Hukum Pergeseran Wien, Aturan Radiasi Planck, Bunyi, Rumus, Pola Soal, Jawaban, Radiasi Benda Hitam, Intensitas, Frekuensi, Teori, Fisika
Hukum Pergeseran Wien, Hukum Radiasi Planck, Bunyi, Rumus, Contoh Soal, Jawaban, Radiasi Benda Hitam, Intensitas, Frekuensi, Teori, Fisika
1. Hukum Pergeseran Wien
Untuk sebuah benda hitam, berlaku suatu kekerabatan antara panjang gelombang dengan suhu mutlak yang dinyatakan :
λm .T = C............................................................ (1)
dengan λm merupakan panjang gelombang yang sesuai dengan radiasi energi maksimum, T yakni temperatur termodinamik benda, dan C yakni tetapan pergeseran Wien (2,898 × 10-3 mK). Hubungan tersebut disebut Hukum pergeseran Wien, yang dinyatakan oleh Wilhelm Wien (1864 - 1928). (Baca juga : Radiasi Panas)
 |
| Gambar 1. Grafik kekerabatan pergeseran Wien. |
Gambar 1. menunjukkan grafik kekerabatan antara intensitas radiasi dan panjang gelombang radiasi benda hitam ideal pada tiga temperatur yang berbeda. Grafik ini dikenal sebagai grafik distribusi spektrum. Intensitas merupakan daya yang dipancarkan per satuan panjang gelombang. Ini merupakan fungsi panjang gelombang I maupun temperatur T, dan disebut distribusi spektrum.
Dari grafik terlihat bahwa puncak kurva penyebaran energi spektrum bergeser ke arah ujung spektrum panjang gelombang pendek dengan semakin tingginya temperatur.
Fungsi distribusi spektrum P (λ,T) sanggup dihitung dari termodinamika klasik secara langsung, dan kesudahannya sanggup dibandingkan dengan Gambar 1.
Hasil perhitungan klasik ini dikenal sebagai Hukum Rayleigh- Jeans yang dinyatakan:
P (λ,T) = 8 π k T λ-4
dengan k merupakan konstanta Boltzmann.
Hasil ini sesuai dengan hasil yang diperoleh secara percobaan untuk panjang gelombang yang panjang, tetapi tidak sama pada panjang gelombang pendek. Begitu λ mendekati nol, fungsi P (λ, T ) yang ditentukan secara percobaan juga mendekati nol, tetapi fungsi yang dihitung mendekati tak terhingga sebab sebanding dengan λ-4. Dengan demikian, yang tak terhingga yang terkonsentrasi dalam panjang gelombang yang sangat pendek. Hasil ini dikenal sebagai katastrof ultraviolet.
Pada tahun 1900, fisikawan Jerman, Max Planck, mengumumkan bahwa dengan menciptakan suatu modifikasi khusus dalam perhitungan klasik beliau sanggup menjabarkan fungsi P (λ,T) yang sesuai dengan data percobaan pada seluruh panjang gelombang.
Hukum radiasi Planck menunjukkan distribusi (penyebaran) energi yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Hukum ini memperkenalkan gagasan gres dalam ilmu fisika, yaitu bahwa energi merupakan suatu besaran yang dipancarkan oleh sebuah benda dalam bentuk paketpaket kecil terputus-putus, bukan dalam bentuk pancaran molar. Paket-paket kecil ini disebut kuanta dan aturan ini lalu menjadi dasar teori kuantum.
 |
| Gambar 2. Distribusi spektrum radiasi benda hitam terhadap panjang gelombang pada T = 1.600 K. |
Rumus Planck menyatakan energi per satuan waktu pada frekuensi v per satuan selang frekuensi per satuan sudut tiga dimensi yang dipancarkan pada sebuah kerucut tak terhingga kecilnya dari sebuah elemen permukaan benda hitam, dengan satuan luas dalam proyeksi tegak lurus terhadap sumbu kerucut.
Pernyataan untuk intensitas jenis monokromatik Iv adalah:
Iv = 2hc-2v3/(exp (hv/kT) –1) ....................................... (2)
dengan h merupakan tetapan Planck, c yakni laju cahaya, k yakni tetapan Boltzmann, dan T yakni temperatur termodinamik benda hitam.
Intensitas juga sanggup dinyatakan dalam bentuk energi yang dipancarkan pada panjang gelombang λ per satuan selang panjang gelombang. Pernyataan ini sanggup dituliskan dalam bentuk:
Rumus Planck dibatasi oleh dua hal penting berikut ini.
1. Untuk frekuensi rendah v << (kT/h), dan panjang gelombang yang panjang λ >> (hc/kT), maka akan berlaku rumus Rayleigh-Jeans.
Iv = 2.c-2.v2.k.T
atau
Pada persamaan tersebut tidak mengandung tetapan Planck, dan sanggup diturunkan secara klasik dan tidak berlaku untuk frekuensi tinggi, menyerupai energi tinggi, sebab sifat kuantum foton harus pula diperhitungkan.
2. Pada frekuensi tinggi v >> (kT/h), dan pada panjang gelombang yang pendek λ << (hc/kT), maka akan berlaku rumus Wien:
Iv = 2.h.c-2v3exp (-hv/kT)
atau
Iλ = 2.h.c2. λ−5 exp (-hv/λkT)
Max Planck menyatakan dua anggapan mengenai energi radiasi sebuah benda hitam.
1. Pancaran energi radiasi yang dihasilkan oleh getaran molekul-molekul benda dinyatakan oleh:
E = n.h.v ........................................................ (4)
dengan v yakni frekuensi, h yakni sebuah konstanta Planck yang nilainya 6,626 × 10-34 Js, dan n yakni bilangan lingkaran yang menyatakan bilangan kuantum.
2. Energi radiasi diserap dan dipancarkan oleh molekul-molekul secara diskret yang disebut kuanta atau foton. Energi radiasi ini terkuantisasi, di mana energi untuk satu foton adalah:
E = h.v ........................................................ (5)
dengan h merupakan konstanta perbandingan yang dikenal sebagai konstanta Planck. Nilai h ditentukan oleh Planck dengan menyesuaikan fungsinya dengan data yang diperoleh secara percobaan. Nilai yang diterima untuk konstanta ini adalah:
h = 6,626× 10-34 Js = 4,136× 10-34 eVs.
Planck belum sanggup menyesuaikan konstanta h ini ke dalam fisika klasik, sampai Einstein memakai gagasan serupa untuk menjelaskan efek fotolistrik.
Contoh Soal 1
Berapakah panjang gelombang sebuah radiasi foton yang mempunyai energi 3,05 × 10-19 Js? (Diketahui konstanta Planck, h = 6,626 × 10-34 Js dan cepat rambat cahaya, c = 3 × 108 m/s)
Penyelesaian:
Diketahui:
E = 3,05 × 10-19 Js
h = 6,626 × 10-34 Js
c = 3× 108 m/s Ditanya: λ = ... ?
Pembahasan 1
Materi Fisika :
Konstanta Planck h merupakah tetepan mendasar yang besarnya sama dengan perbandingan antara energi E dari suatu kuantum energi terhadap frekuensinya.
Anda kini sudah mengetahui Hukum Pergeseran Wien, Hukum Radiasi Planck. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Referensi :
Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.