PPPPTK IPA
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: FISIKA KUANTUM KELOMPOK KOMPETENSI I
22
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
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
LISTRIK untuk SMP
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: FISIKA KUANTUM KELOMPOK KOMPETENSI I
Modul Guru Pembelajar Mata Pelajaran Fisika SMA
23
gelombang elektromagnetik yang merambat kontinyu sebagaimana menurut Maxwell.
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
Gambar 2.3 Perbandingan grafik energi-frekuensi radiasi dari hasil eksperimen dengan grafik hasil analisis
Rayleigh-Jeans
Analisis Rayleigh-Jeans
Analisis Eksperimen
