RADIASI BENDA HITAM
Mekanika klasik (Newton, Lagrange,
Hamilton) sukses menjelaskan gerak dinamis benda-benda makroskopis. Cahaya
sebagai gelombang (Fresnel, Maxwell, Hertz) sangat berhasil menjelaskan
sifat-sifat cahaya.
Pada akhir abad 19, teori-teori klasik
di atas tidak mampu memberikan penjelasan yang memuaskan bagi sejumlah fenomena
“berskala-kecil” seperti sifat radiasi dan interaksi radiasi-materi. Akibatnya,
dasar-dasar fisika yang ada secara radikal diteliti-ulang lagi, dan dalam
perempat pertama abad 20 muncul berbagai pengembangan teori seperti relativitas
dan mekanika kuantum.
Teori kuantum diawali oleh fenomena radiasi benda
hitam. Istilah “benda hitam” pertama kali diperkenalkan oleh Gustav Robert
Kirchhoff pada tahun 1862. Dalam Fisika, benda hitam (atau blackbody) adalah
sebutan untuk benda yang mampu menyerap kalor radiasi (radiasi termal) dengan
baik. Radiasi termal yang diserap akan dipancarkan kembali oleh benda hitam
dalam bentuk radiasi gelombang elektromagnetik, sama seperti gelombang radio
ataupun gelombang cahaya. Untuk zat padat dan cair, radiasi gelombangnya berupa
spektrum kontinu, dan untuk gas berupa spektrum garis. Meskipun demikian,
sebenarnya secara teori dalam Fisika klasik, benda hitam memancarkan setiap
panjang gelombang energi yang mungkin agar supaya energi dari benda tersebut
dapat diukur. Temperatur benda hitam itu sendiri berpengaruh terhadap jumlah
dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya. Benda hitam bersuhu di
bawah 700 Kelvin dapat memancarkan hampir semua energi termal dalam bentuk
gelombang inframerah, sehingga sangat sedikit panjang gelombang cahaya tampak.
Jadi, semakin tinggi suhu benda hitam, semakin banyak energi yang dapat
dipancarkan dengan pancaran radiasi dimulai dari panjang gelombang merah,
jingga, kuning hingga putih.
Meskipun namanya benda hitam, objek
tersebut tidak harus selalu berwarna hitam. Sebuah benda hitam dapat mempunyai
cahayanya sendiri sehingga warnanya bisa lebih terang, walaupun benda itu
menyerap semua cahaya yang datang padanya. Sedangkan temperatur dari benda
hitam itu sendiri berpengaruh terhadap jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik
yang dipancarkannya.
A. Radiasi
Benda Hitam
Dalam
fisika, benda hitam (bahasa ingris black
body) adalah obyek yang menyerap seluru radiasi elektromagnetik yang jatuh
padanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya. Namun, dalam
fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga memancarkan seluruh
panjang glombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah energi bendda
itu dapat diukur.
Sinar yang masuk pada dinding
berongga dengan lubang kecil sinar akan dipantulkan intensitasnya selalu
berkurang ( karena sebagian senar diserap dinding ) sampai suatu saat energinya
kecil sekali ( hampir nol ). Jadi dapat dikatakan bahwa sinar yang mengenai
lubang ini dinamakan benda hitam. Semakain kecil lubang semakin mirip
dengan benda hitam sempurna ( karena semakin sedikit keluarnya sinar tersebut
).
Pada saat benda hitam dipanaskan
atau benda beronga dipanaskan minsalnya T maka dinding disekeliling
rongga akan memancarkan radiasi dan memantulakn sebagian radiasi yang datang
(dan menyerap sisanya). Peristiwa penyerapan dan pemancaran olleh taip-tiap
begian dinding berongga akan berlansung terus-menerus sehingga terjadi kesetimbangan
termal. Pada keadaan seimbang termal suhu bagian dinding yang sudah sama besar
sehingga radiasi yang dipancarkan sama dengan energi yang diserapnya, dalam
keadaan ini dalam rongga dipenuhi oleh gelombang-gelombang yang
dipancarkan olh taip titik pada dinding rongga. Radiasi dalam rongga ini
bersifat uniform. Jika dinding ongga diberisebuah lubang maka radiasi ini akan
keluar dari lubang, radiasi yang keluar ini dianggap sebagai radiasi benda
hitam.
