LISTRIK untuk SMP
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: FISIKA KUANTUM KELOMPOK KOMPETENSI I
Modul Guru Pembelajar Mata Pelajaran Fisika SMA
21
Gambar 2.2 Kurva Radiasi Benda Hitam Dalam kurva tersebut juga ditunjukkan bahwa semakin rendah temperatur
benda hitam, puncak kurva akan semakin rendah dan mendekat ke daerah panjang gelombangwavelength yang lebih besar, dan sebaliknya apabila
suhutemperatur benda hitam semakin tinggi, puncak kurva akan semakin tinggi, dan lebih mendekati daerah panjang gelombangwavelength yang
lebih kecil. Puncak kurva merupakan intensitas maksimum yang dapat dicapai oleh suatu radiasi, di mana intesitas ini bergantung pada
temperatursuhu benda hitam tersebut, dan tidak bergantung pada panjang gelombang radiasi.
Dalam menganalisis radiasi spektrum yang dipancarkan benda hitam, terdapat dua pandangan yang berbeda antara teori klasik dan teori
kuantum. Analisis fisika klasik mengenai energi radiasi spektrum benda hitam
v
T
dilakukan oleh Lord Rayleigh dan James Jeans yang dikenal dengan persamaan radiasi Rayleigh-Jeans.
Sumber radiasipancaran dari benda hitam berasal dari osilator-osilator harmonik dalam rongga. Satu osilator bisa dianggap sebagai satu mode
PPPPTK IPA
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: FISIKA KUANTUM KELOMPOK KOMPETENSI I
22
getar, di mana untuk mendapatkan rapat energi osilator
T
dalam sebuah benda hitam haruslah dicari terlebih dahulu energi rata-rata
masing-masing mode getar
E
. Untuk mendapatkan nilai
E
ini, ada beberapa rumusan yang digunakan sebagai berikut.
a. Rumusan Rayleigh-Jeans
Dalam menentukan
E
, Rayleigh-Jeans menggunakan prinsip
ekipartisi energi. Dikatakan bahwa osilator memiliki 2 derajat kebebasan. Sehingga energi rata-rata masing-masing mode getar
adalah sebagai berikut.
E
=
T k
T k
x
b b
2
1 2
dengan:
b
k
= konstanta Boltzmann besarnya 1,38 10
-23
J. K
-1
T = suhu mutlak kelvin Besarnya rapat energi osilator
T
dalam sebuah benda hitam, diwujudkan oleh persamaan berikut
T
=
d c
T k
d E
V N
b 2
3
8
Persamaan ini memang benarsesuai kenyataan, tapi hanya berlaku untuk frekuensi rendah, sedangkan pada frekuensi tinggi analisis
Rayleigh-Jeans menyimpang dari hasil eksperimen, seperti
ditunjukkan pada gambar berikut, yang dikenal dengan “ultraviolet catastrophe
”, hal ini membuktikan bahwa tafsiran Rayleigh-Jeans
tentang radiasi benda hitam tidaklah benar. Ini merupakan salah satu kegagalan dari fisika klasik. Kegagalan teori klasik dalam menjelaskan
fenomena radiasi benda hitam, semata-mata disebabkan karena pandangan klasik yang mendasar tentang radiasi sebagai bentuk
gelombang elektromagnetik yang merambat kontinyu sebagaimana menurut Maxwell.
LISTRIK untuk SMP
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: FISIKA KUANTUM KELOMPOK KOMPETENSI I
Modul Guru Pembelajar Mata Pelajaran Fisika SMA
23
b. Rumusan Planck
Dalam menentukan
E
, Planck tidak menggunakan prinsip ekipartisi energi. Dia beranggapan bahwa energi yang dimiliki osilator-osilator
tersebut tidak kontinu, melainkan berharga diskrit, energi spektrum radiasi benda hitam terkuantisasi dalam paket-paket energi kuanta
yaitu merupakan kelipatan dari
h
, yaitu:
nh h
h h
E ......,
, 3
, 2
, ,
h = tetapan Planck besarnya 6,626 X 10
-34
J s
n T
k nh
T k
nh n
n T
k E
n T
k E
n
b b
b n
b n
e e
nh e
e E
E
Jika dimisalkan
T k
h
b
, maka persamaan 4 akan menjadi sebagai berikut.
n n
n n
b
e e
d d
T k
E
Gambar 2.3 Perbandingan grafik energi-frekuensi radiasi dari hasil eksperimen dengan grafik hasil analisis
Rayleigh-Jeans
Analisis Rayleigh-Jeans
Analisis Eksperimen
