Radiasi Benda Hitam

Nah salah satunya yaitu Radiasi Benda Hitam!

Ayo, siapa yang belum tahu tentang benda hitam? Benda hitam adalah benda yang akan menyerap seluruh radiasi yang mengenainya (tidak ada yang dipantulkan). Radiasi yang dipancarkan benda hitam disebut dengan radiasi benda hitam.

Berdasarkan Hukum Stefan-Boltzmann, “Jumlah energi yang dipancarkan benda hitam per satuan luas permukaan per satuan waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur termodinamikanya”.

Rumusnya dapat dinyatakan sebagai berikut:

atau

Hukum Pergeseran Wien

Hukum pergeseran Wien menjelaskan bahwa spektrum radiasi benda hitam pada suhu berapa pun berkorelasi dengan spektrum pada suhu lainnya. Dengan kata lain, jika bentuk spektrum pada suatu suhu diketahui, bentuk spektrum pada suhu lainnya dapat ditentukan.

Menurut Wien, “Panjang gelombang untuk intensitas cahaya maksimum berkurang dengan meningkatnya suhu”. Hukum ini dinyatakan dengan persamaan

Teori Kuantum Planck

Teori kuantum dikemukakan oleh Planck terkait dengan cahaya. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik berupa paket-paket energi yang terkuantisasi (diskrit) yang tak bermuatan dan disebut dengan “foton”. Energi satu foton dirumuskan sebagai berikut.

Energi n foton dirumuskan sebagai berikut.

Latihan 1

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Benda yang akan menyerap seluruh radiasi yang mengenainya merupakan pengertian dari?

A. Benda mati

B. Benda hitam

C. Benda putih

D. Benda hidup

E. Benda miring

Latihan 2

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Sebuah benda memiliki suhu 5x10³ K. Tentukan panjang gelombang radiasi yang dipancarkan!

A. 5,2x10^-7

B. 5,8x10^-7

C. 6,2x10^-7

D. 6,8x10^-7

E. 6,0x10^-7

Latihan 3

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

“Panjang gelombang untuk intensitas cahaya maksimum berkurang dengan meningkatnya suhu”. Hukum ini dinyatakan dengan persamaan …

A. Teori kuantum planck

B. Radiasi benda hitam

C. Hukum pergeseran wien

D. Efek fotolistrik

E. Efek compton

Latihan 4

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Teori kuantum dikemukakan oleh …

A. Albert einstein

B. Nikola tesla

C. Isaac newton

D. Max planck

E. Thomas alva edison

Latihan 5

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!
Jika tetapan planck 6,63x10^-34 Js, kecepatan cahaya 3x10⁸ m/s dan panjang gelombang cahaya 6x10^-7 m. maka energi foton itu adalah …

A. 3,135x10^-19

B. 1,335x10^-19

C. 5,313x10^-19

D. 3,313x10^-19

E. 3,315x10^-19

Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik ialah peristiwa keluarnya elektron dari permukaan logam karena radiasi gelombang elektromagnetik. Efek fotolistrik pertama kali ditemukan oleh Hertz.

Agar terjadi Efek fotolistrik, maka:

1. Energi radiasi foton (E_f) lebih besar dari energi ambang (W_o)
2. Panjang gelombang radiasi foton lebih kecil dari panjang gelombang ambang
3. Frekuensi radiasi foton (f) lebih besar dari frekuensi ambang (f_o) 

Energi Ambang dan Energi Kinetik Elektron

Frekuensi ambang (frekuensi batas) adalah frekuensi terkecil gelombang elektromagnetik yang mengakibatkan elektron dapat lepas dari logam. Besaran yang berkaitan adalah fungsi kerja. Fungsi kerja adalah energi ambang logam yang persamaannya sebagai berikut.

W₀ = hf₀

Keterangan:
W₀ = Energi ambang (J)
h = Tetapan planck (6,63x10^-34 Js)
f₀ = Frekuensi ambang (Hz)

Nah, elektron dapat keluar dari logam karena elektron tersebut menyerap energi elektromagnetik yang diradiasikan pada logam. Energi kinetik elektron yang terlepas dari logam yaitu:

Ek = hf - hf₀

Keterangan:
Ek=Energi kinetik elektron (J)
h = Tetapan planck (6,63x10^-34 Js)
f = Frekuensi foton (Hz)
f₀ = Frekuensi ambang (Hz)

Energi kinetik elektron dipengaruhi oleh fungsi kerja (energi ambang logam).

Ek = hf - W₀

Latihan 1

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Pernyataan yang benar tentang efek fotolistrik adalah …

A. Energi elektron yang keluar dari permukaan logam akan bertambah jika frekuensi cahaya yang digunakan semakin besar

B. Jumlah elektron yang keluar dari permukaan logam tidak dipengaruhi oleh intensitas cahaya

C. Efek fotolistrik dapat terjadi jika frekuensi yang digunakan lebih besar

D. Efek fotolistrik dapat dijelaskan dengan mekanika klasik

E. Elektron yang keluar dipengaruhi oleh medan magnet

Latihan 2

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Energi ambang sebuah logam adalah 1,8 eV, diberi sinar berenergi 2 eV. Besar energi elektron yang keluar dari logam adalah…

A. 0,2 eV

B. 0,3 eV

C. 0,4 eV

D. 0,5 eV

E. 0,6 eV

Latihan 3

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

A. 1,32 x 10^-19 J

B. 1,38 x 10^-19 J

C. 1,45 x 10^-19 J

D. 2,32 x 10^-19 J

E. 2,58 × 10^-19 J

Latihan 4

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Frekuensi ambang disebut juga sebagai frekuensi …

A. Foton

B. Batas

C. Gelombang

D. Cahaya

E. Proton

Latihan 5

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Efek fotolistrik pertama kali ditemukan oleh …

A. Newton

B. Einstein

C. Hertz

D. Tesla

E. Edison

Pengertian Efek Compton

Compton melakukan eksperimen penembakan sinar-X terhadap suatu material atau bahan, akibatnya terjadi hamburan seperti gambar dibawah ini.