Gambar 1.1
kotak dicat putih tetapi ketika kotak ditutup, lubang
kotak tampak hitam pada siang hari. Mengapa demikian? Ketika radiasi dari
cahaya matahari memasuki lubang kotak, radiasi dipantulkan berulang–ulang
(beberapa kali) oleh dinding kotak dan setelah pemantulan ini hamoir dapat
dikatakan tidak ada lagi radiasi yang tersisa (ssemua radiasi telah diserap di
dalam kotak)dengan kata lain , lubang telah berfungsi menyerap semua radiasi
yang dating padanya. Akibatnya benda tampak hitam.
Benda-hitam: penyerap semua radiasi
elektromagnet yang mengenainya, atau pengemisi semua radiasi elektromagnet yang
dimiliknya. Berdasarkan termodinamika, distribusi panjang gelombang spektrumnya
hanya bergantung pada temperatur tidak pada jenis bahan benda-hitam.
BENDA HITAM DIMODELKAN LUBANG KECIL DIDINDING RUANG KOSONG
YANG GELAP
Gambar
Radiasi Benda Hitam
Sebagian
besar energi radiasi yang masuk melalui lubang ini akan diserap oleh
dinding-dinding bagian dalam. Dari sebagian yang terpantul hanya sebagian kecil
yang dapat keluar lewat lubang tersebut. Jadi dapat dianggap bahwa lubang ini
berfungsi sebagai penyerap yang sempurna. Benda hitam ini akan memancarkan
radiasi lebih banyak jika bendanya memiliki suhu tinggi. Spektrum benda hitam
panas mempunyai puncak frekuensi lebih tinggi daripada puncak spektrum benda
hitam yang lebih dingin. Radiasi yang
keluar ini dianggap sebagai radiasi benda hitam. Ketika benda berongga
dipanaskan, elektron - elektron atau molekul - molekul pada dinding rongga akan
mendapatkan tambahan energi sehingga bergerak dipercepat. Menurut teori
elektromagnetik muatan yang akan dipercepat akan memancarkan radiasi. Radiasi
inilah yang disebut sebagai sumber radiasi benda hitam.
a. Model Rongga yang berlubang dipanaskan
b. Bentuk Spektrum
yang dihasilkan
Lubang kecil pada dinding rongga dianggap sebagai
benda hitam
· Suatu
lubang kecil pada sebuah dinding berongga dapat dianggap sebagai benda hitam.
Padawaktu suatu benda berongga dipanaskan, misalnya pada suhu T maka dinding
sekeliling rongga akan memancarkan radiasi dan memantulkan sebagian radiasi
yang datang (menyerap sisanya). Peristiwa penyerapan dan pemancaran oleh
tiap-tiap bagian dinding berongga akan berlangsung terus-menerus hingga terjadi
kesetimbangan termal. Pada keadaan setimbang suhu tiap bagian dinding sudah
sama besar sehingga radiasi yang dipancarkannya samadengan energi yang
diserapnya.
Radiasi yang terkumpul dalam rongga berupa gelombang
elektromagnet
· Dalam
keadaan ini rongga dipenuhi gelombang-gelombang yang dipancarkan oleh tiap-tiap
titik pada dinding rongga. Radiasi dalam rongga ini bersifat uniform. Jika
dinding rongga diberi sebuah lubang maka radiasi ini akan cari titik keluar
dari lubang. Radiasi yang keluar ini dianggap sebagai radiasi benda hitam.
Ketika benda berongga dipanaskan, elektron-elektron atau molekul-molekul pada
dinding rongga akan mendapatkan tambahan energi sehingga electron bergerak
dipercepat. Menurut teori elektromagnetik muatan yang akan dipercepat akan
memancarkan radiasi. Radiasi inilah yang disebut sebagai sumber radiasi benda
hitam
B. Hukum –
Hukum Pada Benda Hitam
1.
