Perbandingan daya radiasi lampu pertama terhadap lampu kedua:
64 81
4 3
2 400
300 2
4 2
4 2
2 2
4 2
1 2
2 1
2 1
R R
T T
R R
P P
3. Hukum Pergeseran Wien
Radiasi termal yang dipancarkan oleh suatu permukaan bahan merupakan gelombang elektromagnetik. Berdasarkan hasil eksperimen, radiasi termal itu terdiri atas
banyak panjang gelombang. Intensitas radiasi besarnya berbeda-beda untuk panjang gelombang yang berbeda. Meskipun demikian, distribusi intensitas radiasi terhadap
panjang gelombang untuk temperatur tertentu ternyata tidak bergantung pada jenis permukaan bahan. Perhatikan gambar berikut.
Pada gambar di atas, tampak bahwa untuk temperatur tertentu, ada satu harga panjang gelombang yang intensitasnya paling besar. Panjang gelombang ini kita sebut
sebagai
maks
. Jika temperatur naik, maka nilai
maks
ini mengecil. Hubungan antara
temperatur dengan
maks
dikenal sebagai hukum pergeseran Wien sebagai berikut.
maks
T C
12.3 dengan
T = temperatur mutlak benda hitam K C = tetapan pergeseran Wien = 2,90 x 10
-3
m K
4
Gambar 3.2 Distribusi intensitas radiasi terhadap panjang gelombang
CONTOH 12- 2 Hukum Pergeseran Wien
Apabila temperatur tubuh seseorang mencapai 38 C, tentukanlah daerah spektrum
gelombang elektromagnetik di mana terjadi radiasi maksimum.
Penyelesaian:
Temperatur mutlak tubuh T = 38 + 273 = 311 K Daerah spektrum ditentukan berdasarkan panjang gelombang yang dapat dihitung dengan
rumus pergeseran Wien.
3
10 898
, 2
x
T
m
m m
x x
T x
m
348 ,
9 10
348 ,
9 311
10 898
, 2
10 898
, 2
6 3
3
Panjang gelombang dengan orde mikro berada pada daerah inframerah. Jadi, tubuh manusia cenderung meradiasikan gelombang inframerah.
4. Teori Rayleigh-Jeans Tentang Spektrum Radiasi Benda Hitam
Sekarang kita akan membahas distribusi intensitas pada temperatur tertentu. Eksperimen menunjukkan bahwa distribusi intensitas tersebut tidak bergantung pada
jenis bahan. Bagaimanakah cara menjelaskan distribusi intensitas radiasi termal yang demikian itu?
Pada tahun 1900, Rayleigh-Jeans mengemukakan teorinya yang berlandaskan teori fisika klasik mengenai cahaya sebagai berikut. Tinjaulah suatu model benda yang
berupa suatu rongga tertutup. Radiasi termal dipantulkan oleh dinding-dinding rongga dan membentuk gelombang-gelombang berdiri. Gelombang berdiri yang dapat terjadi
bersesuaian dengan ukuran rongga. Ukuran rongga membatasi gelombang berdiri yang dapat terjadi di dalamnya. Setiap tepi dalam rongga akan menjadi tempat simpul bagi
gelombang-gelombang berdiri. Perhatikan gambar berikut. Pada gambar tersebut ditunjukkan beberapa gelombang berdiri yang dapat terjadi. Dari tiga contoh gelombang
berdiri pada gambar,tampak panjang gelombangnya berlainan semua. Dengan uraian ini, berarti ada sangat banyak gelombang berdiri yang dapat terjadi dalam rongga. Keadaan
gelombang berdiri dengan satu panjang gelombang tertentu disebut satu moda vibrasi.
5
Intensitas radiasi yang dipancarkan oleh lubang dalam model benda hitam sebanding dengan intensitas energi radiasi dari gelombang-gelombang berdiri dalam
rongga. Menurut teori fisika klasik dan menurut prinsip ekuipartisi energi, setiap moda vibrasi mempunyai energi termal rata-rata sebesar kT k adalah konstanta Boltzmann, k =
1,381 x 10
-23
JK, dan T adalah temperatur dalam satuan Kelvin. Berdasarkan itu, kemudian dihitung distribusi
intensitas radiasi termal. Perhitungan yang dilakukan oleh Rayleigh-Jeans ternyata tidak sepenuhnya sesuai
dengan data eksperimen. Kesesuaian dengan data hanya pada daerah panjang gelombang
lebih besar dari 50 mikrometer. Untuk daerah panjang gelombang
yang kecil di sekitar sinar ultraviolet ternyata perhitungan Rayleigh-Jeans tidak sesuai dengan data
eksperimen.
Ketidaksesuaian teori fisika klasik ini disebut bencana ultra-violet ultraviolet catastrophe. Pada daerah ultraviolet ini, menurut perhitungan Rayleigh-Jeans intensitas
radiasi sangat besar, menuju tidak hingga. Secara kualitatif, kegagalan teori fisika klasik dapat dipahami. Setiap moda vibrasi mempunyai energi termal rata-rata kT. Tetapi,
dengan uraian sebelumnya, moda vibrasi yang dapat terjadi bisa ada banyak sekali. 6
Gambar 3.4 Perbandingan teori Wien dan teori
Rayleigh-Jeans dengan teori Planck yang memenuhi data percobaan
Berarti menurut teori fisika klasik radiasinya dapat menjadi tidak terhingga jumlahnya. Hal ini berarti juga energi radiasinya dapat menjadi tidak terhingga besarnya.
5. Teori Planck
