221
Fisika SMAMA XII
terserap. Sebaliknya jika benda tersebut dipanaskan, maka lubang itu akan menyala lebih terang dibandingkan dengan
daerah sekitarnya, yang berarti memancarkan energi lebih besar dibandingkan dengan yang lain. Di sini diartikan bahwa
benda hitam adalah benda yang akan menyerap semua energi yang datang dan akan memancarkan energi dengan baik. Benda
yang mempunyai sifat menyerap semua energi yang mengenainya disebut benda hitam. Benda hitam jika
dipanaskan akan memancarkan energi radiasi. Energi radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam disebut
radiasi benda hitam. Dalam hal ini benda hitam sebenarnya hanya suatu
model untuk menggambarkan benda hitam sempurna yang kenyataannya benda itu tidak ada.
Contoh Soal
Tentukan energi radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda yang memiliki luas 400 cm
2
yang suhunya 127
o
C, jika diketahui emisivitas benda itu 0,5
Penyelesaian : Diketahui
: A = 400 cm
2
= 4 . 10
-2
m
2
T = 127
o
C = 273 + 127 K = 400 K e = 0,5
V = 5,67 x 10
-8
W m
-2
K
-4
Ditanyakan : W = ....? Jawab
: W = e
VAT
4
= 0,5 . 5,67 . 10
-8
. 4. 10
-2
. 400
4
= 29,0304 Wm
2
Latihan Soal :
1. Hitung besarnya energi radiasi yang dipancarkan oleh
benda yang luasnya 100 cm
2
pada suhu 1000 K, jika diketahui
V = 5,67 x 10
-8
Wm
2
K
4
dan e = 0,5
2. Suatu benda hitam sempurna memiliki luas 10 cm
2
memancarkan daya radiasi sebesar 80,72 watt. Tentukan berapa K suhu benda tersebut
V = 5,67 x 10
-8
W m
-2
K
4
1. Hukum Pergeseran Wien
Jika sebuah benda hitam dipanaskan, maka benda itu suhunya akan naik dan warnanya akan berubah dari merah
tua bergeser ke arah sinar putih. Pergeseran warna benda tersebut menunjukkan bahwa pancaran energi radiasi semakin
Di unduh dari : Bukupaket.com
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
Di unduh dari : Bukupaket.com
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
Di unduh dari : Bukupaket.com
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
Di unduh dari : Bukupaket.com
225
Fisika SMAMA XII
Untuk menguji teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Planck, kemudian
Albert Einstein mengadakan suatu pe- nelitian yang bertujuan untuk menyelidiki bahwa cahaya
merupakan pancaran paket-paket energi yang kemudian disebut
foton yang memiliki energi sebesar hf. Percobaan yang dilakukan Einstein lebih dikenal dengan sebutan
efek foto- listrik. Peristiwa efek fotolistrik yaitu terlepasnya elektron dari
permukaan logam karena logam tersebut disinari cahaya.
Soal Latihan :
1. Hitung berapa panjang gelombang foton yang memiliki
energi sebesar 2,75 eV. Jika digunakan h = 6,6 .10
-34
Js dan c = 3.10
8
ms. 2.
Hitung energi foton yang memiliki panjang gelombang 6,0 nm h = 6,62.10
-34
Js dan c = 3.10
8
ms. 3.
Hitung panjang gelombang foton yang memiliki energi se- besar 3.10
-19
joule Jika h = 6,62.10
-34
Js dan c = 3.10
8
ms.
Gambar 7.4
Skema alat untuk menyelidiki efek fotolistrik
Apabila di siang hari yang cuacanya cukup cerah, badan kita akan merasakan lebih panas jika memakai baju hitam dibandingkan dengan
memakai baju putih. Demikian pula bila kita berdiri di dekat tungku yang berwarna hitam akan terasa lebih panas dibandingkan dengan tungku
yang berwarna putih. Jelaskan mengapa bisa demikian coba diskusikan dengan temanmu
B. Efek Fotolistrik
