Radiasi benda hitam xii ipa 2

Selamat datangF I S I K

ARadiasi Benda

Hitam

St.Hartina

Waqiah Khaerunnisa

Fatriani

Sri Evika Hendriani

Zhahirah

Indrawati

zainuddin

.Pernahkah kalian memakai pakaian hitam di siang hari yang panas? Jika Pernah bagaimana rasanya? Pasti sangat panas bukan, mengapa? Ini karena warna hitam menyerap

semua cahaya atau sinar yang jatuh mengenainya sehingga benda tersebut akan menjadi panas. Inilah yang disebut radiasi benda hitam. Untuk mengetahuinya ikuti pembahasan berikut ini ;

Filamen lampupijar meradiasikan panas padasuhu di atas 2.000 K.

Pernahkah kalian melihat lampu pijar? Jika kalian perhatikan, pada bagian filamen lampu berwarna kuning keputih-putihan, padahal lampu berwarna biru. Mengapa hal ini terjadi?

Ini terjadi karena suhu lampu pijar di atas2.000 K. Semua benda yang berada pada suhu di atas 2.000 K, akan memancarkan cahaya putih.

A. Radiasi Panas dan Intensitas Cahaya

Radiasi panas adalah radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda sebagai akibat suhunya. Spektrum radiasi panas yang dipancarkan oleh suatu benda panas bergantung pada komposisi benda itu . Benda panas yang memancarkan spektra panas adalah benda hitam atau black body.Radiasi benda hitam adalah radiasi Elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam.

BENDA HITAM (BLACK BODY)

Kemampuan menyerap energi maksimal ( e = 1 )

Kemampuan memancarkan energi maksimal ( e = 1 )

Benda hitam didefinisikan sebagai sebuah benda yang menyerap semua radiasi yang datang Padanya. Jadi, benda hitam mempunyai harga absorptansi (daya serap) dan emisivitas (daya pancar) yang besarnya sama dengan satu, karena tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam.

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. Setiap kali dipantulkan, sinar akan diserap dinding-dinding berwarna hitam. Benda hitam akan menyerap cahaya sekitarnya jika suhunya lebih rendah daripada suhu sekitarnya dan akan memancarkan cahaya ke sekitarnya jika suhunya lebih tinggi daripada suhu sekitarnya. Hal ini ditunjukkan pada Gambar, Benda hitam yang dipanasi sampai suhu yang cukuptinggi akan tampak membara.

E = e . σ . T4

Energi yang dipancarkan atau diserap per satuan waktu per satuan luas ( J.s-1.m-2 ), dirumuskan :

Energi yang dipancarkan atau diserap per satuan waktu per satuan luas dapat juga dirumuskan :E = Laju perpindahan kalor atau banyak kalor per satuan waktu (watt.m-2)P = Daya pancar ( watt )A = luas permukaan benda (m2)T = suhu mutlak (K) e = emisivitas permukaan (koefisien pancara/serapan benda σ = konstanta Stefan-Boltzman (5,67 x 10-8 watt/m2 x K-4 )

P = E . A = e . σ . T4 . A

PE = A

Sebuah benda memiliki permukaan hitam sempurna, 270 C. Berapa besarnya energi yang dipancarkan tiap satuan waktu tiap satuan luas permukaan benda itu ?

CosoLDIKETAHUI : e = 1 (benda hitam sempurna)T = 27 + 273 = 300 Kσ = 5,67.10-8 watt.m-2.K-4

Penyelesaian: E = e . σ . T4

= 1 x 5,67.10-8x (300)4

= 5,67.10-8 x 81.108

= 459,27.10-4 watt/m2

DITANYAKAN E = …. ?

Jumlah energi yang dipancarkan persatuan permukaan sebuah benda hitam dalam satuan waktu akan berbanding lurus dengan pengkat empat temperatur termodinamika nya.

