Radiasi Benda Hitam dan

Kapasitas Panas Zat Padat

Presented by:

MukhsinahSetia Lianawati

Fika Nurul Hidayati

Satuan Acara Perkuliahan

IdentitasStandar KompetensiKompetensi DasarCakupan Materi

Identitas

Mata Kuliah: Fisika StatistikFak/Jur/Prodi : FKIP / P. MIPA / P. FisikaSemester : VI (lima)Dosen Pengasuh : Drs. Imron Husaini, M.PdTim Penyaji : 1. Mukhsinah

2. Setia Lianawati3. Fika Nurul Hidayati

Standar Kompetensi

Mahasiswa mampu memahami hubungan antara

perilaku sistem partikel penyusun suatu zat secara mikroskopik dengan akibat yang ditimbulkannya pada skala makroskopik, serta memmiliki kemampuan

dalam menelaah sifat-sifat zat tersebut.

Kompetensi Dasar

Mahasiswa mampu menjelaskan peristiwa

radiasi benda hitamMahasiswa mapu

menjelaskan kapasitas panas zat padat menurut

Einstein dan Debaye

Cakupan MateriPokok Bahasan

Aplikasi Statistik Bose-EinsteinSub Pokok Bahasan

Radiasi benda hitamKapasitas panas zat padat menurut

Einstein dan DebayeIndikator

Menjelaskan peristiwa radiasi benda hitaam

Menurunkan hukum Stefan-Boltzmann

Menjelaskan kapasitas panas zat padat menurut Einstein dan Debaye .

PenilaianTes Formatif

Alokasi waktu3 x 50 menit

 Kegiatan PembelajaranPendahuluanInti

Media yang digunakanMs. Word dan Ms. Powerpoint

Alat yang digunakanLCD dan Komputer

 

.

Radiasi Benda Hitam

Benda hitam (blackbody) adalah sebutan untuk benda yang mampu menyerap kalor radiasi (radiasi termal) dengan baik

Benda hitam merupakan benda ideal yang mampu menyerap atau mengabsorbsi semua radiasi yang mengenainya, serta tidak bergantung pada frekuensi radiasi tersebut.Bisa dikatakan benda hitam merupakan penyerap dan juga pemancar yang sempurna.

Benda hitam dimodelkan sebagai suatu rongga berisi foton dengan celah bukaan yang sangat kecil. Dengan mengabaikan

bahan pembuat dinding dan panjang gelombang radiasi yang masuk radiasi yang masuk ke dalam rongga melalui

lubang, radiasi tersebut akan dipantulkan berulang-ulang oleh dinding dalam

rongga hingga energinya habis terserap. Selanjutnya, dipancarkan kembali

sebagai radiasi gelombang elektromagnetik melalui lubang itu

juga.Lubang pada rongga inilah yang merupakan contoh dari sebuah benda

hitam.

Hukum Stefan-BoltzmanJumlah energi yang dipancarkan persatuan permukaan sebuah benda hitam dalam satuan waktu akan berbanding lurus dengan pengkat empat temperatur termodinamika nya.P= daya radiasi (Watt)A= Luas Permukaan (m2)e=koofisien emisivitas T=suhu mutlak benda (K)

Hukum Pergeseran Wien

. Wiljhemn Wien menemukan adanya pergeseran panjang gelombang maksimum saat suhu benda hitam berubahKenaikan suhu benda hitam menyebabkan panjang gelombang maksimum yang dipancarkan benda akan mengecil.

Teori Klasik Radiasi Benda Hitam

.

