Intan Wulandari 1400437 APLIKASI KONSEP

Intan Wulandari
1400437

APLIKASI

KONSEP RADIASI BENDA HITAM, EFEK FOTOLISTRIK, X-RAY,

DAN SIFAT GELOMBANG DARI PARTIKEL DALAM BERBAGAI BIDANG

I.

Konsep Radiasi Benda Hitam
Benda hitam merupakan suatu benda dimana radiasi kalor yang dating akan diserap
seluruhnya, lubang kecil pada sebuah dinding yang berongga dapat dianggap sebagai
benda hitam yang sempurna. Pada tahun 1900 Max Planck mengemukakan teori
radiasi benda hitam yang sesuai dengan hasil eksperimen. Planck menganggap bahwa
gelombang elektromagnetik berperilaku sebagai osilator-osilator di rongga. Getaran
yang ditimbulkan osilator kemudian diserap dan dipancarkan kembali oleh atomatom. Planck sampai pada kesimpulan bahwa energi yang dipancarkan dan diserap
tidaklah kontinu tetapi dalam bentuk paket-paket energi listrik yang disebut kuanta.
Konsep radiasi benda hitam dapat diterapkan yaitu sebagai berikut:
 Penentuan Suhu Permukaan Matahari

Pada temperatur yang cukup tinggi, secara alamiah di dalam bintang-bintang
akan terjadi reaksi fusi, yaitu inti-inti ringan akan bergabung membentuk inti
yang lebih berat. Melalui serangkaian tahapan reaksi fusi, inti-inti atom
hidrogen bergabung membentuk inti helium. Proses penggabungan iti
digunakan untuk membangkitkan energi di dalam bintang-bintang tersebut.
Energi yang dihasilkan oleh matahari tersebut terdiri atas berbagai bentuk
radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat diketahui melalui frekuensi
atau panjang gelombangnya. Semua gelombang elektromagnetik yang
dipancarkan akan merambat dalam ruang angkasa dengan kecepatan sama
yaitu dengan kecepatan spektrum cahaya. Dengan meneliti spektrum sebuah

matahari seorang astronom akan dapat mengetahui suhu matahari dengan
berpedoman pada spektrum radiasi benda hitam yaitu dengan mengukur daya
radiasi yang diterima bumi. Matahari memancarkan daya yang sama ke segala
arah, dan bumi hanya menyerap sebagian kecil daya dari matahari. Namun
bumi mampu memancarkan daya ke segala arah. Misalkan bumi dalam
keseimbangan termal. Maka daya yang diserap bumi sama dengan daya yang
dipancarkan. Dengan demikian besarnya suhu permukaan matahari dapat


ditentukan.
Radiasi Energi Yang Dipancarkan Manusia
Penerapan radiasi benda hitam juga dapat diterapkan pada benda-benda yang
tidak berada dalam kesetimbangan radiasi. Sebagian besar energi manusia
diradiasikan dalam bentuk radiasi elektromagnetik, khususnya infra merah.
Untuk dapat memancarkan suatu energy, tubuh manusia harus menyerap
energi dari lingkungan sekitarnya. Total energi yang dipancarkan manusia



adalah selisih antara energi yang diserap dengan energi yang dipancarkan.
Penggunaan Pakaian
Pada siang hari, seseorang akan merasa lebih nyaman memakai baju berwarna
putih daripada baju berwarna hitam. Namun pada malam hari, seseorang akan
merasa lebih nyaman memakai baju berwarna hitam daripada baju berwarna
putih. Hal itu menunjukkan bahwa permukaan yang gelap merupakan
penyerap dan pemancar kalor yang baik dan permukaan yang berwarna putih



atau mengkilap merupakan penyerap dan pemancar kalor yang buruk.
Panel Surya

Panel surya adalah suatu perangkat yang digunakan untuk menyerap radiasi
dari matahari. Panel surya terdiri dari wadah logam berongga yang dicat hitam
dengan panel depan terbuat dari kaca. Kalor radiasi dari matahari diserap oleh
permukaan hitan dan dihantarkan secara konduksi melalui logam. Bagian
dalam panel dijaga tetap hangat oleh efek rumah kaca, kemudian sirkulasi air
melalui wadah logam akan membawa kalor menjauh untuk dimanfaatkan pada


system pemanas air domestic dan untuk memanasi kolam renang.
Termos

Lapisan perak mengkilap mencegah perpindahan kalor secara radiasi. Lapisan
tersebut memantulkan radiasi kembali ke dalam termos. Dinding gelas sebagai
konduktor buruk, tidak dapat memindahkan kalor. Ruang vakum antara dua
dinding mencegah perpindahan kalor, baik secara konveksi maupun konduksi.
Sumbat dibuat dari bahan isolator. Hal ini dilakukan dengan maksud untuk

mencegah agar terjadinya konveksi dengan udara luar.
II.

