Rangkuman, Contoh Soal, Pembahasan Radiasi Benda Hitam

Yudi

Rangkuman Radiasi Benda Hitam

Radiasi Benda Hitam

Stefan menunjukan gejala radiasi benda hitam melalui eksperimen  dimana daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Radiasi dipengaruhi oleh sifat warna benda, besara ini disebut koefisien emisivitas (e). Penemuan Stefan diperkuat oleh Boltzman yang dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann yang persamaannya dapat ditulis sebagai berikut:

P = e. σ.A.T4

Sedangkan intensitas radiasinya adalah

radben1

E = P. t

Keterangan:

P  = daya radiasi (watt)

A  = luas penampang (m2)

e  = emisivitas benda

T  = suhu mutlak benda (K)

σ = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-4 W/m2K4)

l  = intensitas radiasi benda (Watt/m2)

E = energi radiasi (joule)

DOWNLOAD RANGKUMAN RADIASI BENDA HITAM DALAM BENTUK PDF Klik Disini


Hukum Pergeseran Wien

Wien menemukan adanya pergeseran panjang gelombang maksimum saat suhu benda hitam berubah.

radben2

Pada grafik terlihat bahwa suhu T1>T2 sedangkan untuk panjang gelombang λ1 < λ2 . Hubungan ini dapat ditulis melalui persamaan:

λmT = c

keterangan:

λm = panjang gelombang terpancar maksimum (m)

T   = suhu mutlak benda hitam (K)

c = tetapan Wien (2,9 x 10-3)

Teori Kuantum Planck

Max Planck mempelajari sifat dasar dari getaran molekul-molekul pada dinding rongga benda hitam dibuat kesimpulan bahwa Setiap benda yang mengalami radiasi akan memancarkan energinya secara diskontinu berupa paket-paket energi yang disebut kuanta (foton). Secara matematis dapat dirumuskan berikut

E = n hf

Keterangan:

E = energi radiasi (J)

n = jumlah partikel cahaya/foton

h = tetapan Planck (6,63 x 10-34 Js)

f  = frekuensi cahaya (Hz)

Efek Fotolistrik dan Teori Einstein

Efek fotolistrik merupakan peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam karena energi cahaya seperti yang ditunjukkan elektron akan terlepas dari pelat katode dan bergerak menuju ke anode bila diberi seberkas cahaya dengan energi E = hf yang lebih besar dari W0

radben3

Energi minimal yang dibutuhkan elektron untuk terlepas disebut fungsi kerja logam/energi ambang W0.

Sesuai hukum kekekalan energi maka pada saat fotoeletron terhenti . secara matematis berlaku persamaan.

EKmaks =eV0

Keterangan :

EKmaks=energi kinetik maksimum fotoelektron.

e =muatan elektron =1,6×10-19C

V0=potensial henti (V)

Sinar X

Sinar X pertama kali ditemukan oleh Wilhelm Roentgen. Sinar x dapat dijelaskan sebagai elektron energi kinetk yang menumbuk permukaan logam,dan dari permukaan logam dipancarkan sinar x atau foton-foton .energi kinetik elektron di ubah seluruhnya menjadi energi foton.secara umum dapat dirumuskan menjadi

radben4

Keterangan:

λ = panjang gelombang foton (sinar X)

h = tetapan Planck (6,6.10-34 Js)

c = cepat rambat gelombang elektromagnetik (3.108 m/s)

e = muatan elektron (1,6.10-19 C)

V=potensial pemercepat foton(Volt)

Efek Compton

A.H. Compton berhasil menjelaskan hamburan sinar X (Foton) yang menumbuk elektron sehingga foton mengalami pembelokkan dengan sudut θ.

Persamaannya:

radben5

Keterangan:

Δλ = pergeseran panjang gelombang (m)

λ = panjang gelombang foton datang(m)

λ’ = panjang gelombang foton hambur (m)

mo = masa elektron=9,2×10-31kg

θ = sudut hamburan

h/mo.c = panjang gelombang Compton (m)

Gelombang De Broglie

Louis de Broglie mampu menjelaskan konsep dualisme yang menyatakan bahwa jika cahaya dapat bersifat sebagai geombang dan partikel ,partikel pun mungkin dapat bersifat sebagai gelombang .

