DAFTAR ISI
Rangkuman Materi Radiasi Benda Hitam Kelas 12
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
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)
Hukum Pergeseran Wien
Wien menemukan adanya pergeseran panjang gelombang maksimum saat suhu benda hitam berubah.
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
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
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:
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 .
Keterangan:
λ = panjang gelombang partikel (m)
p = momentum partikel (kg m/s)
m = massa partikel (kg)
v = kecepatan partikel (m/s)
CONTOH SOAL & PEMBAHASAN
- 4,125 X 10-15 m
- 1,2375 X 10-14 m
- 4, 125 x 10-5 m
- 1,2375 x 10-4 m
- 7,27 x 10-6 m
PEMBAHASAN :
Diketahui: E = 108 eV= 1,6 x 10-11 joule
Menentukan λ dapat menggunakan persamaan:
- 48 x 1014
- 20 x 1014
- 14 x 1014
- 9,5 x1014
- 8,9 x 1014
PEMBAHASAN :
Dari grafik tersebut diperoleh data sebagai berikut:
EK= 0,2 eV = 0,32 X 10–19 Joule
Wo = 3,7 eV =5,92 x 10-19 joule
Menentukan frekuensi dari energi kinetik efek fotolistrik
EK= hf – Wo
Jawaban : D
- Sinar gamma, sinar x, sinar infra merah
- Sinar x, sinar gamma, sinar ultraviolet
- Sinar tampak, sinar ultraviolet, sinar x
- Sinar ultraviolet, sinar gamma, sinar x
- 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
- W + hu
- W(hu)
- W – hu
- hu/W
- hu – w
PEMBAHASAN :
Menentukan energi kinetik efek fotolistrik dapat menggunakan rumusan:
EK = hu – w
Jawaban : E
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) dan (2)
- (1) dan (3)
- (2) dan (3)
- (2) dan (4)
- (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
- Mengurangi intensitas sinarnya
- Menambah intensitas sinarnya
- Menaikkan frekuensi sinarnya
- Menurunkan frekuensi sinarnya
- 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
- 1,2 x 10-23 Ns
- 1,5 x 10-23 Ns
- 1,8 x 10-23 Ns
- 2,0 x 10-23 Ns
- 2,4 x 10-23 Ns
PEMBAHASAN :
Menentukan momentum elektron dapat ditentukan melalui rumus
Diketahui:
m = massa elektron = 9,1 x 10-31 kg
e = muatan elektron = 1,6 x 10-19 C
V = 500 V
p = 1,2 x 10-25 Ns
Jawaban : C
- Elektron yang keluar dari permukaan logam dipengaruhi oleh medan magnet
- Peristiwa efek foto listrik dapar dijelaskan dengan menggunakan mekanika listrik
- Peristiwa efek foto listrik dapat dijelaskan dengan menggunakan disekitar inframerah
- Jumlah elektron yang keluar dari permukaan tidak dipengaruhi oleh intensitas cahaya
- 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
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
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
- 223
- 273
- 332
- 381
- 442
- 2 X 1019 foton
- 2 X 1020 foton
- 2 X 1021 foton
- 5 X 1020 foton
- 5 X 1021 foton
- Efek fotolistrik
- Efek compton
- produksi pasangan
- produksi sinar-X
- 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
PEMBAHASAN :
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…
- 2,20 x 10-10 m
- 4,80 x 10-10 m
- 5,00 x 10-10 m
- 6,67 x 10-10 m
- 8,20 x 10-10 m
PEMBAHASAN :
Jawaban : A
- 6.000 K
- 5.100 K
- 4.833 K
- 2.900 K
- 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
- 6 x 102 angstrom
- 6 x 105 angstrom
- 6 x 104 angstrom
- 6 x 103 angstrom
- 6 x 106 angstrom
PEMBAHASAN :
Menentukan panjang gelombang pada intensitas maksimum
λ.T = 2,898 x 10-3