I = Intensitas radiasi (watt/m2)

P = daya radiasi (Watt) A = Luas Permukaan (m2) e =koofisien emisivitas (0≤e≤1) untuk

benda hitam e= 1 T =suhu mutlak benda (K)

σ = konstanta Stefan-Boltzman (5,67 x 10-8 watt/m2 x K-4 )

R = jari-jari (e σ A)2

(Itotal ) ⇒ P = e σ AT4

Tentukan daya yang dipancarkan oleh sebuah benda yang memiliki luas 400 cm2 yang suhunya 127oC, jika diketahui emisivitas benda itu 0,5!

CosoLDIKETAHUI : e = 0,5 A= 400 cm2 = 4. 10-2 m2

T =127 + 273 = 400 Kσ = 5,67.10-8 watt.m-2.K-4

Penyelesaian: P = e . σ . AT4

= 0,5 x 5,67.10-8x 4.10-2x(400)4

= 29,0304 watt/m2

DITANYAKAN P = …. ?

Lampu pijar dapat dianggap berbentuk bola. Jari-jari lampu pijar pertama 3 kali jari-jari lampu pijar kedua. Suhu lampu pijar pertama 67 oC dan suhu lampu pijar kedua 407 oC. Tentukan perbandingan daya radiasi lampu pertama terhadap lampu kedua!

CosoLDIKETAHUI : T1 = (67 + 273) K = 340 KT2 = (407 + 273) K = 680 KR1 = 3 R2

Ditanyakan ....?? Penyelesaian..

B. Hukum Pergeseran Wien

Untuk sebuah benda hitam, berlaku suatu hubungan antara panjang gelombang dengan suhu mutlak yang dinyatakan:

T = temperatur termodinamik benda,(K) = panjang gelombang(m)

C = tetapan pergeseran Wien (2,898 × 10-3 m.K).

m

CTm .

WILHELM WHEN

CosoL

Sebuah benda hitam memiliki suhu 2.000 K. Tetukalah panjang gelombang radiasinya pada saat intesitasnya maksimun.

Dik: T= 2.000 K =2 x 103 K.Dit:

PEnY:

m

C. Hipotesis Kuantum PlanckEnergi Radiasi yang dihasilkan oleh

getaran molekul-molekul bermuatan listrik (osilator) merupakan kelipatan bilangan bulat positif dari hf yaitu:

E = n h fEnergi yang diradiasikan saat bilangan kuantumnya (n) berubah adalah

∆E = ∆ n h f Selama osilator tidak mengalami perubahan keadaan kuantisasi, Osilator tidak akan meradiasikan energi.

Jadi., Energi minimum yang diradiasikan osilator adalah saat keadaan kuantitasnya berubah satu satuan ( ∆ n = 1), yakni :

E0 = ∆Emin = h fn =1,2,3,..,..,h =Konstanta Planck= 6,626 x 10-

34Js.f = frekuensi radiasi (Hz).

Berapakah panjang gelombang sebuah radiasi foton yang memiliki energi 3,05 x 10-19 Js? (dik : h= 6,626 x 10-34 Js dan cepat rambat cahaya, c =3x108m/s

DIK: E = 3,05 x 10-19 Js h = 6,626 x 10-34 Js c = 3 x 108m/s.

DITANYAKAN λ = …. ?

Hansol

D. Efek Fotolistrik Efek Compton

Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elekton-elektron dari permukaan logam ketika logam tersebut disinari dengan cahaya.

ock WEE ok hfhfE

Pada saat berumur 28 tahun, Einsten mengemukakan sebuah ide tentang efek Foto Listrik.

kc EWE 0

20 2

1. VMWfh e

00

..

ch

fhW

E ; Energi foton (J)W0 ; Energi ambang (J)Ek ; energi kinetik fotoelektron (J)f ; frekuensi cahaya (Hz) me ; massa elektron (9.1 x 10-31 kg) v ; kecepatan fotoelektron (m/s) f0 ; Frekuensi ambang (Hz) λ0 ; P.gelombang ambang (m)

Fotoelektron akan dapat keluar dari dalam atom jika :