Menurut de broglie selain untuk foton setiap partikel juga memenuhi persamaan berikut .

radben6

Keterangan:

λ = panjang gelombang partikel (m)

p = momentum partikel (kg m/s)

m = massa partikel (kg)

v = kecepatan partikel (m/s)

CONTOH SOAL & PEMBAHASAN

Soal No.1 (UN 2004)
Energi foton sinar gamma adalah 108 eV (h=6,6 x 10-34 Js; 1 Ev =1,6 X 10-19  joule),  panjang gelombang sinar gamma tersebut dalam angstrong adalah..
  1. 4,125 X 10-15 m
  2. 1,2375 X 10-14 m
  3. 4, 125 x 10-5  m
  4. 1,2375 x 10-4  m
  5. 7,27 x 10-6 m

PEMBAHASAN :

Diketahui: E = 108 eV= 1,6 x 10-11 joule

Menentukan λ dapat menggunakan persamaan:

radben7
Jawaban : B

Soal No.2 (UMPTN 1996)
Grafik berikut menunjukkan hubungan antara ineti inetic maksimum inetic (EK) terhadap frekuensi foton (f) pada efek fotolistrik. Jika konstanta Planck 6,6 x 10-34 J s dan 1 eV = 1,6 x 10-19 joule, maka besar f (dalam satuan Hz) adalah…
radben8
  1. 48 x 1014
  2. 20 x 1014
  3. 14 x 1014
  4. 9,5 x1014
  5. 8,9 x 1014

PEMBAHASAN :
Dari grafik tersebut diperoleh data sebagai berikut:
EK= 0,2 eV = 0,32 X 1019 Joule
Wo = 3,7  eV =5,92 x 10-19 joule
Menentukan frekuensi dari energi kinetik efek fotolistrik
EK= hf – Wo
radben9
Jawaban : D

Soal No.3 (UN 2003)
Berikut ini yang merupakan urutan gelombang elektromagnetik dari yang memiliki energi foton besar ke yang lebih kecil adalah…
  1. Sinar gamma, sinar x, sinar infra merah
  2. Sinar x, sinar gamma, sinar ultraviolet
  3. Sinar tampak, sinar ultraviolet, sinar x
  4. Sinar ultraviolet, sinar gamma, sinar x
  5. Sinar ultraviolet, sinar tampak, sinar x

PEMBAHASAN :

Urutan gelombang  dengan frekuensi terbesar ke frekuensi  terkecil adalah…

  • Sinar gamma
  • Sinar x
  • Sinar ultraviolet
  • Sinar tampak
  • Sinar inframerah
  • Gelombang mikro
  • Gelombang radio

Jawaban : A

Soal No.4 (UMPTN 1997)
Permukaan logam tertentu mempunyai fungsi kerja W joule. Bila konstanta planck h joule sekon maka energi maksimum foto elektron yang dihasilkan oleh cahaya berfrekuensi u Hz adalah ( dalam joule )…
  1. W + hu
  2. W(hu)
  3. W – hu
  4. hu/W
  5. hu – w

PEMBAHASAN :

Menentukan energi kinetik efek fotolistrik dapat menggunakan rumusan:

EK = hu – w
Jawaban : E

Soal No.5 (UN 2014)

Perhatikan pernyataan berikut!

  • Elektron yang terpancar pada peristiwa efek fotolistrik disebut elektron foton.
  • Laju elektron yang terpancar tidak bergantung pada intensitas cahaya yang mengenai permukaan logam.
  • Energi kinetik elektron yang terpancar bergantung kepada energi gelombang cahaya yang mengenai permukaan logam.
  • Untuk mengeluarkan elektron dari permukaan logam tidak bergantung pada frekuensi ambang (f0).

Pernyataan yang benar tentang efek foto listrik adalah…

  1. (1) dan (2)
  2. (1) dan (3)
  3. (2) dan (3)
  4. (2) dan (4)
  5. (3) dan (4)

PEMBAHASAN :

  • Laju elektron yang terpancar dipengaruhi oleh frekuaensi foton.
  • Elektron yag terpancar karena efek fotolistrik disebut elektron foron.
  • Frekuensi ambang akan menentukan batasan energi untuk terlepasnya elektron dari suatu logam.
  • Energi kinetik elektron yang terpancar bergantung panjang gelombang cahaya yang menyinari.