Teori klasik radiasi benda hitam, yaitu: hukum eksponensial Wien dan hukum Raileigh-Jeans. Suatu prakiraan penting terhadap bentuk fungsi universal u(f;T) dinyatakan pertama kali pada tahun 1893 oleh Wien, yang memiliki bentuk

Rayleigh dan Jeans menyatakan bahwa gelombang gelombang elektromagnetik stasioner dalam rongga dapat dipertimbangkan memiliki suhu T, karena mereka secara konstan bertukar energi dengan dinding-dinding dan menyebabkan termometer dalam rongga mencapai suhu yang sama dengan dinding

• Lebih lajut Mereka mendapatkan energi penggetar rata-rata tak bergantung pada panjang gelombang λ , dan sama dengan kT dari hukum distribusi Maxwell-Boltzmann. Akhirnya mereka memperoleh kerapatan energi per panjang gelombang , u ( ) T , λ , yang dinyatakian sebagai :

• dengan k adalah tetapan Boltzmann. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum Rayleigh-Jeans.

Teori Planck Radiasi Benda Hitam

• Fisika klasik gagal menjelaskan tentang radiasi benda hitam.Inilah dilema fisika klasik di mana Max Planck mencurahkan seluruh perhatiannya.

• Anggapan baru ini sangat radikal dan bertentangan dengan fisika klasik, yaitu sebagai berikut:

• 1. Radiasi yang dipancarkan oleh getaran molekul-molekul tidaklah kontinu tetapi dalam paket-paket energi diskret, yang disebut kuantum (sekarang disebut foton)

• Besar energi yang berkaitan denagn foton adalah E = hf, sehingga untuk n buahb foton maka energinya dinyatakan oleh

dengan n = 1, 2, 3, …..(bilangan asli), dan f adalah frekuensi getaran molekul-molekul. Tingkat energi nya hf, 2hf, 3hf, ……sedang h disebut tetapan Planck, dengan h = 6,6 x10-34 J s

Berdasarkan teori kuantum di atas, Planck dapat menyatukan hukum radiasi Wien dan hukum radiasi Rayleigh-Jeans, dan menyatakan hukum radiasi benda hitamnya yang akan berlaku untuk semua panjang gelombang. Hukum radiasi Planck adalah

h = 6,6 x 10-34 Js adalah tetapan Planck, c = 3,0 x 108 m/s adalah cepat rambat cahaya, k= 1,38 x 10-34 J/K adalah tetapan Boltzmann, dan T adalah suhu mutlak benda hitam.

Panas Spesifik Statistik Bose-Einstein

• Einstein menganggab padatan terdiri dari N atom yang masing-masing bervibrasi (berosilasi) secara bebas pada arah tiga dimensi, dengan frikuensi fE. Energi tiap osilator adalah

• En = nhfE

• dimana n adalah bilangan kuantum, n = 0,1,2,3,… Jika jumlah osilator tiap kasus energi adalah En dan E0 adalah jumlah osilator pada status 0, maka sesuai dengan fungsi Boltzmann

•

Energi rata-rata osilator adalah

• sehingga panas spesifik menjadi•

ModeL Einstein

• Dalam model ini,atom-atom dianggap sebaga iosilator osilator bebas yang bergetar tanpa terpengaruh oleh osilator lain disekitarnya.

• Sehingga kapasitas kalornya

model Einstein cocok pada suhu tinggi.• Pada suhu tinggi(T>>),• Maka nilai(θE/T)berharga kecil;sehingga

exp(θE/T) dapat

• diuraikan ke dalam deret sebagai berikut

• Pada suhu rendah(T<<) nilai(θE/T)besar

Model Debaye

• Menurut model Debye ini, energi total getaran atom pada kisi diberikan oleh ungkapan

є(ω)adalahenergirata-rataosilatorsepertipadamodelEinstein sedangkang(ω)adalahrapatkeadaan

• Apabilakitamenggambarkankonturyangberhubungandenganω=ωD dalamruang akandiperolehsebuahbolayangdisebutbolaDebaye,denganjejari qDyang disebut jejari Debayedan memenuhi

• Debye memandang padatan sebagai kumpulan phonon karena perambatan suara dalam zat padat merupakan gejala gelombang elastis. Energi sebuah fonon adalah hf dimana f (frekuensi Debye) adalah frekuensi vibrasi elastik. Karena semua fonon identik dan karena jumlahnya dengan energi sama yaitu tidak terbatas, maka dalam keadaan setimbang suhu fonon memenuhi statistik Bose-Einstein.