Resume bab 7 fisika kuantum
fisika kuantum
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. Istilah benda hitam (black body) tidaklah harus merupakan benda yang benar-benar hitam. Hal ini disebabkan karena benda tersebut juga memancarkan cahaya/gelombang yang warna cahayanya tergantung pada suhu/temperatur benda tersebut. Semakin tinggi suhu benda tersebut, radiasi yang dipancarkannya akan mendekati radiasi cahaya tampak, mulai dari merah, jingga, kuning, hijau, dan seterusnya.
Rumus Radiasi Benda Hitam
Semua benda di muka bumi ini memiliki emisivitas, yaitu energi yang diradiasikan dibandingkan dengan energi yang diterima. Nilai maksimum emisivitas adalah 1 (e=1). Ketika suatu benda memiliki nilai emisivitas maksimum, artinya ia telah memancarkan semua radiasi yang diterima. Nah, benda seperti ini bernama benda hitam.
Ada beberapa rumus yang digunakan untuk menghitung radiasi benda hitam, yaitu Hukum Planck, Hukum Perpindahan Wien, dan Hukum Stefan-Boltzmann. Singkatnya, gue akan membahas tentang Hukum Perpindahan Wien yang menyatakan bahwa frekuensi puncak emisi meningkat secara linier dengan suhu mutlak. Ketika suhu tersebut meningkat, maka panjang gelombang pada puncak emisi akan menurun.
Contoh Radiasi Benda Hitam
Lo udah tahu pengertian dari radiasi benda hitam. Tapi, lo tahu gak sih contoh dari radiasinya? Contohnya adalah matahari, bintang, dan besi yang dipanaskan. Kita bahas matahari dulu deh. Matahari itu menyerap semua cahaya yang ada di sekitarnya, sehingga ia memiliki energi yang sangat tinggi. Kemudian, ia memantulkan cahaya tersebut tergantung dari suhunya saat itu.
Contoh lainnya dari radiasi ini, antara lain:
Penggunaan Pakaian Berwarna Hitam
Lo pasti sering kan merasa kalau menggunakan pakaian berwarna hitam terasa lebih panas, karena pakaian hitam ini menyerap panas dengan baik jika dibandingkan dengan pakaian berwarna cerah.
Termos
Di dalam termos terdapat lapisan perak yang berfungsi untuk mencegah perpindahan kalor secara radiasi. Lapisan perak tersebut akan memantulkan kembali energi panas yang diserap ke dalam termos, sehingga suhu di dalam termos tetap hangat.
Efek Rumah Kaca
Kondisi ini merupakan salah satu penyebab pemanasan global di Bumi. Radiasi panas matahari yang masuk ke Bumi akan dipantulkan kembali dan diserap oleh gas-gas atmosfer. Nah, radiasi yang terperangkap di atmosfer akan menyebabkan suhu di Bumi menjadi panas.
Kalau lebih lanjutnya mengenai pembahasan radiasi benda hitam bisa di lihat di video berikut . https://youtu.be/LquyNOvCUY8?si=nrczZhhXvV-H3MCk
hukum pergeseran wien
Bagaimana eksperimen radiasi benda hitam yang dilakukan oleh Wien? Wien melakukannya dengan menggunakan oven yang dibuat terisolasi, sehingga kalor di dalam oven gak bisa keluar.
Kemudian, oven tersebut diberikan suhu yang cukup tinggi hingga bisa memancarkan cahaya. Nah, di dalam dinding oven tersebut diberi lubang kecil untuk mengeluarkan radiasi cahaya. Radiasi cahaya yang dihasilkan oven itulah yang diawasi oleh Wilhelm Wien.
Grafik pergeseran Wien menghasilkan suhu T1, T2, dan T3 sebagai berikut:
Hasilnya, radiasi cahaya yang dihasilkan oleh oven tersebut memiliki panjang gelombang dari rentang yang cukup besar. Panjang gelombang tersebut juga kontinu. Selain itu, intensitas (I) dari masing-masing frekuensinya juga berbeda-beda. Ada yang memiliki intensitas paling besar dan paling rendah.