Hukum
Stefan-Boltzman
Pada tahun 1859, Gustav Kirchoff
membuktikan suatu teorema yang sama pentingnya dengan teorema rangkaian listrik
tertutupnya ketika ia menunjukkan argumenj berdasarkan pada termodinamika bahwa
setiap benda dalam keadaan kesetimbangan termal dengan radiasi daya yang
dipancarkan adalah sebanding dengan daya yang diserapnya. Untuk benda hitam,
teorema kirchoff dinyatakan oleh (8-1)
Gambar 8-1
Dengan J (f,T) adalah suatu fungsi
universal (sama untuk semua benda) yang bergantung hanya pada f , frekuensi
cahaya, dan T, suhu mutlak benda. Persaman (8-1) menunjukkan bahwa daya yang
dipancarkan persatuan luas persatuan frekuensi oleh suatu benda hitam
bergantung hanya pada suhu dan frekuensi cahaya dan tidak bergantung pada sifat
fisika dan kimia yang menyusun benda hitam, dan ini sesuai dengan hasil
pengamatan. Perkembangan selanjutnya untuk memahami karakter universal dari
radiasi benda hitam datang dari ahli fisika Austria, Josef Stefan (1835-1893)
pada tahun 1879. Ia mendapatkan secara eksperimen bahwa daya total persatuan
luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh suatu benda hitam panas, Itotal
(intensitas radiasi total), adalah sebanding dengan pangkat empat dari suhu
mutlaknya. Karena itu, bentuk persamaan empiris hukum Stefan ditulis sebagai
berikut :
Gambar 8-2
Ket :
Itot = intensitas (daya persatuan luas) radiasi
pada permukaan benda hitam pada esmua frekuensi.
Rf = intensitas radiasi persatuan frekuensi yang dipancarkan oleh benda
hitam.
T = suhu mutalak benda.
σ = tetapan Stefan-Boltzmann, yaitu _ = 5,67 × 10-8 W m-2 K-4.
untuk benda panas yang bukan benda hitam akan memenuhi
hukum yang sama hanya diberi tambahan koefisien emisivitas, e, yang lebih kecil
dari 1:
Gambar 8-3
Ket :
P
: Daya radiasi/energi kalor tiap sekon (W/m2)
Q :
kalor/panas yang diradiasikan (kalori)1 Kal = 4,2 Joule
e
: emisitas, nilai e® 0 ≤e≤ 1
s
: 5,67 x 10-8 Wm-2K-4
A :
luas permukaan benda (m2)
T4
: Suhu Mutlak (K-4)
W :
Energi radiasi kalor (joule)
T
:waktu selama benda meradiasai (sekon)
Lima tahun kemudian konfirmasi
mengesankan dari teori gelombang elektromagnetik cahaya diperoleh ketika
Boltzmann menurunkan hukum Stefan dari gabungan termodinamika dan
persamaan-persamaan Maxwell. Karena itu persamaan (8-3) dikenal
juga sebagai hukum Stefan-Boltzmann.
2. Hukum Wien
Hukum Pergeseran Wien jika benda padat dipanaskan
samapai suhu yang sangat tinggi, benda akan tampak memijar dan gelombang
elektromegnitik yang dipancarkan berada pada spektrum cahaya tampak. Jika benda
terus dipanaskan, intensitas relatif dari spektrum cahaya yan dipancarkna
berubah-ubah. Gejalah pergeseran nilai panjang gelombang meksimum dengan
berkurangnya suhu disebut pergeseran Wien. Bila suhu benda terus ditingkatkan,
intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkan berubah. Ini
menyebabkan dalam warna-warna spektrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk
menaksir suhu suatu benda yang digambarkan pada grafik berikut.
Pada gambar disaming menunjukkan hubungan antara
benda dan panjang gelombang yang dipancarkan, pada spektrum cahaya tampak warna
mempunyai frekuensi terendah, sedangkan cahaya ungu mempunyai frekuensi
tertinggi
Perubahan warna pada benda
menunjukkan perubahan intensitas radiasi benda. Jika suhu benda
berubah, maka intensitas benda akan berubah atau terjadi pergeseran. Pergeseran
ini digunakan untuk memperkirakan suhu suatu benda. Untuk lebih jelas
melihat pergeseran
intensitas benda kita menyebutnya Pergeseran Wien terhadap panjang gelombang benda.
