Hukum Pergeseran Wien Radiasi Benda Hitam

Fisika SMAMA XII 222 Panjang Gelombang Intensitas O mak 3 O mak 2 O mak 1 T 1 T 2 T 3 Gambar 7.2 Pergeseran Wien untuk Spektrum radiasi benda hitam. tinggi suhunya semakin besar frekuensi gelombang elektro- magnetik yang dipancarkan benda tersebut dan semakin lengkap gelombang elektromagnetik yang dipancarkan. Spektrum radiasi benda hitam lihat Gambar 7.2 merupakan gambaran dari gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh benda hitam. Seorang fisikawan dari bangsa Jerman, berhasil menemukan suatu hubungan empiris sederhana bahwa radiasi benda hitam selalu terdapat panjang gelombang yang membawa energi paling besar intensitas maksimum, dan panjang gelombang yang membawa intensitas paling besar maksimum selalu bergeser terus ke arah panjang gelombang lebih kecil ketika suhu benda tersebut bertambah. Pernyataan ini dikenal dengan hukum pergeseran Wien yang dirumuskan: O max . T = C .... 7.2 dengan O max = panjang gelombang yang mem- bawa energi maksimum T = suhu benda K C = konstanta Wien = 2,898×10 -3 mK Contoh Soal Suatu benda memancarkan radiasi pada suhu 727 o C. Tentukan berapa panjang gelombang yang membawa energi radiasi maksimum? C = 2,898 .10 -3 mK Penyelesaian : Diketahui : T = 727 o C = 727 + 273 K = 1000 K C = 2,898 x 10 -3 mK Ditanyakan : O = ...? Jawab : O . T = C O = = 2,898.10 -6 m 223 Fisika SMAMA XII Soal Latihan : 1. Sebuah filamen lampu pijar menyala pada suhu 1.227 o C, tentukan berapa panjang gelombang yang membawa energi radiasi maksimumnya? 2. Intensitas radiasi maksimum dari spektrum cahaya matahari terjadi pada panjang gelombang 475 nm. Berapakah suhu permukaan matahari ? C = 2,90.10 -3 mK

2. Teori Klasik dan Teori Kuantum Planck

Beberapa teori yang mencoba untuk menjelaskan tentang radiasi benda hitam, yaitu teori yang dikemukaan oleh Wilhelm Wien dan teori yang dikemukakan oleh Lord Rayleigh serta James Jeans pada akhir abad 19 yang menerangkan radiasi benda hitam mengunakan teori gelombang klasik. Hal tersebut dikarenakan pada saat itu telah mengenal bahwa energi radiasi benda hitam diperoleh dari energi getaran atom yang dipancar- kan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Akan tetapi pada saat itu mengganggap bahwa energi yang dipancarkan secara kontinu. Teori yang dikemukakan Wien hanya cocok untuk menjelaskan radiasi benda hitam pada daerah panjang gelombang pendek, tetapi tidak cocok untuk daerah panjang gelombang panjang. Sebaliknya teori Rayleigh – Jeans ternyata dapat menjelaskan radiasi benda hitam pada daerah panjang gelombang panjang tetapi gagal untuk menjelaskan pada panjang gelombang pendek. Akhirnya penjelasan yang di- kemukakan oleh Max Planck yang sesuai dengan hasil spektrum radiasi benda hitam. Pada akhir tahun 1900 Max Planck mengemukakan pendapat- nya yang sangat radikal karena apa yang dikemukakan Planck sangat ber- tentangan dengan pendapat saat itu. Menurut Max Planck bahwa energi radiasi benda hitam dipancarkan tidak secara kontinu tetapi secara diskontinu, yaitu pancaran radiasi benda hitam dipancarkan dalam bentuk paket-paket energi yang disebut kuanta atau kemudian lebih dikenal dengan sebutan foton. Selanjutnya Max Planck mengemukakan rumus emperis- nya untuk mendukung pendapatnya dengan mengemukakan asumsi yang menyatakan bahwa : Gambar 7.3 Tingkat-tingkat energi atom Fisika SMAMA XII 224 a. Energi radiasi yang dipancarkan oleh getaran atom-atom benda hitam berbentuk diskret diskontinu yaitu berupa paket energi yang besarnya : E = n h f .... 7.3 Dengan n adalah bilangan kuantum dan f adalah fre- kuensi getaran atom, dan h adalah konstanta Planck yang besarnya 6,625 x 10 -34 Joule sekon. Karena energinya diskret maka dikatakan energinya terkuantisasi atau tereksitasi, di mana energi yang boleh diperkenankan adalah untuk n = 1, 2, 3, ... yang kemudian dikenal sebagai tingkat-tingkat energi atom. b. Molekul-molekul atau atom-atom akan memancarkan atau menyerap energi dalam bentuk paket-paket energi diskret yang disebut kuantum atau foton. Setiap foton memiliki energi sebesar hf. Jika suatu atom menyerap 1 foton, energinya bertambah sebesar hf dan sebaliknya jika memancarkan satu foton energinya akan berkurang sebesar hf. Gambar 7.3 menggambarkan tingkat- tingkat energi atom atau molekul. Gagasan Max Planck baru menyangkut permukaan benda hitam saja. Kemudian Albert Einstein memperluasnya menjadi lebih luas yang dengan menggunakan teori kuantum, bahwa cahaya merupakan pancaran paket-paket energi yang disebut foton. Teori-teori yang dikemukakan sebelum tahun 1900 sering disebut dengan fisika klasik, sedang teori setelah tahun 1900 yang dengan diawali teori kuantum Planck ini disebut fisika modern. Contoh Soal Hitunglah energi foton dari gelombang cahaya yang memiliki frekuensi 5.10 14 Hz h = 6,62.10 -34 Js , 1 eV = 1,6 .10 -19 Joule dan 1 Joule = eV Penyelesaian : Diketahui : h = 6,62 x 10 -34 Js f = 5 x 10 14 Hz Ditanyakan : E = ...? Jawab : E = hf = 6,62 x 10 -34 x 5 x 10 14 = 33,1 x 10 -19 Joule atau E = eV = 20,69 eV