Semua zat alam semesta mampu memncarkan radiasi elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oeh suatu zat berdasarkan sifat dan suhu sumber radiasi. energi kalor radiasi. Energi kalor radiasi yang dipancarkan setiap benda memiliki kecepatan atau laju berbeda-beda. Kali ini akan dibahas mengenai radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Benda hitam merupakan penyerap dan pemancar radiasi yang sempurna. Di alam semesta ini, belum ada benda yang hitam sempurna.
Pada tahun 1879, Joseph Stefan melakukakn pengamatan tentang benda hitam. Hasil pengamatannya dikemukakan bahwa "Daya total yang dipancarkan oleh suatu benda sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya". Beberapa tahun kemudian Ludwig Boltzman memperbaiki hasil pengamatan yang dilakukan oleh Joseph Stefan dan menghasilkan suatu hubungan yang dikenal dengan hukum Stefan-Boltzman. Hukum tersebut berbunyi "Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan pengkat empat suhu mutlak dan luas permukaan dari benda hitam tersebut." Secara matematis hal ini ditulis:
P = Q/t = σ A T∧4
Keterangan:
P = Q/t = laju radiasi kalor (J/s)
σ = tetapan Stefan-Boltzman (5,67 x 10∧-8 Wm∧-2K∧-4)
A = luas permukaan (m∧2)
Oleh karena di alam semesta tidak ada benda hitam sempurna, persamaan diatas berubah menjadi:
P = Q/t = e σ A T∧4
Q/t = P (daya)
e = emisivitas bahan dengan nilai 0 < e < 1
e = 0 untuk benda yang bersifat pemantul sempurna suhingga tidak meradiasi
e = 0 - 1 untuk semua benda tanpa ciri khusus
e = 1 untuk benda hitam sempurna
Hukum Pergeseran Wien dalam Radiasi Sebuah Benda
Benda yang dipanaskan akan menghasilkan radiasi kalor yang memberikan warna-warna spektrum tertentu dan bergeser dengan tingkat suhu benda. Semakin tinggi suhu, panjang gelombangnya bergeser kenilai yang lebih pendek. Penjelasan ini dituliskan dengan hukum Pergeseran Wien sebagai berikut:
λ T = C
Keterangan:
C = konstanta Wien = 2,898 x 10∧-3 mK
T = temperatur mutlak benda (K)
λ = panjang gelombang yang mengakibatkan kerapatan energinya maksimum (m)
Pada tahun 1900, ilmuwan Max Planck melakukan penelitian tentang radiasi benda hitam. Max Planck mengemukakan bahwa benda hitam berbentuk pekat-pekat kecil (kuanta), bukan dalam bentuk kontinu. Hasil penelitian Planck sebagai berikut.
a. Radiasi yang dipancarkan oleh getaran-getaran molekul hanya memiliki satuan-satuan diskrit. Energi dari molekul-molekul menglami kuantisasi (terkuantisasi). Energi yang diperbolehkan pada suatu molekul disebut tingkat energi. Tingkat-tingkat energi tersebut merupakan kelipatan bilangan asli yang selanjutnya disebut bilangan kuantum. Energi molekul pada tingkat energi tertentu (En) dirumuskan sebagai berikut.
En = n h v
Keterangan:
n = 1,2,3,.... (bilangan asli yang selanjutnya disebut bilangan kuantum)
h = tetapan Planck 6,62 x 10∧-34 J/s
v = frekuensi getaran molekul-molekul
b. Kuantum (foton) adalah molekul-molekul yang mereadiasikan atau menyerap energi cahaya dalam satuan diskrit. Peristiwa tersebut dilakukan molekul dengan cara berpindah atau melompat dari satu tingkat energi ke tingkat energi yang lain. Akibatnya, energi sebuah foton karena beda energi antara dua tingkat energi yang berdekatan dapat dirumuskan sebagai berikut.
E = h v
Efek fotolistrik merupakan salah satu peristiwa yang dikemukakan oleh Albert Einstein dalam makalahnya pada tahun 1905. Efek fotolistrik adalah terlepasnya elektron dari suatu permukaan logam karena pada permukaan logam tersebut diradiasi oleh cahaya berfrekuensi tinggi.
Pada percobaan efek fotolistrik, anode dipasangi sebuah logam. Ketika logam tersebut diradiasi oleh foton, mengakibatkan elektron pada logam tersebut terlepas. Elektron yang terlepas walaupun bermatan negatif akan memiliki energi yang cukup untuk sampai ke katode. Elektron yang bergerak dari anode menuju katode membentuk arus listrik yang terukur oleh amperemeter. pada saat potensial perintang V diperbesar, elektron yang sampai di katode menurun, akibatnya arus listrik yang mengalir juga mengalami penurunan. Jika nilai V diperbesar hingga mencapai ata sama dengan nilai Vo (yang nilainya dalam satuan volt) maka tidak ada elektron yang sampai di katode sehingga tidak ada arus yang mengalir.
Besar kecilnya energi pada peristiwa efek fotolistrik bergantung pada peristiwa efek fotolistrik bergantung pada frekuensi foton yang datang dan tidak bergantung pada intensitasnya. Oleh karena itu, pada efek fotolistrik berlaku persamaan:
E = Ekmaks + Wo
Ekmaks = h v - h vo
e Vo = h v - h vo
Vo = h/e (v - vo)
Keterangan:
E = h v = energi foton
Ekmaks = energi kenetik maksimm (J)
h = tetapan Planck
Wo = h vo = energi ambang = energi foton minimal untuk melepaskan elektron (J)
v = frekuensi foton (Hz)
vo = frekuensi ambang (Hz)
Vo = potensial perintang (volt)
e = muatan elektron
Syarat terjadinya efek fotolistrik:
a. Frekuensi foton lebih besar daripada frekuensi ambang
b. Panjang gelombang foton lebih kecil daripada panjang gelombang ambang
Efek compton adalah peristiwa terhamburnya foton dan elektron yang disebabkan oleh elektron yang ditumbuk oleh foton. Foton yang terhambur kita kenal sebagai sinar X.
Semoga Bermanfaat. :-)
0 Response to "Radiasi Benda Hitam dan Gejala Kuantum"
Posting Komentar