·
Hukum Wien menyatakan bahwa makin tinggi temperatur
suatu benda hitam, makin pendek panjang gelombangnya.
·
Hal ini dapat digunakan untuk menerangkan gejala bahwa
bintang yang temperaturnya tinggi akan tampak berwarna biru, sedangkan yang
temperaturnya rendah tampak berwarna merah.
·
Energi pancaran tiap panjang gelombang semakin besar,
jika suhu semakin tinggi, sedangkan energi maximalnya bergeser kearah gelombang
yang panjang gelombangnya kecil, atau ke frekwensi besar.
Gambar (2)
Wien
mempelajari hubungan antara suhu dan panjang gelombang pada intensitas
maksimum. Perhatikan gambar (2) di samping! Puncak-puncak kurva pada grafik (2)
menunjukkan intensitas radiasi pada tiap-tiap suhu. Dari gambar (2) tampak
bahwa puncak kurva bergeser ke arah panjang gelombang yang pendek jika suhu
semakin tinggi. Panjang gelombang pada intensitas maksimum ini disebut sebagai panjang
gelombang maks.
Gambar (3) kurva kenaikan tempratur benda hitam
Dari kurva di atas, terbaca bahwa
dengan naiknya temperatur benda hitam, puncak-puncak spektrum akan bergeser ke arah
panjang gelombang yang semakin kecil (gambar
3a) atau puncak-puncak spektrum akan bergeser ke arah frekuensi yang semakin
besar (gambar 3b). Melalui persamaan yang dikembangkan Wien maupun menjelaskan
ditribusi intensitas untuk panjang gelombang pendek, namun gagal untuk
menjelaskan penjanggelombang panjang. Hal itu menunjukan bahwa radiasi
elektromaknetik tidak dapat dianggap sederhana seperti proses termodinamika.
Teori ini selanjutnya dikembangkan
oleh Reyleigh dan Jeans yang berlaku untuk panjang gelombang yang lebih
panjang. Menurut teori medan listrik-magnet, gelombang.
3. Teori
Rayleigh-Jeans
Lord Rayleigh dan James Jeans
mengusulkan suatu model sederhana untuk menerangkan bentuk spektrum radiasi
benda hitam. Mereka menganggap bahwa molekul atau muatan di permukaan dinding
benda berongga dihubungkan oleh semacam pegas. Ketika suhu benda dinaikkan,
muatan-muatan tersebut mendapatkan energi kinetiknya untuk bergetar. Dengan
bergetar berarti kecepatan muatan berubah-ubah (positif - nol - negatif - nol -
positif, dan seterusnya.
Melalui model di atas, Rayleigh dan
Jeans menurunkan rumus distribusi intensitas, yang jika digambarkan grafiknya
maka model yang diusulkan oleh Rayleigh dan Jeans berhasil menerangkan spektrum
radiasi benda hitam pada panjang gelombang yang besar, namun gagal untuk
panjang gelombang yang kecil.Rayleigh-Jeans
mengasumsikan dinding rongga berupa konduktor, yang jika dipanaskan
elektron-elektron pada dinding rongga akan tereksitasi secara thermal sehingga
berosilasi. Berdasarkan teori Maxwell, osilasi elektron ini menghasilkan
radiasi elektromagnet. Radiasi ini akan terkurung di dalam rongga dalam bentuk
gelombang-gelombang tegak., maka di dinding rongga terjadi simpul-simpul
gelombang, karena dinding rongga berupa konduktor.
1.
Bintang sebagai Benda Hitam
Bintang dapat dianggap sebagai benda
hitam, oleh karenaitu semua hukum-hukum yang berlaku pada benda hitam, berlaku
juga untuk bintang.
Sifat benda hitam antara lain :
1) pada
kesetimbangan termal, temperatur benda hanya ditentukan oleh jumlah energi yang
diserapnya per detik;
2) benda hitam
tidak memancarkan radiasi pada seluruh gelombang elektromagnetik dengan
intensitas yang sama (ada yang dominan meradiasikan gelombang elektromagnetik
pada daerah biru dengan intensitas yang lebih besar dibandingkan gelombang
elektromagnetik pada panjang gelombang lainnya. Konsekuensinya, benda tersebut
akan nampak biru).