Efek Fotolistrik
Efek foto listrik merupakan peristiwa dimana elektron keluar dari logam ketika
disinari cahaya dengan frekuensi yang cukup tinggi. Cahaya disini berlaku sebagai
partikel (foton) bersifat diskrit yang memiliki energi sebesar E=nhf. Dari percobaan
EFL disimpulkan bahwa:
1. Energi kinetik elektron yang keluar dari logam tidak bergantung pada intensitas
cahaya yang datang. Besar kecilnya intensitas hanya mempengaruhi banyak
sedikitnya elektron yang dihasilkan.
2. Semakin besar frekuensi, maka semakin besar pula energi kinetik elektron.
3. Setiap logam memiliki frekuensi cut off (frekuensi ambang) yang berbeda-beda.
Jika frekuensi foton datang lebih kecil dari frekuensi ambang logam, maka tidak
terjadi efek fotolistrik.
Prinsip efek fotolistrik diterapkan pada berbagai piranti fotonik (photonic device)
seperti:


Lampu LED (Light Emitting Device)

LED merupakan sumber cahaya dalam bentuk laser semikonduktor yang dapat
dipakai sebagai sumber pembawa sinyal pada komputer fotonik. Teknologi
serat optis pun sudah berkembang sedemikian rupa sehingga siap mendukung




tampilnya perangkat fotonik.
Detektor Cahaya (Photo Detector)
Komputer Fotonik
Arun N. Netravali, ilmuwan berdarah India yang menjabat Vice President
Research Lucent Technology dan Direktur Bell Labs di AS, telah melakukan
terobosan dalam proses pembuatan prosesor fotonik. Basis dari perangkat
fotonik ini bukan lagi pada teknologi silikon seperti yang saat ini banyak
diaplikasikan, melainkan mulai bergerak menuju teknologi foton yang
memanfaatkan cahaya. Para ilmuwan mengembangkan komputer elektronik
menjadi komputer fotonik. Banyak kelebihan yang dimiliki komputer fotonik
ini jika kelak benar-benar bisa diwujudkan, yaitu:

a. Sinyal dibawa oleh foton (gelombang elektromagnetik) dalam bentuk

cahaya tampak.
b. Cepat rambat foton tiga kali lebih cepat dibandingkan cepat rambat
elektron sehingga komputer fotonik akan bekerja jauh lebih cepat.
c. Data dapat disimpan secara tiga dimensi dalam medium yang ketebalannya
berorde mikro meter. Jadi satu penyimpan fotonik bisa memiliki kapasitas


yang setara dengan ribuan penyimpan elektronik.
Film Bersuara
Dengan bantuan peralatan elektronika saat itu suara dubbing film direkam
dalam bentuk sinyal optik di sepanjang pinggiran keping film. Pada saat film
diputar, sinyal ini dibaca kembali melalui proses efek fotolistrik dan sinyal
listriknya diperkuat dengan menggunakan amplifier tabung sehingga



menghasilkan film bersuara.
Tabung Foto Pengganda (photomultiplier tube)
Dengan menggunakan tabung ini hampir

semua

spektrum

radiasi

elektromagnetik dapat diamati. Tabung ini memiliki efisiensi yang sangat
tinggi, bahkan ia sanggup mendeteksi foton tunggal sekalipun. Dengan
menggunakan tabung ini, kelompok peneliti Superkamiokande di Jepang
berhasil menyelidiki massa neutrino yang akhirnya dianugrahi hadiah Nobel


pada tahun 2002.
PES (photoelectron spectroscopy)
PES merupakan aplikasi dari EFL eksternal yang dimanfaatkan untuk tujuan



spektroskopi.
Foto Diode atau Foto Transistor

Merupakan aplikasi dari EFL internal yang bermanfaat sebagai sensor cahaya
berkecepatan tinggi. Bahkan dalam komunikasi serat optik transmisi sebesar
40 Gigabite perdetik yang setara dengan pulsa cahaya sepanjang 10 pikodetik



(10-11 detik) masih dapat dibaca oleh sebuah foto-diode.
Sel Surya
Sel surya dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik melalui EFL
internal. Sebuah semikonduktor yang disinari dengan cahaya tampak akan
memisahkan elektron dan hole. Kelebihan elektron di satu sisi yang disertai
dengan kelebihan hole di sisi lain akan menimbulkan beda potensial yang jika



dialirkan menuju beban akan menghasilkan arus listrik.
Kamera CCD (charge coupled device)
Produk-produk elektronik yang dilengkapi dengan kamera CCD seperti
kamera pada ponsel, kamera digital dengan resolusi hingga 12 Megapiksel,
atau pemindai kode-batang (barcode) yang dipakai diseluruh supermarket,

kesemuanya memanfaatkan efek fotolistrik internal dalam mengubah citra
yang dikehendaki menjadi data-data elektronik yang selanjutnya dapat
diproses oleh computer.
III.