Jawaban yang benar (1) dan (3)
Jawaban : B

Soal No.6 (UMPTN 1994)
Pada gejala foto listrik diperoleh grafik hubungan I (kuat arus) yang timbul terhadap V (tegangan listrik) sebagai berikut
radben10
Upaya yang dilakukan agar grafik a menjadi grafik b …
  1. Mengurangi intensitas sinarnya
  2. Menambah intensitas sinarnya
  3. Menaikkan frekuensi sinarnya
  4. Menurunkan frekuensi sinarnya
  5. Mengganti logam yang disinari

PEMBAHASAN :
Kuat arus dipengaruhi oleh jumlah muatan yang keluar , sedangkan jumlah elektron dipengaruhi oleh intensitas sinarnya . makin besar intensitas yang disinarkan maka akan makin besar pula jumlah elektron dan kuat arusnya. Agar kuat arus a sama dengan kuat arus b maka instensitas sinara harus ditambah.
Jawaban : B

Soal No.7 (UMPTN 1999)
Sebuah elektron melaju di dalam tabung pesawat tv yang bertegangan 500 V besarnya momentum elektron tersebut saat membentur kaca TV adalah …
  1. 1,2 x 10-23 Ns
  2. 1,5 x 10-23 Ns
  3. 1,8 x 10-23 Ns
  4. 2,0 x 10-23 Ns
  5. 2,4 x 10-23 Ns

PEMBAHASAN :
Menentukan momentum elektron dapat ditentukan melalui rumus
radben11
Diketahui:
m = massa elektron = 9,1 x 10-31 kg
e = muatan elektron = 1,6 x 10-19 C
V = 500 V
radben12
p = 1,2 x 10-25 Ns
Jawaban : C

Soal No.8 (UN 2012)
Pertanyaan yang benar tentang efek fotolistrik …
  1. Elektron yang keluar dari permukaan logam dipengaruhi oleh medan magnet
  2. Peristiwa efek foto listrik dapar dijelaskan dengan menggunakan mekanika listrik
  3. Peristiwa efek foto listrik dapat dijelaskan dengan menggunakan disekitar  inframerah
  4. Jumlah elektron yang keluar dari permukaan tidak dipengaruhi oleh intensitas cahaya
  5. Energi elektron yang kelur dari permukaan logam akan bertambah jika frekuensi cahaya diperbesar

PEMBAHASAN :
Hubungan energi kinetik dengan frekuensi cahaya
Ek=hf-W0
Keterangan
Ek            = energi kinetik foto elektron
F              = frekuensi cahaya
Wo          = fungsi kerja logam
Energi kinetik elektron yang akan makin besar jika frekuensi f cahaya yang menyinari logam diperbesar
Jawaban : E

Soal No.9 (UN 2010)

Jika kecepatan partikel A lebih besar dibandingkan kecepatan partikel B panjang gelombang de broglie partikel A pasti lebih kecil dari pada panjang gelombang de broglie partikel B

SEBAB

Panjang gelombang de broglie suatu partikel berbanding terbalik dengan momentum partikel

PEMBAHASAN :

Rumusan panjang gelombang de broglie

radben13

pernyataan salah karena tidak pasti lebih besar karena bergantung juga pada massa partikel

Alasan benar karena momentum berbanding terbalik dengan panjang gelombang de broglie.
Jawaban : D

Soal No.10 (SPMB 2001)
Permukaan suatu lempeng logam tertentu disinari dengan cahaya monokromatik. Percobaan ini di ulang dengan panjang gelombang yang berbeda. Ternyata tidak ada elektron keluar jika lempeng di sinari dengan panjang gelombang diatas 500nm. Dengan menggunakan gelombang tertentu, ternyata dibutuhkan tegangan 3,1 volt untuk menghentikan arus foto listrik yang terpancar dari lempeng. Panjang gelombang tersebut dalam nm adalah…
  1. 223
  2. 273
  3. 332
  4. 381
  5. 442

