BAB 7 RADIASI BENDA HITAM

(1)

Radiasi Benda Hitam

&

(2)

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?

(3)

Permukaan benda yang berwarna hitam akan

menyerap kalor lebih cepat dari permukaan benda

yang berwarna cerah. Hal inilah yang menyebabkan

kita merasa lebih cepat gerah jika memakai baju

berwarna gelap atau hitam pada siang hari.

(4)

Jadi, benda yang permukaannya

gelap atau hitam akan mudah

menyerap kalor dan mudah pula

memancarkannya. Untuk

memahami sifat radiasi

(5)

Selain dapat memancarkan

radiasi, permukaan bahan juga

dapat menyerap radiasi.

Kemampuan bahan untuk

menyerap radiasi tidak sama.

Semakin mudah bahan

menyerap radiasi, semakin

mudah pula bahan itu

memancarkan radiasi. Bahan

yang mampu menyerap

(6)

Istilah benda hitam

(

black body) pertama

kali dikenalkan oleh

Fisikawan Gustav

Robert Kirchhoff pada

tahun 1862. Benda

hitam memancarkan

radiasi dalam bentuk

gelombang

elektromagnetik.

Radiasi gelombang

elektromagnetik yang

dipancarkan benda

hitam bergantung pada

suhu benda hitam

(7)

Model Radiasi Benda Hitam

Benda hitam adalah

benda ideal yang

sebenarnya tidak ada.

Karakteristik benda

hitam dapat didekati

dengan menggunakan

ruang tertutup

(8)

Setiap radiasi yang masuk ke rongga akan terperangkap

oleh pemantulan bolak-balik. Hal ini menyebabkan

terjadinya penyerapan seluruh radiasi oleh dinding rongga.

Lubang rongga dapat diasumsikan sebagai pendekatan

benda hitam. Jika rongga dipanaskan maka spektrum yang

dipancarkan lubang merupakan spektrum kontinu dan

(9)

4

T

e

I





Intensitas radiasi oleh benda hitam bergantung pada

suhu benda. Berdasarkan hukum Stefan-Boltzmann,

intensitas radiasi dinyatakan dengan persamaan:

Keterangan:

I : intensitas radiasi (watt/m2)

T : suhu mutlak benda (K)

(10)

Jika suatu benda meradiasikan kalor pada temperatur tinggi (maksimum) puncak spektrum radiasi akan bergeser kearah panjang gelombang yang makin kecil Pada kondisi radiasi maksimum panjang gelombangnya



_m

T= C

_m = Panjang gelombang pada energi pancar maksimum

(m)

T = suhu dalam K C = 2,898 x 10-3_m.K

HUKUM

PERGESERAN

WIEN

Kelemahan dari teori ini yaitu tidak dapat digunakan untuk

seluruh bagian spektrum (tidak cocok untuk panjang

(11)

Rayleigh-Jeans

mengoreksi teori Wien melalui

eksperimennya akan tetapi hasil eksperimen

hanya cocok pada daerah spektrum cahaya

tampak sedangkan untuk daerah panjang

gelombang pendek tidak cocok. Kegagalan ini

dikenal dengan

(12)

(13)

(14)

(15)

E = e .



. T

4

P

E =

A

P = E . A = e .



. T

4

. A



_m

. T =

(16)

(17)

KESIMPULAN TEORI WIEN



BENDA YANG BERADIASI MEMANCARKAN

(18)

Hukum Radiasi Planck

Planck menemukan rumus dengan menginterpolasikan rumus wein

dan rumus Rayleigh-Jeans dengan mengasumsikan bahwa

terbentuknya radiasi benda hitam adalah dalam paket-paket

energi.

Konsep paket energi atau energi terkuantisasi ini merupakan

hipotesis Max Planck yang merupakan rumus yang benar

tentang kerapatan energi radiasi benda hitam.

hf

E



s J h 6.626*1023 /

(19)

(20)

Efek fotolistrik adalah peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam yang tembaki oleh foton.jika logam mengkilat di iradiasi, maka akan terjadi pancaran electron pada logam tersebut.