Panjang
gelombang yang dipancarkan dengan intensitas maksimum (λmaks) oleh sebuah benda
hitam dengan temperatur T Kelvin adalah :
λmaks = 0,2898/ T
(λmaks dinyatakan dalam cm dan T dalam Kelvin)
Persamaan di
atas disebut dengan Hukum Wien.
·
Hukum ini menyatakan bahwa makin tinggi temperatur,
maka makin pendek panjang gelombangnya
·
Hukum ini dapat digunakan untuk menerangkan gejalan
bahwa bintang yang temperaturnya tinggi akan tampak berwarna biru sedangkan
yang temperaturnya rendah akan tampak berwarna merah.
a.
Fluks
pancaran
1.
Fluks Pancaran
Kuantitas
yang pertama kali langsung dapat ditentukan dari pengamatan sebuah bintang
adalah fluks pancarannya, yaitu jumlah cahaya atau energi yang diterima
permukaan kolektor (mata atau teleskop) per satuan luas per satuan waktu.
Biasanya dinyatakan dalam satuan watt per cm2 (satuan internasional) atau erg
per detik per cm2 (satuan cgs).
Besarnya fluks energi yang dipancarkan sebuah benda
hitam (F) dengan temperatur T Kelvin adalah :
F = σT4
(σ : konstanta Stefan-Boltzman :
5,67 x 10^-8 Watt/m2K4)
Sedangkan total energi per waktu /
daya yang dipancarkan sebuah benda hitam
dengan luas permukaan pemancar A dan temperatur T
Kelvin disebut dengan Luminositas. Besarnya luminositas (L) dihitung dengan
persamaan :
L = A σT4
Untuk bintang, bintang dianggap
berbentuk bola sempurna sehingga luas
pemancar radiasinya (A) adalah 4πR2
; dengan R menyatakan radius bintang.
Jadi, luminositas bintang (L) adalah
:
L = 4πR2 σT4
Benda hitam memancarkan radiasinya
ke segala arah. Kita bisa menganggap
pancaran radiasi tersebut menembus
permukaan berbentuk bola dengan radius
d dengan fluks energi yang sama,
yaitu E. Besarnya E :
E = L/(4πd2)
Fluks energi inilah yang diterima
oleh pengamat dari bintang yang berada pada
jarak d dari pengamat. Oleh karena
itu, fluks energi ini sering disebut fluks
energi yang diterima pengamat.
(Perhatian : bedakan antara besaran E dan F).
2. Intensitas
Radiasi Benda Hitam
Radiasi benda hitam adalah radiasi
elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Radiasi ini
menjangkau seluruh daerah panjang gelombang. Distribusi energi pada daerah
panjang gelombang ini memiliki ciri khusus, yaitu suatu nilai maksimum pada
panjang gelombang tertentu. Letak nilai maksimum tergantung pada temperatur, yang
akan bergeser ke arah panjang gelombang pendek seiring dengan meningkatnya
temperatur. Pada tahun 1879 seorang ahli fisika dari Austria, Josef Stefan
melakukan eksperimen untuk mengetahui karakter universal dari radiasi benda
hitam. Ia menemukan bahwa daya total per satuan luas yang dipancarkan pada
semua frekuensi oleh suatu benda hitam panas (intensitas total) adalah
sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Sehingga dapat dirumuskan:
I total = σ . T4 .......................................................
(1)
dengan I
menyatakan intensitas radiasi pada permukaan benda hitam pada semua frekuensi,
T adalah suhu mutlak benda, dan σ adalah tetapan Stefan
Boltzman, yang bernilai 5,67 × 10-8 Wm-2K-4.
Untuk kasus
benda panas yang bukan benda hitam, akan memenuhi hukum yang sama, hanya diberi
tambahan koefisien emisivitas yang lebih kecil daripada 1 sehingga:
I total = e.σ.T4 ............................................................
(2)
Intensitas
merupakan daya per satuan luas, maka persamaan (2) dapat ditulis sebagai:
P/A = = e. σ. T4 ......................................................