PEMBAHASAN :
radben14
Jawaban : A

Soal No.11 (UN 2010)
Intensitas radiasi yang diterima dinding tungku pemanas ruangan adalah 66,3W.m2. jika tungku ruangan dianggap benda hitam dan radiasi gelombang elektromagnetik mempunyai panjang gelombang 600 nm, maka jumlah foton yang mengenai dinding persatuan luas persatuan waktu adalah…(h = 6,63 X 10-34 Js, c = 3 X 108 m.s-1)
  1. 2 X 1019 foton
  2. 2 X 1020 foton
  3. 2 X 1021 foton
  4. 5 X 1020 foton
  5. 5 X 1021 foton

PEMBAHASAN :
radben15
Jawaban : B

Soal No.12 (SPMB 2005)
Frekuensi foton yang di hamburkan oleh elektron bebas akan lebih kecil di bandingkan saat datang adalah hasil dari…
  1. Efek fotolistrik
  2. Efek compton
  3. produksi pasangan
  4. produksi sinar-X
  5. radiasi benda hitam

PEMBAHASAN :

Peristiwa tumbukan antara partikel cahaya (foton) dengan partikel elektron merupakan efek compton. Yang mengakibatkan panjang gelombang foton akhir lebih besar daripada foton awal. Karena panjang gelombang dan frekuensi memenuhi persamaan berikut.

λ = c/f

Jawaban : B

Soal No.13 (SBMB 2002)
Suatu partikel pion (meson ) dalam keadaan tertentu dapat musnah menghasilkan dua foton identik dengan panjang gelombang l  Bila masa partikel pion adalah m, h tetapan Planck, dan c kelajuan cahaya dalam vakum, maka l, dapat dinyatakan dalam m, c dan h dalam bentuk…
  1. radben17
  2. radben18
  3. radben19
  4. radben20
  5. radben21

PEMBAHASAN :

radben16
Jawaban : C

Soal No.14 (UN 2010)

Sebuah partikel elektron bermasa 9 x 10-31 kg bergerak dengan laju 3,3 x 106 m.s-1. Jika konstanta Planck h = 6,6 x 10-34 J.s panjang gelombang de Broglie dari elektron adalah…

  1. 2,20 x 10-10 m
  2. 4,80 x 10-10 m
  3. 5,00 x 10-10 m
  4. 6,67 x 10-10 m
  5. 8,20 x 10-10 m

PEMBAHASAN :

radben22

Jawaban : A

Soal No.15 (UN 2009)
PGrafik berikut ini menunjukan hubungan antara intensitas radiasi (l) dan panjang gelombang (λ) pada radiasi oleh benda hitam jika konstanta Wien =2,90 X 10-3 m.K,masa besar suhu (T) permukaan benda adalah …
radben23
  1. 6.000 K
  2. 5.100 K
  3. 4.833 K
  4. 2.900 K
  5. 1.667 K

PEMBAHASAN :
Pergeseran Wien
λmaks T = 2,90 X 10-3 m K
6 X 10-7 T =2,9 X 10-3
T = 4.833 K
Jawaban : C

Soal No.16 (UN 2000)
Suhu permukaan suatu benda 483 K. Jika tetapan Wien = 2,898 x 10-3 m K , maka panjang gelombang radiasi pada intensitas maksimum yang dipancarkan oleh permukaan benda itu adalah …
  1. 6 x 102 angstrom
  2. 6 x 105 angstrom
  3. 6 x 104 angstrom
  4. 6 x 103 angstrom
  5. 6 x 106 angstrom

PEMBAHASAN :
Menentukan panjang gelombang pada intensitas maksimum
λ.T = 2,898 x 10-3
maka panjang gelombangnya adalah
radben24
λ = 6 x 104 angstrom
Jawaban : C

Soal No.17 (UN 2000)
Jika kelajuan perambatan cahaya di udara 3 x 108 m/s , dan konstanta planck = 6,6 x 10-34  Js maka foton cahaya yang panjuang gelombangnya 100 angstrom mempunyai momentum sebesar
  1. 1,2 x 10-36 kg m/s
  2. 1,5 x 10-33 kg m/s
  3. 6,6 x 10-26 kg m/s
  4. 1,5 x 1025 kg m/s
  5. 1026 kg m/s