Cahaya dengan frekuensi lebih besar dari frekuensi ambang yang akan menghasilkan arus elektron Foton.

Energi maksimum yang

terlepas dari logam akibat peristiwa fotolistrik adalah

(21)

(22)



Efek Compton

Menurut Compton radiasi yang terhambur mempunyai frekuensi

lebih kecil dari pada radiasi yang datang dan juga tergantung

pada sudut hamburan.

Dari analisis Compton, hamburan radiasi elektromagnetik dari

partikel merupakan suatu tumbukan elastik.











'





1



cos



c

m

h

(23)

Perbandingan Teori Partikel

Cahaya dan Gelombang

(24)

Fenomena Cahaya Teori Gelombang Teori Partikel

1. Rambatan linier

cahaya Rambatan linier cahaya dapat dijelaskan oleh rambatan linier

gelombang air

Rambatan linier cahaya dapat dijelaskan oleh kecepatan tinggi

partikel-partikel yang muncul dari sumber cahaya

2. Bayangan gambar

dalam cermin datar Gelombang bundar memantul dari bidang pembatas seolah

dihasilkan dari sebuah titik yang simetris dari sumber

Pantulan

partikel-partikel yang datang ke atas dinding pembatas terjadi seolah-olah

perluasan partikel-partikel yang

dipantulkan menyatu di titik yg simetris dari

sumber

3. Pantulan cahaya Gelombang linier yang dipantulkan mematuhi hukum pemantulan

Bola yang melambung sedemikian rupa

dengan sudut datangnya sama dengan sudut pantulannya 4. Pembiasan cahaya Gelombang tegak lurus

dibiaskan ketika mereka melewati media dengan kedalaman berbeda Bola yang menggelinding dari

bidang tinggi ke rendah mengubah arahnya setelah melewati daerha menurun. Namun, hubungan antara kecepatan-kecepatan tidak

(25)

Fenomena Cahaya Teori Gelombang Teori Partikel

5. Interferensi

cahaya Gelombang bulat yang dihasilkan dari dua sumber titik pada tangki riak menghasilkan

bentuk interferensi

Interferensi cahaya tidak dapat

dijelaskan oleh teori partikel

6. Difraksi cahaya Gelombang air linier melengkung dan menjadi bulat seraya melewati jarak celah yang lebih sempit dari atau sebanding dengan panjang gelombangnya

Difraksi cahaya tidak dapat

7. Efek fotolistrik Efek fotolistrik tidak dapat dijelaskan oleh teori

gelombang

Saat cahaya UV masuk pada permukaan plat seng,

elektron-elektron dikeluarkan dari plat

8. Efek Compton Efek Compton tidak dapat dijelaskan oleh teori gelombang Ketika foton-foton sinar-X menghantam elektron-elektron bebas pada atom grafit, baik foton-foton dan elektron-elektron

(26)

Fenomena Cahaya Teori Gelombang Teori Partikel

5. Interferensi

cahaya Gelombang bulat yang dihasilkan dari dua sumber titik pada tangki riak menghasilkan

bentuk interferensi

Interferensi cahaya tidak dapat

6. Difraksi cahaya Gelombang air linier melengkung dan menjadi bulat seraya melewati jarak celah yang lebih sempit dari atau sebanding dengan panjang gelombangnya

Difraksi cahaya tidak dapat

7. Efek fotolistrik Efek fotolistrik tidak dapat dijelaskan oleh teori

gelombang

Saat cahaya UV masuk pada permukaan plat seng,

elektron-elektron dikeluarkan dari plat

8. Efek Compton Efek Compton tidak dapat dijelaskan oleh teori gelombang Ketika foton-foton sinar-X menghantam elektron-elektron bebas pada atom grafit, baik foton-foton dan elektron-elektron