Bahan Fisika IPA
PERUMUSAN RAYLEIGH DAN JEANS
TEORI DAN HIPOTESIS PLANCK
APLIKASI RADIASI BENDA HITAM
CINDY DAN MATHILDA
PERUMUSAN RAYLEIGH DAN JEANS
Teori Rayleigh-Jeans
Reyleigh dan Jeans menggunakan
pendekatan fisika klasik untuk
menjelaskan spektrum benda hitam,
karena pada masa itu fisika kuantum
belum diketahui.
Mereka meninjau radiasi dalam
rongga bertemperatur T yang
dindingnya adalah pemantul
sempurna sebagai sederetan
gelombang elektromagnetik berdiri.
Menurut fisika klasik mengenai ekuipartisi energi, energi rata-rata
setiap derajat kebebasan pada suhu T adalah ½ kT. Maka energi total
untuk setiap getaran gelombang menjadi kT, dengan k adalah
tetapan Stefan-Boltzmann.
Meskipun mustahil untuk dapat menghitung besarnya kecepatan
setiap partikel gas dalam suatu ruang, teori maxwell dapat
mengaitkan kecepatan setiap partikel tersebut terhadap banyaknya
partikel di dalam suatu kotak dan dijabarkan melalui kurva distribusi
Maxwell.
Mereka beranggapan bahwa energi yang dimiliki oleh setiap
spektrum gelombang bersifat kotinu. Artinya, energi gelombang
dapat memiliki sembarang nilai dalam batas yang ditentukan.
Sehingga didapatkan nilai energi yang mungkin dengan jumlah yang
tak terhingga. Dan anggapan tersebut menghasilkan suatu fungsi
yang mengakibatkan ketidaksesuaian dengan hasil eksperimen pada
panjang gelombang pendek.
Max Karl Ernst Ludwig Planck, adalah
seorang fisikawan Jerman yang banyak
dilihat sebagai penemu teori kuantum,
yang membuatnya memenangkan
Penghargaan Nobel dalam Fisika pada
tahun 1918.
Planck membuat banyak kontribusi untuk
teori fisika, tetapi terkenal pada perannya
sebagai pencetus teori kuantum. Teori ini
merevolusi pemahaman manusia dari
proses atom dan subatom, seperti teori
relativitas Albert Einstein merevolusi
pemahaman ruang dan waktu. Mereka
merupakan ilmuwan teori-teori dasar
fisika abad ke-20.
TEORI DAN HIPOTESIS PLANCK
Kegagalan teori Rayleigh-Jeans mendorong seorang fisikawan jerman
Max Planck (1858-1947) untuk mencoba melakukan pendekatan lain.
Planck menyadari pentingnya untuk memasukkan konsep energi
maksimum dalam perhitungan teoritis radiasi benda hitam. Menurut
Planck, energi yang diserap atau yang dipancarkan oleh getarangetaran yang timbul di dalam rongga benda hitam merupakan paketpaket atau kuanta. Besarnya energi setiap paket merupakan kelipatan
bilangan asli dari hf dengan h adalah tetapan Planck yang besarnya
6,63 x 10¬¬¬-34 Js dan f adalah frekuensi paket energi. Secara
matematis, perumusan Planck dapat dituliskan menjadi
E = nhf
dengan n adalah kelipatan bilangan
Menurut Planck, teori klasik gagal menjelaskan radiasi benda hitam
pada panjang gelombang pendek karena pada daerah itu kuanta
energinya sangat besar sehingga hanya sedikit jenis getaran yang
tereksitasi. Berkurangnya jenis getaran yang tereksitasi mengakibatkan
getaran tertekan dan radiasi akan menurun menuju nol pada frekuensi
yang tinggi. Oleh karena itu rumus Planck dapat terhindar dari catastropi
ultraviolet.
APLIKASI RADIASI BENDA HITAM
1. Penentuan Suhu Permukaan Matahari
Suhu permukaan matahari atau bintang dapat
ditentukan dengan mengukur daya radiasi matahari
yang diterima bumi. Dengan menggunakan hukum
Stefan-Boltzmann, total daya yang dipancarkan oleh
matahari adalah:
=
I.A
M
ka diketahui:
= e . σ . TM4
= luas permukaan matahari = 4πRM²
= 1
maka PM = e . σ . TM44πRM²
Matahari memancarkan daya yang sama ke segala arah.
engan demikian bumi hanya menyerap sebagian kecil, yaitu
Sinar matahari yang memasuki bumi memiliki berbagai panjang
gelombang. Sinar tampak memiliki panjang gelombang antara 400700 nm, sinar infra merah memiliki panjang gelombang >700 nm, dan
sinar ultaviolet memiliki panjang
TEORI DAN HIPOTESIS PLANCK
APLIKASI RADIASI BENDA HITAM
CINDY DAN MATHILDA
PERUMUSAN RAYLEIGH DAN JEANS
Teori Rayleigh-Jeans
Reyleigh dan Jeans menggunakan
pendekatan fisika klasik untuk
menjelaskan spektrum benda hitam,
karena pada masa itu fisika kuantum
belum diketahui.