PEMBAHASAN :
radben25
Jawaban : C

Soal No.18 (SNMPTN 2010)

Untuk mendeteksi struktur sebuah inti yang beradius  m, seberkas elektron dari sebuah akselerator artikel ditambahkan pada sebuah target padat yang mengandung kerapatan inti maka akan menjadi efek difraksi dengan ukuran inti dapat ditentukan. Dalam kasus ini besar momentum berkas sinar electron yang diperlukan adalah ….(h=6.63 x  Js)

  1. 6,6 x 10-19 kg m/s
  2. 13,2 x 1019 kg m/s
  3. 0,33 x 1019 kg m/s
  4. 3,3 x 10-19 kg m/s
  5. 3,3 x 10-19 kg m/s

PEMBAHASAN :

radben26
Jawaban : A

Soal No.19 (SNMPTN 2012)
Permukaan sebuah lempeng logam natrium disinari dengan seberkas foton berenergi 4,43 eV. Jika fungsi kerja natrium adalah 2,28 eV, maka energi kinetik maksimum elektron yang dihasilkan adalah …
  1. 2,15 eV
  2. 2,28 eV
  3. 4,56 eV
  4. 6,71 eV
  5. 8,86 eV

PEMBAHASAN :
Diketahui E = 4,43 eV
Wo = 2,28 eV
Menentukan  energi kinetik dari elektron yang terlepas dari logam menggunakan rumus
Ek = E – Wo
Ek = 4,43-2,28= 2,15 eV

Jawaban : A

Soal No.20 (SBMPTN 2014)
Elektron-elektron dari suatu filamen dipercepat dengan beda potensial V sehingga menumbuk batang tembaga. Spektrum kontinu dari sinar-x yang menghasilkan mempunyai frekuensi maksimum 1,2 x  Hz
radben27
Beda potensial antara batang Cu dan filamen adalah ….
  1. 40 kV
  2. 45 kV
  3. 50 kV
  4. 55 kV
  5. 60 kV

PEMBAHASAN :
radben28
Jawaban : C

 DOWNLOAD RANGKUMAN RADIASI BENDA HITAM DALAM BENTUK PDF Klik Disini

 

KINI HADIR LAYANAN BERTANYA TUGAS & PR PREMIUM (FAST RESPOND!!)

CUKUP PAKAI FASILITAS SMS, WA atau BBM Dan PR Mu Terbantu Dengan Cepat

Hanya Rp. 5.000 (Lima Ribu Rupiah) Per soal yang ditanyakan.
Mata pelajaran yang bisa ditanyakan Kimia, Fisika, Biologi, Matematika. (Tingkat SMP & SMA).
Misal kamu mau nanya 3 soal berarti tinggal di kali Rp. 5 rb Jadi totalnya 15 rb
Dana bisa di transfer ke rekening BNI 0360871320 an Yudi Syarif H
Pertanyaan akan kami layani sesudah menunjukan bukti transfer lewat WA dengan no HP ada di bawah

Dijawab oleh guru yang sudah ahli di bidangnya
Layanan Bantuan PR/Tugas dari jam 14.00 s.d 21.30 WIB
(menghindari kecurangan saat ujian)

INFORMASI LEBIH LANJUT HUB : 089622667471 (SMS / WA)

ARTIKEL TERKAIT

4 Komentar

  1. NOVIA ALVIANI
    29/02/2016 at 7:15 pm

    TERIMAKASIH SANGAT MEMBANTU 🙂

  2. Yudi
    Yudi
    01/03/2016 at 10:16 pm

    sama-sama, terima kasih juga sudah berkunjung

  3. taufiq
    taufiq
    03/11/2016 at 10:21 am

    terimakasih,,,saya sangat terbantu dalam membuat soal evaluasi.

  4. Ekawarni
    Ekawarni
    09/11/2016 at 8:36 am

    Terima kasih,, soal dan pembahasannya sangat membantu

Tinggalkan Balasan

Pesan kamu*

Komentar kamu akan ditinjau dulu sebelum ditampilkan

Name*
Email*
Url