Teori Planck tentang Radiasi Benda Hitam

Posted by

Feature photo by Thorn Yang from Pexels

Pada pembahasan tentang Hukum Pergeseran Wien telah digambarkan intensitas radiasi kalor yang bervariasi terhadap panjang gelombang dalam bentuk grafik I(λ) – λ. Penelitian tentang radiasi kalor dilakukan dengan meninjau benda hitam ideal sebagai pemancar sekaligus penyerap radiasi yang sempurna. Sebuah lubang kecil dari benda berongga yang dipanaskan pada suhu tertentu sehingga memancarkan radiasi dianggap mewakili sebuah benda hitam sempurna.

Benda hitam konseptual (sumber: sanjaysah.com.np

Radiasi yang dipancarkan benda hitam dianalogikan sebagai radiasi yang keluar melalui lubang kecil ini dan radiasi yang diserap dianalogikan sebagai radiasi dari luar yang masuk ke dalam lubang ini. Radiasi yang masuk melalui lubang tidak akan pernah ke luar dan terperangkap di dalam rongga. Itu sebabnya lubang kecil semacam ini dianggap mewakili benda hitam sempurna yang akan menyerap dengan sempurna radiasi dari luar.

Suhu (dan karenanya kalor) berkaitan dengan gerakan internal molekul-molekul atau atom-atom yang terkandung di dalam benda. Karenanya, Tidak salah jika radiasi kalor juga dikaitkan dengan molekul-molekul di dalam benda itu. Untuk suatu benda hitam radiasi berkaitan dengan getaran molekul-molekul dari dinding rongga. Tinjauan seperti inilah yang digunakan oleh Planck untuk menemukan teori yang sesuai dengan grafik I(λ) – λ dari radiasi kalor.

Planck (ketiga dari kiri/paling tengah) bersama fisikawan-fisikawan terkemuka pada masa itu. Bisakah kalian menyebut nama fisikawan-fisikawan tersebut? (sumber: wikipedia.org)

Teori yang dikemukakan oleh Planck didasarkan pada dua postulat berikut ini.

  • Molekul-molekul yang bergetar pada dinding rongga hanya dapat memiliki energi yang besarnya merupakan kelipatan bulat dari nilai diskrit tertentu. Energi ini dinyatakan sebagai

En = nhf

Pada persamaan di atas, h adalah sebuah konstanta yang mempunyai nilai 6,626 × 10−34 Js yang kemudian dikenal sebagai konstanta Planck, f adalah frekuensi getaran molekul-molekul, dan n adalah bilangan asli (n = 1, 2, 3, …). Jadi, energi yang diperkenankan (atau boleh dimiliki oleh molekul-molekul) membentuk tingkat-tingkat energi dan bukan nilai yang kontinu. Dalam hal ini energi terkuantisasi.

  • Molekul-molekul memancarkan atau menyerap energi radiasi dalam satuan diskrit dari energi radiasi, disebut kuantum, yang dilakukan dengan berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi yang lain. Beda energi dari dua tingkat energi yang berdekatan adalah

E = hf

Ini sesuai dengan postulat pertama.

Berdasarkan dua postulat ini, Planck berhasil menemukan teori yang memenuhi grafik intensitas radiasi kalor. Teori ini juga menjadi awal dari sebuah era baru dalam fisika dengan gagasan tentang energi diskrit atau energi yang terkuantisasi.

Contoh soal 1

Jika sebuah antena berdaya 500 watt memancarkan foton tiap detiknya sebanyak 4 × 1020 buah, berapakah energi satu fotonnya (dalam joule)?

Penyelesaian:

Daya pemancar 500 watt berarti dalam 1 detik energi total foton yang dipancarkan adalah 500 joule. Jadi, energi satu foton adalah

Contoh soal 2

Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh lampu monokromatis 60 watt adalah 6,6 × 10−7 m. berapakah jumlah foton (partikel cahaya) per detik yang dipancarkannya?

Penyelesaian:

Daya pemancar 60 watt berarti dalam 1 detik energi total foton yang dipancarkan adalah 60 joule. Panjang gelombang cahaya λ = 6,6 × 10−7 m. Selanjutnya, Kita hitung menggunakan persamaan Planck.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s