Dari situ bisa diperoleh hasil bahwa pada intensitas maksimum (suhu maksimum) bisa diperoleh panjang gelombang yang lebih pendek daripada yang lainnya.
Hukum Pergeseran Wien
Dari fenomena tersebut, Wien menjelaskan bahwa panjang gelombang pada intensitas maksimum akan mengalami pergeseran panjang gelombang ke yang lebih pendek (dengan kata lain memiliki frekuensi besar) pada benda dengan suhu tinggi. Sebaliknya, intensitas minimum akan memiliki panjang gelombang yang besar (frekuensinya kecil) ketika benda bersuhu rendah.
Bunyi hukumnya yaitu:
“Hukum pergeseran Wien menyatakan hasil kali panjang gelombang pada intensitas maksimum (λ max) dikalikan dengan suhu mutlaknya (T) adalah konstan (Konstanta Wien), yaitu 2,89 x 10-3mK.
Hukum pergeseran Wien tersebut bisa menjelaskan radiasi benda hitam.
Rumus Pergeseran Wien
Setelah mengetahui hukumnya, kita bisa mendapatkan rumus sebagai berikut:
λ x T = k
Keterangan:
λ: panjang gelombang maksimum (m).
T: suhu (dalam K).
k: konstanta Wien (2,89 x 10-3mK).
Contoh soal hukum pergeseran wien
1. Permukaan benda pada suhu 37 ºC meradiasikan gelombang elektromagnetik. Jika nilai konstanta Wien = 2,9 x 10-3 mK, maka panjang gelombang maksimum radiasi permukaan adalah …
Diketahui:
T = 37 ºC = 37 + 273 K = 310 K
C = 2,9 x 10-3 mK
Ditanya : λmaks ?
Jawab:
2. Radiasi bintang X pada intensitas maksimum terdeteksi pada panjang gelombang 580 nm. Jika tetapan pergeseran Wien adalah 2,9 x 10-3 mK maka suhu permukaan bintang X tersebut adalah …
Diketahui:
λmaks = 580 nm = 580 x 10-9 m
C = 2,9 x 10-3 mK
Ditanya: T ?
Jawab:
untuk penjelasan lebih lengkap lihat pembahasan di bawah ini : https://youtu.be/1T0zIB_Olzo?si=DyJMEcci9AYYjF5a
Teori kuantum planck
Berdasarkan buku 100 Years of Planck's Quantum, Ian Duck, E. C. G. Sudarshan, 2000, Teori kuantum Planck, yang juga dikenal sebagai konsep kuantum Planck atau hukum radiasi Planck, pertama kali dikemukakan oleh fisikawan Jerman bernama Max Planck pada 1900.
Max Planck adalah fisikawan Jerman yang lahir pada tanggal 23 April 1858, di Kiel, Jerman, dan meninggal pada tanggal 4 Oktober 1947, di Göttingen, Jerman. Ia adalah salah satu tokoh dan penemu penting yang dikenal sebagai bapak fisika kuantum.
Pada tahun 1900, Max Planck mempublikasikan makalah pentingnya tentang hukum radiasi benda hitam, yang menjadi cikal bakal fisika kuantum. Dalam makalah ini, ia memperkenalkan konsep kuantisasi energi yang kemudian dikenal sebagai konstanta Planck.
Bunyi teori kuantum Planck mengatakan bahwa:
Energi radian terbuat dari komponen-komponen seperti partikel, yang disebut sebagai kuantum.