Energi cahaya yang datang lebih besar dibandingkan dengan energi ambang logam

yaitu: E ˃ W0Frekuensi cahaya yang datang lebih besar dibandingkan dengan Frekuensi ambang

logam yaitu: f ˃ f0Panjang gelombang cahaya yang datang lebih besar dibandingkan dengan Frekuensi ambang logam

yaitu: λ ˃ λ0

Seberkas sinar dengan frekuensi 1015 Hz dijatuhkan pada logam. Energi ambang logam 5,8 x 10-19. Tentukan a. Frekuensi ambang Foton b. Energi kinetik maksimum fotoelektron,

DIK;

f = 1015 Hz W= 5,8 x 10-19 J

DITANYAKAN f0 dan Ek maks= …. ?

Hansol

.1074,81063,6

108,5. 14

34

19

0 HzxJsx

Jx

h

Wfa

JxJxHzJsxWhfEbmaksk

2019534 103,8)108,5()10)(1063,6(.

Efek Compton

Peristiwa foton yang menumbuk

elektron akan dihamburkan

dengan panjang gelombang yang

lebih besar.

E.

cos1(.

cm

h

e

λ ̓ = P. Gelombang yang terhambur (m)

λ = P. Gelombang yang datang (m)

Ө= Sudut hamburan

Foton hambur( ’ )

Foton datang( )

Elektron hambur

E = h.f

E’ = h.f’

P =0

Pada percobaan efek compton digunakan sinar X dengan panjang gelombang 0,1 angstrum. Sinar X menumbuk elektron dan terhambur dengan sudut sebesar 900. Jika massa diam elektron 9,1.10-31 kg, berapa panjang gelombang elektron yang terhambur ?

DIK;

c = 3.108 m/s = 0,1l angstrum = 10-11 m m = 9,1.10-31 kg q = 900

h = 6,626.10-34 J

DITANYAKAN λ5 = …. ?

Hansol

cos1(.

cm

h

e

90cos1(10.310.1,9

10.626,6831

34

x

1210.43,2

1210.43,21112 1010.43,2

m1110.243,1

PEnY:

Teori de BroglieJika gelombang elektromagnet dapat berkelakuan seperti partikel, maka partikel dapat berkelakuan sebagai gelombang, dengan panjang gelombang

E.

Jika suatu benda bergerak dengan kecepatan v maka benda tersebut akan memiliki panjang gelombang de Broglie yang dirumuskan dengan:

vm

h

p

h

.

Ket:λ= Panjang gelombang de Broglie(m)P= momentum (Ns)m= massa benda (kg)v = kecepatan benda(m/s)

Jika pada suatu tabung sinar katoda, sebuah elektron diam dipercepat dengan beda potensial tertentu maka elektron akan bergerak dengan panjang gelombang de Broglie yang dirumuskan dengan:

ee mVq

h

...2

Ket:λ= Panjang gelombang de Broglie

elektron (m)h= konstanta Planck (6,63.10-34 Js)qe= muatan elektron (1,6.10-19 C) me= massa elektron (9,1.10-31kg)V = beda potensial (V)

P. Gelombang de Broglie elektron yang dopercepat dengan beda potensial V

Tentukan panjang gelombang de Broglie dari sebuah elektron yang bergerak dengan kelajuan 3,6 x 105 m/s. Diketahui massa elektron 4,5 x 10-31 kg.

DIK;

m = 4,5 x 10-31 kg. v = 3,6 x 105 m/s.

DITANYAKAN λ = …. ?

Hansol

PEnY:

m

smkg

Js

vm

h

9

531

34

10.09,4

)/10.6,3)(10.5,4(

10.63,6

.

Referensi• Praktis belajar Fisika, kelas XII, Aip Saripudin, BSE

• Master Fisika Untuk SMA dan MA kelas X.XI.XII,Sandy Hermawan; wahyu media

• Modul Fisika Untuk SMA dan MA kelas XII, Tim edukatif HTS, CV.Hayati Tumbuh Suburs

• www.gurumuda.com/radiasi

• www.slideshare.co.id

Thank you for your Attention

Wassalam