20/04/23 1

20/04/23 2

PADA SAAT TANGAN KITA DIDEKATKAN PADA SEBUAH BENDA YANG LEBIH PANAS DARI TUBUH KITA, MAKA KITA AKAN MERASA HANGAT. RASA HANGAT INI BERASAL DARI RADIASI ELEKTROMAGNETIK DARI BENDA TERSEBUT.

20/04/23 3

Pancaran kalor secara radiasi mengikuti Hukum Stefan Boltzmann:

W = e . σ . T4

W = intensitas/energi radiasi yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu σ = konstanta Boltzman =5,672 x 10-8 watt/cm2.ºK4

e = emisivitas (o < e < 1) T = suhu mutlak (ºK)

20/04/23 4

Meskipun demikian, secara teori benda hitam juga memancarkan seluruh panjang gelombang energi

yang mungkin. Jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya bergantung

pada suhu benda hitam tersebut.

20/04/23 5

Seberkas sinar yang masuk ke dalam lubang, sinar akan dipantulkan berkali-kali sehingga intensitas sinar makin berkurang (karena sebagian besar sinar ini diserap dinding). Sampai suatu saat energinya menjadi nol. Inilah yang disebut benda hitam.

20/04/23 6

ab

c

Ketika sebuah lubang hitam di panaskan dengan suhu T, maka semua dinding memancarkan radiasi secara merata pada saat suhunya merata pada semua bagian dinding. Maka radiasi benda hitam akan

keluar bila ada lubang. Radiasi ini yang disebut dengan radiasi benda hitam.

20/04/23 7

Gambar 1. Spektrum radiasi kotak-hitam. Sumbu-x adalah panjang

gelombang (nanometer) dan sumbu-y adalah intensitas radiasi (kilo

Joule/nanometer). Spektrum radiasi bervariasi tergantung temperatur

kotak-hitam. Semakin tinggi temperatur maka intensitas

maksimum bergeser ke arah negatif sumbu-x. Dengan kata lain, semakin

tinggi temperatur kotak-hitam, semakin tinggi energi radiasi yang

dipancarkan (energi radiasi berbanding terbalik dengan panjang gelombang). Spektrum radiasi kotak-

hitam ini dipublikasikan oleh Max Planck pada tahun 1901.

20/04/23 8

1 2 3

merah kuning biru

Besi merah, memancarkan radiasi 6500 Å sama dengan panjang gelombang

sinar merah

Besi kuning, memancarkan radiasi 5500 Å sama dengan panjang gelombang

sinar kuning

Besi biru, memancarkan radiasi 4500 Å sama dengan panjang gelombang

sinar biru

20/04/23 9

Hubungan antara panjang gelombang maksimum λ (maksimum) dengan suhu benda di amati oleh wein. Pengamatannya menghasilkan kesimpulan panjang gelombang maksimum berbanding terbalik dengan suhu benda T

bT.maksλ

T

1b

maksλ

b = 2,898 x 10-3 m.K ; merupakan tetapan pembanding

20/04/23 10

a. Panjang gelombang berapakah sebuah benda pada suhu ruang ( t = 250 ) memancarkan radiasi termal maksimum ?

Kita harus menganggap sebagai radiasi benda hitam, maka :

mxx

T

b

bT

maks

maks

maks

63

10725927325

108982

,,

b. Pada suhu berapakah suatu benda harus dipanaskan agar puncak radiasi termalnya berada pada daerah spektrum merah ? Anggap panjang gelombang cahaya merah 650 nm ?

Kx

xT

bT

bT

maks

maks

445810650

1089829

3

,

20/04/23 11

1. Suhu seseorang 340. Berapa panjang gelombang dimana radiasi maksimum terjadi ?

m

mxx

T

b

bT

maks

maks

maks

maks

49

100094027334

108982 33

,

,,

2. Pada kisaran suhu berapakah panjang gelombang maksimum radiasi benda hitam bervariasi dari 400 nm sampai 700 nm (cahaya tampak)

Kx

xT

bT

bT

maks

maks

724510400

1089829

3

,

Kx

xT

bT

bT

maks

maks

414010700

1089829

3

,

20/04/23 12

Teori KlasikLord Rayleigh dan James Jeans mengusulkan dengan menganggap bahwa muatan-muatan didinding permukaan benda berongga dihubungkan dengan semacam pegas. Ketika suhu naik maka muatan akan bergetar yang berubah kecepatannya dan akibat hal tersebut, maka timbul radiasi benda hitam

V = 0

V = maks

V = 0

KJxkckT

I /,; 234

103812

Model persamaan ini gagal, karena hanya mampu menerangkan kurva spektrum intensitas radiasi benda hitam dengan panjang gelombang besar saja. Tetapi tidak cocok untuk panjang gelombang lebih kecil

20/04/23 13

Model ini dibuat dengan menganggap benda hitam seperti sebuah selinder berisi radiasi benda hitam (gelombang elektromagnetik). Dinding silinder bersifat pemantul sempurna dan piston dapat bergerak naik turun. Radiasi ini mampu memberikan tekanan pada piston. Tekanan radiasi dapat terjadi akibat tekanan gas pada piston

Model persamaan ini gagal, karena hanya mampu menerangkan kurva spektrum intensitas radiasi benda hitam dengan panjang gelombang panjang saja. Tetapi tidak cocok untuk panjang gelombang lebih besar

sJxhe

hcI

kThc.,;