X-Ray
Proses terjadinya sinar-X merupakan kebalikan dari EFL yang dijelaskan sebagai
berikut: elektron energetik menumbuk permukaan logam dan dari permukaan logam
dipancarkan foton dalam bentuk sinar-X. Produksi sinar-X sendiri dapat melalui dua
cara, yaitu:
a. Efek Pengereman
b. Eksitasi Transisi Atom Logam
Sinar-X dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang:


Bidang Kesehatan
1. Sinar-X digunakan sebagai alat untuk menyelidiki penyebab dan gejala
pada penyakit pasien / mendiagnosa suatu penyakit.
2. Dapat membantu mengkonfirmasi ada atau tidaknya suatu penyakit atau

cedera pada seorang pasien.
3. Ahli radiologi menggunakan pemindaian sinar-X untuk menghasilkan
gambar struktur internal tubuh pasien melalui suatu alat Radiograf. Hal ini
memungkinkan berbagai diagnosa seperti patah tulang, adanya tumor, dan
bahkan melihat saluran pencernaan dapat dilakukan dengan lebih akurat.
Dengan menggunakan ‘ruang ion’ yang terletak antara pasien dan film
sinar-X, ahli radiologi dapat mengatur jumlah paparan radiasi yang
diemisikan ke pasien.
4. Untuk melihat kondisi tulang, gigi serta organ tubuh yang lain tanpa
melakukun pembedahan yang dikenal dengan nama Foto Rontgen.
5. Sinar-X keras digunakan untuk Radioterapi. Radioterapi adalah suatu
pengobatan yang menggunakan sinar pengion yang banyak dipakai untuk



menangani penyakit kanker.
6. Mensterilkan peralatan medis.
Bidang Industri
1. Memeriksa kecacatan dalam struktur binaan atau bagian-bagian dalam
mesin dan engine.

2. Memeriksa rekahan dalam pipa logam, dinding konkrit dan dandang
tekanan tinggi.
3. Memeriksa retakan dalam struktur plastik dan getah.
4. Menyelidiki struktur hablur dan jarak pemisahan antara atom-atom dalam
suatu bahan hablur.

5. membantu untuk melacak kerusakan-kerusakan seperti retak dan aus
dalam komponen mesin-mesin industri yang mungkin tidak terdeteksi.
6. Sebagai alat mesin mikroskopis.
7. Memperbaiki retakan / kerusakan pada mesin-mesin industri.
8. Menghilangkan bakteri berbahaya dari produk kalengan makanan laut dan




produk lainnya.
9. Untuk memantau kualitas produk yang dihasilkan oleh sebuah industri.
Bidang Kesenian
Mengesahkan apakah suatu lukisan atau objek seni purba itu benar atau tiruan.
Bidang Penerbangan
1. Di bandara, sinar-X lembut digunakan untuk memeriksa barang-barang
dan baggage penumpang.
2. Sinar-X dapat digunakan untuk mengetahui instrument pesawat yang



mengalami kerusakan.
Bidang Pertanian
1. Untuk menciptakan bibit unggul yang berkualitas.
2. Untuk membantu pemupukan.
Manfaat sinar utraviolet dalam bidang pertanian sebagai salah satu
bahan proses pembuahan di padukan dengan sinar x akan membantu



mendapatkan hasil produksi yang lebih baik.
Bidang Riset Alamiah dan Ilmu Pendidikan
Sinar X dapat digunakan untuk mempelajari struktur yang terdapat pada
sebuah senyawa/benda.

IV.

Sifat Gelombang dari Partikel
Berdasarkan peristiwa efek fotolistrik dari Einstein, yang kemudian didukung dengan
percobaan yang dilakukan oleh Compton telah membuktikan tentang dualisme (sifat
kembar) cahaya, yaitu cahaya bisa berkelakuan sebagai gelombang, tetapi cahaya juga
dapat bersifat partikel.
Pada tahun 1924 Louise de Broglie mengemukakan pendapatnya bahwa cahaya dapat
berkelakuan seperti partikel, maka partikel pun seperti halnya elektron dapat
berkelakuan seperti gelombang. Sebuah foton dengan frekuensi f memiliki energi
sebesar hf dan memiliki momentum p=
dapat dinyatakan p =

, karena c = fλ, maka momentum foton

sehingga panjang gelombang foton dapat dinyatakan λ =

.