maka panjang gelombangnya adalah
λ = 6 x 104 angstrom
Jawaban : C
- 1,2 x 10-36 kg m/s
- 1,5 x 10-33 kg m/s
- 6,6 x 10-26 kg m/s
- 1,5 x 1025 kg m/s
- 1026 kg m/s
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)
- 6,6 x 10-19 kg m/s
- 13,2 x 1019 kg m/s
- 0,33 x 1019 kg m/s
- 3,3 x 10-19 kg m/s
- 3,3 x 10-19 kg m/s
PEMBAHASAN :
- 2,15 eV
- 2,28 eV
- 4,56 eV
- 6,71 eV
- 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
- 40 kV
- 45 kV
- 50 kV
- 55 kV
- 60 kV
- 7 : 9
- 8 : 15
- 12 : 17
- 16 : 81
- 19 : 20
PEMBAHASAN :
Diketahui:
Benda 1, suhu T1 = 127 0C = (1270 C + 273) K = 400 K
Benda 2, suhu T2 = 327 0C = (327 0C + 273) K = 600 K
Maka untuk menghitung perbandingan energi radiasi pada kedua benda adalah:
Jawaban : D
- 5.796 K
- 5.523 K
- 4.830 K
- 4.690 K
- 3.989 K
PEMBAHASAN :
Diketahui:
λmaks = 6.000 Angstrom = 6 x 10-7 m (karena 1 Angstrom = 10-10 m)
C = konstanta Wien = 2,898 x 10-3 mK
Maka untuk menghitung suhu sumber cahaya:
C = λmaks x T
2,898 x 10-3 mK = 6 x 10-7 m x T
Jawaban : C
- 4,2 x 10-19
- 4,7 x 10-19
- 3,9 x 10-19
- 3,3 x 10-19
- 2,2 x 10-19
PEMBAHASAN :
Diketahui:
λ = 7.000 Angstrom = 7 x 10-7 m (Karena 1 Angstrom = 10-10 m)
h = 6,625 x 10-34 Js
c = 3 x 108 m/s
maka untuk menghitung energi foton adalah:
Jawaban : D
- 1 x 10-19
- 2 x 10-19
- 3 x 10-19
- 4 x 10-19
- 5 x 10-19
PEMBAHASAN :
Diketahui:
λ = 2.000 Angstrom = 2 x 10-7 m (1 Angstrom = 10-10 m)
h = 6,625 x 10-34 Js
c = 3 x 108 m/s
e = 1,6 x 10-19 J
Menentukan energi pelepasan elektron dari logam
W = 5 eV = 5 x (1,6 x 10-19 J) = 8 x 10-19 J
Jawaban : B
- 0,01
- 0,009
- 0,008
- 0,007
- 0,006
PEMBAHASAN :
Diketahui:
A = 30 m2
I = 72 watt/m2
T = 1500 K = 1,5 x 103 K
s = 5,67 x 10-8 watt/m2 K
Maka besar emisivitas dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : C
- 1,3 eV
- 1,5 eV
- 3,4 eV
- 2,0 eV
- 8,9 eV
PEMBAHASAN :
Diketahui:
λ = 350 nm = 3,5 x 10-7 m (1 nm = 1 x 10-9 m)
λ0 = 550 nm = 5,5 x 10-7 m (1 nm = 1 x 10-9 m)
h = 6,625 x 10-34 Js
c =3 x 108 m/s
e = 1,6 x 10-19 J
Maka untuk menghitung energi kinetik, sebagai berikut:
Jawaban : C
- 2 : 3
- 5 : 3
- 3 : 2
- 4 : 1
- 4 : 3
PEMBAHASAN :
Diketahui:
V1 = 225 volt
V2 = 625 volt
Maka perbandingan panjang gelombang partikel dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : C
- 30,012 Angstrom
- 40,012 Angstrom
- 50,012 Angstrom
- 60,012 Angstrom
- 70,012 Angstrom
PEMBAHASAN :
Diketahui:
λ = 60 Angstrom = 6 x 10-9 m (1 Angstrom = 10-10 m)
Sudut foton yang berhamburan (θ) = 600
m0 (massa diam elektron) = 9,1 x 10-31 kg
h = 6,625 x 10-34 Js
c = 3 x 108 m/s
maka besar panjang gelombang foton (λ’) dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : D
- 53,88 kW/m2
- 52,66 MW/m2
- 51,88 MW/m2
- 50,23 kW/m2
- 52,55 kW/m2
PEMBAHASAN :
Diketahui:
Suhu permukaan matahari, T = 5.500 K = 5,5 x 103 K
Konstanta Stefan-Boltzman, s = 5,67 x 10-8 W/m2 K
Maka laju radiasi permukaan matahari adalah:
Jawaban : C
- 545 J/s.m2
- 247 J/s.m2
- 511 J/s.m2
- 877 J/s.m2
- 2.344 J/s.m2
PEMBAHASAN :
Diketahui:
e = 1
σ = 5,672 x 10-8 W/m2K4
T = 227 + 273 = 500 K
Energi kalor persatuan waktu dapat dihitung sebagai berikut:
W = eσT4
= 1(5,672 x 10-8 W/m2K4)(500)4
= 3.545 J/s.m2
Jawaban : A
- 2 x 10-3 m
- 3 x 10-3 m
- 2 x 10-6 m
- 3 x 10-6 m
- 2 x 10-5 m
PEMBAHASAN :
Diketahui:
T = 697 + 273 = 970 K
C = 2,898 x 10-3 mK
λm . T = C
Jawaban : D