)( /34

5

2

1062661

2

20/04/23 14

Plank menurunkan teorinya memakai anggapan yang sama dengan Rayleigh-Jeans yaitu dengan menganggap radiasi dihasilkan oleh muatan atau molekul yang bergetar dengan menambah 2 asumsi mengenai osilasi molekul molekul pada dinding benda berongga1. molekul-molekul yang bersosialisasi akan memancarkan

energi diskret (tidak kontinu). En yang diberikan dengan rumus :

E = nhf2. Molekul memancar atau menyerap energi dalam satuan-

satuan energi yang diskrit yang dinamakan foton E = hf

Dengan dua asumsi ini, maka terbuka cabang Mekanika Kuantum

20/04/23 15

3. Dua buah lampu pijar masing-masing mempunyai suhu 270 C dan 1270 C dan jari-jari lampu pertama dua kali jari-jari lampu kedua. Tentukan perbandingan daya radiasi lampu pertama terhadap lampu ke dua ?

64

81

256

814

2

1

273127

273272

2

1

2

1

2

1

422

22

42

22

41

21

422

411

)(

)()(

)(

:

P

P

r

r

P

P

Tr

Tr

P

P

TAe

TAe

P

P

jawaban

20/04/23 16

Efek foto listrik adalah peristiwa terlepasnya elektron-elektron dari permukaan logam (dinamakan elektron fhoto) ketika logam tersebut disinari oleh cahaya

20/04/23 17

20/04/23 18

1. Tidak semua frekuensi cahaya mampu menyebabkan efek foto listrik , walaupun intensitas cahaya diperbesar. Hal ini bertentangan dengan teori gelombang. Bila jika intensitas cahaya diperbesar, maka energi gelombang akan bertambah besar dan mengakibatkan energi elektron akan membesar dan mampu terjadi arus foto listrik.

hfKetik

a aku

di hantam

foton, energi

ku naik (hf)

hf

Tetapi jika aku

memancarkan foton, maka

aku kehilangan

energi

20/04/23 19

Aku akan terlepas bila ikatan atom

lebih kecil dari energi foton

Frekuensi terkecil cahaya yang dapat melepaskan elektron keluar dari permukaan dinamakan frekuensi

ambang(fo). Sedangkan energinya disebut energi ambang (Eo=hfo)

20/04/23 20

oo hfE

ohf

Harus sama

makso Ekhf

Elektron akan terlepas jika;

f = fo atau ketika Ek(maks) =0

20/04/23 21

2. Pada waktu frekuensi cahaya lebih besar dari frekuensi ambang ternyata terdeteksi arus, namun energi maksimum elektron yang terlepas tidak tergantung pada intensitas cahaya. Tetapi hanya tergantung pada frekuensi sinar yang datang

Arus (I)

Intensitas tinggi

Intensitas rendah

tegangan

-Vs

Ketika tegangan nol, ada arus yang mengalir. Ketika anoda diberi tegangan positif dan katoda diberi tegangan negatif, arus yang mengalir bertambah besar dan dapat dimengerti, pasti banyak elektron yang terlepas dari permukaan logam. Jika dibalik, maka arus semakin kecil dan pada tegangan tertentu (Vs), maka arus menjadi nol. Anehnya Vs ini sama semua intensitas. Ini tak dapat dijelaskan oleh teori gelombang.

20/04/23 22

3. Berdasarkan teori gelombang, dibutuhkan waktu yang cukup lama untuk elektron untuk melepaskan diri dari ikatan inti atom. Ternyata elektron hanya membutuhkan waktu 10-9 detik setelah penyinaran

4. Teori gelombang tidak dapat menjelaskan mengapa energi kinetik maksimum elektron foto bertambah besar jika frekuensi cahaya diperbesar

omaks

omakscahaya

hfmvhf

WEKE

2

2

1

20/04/23 23

1. Elektron-foto dipancar dengan kecepatan nol dari suatu permukaan logam. Bila panjang gelombang sinar adalah 680 nm dan kecepatan cahaya 3 x 108 m/s, tentukan besarnya fungsi kerja logam itu ?

JxW

x

xxxW

vhW

vh

Ekbila

Ekhf

o

o

o

maks

maks

19

9

834

109422

10680

10310676

0

,

,

,

Ekmaks = ½ mv2

Karena v =0 (diam), makaEk maks =0

20/04/23 24

Pada tahun 1923, comton mempelajari gejala tumbukan antara foton dan elektron.Berkas gelombang elektromagnetik yang dihamburkan dari tumbukan elektron dan logam dideteksi dengan detektor dan didapat kesimpulan, bahawa paket-paket energi gelombang elektromagnetik dapat berfungsi sebagai partikel dengan momentum sebesar :

P(foton)=momentum Hf = energi fotonΛ = panjang gelombang

h

c

hfPfoton

20/04/23 25

1. Sebuah foton (λ=0,400 nm) menumbuk elektron yang diam. Foton tersebut terhambur sejauh 1500 dari arah semula. Hitung kecepatan dan panjang gelombang foton setelah tumbukan ?.....

Jawaban :

smxkecepa

nm

Xnm

xx

Jsxnm

mc

h

/tan

,

),)(,(,

)cos())(,(

,,

'

'

'

'

8

12

831

34

103

40450

8611042240

150110310119

1063640