Benda hitam astronomi

1

M.Syaifur Rozaq 4201412109Saifuli Sofi’ah 4201412096

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.

Radiasi panas adalah radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda sebagai akibat suhunya. Setiap benda memancarkan radiasi panas, tetapi pada umumnya, kalian dapat melihat sebuah benda, karena benda itu memantulkan cahaya yang datang padanya, bukan karena benda itu memancarkan radiasi panas.

Radiasi Panas dan Intensitas radiasi

Hukum Stefan-Boltzmann

APTeI total 4

tetapan Stefan-Boltzman σ = 5,67 × 10-8 Wm-2K-4. I= intensitas total e = koefisien emivisitas P = Daya radiasi A = Luas Permukaan Benda

Intensitas

4

Pernahkah kamu memakai baju warna gelap atau hitam pada siang

hari yang panas? Apa yang kamu rasakan ketika memakai baju

warna gelap atau hitam tersebut? Tentunya kamu akan cepat

merasakan gerah bukan? Mengapa demikian?

Dalam fisika, benda hitam (bahasa Inggris black body) adalah benda yang menyerap seluruh radiasi

yang dating bila suhunya lebih rendah dari suhu sekelilingnya, dan memancarkan radiasi bila suhunya

lebih tinggi dari suhu sekelilingnya.

5

6

Benda hitam ideal digambarkan oleh suatu rongga hitam dengan lubang kecil. Sekali suatu cahaya memasuki rongga itu melalui lubang tersebut, berkas itu akan dipantulkan berkali-kali di dalam rongga tanpa sempat keluar lagi dari lubang tadi.

7

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.

Spektrum Radiasi Benda Hitam

8

Hukum Pergeseran Wien

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

λmax . T = C ....

dengan

λmax x = panjang gelombang yang membawa

energi maksimum

T = suhu benda (K)

C = konstanta Wien = 2,898×10-3 mK

Teori Klasik -Wilhelm Wien

10

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 .,;)( /

345

2

1062661

2

Teori Spektrum Radiasi Benda HitamTeori Klasik dan Teori Plank

02/05/23 11

Lord 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

KJxkckTI /,; 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

Teori Plank

12

Plank menurunkan teorinya memakai anggapan yang sama dengan Rayleigh-Jeans yaitu dengan menganggap radiasi dihasilkan oleh muatan atau molekul yang bergetar .

Intensitas juga dapat dinyatakan dalam bentuk energy yang dipancarkan pada panjang

gelombang λ per satuan selang panjang gelombang. Pernyataan ini dapat dituliskan dalam

bentuk:

02/05/23 MATERI FISIKA KELAS-12 IPA 13

14

15

1. Pancaran energi radiasi yang dihasilkan oleh getaran molekul-molekul benda dinyatakan oleh:

E = n.h.v dengan v adalah frekuensi, h adalah sebuah konstanta Planck yang nilainya

6,626 × 10-34 Js, dan n adalah bilangan bulat yang menyatakan bilangan kuantum.

Max Planck menyatakan dua anggapan mengenai energy

radiasi sebuah benda hitam.

16

2. Energi radiasi diserap dan dipancarkan oleh molekul molekul secara diskret yang

disebut kuanta atau foton. Energi radiasi ini terkuantisasi, di mana energy untuk satu

foton adalah:

E = h.v

dengan h merupakan konstanta perbandingan yang dikenal sebagai konstanta Planck.

Nilai h ditentukan oleh Planck dengan menyesuaikan fungsinya dengan data yang

diperoleh secara percobaan. Nilai yang diterima untuk konstanta ini adalah:

h = 6,626× 10-34 Js = 4,136× 10-34 eVs.

Grafik Perbandingan Teori Wien, Rayleih-Jeans dan Max Planck

MATERI FISIKA KELAS-12 IPA 17

Efek Fotolistrik Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron-elektron

dari permukaan logam tersebut disinari dengan cahaya (foton) dalam ruang hampa.

Elektron yang keluar dari permukaan logam disebut fotoelektron.

Gelombang cahaya membawa energi yang sebagian energinya diserap oleh logam dapat terkonsentrasi pada elektron tertentu dan muncul kembali sebagai energi kinetik

Di dalam tabung vakum terdapat lempeng metal/logam (katoda) dan kolektor untuk muatan (-) (anoda). Cahaya (sinar

monokromatis) dengan suatu frekuensi tertentu menyinari permukaan logam yang disearahkan oleh celah melalui

jendela Quartz. Bila cahaya memiliki sinar energi yang cukup (E=hf), maka fotoelektron akan dikeluarkan daripermukaan

logam, fotoelektron akan ditarik oleh anoda yang mempunyai potensial positif sebesar V terhadap katoda

Karakteristik Efek Fotolistrik

Fakta pada efek fotolistrik

untuk suatu jenis logam ada frekuensi cahaya minimal yang dapat melepaskan elektron

semakin tingi intensitas cahaya yang mengenai permukaan logam, semakin banyak elektron yang dilepaskan.

semakin besar frekuensi cahaya, semakin besar pula energi kinetik maksimum elektron

tidak ada selang waktu antara penyinaran logam dan lepasnya elektron dari logam, bahkan dengan intensitas rendah sekalipun

Energi kuantum dalam efek fotolistrik

Hipotesis Einstein mengandaikan bahwa:a). cahaya terdiri dari paket-paket tenaga (foton) yang bergerak dengan kelajuan c

b).tenaga foton cahaya yang memiliki frekuensi adalah sebesar E= h

c). dalam proses foto listrik, sebuah foton diserap seluruhnya oleh elektron pada permukaan logam.

Efek Compton

Hipotesa de Broglie

Sifat gelombang dari partikelLouis de Broglie menjelaskan bahwa cahaya dapat berada dalam suasana tertentu yang terdiri dari partikel-partikel,

kemungkinan berbentuk partikel pada suatu waktu, yang

memperlihatkan sifat-sifat seperti gelombang (James E

Brady, 1990).

Louis de broglie

Cahaya memiliki sifat gelombang seperti dalam peristiwa interferensi dan difraksi, juga memiliki sifat partikel seperti dalam peristiwa efek fotolistrik dan hamburan Compton.

Sifat gelombang dinyatakan oleh panjang gelombang (λ) dan sifat partikel dinyatakan oleh besaran momentum (p)

Hubungan antara λ dan p sebuah foton adalah :

Menurut de Broglie bahwa partikel (seperti elektron) yang bergerak ada kemungkinan memiliki sifat gelombang dengan panjang gelombang tertentu.

Usulan de Broglie ini dapat dibuktikan dengan percobaan difraksi elektron oleh Davisson & Germer