(3)
dengan:
P = daya radiasi (W)
A = luas permukaan benda (m2)
e = koefisien emisivitas
T = suhu mutlak (K)
Beberapa tahun
kemudian, berdasarkan teori gelombang elektromagnetik cahaya, Ludwig Boltzmann
(1844 - 1906) secara teoritis menurunkan hukum yang diungkapkan oleh Joseph
Stefan (1853 - 1893) dari gabungan termodinamika dan persamaan-persamaan
Maxwell. Oleh karena itu, persamaan (2) dikenal juga sebagai Hukum Stefan-
Boltzmann, yang berbunyi:
“Jumlah
energi yang dipancarkan per satuan permukaan sebuah benda hitam dalam satuan
waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur termodinamikanya”.
4.
Teori Planck Radiasi Benda Hitam
Pada tahun 1900, fisikawan Jerman,
Max Planck, mengumumkan bahwa dengan membuat suatu modifikasi khusus dalam
perhitungan klasik dia dapat menjabarkan fungsi P (λ,T) yang sesuai dengan data
percobaan pada seluruh panjang gelombang. Hukum radiasi Planck menunjukkan
distribusi (penyebaran) energi yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Hukum
ini memperkenalkan gagasan baru dalam ilmu fisika, yaitu bahwa energi merupakan
suatu besaran yang dipancarkan oleh sebuah benda dalam bentuk paketpaket kecil
terputus-putus, bukan dalam bentuk pancaran molar. Paket-paket kecil ini
disebut kuanta dan hukum ini kemudian menjadi dasar teori kuantum.
Rumus Planck menyatakan energi per satuan waktu pada
frekuensi v per satuan selang frekuensi per satuan sudut tiga dimensi yang
dipancarkan pada sebuah kerucut tak terhingga kecilnya dari sebuah elemen
permukaan benda hitam, dengan satuan luas dalam proyeksi tegak lurus terhadap
sumbu kerucut.
Pernyataan untuk intensitas jenis monokromatik Iv
adalah:
Iv = 2hc-2v3/(exp
(hv/kT) –1) ....................................... (2)
dengan h merupakan tetapan Planck, c adalah laju cahaya, k adalah tetapan
Boltzmann, dan T adalah temperatur termodinamik benda hitam.
Intensitas juga dapat dinyatakan dalam bentuk energi yang dipancarkan pada
panjang gelombang λ per satuan selang panjang gelombang. Pernyataan ini dapat
dituliskan dalam bentuk:
Rumus Planck dibatasi oleh dua hal penting berikut ini.
1.
Untuk frekuensi rendah v << (kT/h), dan panjang
gelombang yang panjang λ >> (hc/kT), maka akan berlaku rumus
Rayleigh-Jeans.
Iv = 2.c-2.v2.k.T
Atau
Iλ = 2.c.λ-4 .k.T
Pada
persamaan tersebut tidak mengandung tetapan Planck, dan dapat diturunkan secara
klasik dan tidak berlaku untuk frekuensi tinggi, seperti energi tinggi, karena
sifat kuantum foton harus pula diperhitungkan.
2.
Pada frekuensi tinggi v >> (kT/h), dan pada
panjang gelombang yang pendek λ << (hc/kT), maka akan berlaku rumus Wien:
Iv = 2.h.c-2v3exp (-hv/kT)
Atau
Iλ = 2.h.c2. λ−5 exp (-hv/λkT)
Max Planck
menyatakan dua anggapan mengenai energi radiasi sebuah benda hitam.
a.
Pancaran energi radiasi yang dihasilkan oleh getaran
molekul-molekul benda dinyatakan oleh:
E = n.h.v
........................................................ (4)
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.
b. Energi
radiasi diserap dan dipancarkan oleh molekul-molekul secara diskret yang
disebut kuanta atau foton. Energi radiasi ini terkuantisasi, di mana energi
untuk satu foton adalah:
E = h.v
........................................................ (5)
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.
Planck belum dapat menyesuaikan
konstanta h ini ke dalam fisika klasik, hingga Einstein menggunakan gagasan
serupa untuk menjelaskan efek fotolistrik.
5.
