PPPPTK IPA
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: FISIKA KUANTUM KELOMPOK KOMPETENSI I
20
C. Uraian Materi
1. Radiasi Benda Hitam
Benda hitam black body dalam bahasa fisika adalah obyek yang menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh kepadanya dan tidak
ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya. Istilah benda hitam ini, pertama kali diperkenalkan oleh fisikawan Belanda, yang bernama Gustav
Robert Kirchhoff pada tahun 1862. Sebagai contoh adalah bola logam berongga yang memiliki sebuah lubang yang mampu menyerap seluruh
radiasi yang masuk Analogi benda hitam bola logam berongga yang memiliki sebuah lubang di dalamnya. Sebaliknya, apabila bola dipanaskan
maka radiasi akan keluar dari rongga melalui lubang yang selanjutnya disebut radiasi benda hitam blackbody radiation, seperti pada gambar
berikut.
Istilah benda hitam black body tidaklah harus merupakan benda yang benar-benar hitam. Benda hitam black body memancarkan
cahayagelombang yang warna cahayanya tergantung pada suhu temperatur benda tersebut dan berdasarkan hukum radiasi termal dari
Kirchhoff, semakin tinggi suhu benda, hanya bergantung pada suhu dinding rongga, radiasi yang dipancarkannya akan mendekati radiasi
cahaya tampak, mulai dari merah, jingga, kuning, hijau, dan seterusnya, Gambar 2.1 Analogi benda hitam bola logam berongga yang
memiliki sebuah lubang
LISTRIK untuk SMP
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: FISIKA KUANTUM KELOMPOK KOMPETENSI I
Modul Guru Pembelajar Mata Pelajaran Fisika SMA
21
dengan kecenderungan mengikuti kurva seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 2.2 Kurva Radiasi Benda Hitam Dalam kurva tersebut juga ditunjukkan bahwa semakin rendah temperatur
benda hitam, puncak kurva akan semakin rendah dan mendekat ke daerah panjang gelombangwavelength yang lebih besar, dan sebaliknya apabila
suhutemperatur benda hitam semakin tinggi, puncak kurva akan semakin tinggi, dan lebih mendekati daerah panjang gelombangwavelength yang
lebih kecil. Puncak kurva merupakan intensitas maksimum yang dapat dicapai oleh suatu radiasi, di mana intesitas ini bergantung pada
temperatursuhu benda hitam tersebut, dan tidak bergantung pada panjang gelombang radiasi.
Dalam menganalisis radiasi spektrum yang dipancarkan benda hitam, terdapat dua pandangan yang berbeda antara teori klasik dan teori
kuantum. Analisis fisika klasik mengenai energi radiasi spektrum benda
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
Kategori