Menurut Planck, energi foton (kuantum) berbanding lurus dengan frekuensi cahaya. Bila dituangkan ke dalam rumus seperti berikut ini:
E = h • υ
Keterangan:
E = energi (J)
h = konstanta Planck 6,626 × 10–34 J. s
υ = frekuensi radiasi (s–1)
Teori ini juga memberikan keterangan tentang fenomena alam yang belum terpecahkan. Seperti perilaku energi panas pada benda-benda padat dan sifat penyerapan cahaya pada tingkat atom.
penjelasan yt :
https://youtu.be/i_DpiDLapns?si=HyNBRs1nGhip3YDOEfek Fotolistrik
Efek fotolistrik dikemukakan oleh Albert Einstein dan merupakan peristiwa tereksitasinya elektron dari logam akibat pancaran energi foton. Energi ambang adalah energi foton minimum yang dibutuhkan untuk melepas satu partikel elektron tereksitasi dari logam, dapat dirumuskan:
Eo = h.fo
Eo = energi ambang (J)
h = tetapan Planck (6,6 x 10-34 Js)
fo = frekuensi ambang (Hz)
Pada efek fotolistrik:
1) Jika E < Eo, maka tidak terjadi efek fotolistrik.
2) Jika E = Eo, terjadi efek fotolistrik sesaat, tidak ada energi kinetik yang terbentuk.
3) Jika E > Eo, terjadi efek fotolistrik, ada energi kinetik yang terbentuk
Potensial henti adalah nilai potensial listrik yang digunakan untuk membuat elektron yang sedang bergerak menjadi berhenti. Rumus: V = Ek/e
V = potensial henti (Volt)
Ek = energi kinetik elektron (J)
e = muatan elektron (1,6 x 10-19 C)
penjelasan yt :
https://youtu.be/9J-Ut6MloC8?si=Co1to984pSYAp6qpEfek Compton
Pergeseran Compton adalah perubahan panjang gelombang yang terjadi akibat tumbukan foton dengan elektron, dapat dirumuskan:
Δλ = λ’ - λ
Δλ = h/moc x (1 – cosα)
Pada efek Compton:
1) Energi foton bertambah (E’ > E).
2) Panjang gelombang foton bertambah (λ‘ > λ).
3) Frekuensi foton berkurang (f’ < f).
Sinar-X, juga dikenal sebagai radiasi X, adalah jenis radiasi elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang lebih pendek dari sinar ultraviolet namun lebih panjang daripada sinar gamma.
Sinar ini sering digunakan dalam berbagai bidang, terutama dalam dunia medis untuk pencitraan.
penjelasan yt :
https://youtu.be/Hr-SY4NPONI?si=ep8Yesvxu61TWUvO
Karakteristik Sinar-X
Sinar-X memiliki beberapa karakteristik yang membuatnya unik dibandingkan dengan jenis radiasi elektromagnetik lainnya. Berikut adalah beberapa karakteristik utama dari sinar-X:
Panjang Gelombang Pendek
Sinar-X memiliki panjang gelombang yang berkisar antara 0,01 hingga 10 nanometer, yang membuatnya lebih pendek dari sinar ultraviolet namun lebih panjang dari sinar gamma.
Karena panjang gelombangnya yang pendek, sinar-X memiliki frekuensi yang sangat tinggi, berkisar antara 30 petahertz (PHz) hingga 30 exahertz (EHz). Hal ini juga yang menjadikan sinar-X sangat energetik.
Penetrasi Tinggi
Salah satu karakteristik utama dari sinar-X adalah kemampuannya untuk menembus materi padat, terutama jaringan lunak pada tubuh manusia.
Kemampuan penetrasi ini memungkinkan sinar-X digunakan dalam bidang kedokteran untuk melihat struktur internal tubuh seperti tulang dan orga
penjelasan melalui video yg berikut :
https://youtu.be/4041PhptHP8?si=TLN_ZXg6Eg4YuQH14. Difraksi Elektron
Menurut teori fisika klasik, elektron punya perilaku seperti partikel. Elektron hanya berpindah pada garis lurus dan tidak membelok, kecuali terdapat faktor luar seperti medan magnet.
Hasil eksperimen Davisson-Germer menunjukkan bahwa elektron memiliki sifat gelombang. Elektron akan terdifraksi melalui celah sangat sempit dan saling berinteraksi seperti gelombang. Hal ini bersesuaian dengan hipotesis de Broglie, di mana elektron memiliki dualisme sifat gelombang-partikel.
Komentar
Posting Komentar