Untuk benda yang bermassa m bergerak dengan kecepatan memilki momentum linier
sebesar mv maka panjang gelombang de Broglie dari benda itu dinyatakan dengan
persamaan :

Untuk menguji hipotesis yang dilakukan oleh Louise de Broglie pada tahun 1927,
Davisson dan Germer di Amerika Serikat dan G.P. Thomson di Inggris secara bebas
meyakinkan hipotesis Louise de Broglie dengan menunjukkan berkas elektron yang
terdifraksi bila berkas ini terhambur oleh kisi atom yang teratur dari suatu kristal.
Davisson dan Germer melakukan suatu eksperimen dengan menembakkan elektron
berenergi rendah yang telah diketahui tingkat energinya kemudian ditembakkan pada
atom dari nikel yang diletakkan dalam ruang hampa.Berdasarkan hasil pengamatan
Davisson dan Germer terhadap elektron-elektron yang terhambur ternyata dapat
menunjukkan adanya gejala interferensi dan difraksi.Dengan demikian hipotesis de
Broglie yang menyatakan partikel dapat berkelakuan sebagai gelombang adalah
benar.Dari hasil percobaan tentang efek fotolistrik, efek Compton dan difraksi
elektron menunjukkan adanya dualisme sifat cahaya yaitu cahaya dapat bersifat
sebagai gelombang dan di sisi lain cahaya dapat bersifat partikel.
Aplikasi gelombang cahaya dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya:
 Pembelokan posisi bintang, pembiasan sinar bintang karena cahaya bintang
merambat dari ruang hampa ke atmosfer yang kerapatannya berbeda-beda,
maka cahaya tersebut dibiaskan mendekati garis normal, sehingga bintang


yang kita lihat tidak tepat pada posisi aslinya.
Terbentuknya pelangi, cahaya matahari adalah

cahaya

polikromatik

( terdiri dari banyak warna ). Warna putih cahaya matahari sebenarnya
adalah gabungan dari berbagai cahaya dengan panjang gelombang yang
berbeda – beda. Mata manusia sanggup mencerap paling tidak tujuh
warna yang dikandung cahaya matahari, yang akan terlihat pada pelangi :
merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Panjang gelombang
cahaya ini membentuk pita garis –garis paralel, tiap warna bernuansa
dengan warna di sebelahnya. Pita ini disebut spektrum. Di dalam
spektrum, garis merah selalu berada pada salah satu sisi dan biru serta
ungu di sisi lain, dan ini ditentukan oleh perbedaan panjang gelombang.
Pelangi tidak lain adalah busur spektrum besar yang terjadi karena
pembiasan cahaya matahari oleh butir – butir air. Ketika cahaya matahari
melewati butiran air, ia membias seperti ketika melalui prisma kaca. Jadi
di dalam tetesan air, kita sudah mendapatkan warna yang berbeda
memanjang dari satu sisi ke sisi tetesan air lainnya. Beberapa dari
cahaya berwarna ini kemudian dipantulkan dari sisi yang jauh pada

tetesan air, kembali dan keluar lagi dari tetesan air. Cahaya keluar
kembali

dari tetesan

air

ke

arah

yang

berbeda,

tergantung

pada

warnanya. Warna – warna pada pelangi ini tersusun dengan merah di
paling atas dan ungu di paling bawah pelangi. Pelangi hanya dapat
dilihat saat hujan bersamaan dengan matahari bersinar, tapi dari sisi yang
berlawanan dengan si pengamat. Posisi si pengamat harus berada di
antara matahari dan tetesan air dengan matahari di bekalang orang
tersebut. Matahari, mata si pengamat dan pusat busur pelangi harus


berada dalam satu garis lurus.
Mesin photocopy, mesin photocopy adalah peralatan kantor yang membuat
salinan ke atas kertas dari dokumen, buku, maupun sumber lain. Mesin
photocopy dewasa ini umumnya menggunakan xerografi, proses kering yang
bekerja dengan bantuan listrik maupun panas.

Daftar Pustaka
Krane, Kenneth. 1992. Fisika Modern [Terjemahan]. Jakarta: Universitas Indonesia.
Nurfaizah. 2015. Radiasi Benda Hitam [Online]. Tersedia:
http://nurfaizah18.web.unej.ac.id/2015/12/01/radiasi-benda-hitam/ diakses pada
tanggal 14 Juli 2016 pukul 15.08.
Damayanti, Sofia Isti. 19 Maret 2015. Manfaat Sinar X Dalam Kehidupan Sehari-Hari
[Online] Tersedia: http://manfaat.co.id/manfaat-sinar-x-dalam-kehidupan-sehari-hari
diakses pada tanggal 14 Juli 2016 pukul 15.17.
Anonim.Sifat Gelombang dari Partikel [Online]. Tersedia:
http://fisikazone.com/sifat-gelombang-dari-partikel/ diakses pada tanggal 13 Juli
2016 pukul 15.20.