Hukum Rayleigh
JeansTeori ini dikemukakan oleh Lord Rayleigh dan Sir James Jeans,menurut
teori ini muat- muatan di sekitar dinding benda
beronggadihubungkan oleh semacam pegas. Ketika suhu benda
dinaikkan, padamuatan timbul energi kinetik sehingga muatan bergetar. Akibat
getarantersebut, kecepatan muatan berubah-ubah, atau dengan kata lainsetiap
saat muatan selalu mendapatkan percepatan. Muatan yangdipercepat inilah
yang yang menimbulkan radiasi.Melalui penelitian yang dibuatnya, Rayleigh
dan Jeans berhasilmenurunkan rumus distribusi intensitas, yang
digambarkan grafiknyamaka model yang diusulkan oleh Rayleigh dan Jeans
berhasilmenerangkan spektrum radiasi benda hitam pada panjang
gelombangyang besar, namun gagal untuk panjang gelombang yang kecil.
Kesimpulan
Benda hitam didefinisikan sebagai
benda yang akan menyerap seluruhradiasi yang jatuh ke dirinya (tidak ada yang
dipantulkan). Radiasi benda hitam berasal dari ketika benda berongga
dipanaskan dan kemudian menyerap danmemantulkan radiasi. Radiasi ini
berlangsung terus menerus hingga mencapaikeseimbangan termal, radiasi
ini disebut radiasi benda hitam.Ada beberapa Hukum dan Teori yang
menjelaskan tentang radiasi bendahitam, seperti sebagai berikut:
Hukum Stefan Boltzmann, yang menyatakan bahwa walaupun
suhu benda sama, benda akan tetap memancarkan gelombangelektromagnetik
dengan berbagai macam gelombang. Total radiasimeningkat secara
tajam dari pada peningkatan suhu benda. Secaramatematis besar radiasi yang
memancar dari sebuah benda sebandingdengan pangkat empat dari suhunya.
Hukum
Pergeseran Wien, yang menyatakan bahwa jika benda
padatdipanaskan sampaisuhu yang sangat tinggi, benda
akan tampakmemijar dan gelombang elektromagnetik yang
dipancarkan berada pada spektrum cahaya tampak. Jika benda terus
dipanaskan, intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkan
berubah-ubah.
Teori Planck yang mempunyai dua kesimpulan
yaitu yang pertama,Sebuah osilator tidak dapat mempunyai energi, tetapi
hanya energi-energi yang diberikan. Sedangkan yang kedua, Osilator- osilator
tidak meradiasikan energi secara kontinu, tetapi hanya dalam
“loncatan-loncatan” atau kuanta (quanta).
Hukum Rayleigh James, yaitu ini
muatan muatan di sekitardinding benda berongga dihubungkan
oleh semacam pegas. Ketikasuhu benda dinaikkan, pada muatan
timbul energi kinetik sehinggamuatan bergetar, dan getaran tersebut menimbulkan
percepatan yangselanjutnya menimbulkan radiasi.
Rayleigh dan
Jeans meramalkan bahwa benda hitam ideal pada kesetimbangan termal akan
memancarkan radiasi dengan daya tak terhingga. Akan tetapi, ramalan Rayleigh
dan Jeans tidak terbukti secara eksperimental. Ramalan ini dikenal sebagai
bencana ultraungu. Ilmuwan lain yang mempelajari spektrum radiasi benda
hitam adalah Wilhelm Wien.
DAFTAR
PUSTAKA
A. J. Pointon. 1967. An Introduction to
Statistical Physics for Students. First Print.Budiyanto, Joko. 2009.
Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII.
Jakarta: Pusat PerbukuanDepartemen Pendidikan Nasional.Kanginan, Marthen.2007.
Fisika Untuk Sma Kelas XII .
Jakarta : Erlangga
M. Ali Yaz. 2007. Fisika 3. Yogyakarta :
Yudhistira
Oxtoby,
Gillis, Nachtrieb. 2003. Prinsip – Prinsip Kimia
Modern Edisi Keempat Jilid Dua.Jakarta : Airlangga
Surya,
Yohannes. 2009. Fisika Modern. Tangerang : Kandel
Chang,
Raymond. 2009. Kimia Dasar Edisi Ketiga Jilid Satu. Jakarta :
Airlangg
-_- Keren Pak !
ReplyDeletethx gan (y)
ReplyDeletemaksih
ReplyDelete