Berdasarkan hasil pengamatan ternyata sinar-X yang terhambur memiliki panjang gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang sinar X semula. Hal ini dikarenakan sebagian energinya terserap oleh elektron. Jika energi foton sinar-X mula-mula hf dan energi foton sinar-X yang terhambur menjadi (hf – hf') dalam hal ini f > f'.

Jadi Sobat pintar, gejala compton merupakan gejala hamburan (efek) dari penembakan suatu materi dengan sinar-X.

Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi berhasil menunjukkan bahwa perubahan panjang gelombang foton terhambur dengan panjang gelombang semula, yang memenuhi persamaan:

Keterangan
h = konstanta Planck (6,625 × 10^-34 Js)
m₀ = massa diam elektron (9,1 × 10^-31 kg)
c = kecepatan cahaya (3 × 10⁸ m/s)

Besaran h/m₀ c sering disebut dengan panjang gelombang Compton. Jadi jelaslah sudah bahwa dengan hasil pengamatan Compton tentang hamburan foton dari sinar-X menunjukkan bahwa foton dapat dipandang sebagai partikel, sehingga memperkuat teori kuantum yang mengatakan bahwa cahaya mempunyai dua sifat, yaitu cahaya dapat sebagai gelombang dan cahaya dapat bersifat sebagai partikel yang sering disebut sebagai dualisme gelombang cahaya.

Latihan 1

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Foton dengan panjang gelombang 0,06 nm mengalami hamburan Compton dengan sudut hamburan 60 derajat. Tentukan panjang gelombang foton yang dihamburkan!

A. 0,0612 nm

B. 0,0424 nm

C. 0,0836 nm

D. 0,0248 nm

E. 0,0052 nm

Latihan 2

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Foton dengan panjang gelombang 0,06 nm mengalami hamburan Compton dengan sudut hamburan 60 derajat. Tentukan energi foton yang terhambur!

A. 3,24x10^-15 Joule

B. 4,43x10^-15 Joule

C. 5,18x10^-15 Joule

D. 5,85x10^-15 Joule

E. 6,24x10^-15 Joule

Latihan 3

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Fenomena berikut yang tepat menggambarkan bahwa cahaya dapat memiliki sifat-sifat partikel adalah …

A. Interferensi cahaya pada lapisan tipis

B. Radiasi elektromagnetik

C. Efek compton

D. Difraksi elektron

E. Difraksi sinar-X

Latihan 4

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Compton melakukan suatu eksperimen yaitu penembakan sinar-X terhadap suatu material atau bahan, yang mengakibatkan terjadinya …

A. Pemantulan

B. Hamburan

C. Pembiasan

D. Radiasi

E. Penyebaran

Latihan 5

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Efek compton pertama kali ditemukan oleh …

A. Newton

B. Thomas alva edison

C. Arthur holly compton

D. Albert einstein

E. Nikola tesla

Pengertian dan Manfaat SInar-X

Sinar-X merupakan suatu gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang cenderung sangat pendek, akan tetapi memiliki energi yang sangat besar. Sinar-X juga mempunyai daya tembus yang sangat tinggi. Nah selain itu sinar-X juga memiliki kemampuan mengionisasi atom dari materi yang dilewati, selanjutnya menjadikan sebagai salah satu bentuk radiasi elektromagnetik.

Manfaat Sinar-X

Bidang Kesehatan

1. Melihat bagian dalam tubuh tanpa harus melakukan pembedahan
2. Menemukan lokasi benda yang tidak sengaja tertelan
3. Memantau suatu jenis penyakit, misalnya penyumbatan pembuluh darah, kanker tulang, kerusakan gigi dan lain-lain

Bidang Perindustrian

1. Mendeteksi kerusakan mikroskopis pada komponen mesin industri
2. Memantau kualitas produk yang dihasilkan oleh sebuah industri

Bidang Riset dan Ilmu Pendidikan

1. Sinar-X bisa digunakan untuk mempelajari struktur yang terdapat pada sebuah senyawa. Salah satu contohnya untuk memeriksa struktur kristal

Bidang Keamanan

1. Mendeteksi benda keras seperti senjata tajam atau bahan peledak

Bidang Pertanian

1. Menciptakan bibit unggul yang berkualitas dengan menyebabkan mutasi sel, sampai sifat yang diinginkan didapatkan

Latihan 1

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Pernyataan berikut yang benar tentang sinar-X adalah …

A. mempunyai daya tembus yang sangat tinggi

B. panjang gelombang yang cenderung besar

C. memiliki energi yang sangat kecil

D. tidak memiliki kemampuan mengionisasi atom

E. dapat mengeluarkan elektron

Latihan 2

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut ini!

1. Melihat bagian dalam tubuh tanpa harus melakukan pembedahan
2. Mendeteksi benda keras seperti senjata tajam atau bahan peledak
3. Menciptakan bibit unggul yang berkualitas
4. Mendeteksi kerusakan mikroskopis pada komponen mesin industri

Pernyataan yang benar tentang manfaat sinar-X ditunjukan oleh angka …

A. 1, 2 dan 3

B. 1 dan 2

C. 1 dan 4

D. 2, 3, dan 4

E. Semua benar