengan baik oleh einstein pada tahun 1905 dengan memandang cahaya sebagai paket-paket energi yang disebut foton, seperti yang telah dikemukakan oleh teori Planck.
• Syarat agar terjadi efek foto listrik
a. frekuensi foton lebih besar dari frekuensi ambang logam (f>f0)
b. Panjang gelombang foton lebih kecil dari panjang gelombang ambang logam (<0) c. Bila frekuensi foton lebih besar dari frekuensi ambang logam, maka energi foton sebagian digunakan untuk melepas elektron dari atomnya dan sebagian lagi untuk menambah energi kinetik elektron. E = W + Ek E = hf = h c/ W = hf0 = h c/0 W = energi foton (J) Ek = energi kinetik elektron (J) W = energi ambang (J) m = massa elektron = 9 x 10-31 kg v = kecepatan elektron (m/s) • Beberapa kemungkinan dalam efek foto listrik a. Bila E < e =" W" ek =" 0"> W maka terjadi efek foto listrik dan Ek > 0
Sinar X
• Terjadinya sinar X merupakan kebalikan dari efek foto listrik
Ek = E qV = h c/min
Ek = energi kinetik elektron yang menumbuk anoda (J)
V = beda potensial 9V)
q = e = muatan elektron = 1,6 x 10-16 C
min = panjang gelombang minimum sinar X (m)
h = tetapan planck = 6,66 x 10-34 Js
• Sifat – sifat sinar X :
Dapat dibelokkan oleh medan magnet maupun medan listrik
Mempunyai daya tembus sangat tinggi
Dapat menghitamkan pelat foto
Efek Compton
• Efek Compton menyatakan bahwa foton dapat dianggap sebagai partikel yang bergerak sehingga mempunyai momentum.
P = h/ = h f/c
P = momentum foton (kg m/s)
h = tetapan Planck = 6,66 x 10-34 Js
c = 3 x 108 m/s
f = frekuensi foton (Hz)
= panjang gelombang foton (m)
• Berdasarkan percobaan Compton, dapat disimpulkan bahwa setelah tumbukan
a. panjang gelombang foton bertambah besar (>0)
b. frekuensi foton berkurang (f
= ’ - 0
0 = panjang gelombang foton sebelum tumbukan (m)
’ = panjang gelombang foton sesudah tumbukan (m)
= sudut hambatan foton
m0 = masa diam elektron = 9,1 x 10-31 kg
c = 3 x 108 m/s
Sifat Gelombang Partikel
• Louis de Broglie (1892 – 1987) menyatakan hipotesanya sebagai berikut : partikel-partikel degan momentum p juga seharusnya memiliki sifat-sifat gelombang dengan panjang gelombang ().
• Hipotesa de Broglie menunjukkan bahwa partikel mempunyai sifat gelombang, sehingga setiap materi yang bergerak akan bersifat sebagai gelombang dan disebut gelombang de Broglie.
• Gelombang de Broglie dinyatakan :
= h/mv atau
m = masa elektron = 9,1 x 10-31 kg
v = kecepatan elektron (m/s)
= panjang gelombang de Broglie
e = muatan elektron = 1,6 x 10-34 kg
V = beda potensial (V)