Mereka meninjau radiasi dalam
rongga bertemperatur T yang
dindingnya adalah pemantul
sempurna sebagai sederetan
gelombang elektromagnetik berdiri.
Menurut fisika klasik mengenai ekuipartisi energi, energi rata-rata
setiap derajat kebebasan pada suhu T adalah ½ kT. Maka energi total
untuk setiap getaran gelombang menjadi kT, dengan k adalah
tetapan Stefan-Boltzmann.
Meskipun mustahil untuk dapat menghitung besarnya kecepatan
setiap partikel gas dalam suatu ruang, teori maxwell dapat
mengaitkan kecepatan setiap partikel tersebut terhadap banyaknya
partikel di dalam suatu kotak dan dijabarkan melalui kurva distribusi
Maxwell.
Mereka beranggapan bahwa energi yang dimiliki oleh setiap
spektrum gelombang bersifat kotinu. Artinya, energi gelombang
dapat memiliki sembarang nilai dalam batas yang ditentukan.
Sehingga didapatkan nilai energi yang mungkin dengan jumlah yang
tak terhingga. Dan anggapan tersebut menghasilkan suatu fungsi
yang mengakibatkan ketidaksesuaian dengan hasil eksperimen pada
panjang gelombang pendek.
Max Karl Ernst Ludwig Planck, adalah
seorang fisikawan Jerman yang banyak
dilihat sebagai penemu teori kuantum,
yang membuatnya memenangkan
Penghargaan Nobel dalam Fisika pada
tahun 1918.
Planck membuat banyak kontribusi untuk
teori fisika, tetapi terkenal pada perannya
sebagai pencetus teori kuantum. Teori ini
merevolusi pemahaman manusia dari
proses atom dan subatom, seperti teori
relativitas Albert Einstein merevolusi
pemahaman ruang dan waktu. Mereka
merupakan ilmuwan teori-teori dasar
fisika abad ke-20.
TEORI DAN HIPOTESIS PLANCK
Kegagalan teori Rayleigh-Jeans mendorong seorang fisikawan jerman
Max Planck (1858-1947) untuk mencoba melakukan pendekatan lain.
Planck menyadari pentingnya untuk memasukkan konsep energi
maksimum dalam perhitungan teoritis radiasi benda hitam. Menurut
Planck, energi yang diserap atau yang dipancarkan oleh getarangetaran yang timbul di dalam rongga benda hitam merupakan paketpaket atau kuanta. Besarnya energi setiap paket merupakan kelipatan
bilangan asli dari hf dengan h adalah tetapan Planck yang besarnya
6,63 x 10¬¬¬-34 Js dan f adalah frekuensi paket energi. Secara
matematis, perumusan Planck dapat dituliskan menjadi
E = nhf
dengan n adalah kelipatan bilangan
Menurut Planck, teori klasik gagal menjelaskan radiasi benda hitam
pada panjang gelombang pendek karena pada daerah itu kuanta
energinya sangat besar sehingga hanya sedikit jenis getaran yang
tereksitasi. Berkurangnya jenis getaran yang tereksitasi mengakibatkan
getaran tertekan dan radiasi akan menurun menuju nol pada frekuensi
yang tinggi. Oleh karena itu rumus Planck dapat terhindar dari catastropi
ultraviolet.
APLIKASI RADIASI BENDA HITAM
1. Penentuan Suhu Permukaan Matahari
Suhu permukaan matahari atau bintang dapat
ditentukan dengan mengukur daya radiasi matahari
yang diterima bumi. Dengan menggunakan hukum
Stefan-Boltzmann, total daya yang dipancarkan oleh
matahari adalah:
=
I.A
M
ka diketahui:
= e . σ . TM4
= luas permukaan matahari = 4πRM²
= 1
maka PM = e . σ . TM44πRM²
Matahari memancarkan daya yang sama ke segala arah.
engan demikian bumi hanya menyerap sebagian kecil, yaitu
Sinar matahari yang memasuki bumi memiliki berbagai panjang
gelombang. Sinar tampak memiliki panjang gelombang antara 400700 nm, sinar infra merah memiliki panjang gelombang >700 nm, dan
sinar ultaviolet memiliki panjang