Radiasi benda hitam

Report
Radiasi benda hitam
Spektra sinambung
Cahaya dipisahkan ke dalam frekwensi gelombang yang
berbeda-beda
Spektrum elektromagnetik
Spektrum elektromagnetik
Radiasi elektromagnetik
• Gelombang cahaya muncul dalam segala jenis
panjang gelombang, sehingga menimbulkan
spektrum elektromagnetik.
• Cahaya dalam bentuknya yang beraneka
ragam disebut sebagai radiasi elektromagnetik
Spektra atom
H
Hg
Ne
Spektra atom
• Karena cahaya itu dipancarkan oleh atomatom yang telah dieksitasikan (ditambahi
energi), spektrum itu disebut spektrum atom
atau spektrum emisi
• Karena penampilannya, spektrum ini disebut
spektrum garis
• Garis-garis ini merupakan bayangan celah
yang digunakan untuk membuat berkas
sempit cahaya
Penemuan struktur atom
• Mengapa dihasilkan spektra atom atau
spektra garis?
• Unsur paling ringan (hidrogen) menghasilkan
spektra paling sederhana, sedangkan unsur
berat menghasilkan spektra rumit
Bagaimana struktur atom ditemukan?
Elektron
Proton
Neutron
Penemuan elektron oleh J.J Thomson
Sir Joseph John Thomson
Sir
Joseph
John
“J.J.”
Thomson, (18 Desember 1856
– 30 Agustus 1940) adalah
seorang fisikawan Inggris yang
menemukan elektron dan
isotop
serta
mass
spectrometer.
Thomson
dianugrahi
Nobel Prize in
Physics tahun 1906 untuk
penemuan
elektron
dan
pekerjaannya pada konduksi
listrik dalam gas.
Sinar Katoda
Thomson telah melakukan sebuah seri percobaan dengan
sinar katoda dan tabung sinar katoda yang akhirnya
membuatnya menemukan elektron dan partikel sub atom.
3 Percobaan Thomson:
Percobaan pertama
Percobaan kedua
Percobaan ketiga
Percobaan pertama Thomson
Thomson meneliti apakah muatan negatif dapat dipisahkan dari sinar
katoda menggunakan magnet.
Dia menyusun sebuah tabung sinar katoda dalam silinder dengan
celah didalamnya. Celah tersebut dihubungkan dengan
elektrometer.
Thomson menemukan bahwa jika sinar dibengkokkan secara
magnetik, maka sinar itu tidak bisa masuk dalam celah. Dalam
elektrometer tercatat hanya sedikit muatan.
Thomson menyimpulkan bahwa muatan negatif itu inseparable
dari sinar.
Percobaan kedua Thomson
• Thomson meneliti apakah sinar dapat
didefleksikan oleh medan listrik (sesuatu
yg mencirikan muatan partikel).
• Percobaan ini gagal, tetapi Thomson yakin
bahwa kegagalan ini karena gas dalam
tabung percobaannya.
Percobaan kedua Thomson
Thomson kemudian menyusun tabung sinar katoda dengan
vakum yg sempurna dan dilapisi dengan cat
phosphorescent.
Thomson menemukan bahwa sinar tersebut benar-benar
dibengkokkan dibawah pengaruh medan listrik. Hal ini
menunjukkan adanya muatan negatif.
Percobaan ketiga Thomson
Thomson mengukur perbandingan massa dan muatan (mass-to-charge
ratio) dari sinar katoda dengan cara mengukur berapa banyak sinar
tersebut didefleksikan oleh medan magnet dan berapa banyak enegi yg
dibawanya.
Dia menemukan bahwa perbandingan massa-muatan adalah seratus kali
lebih rendah dari ion hidrohen (H+). Ini menunjukkan bahwa partikel
itu sangatlah ringan.
Percobaan ketiga Thomson
Thomson menyimpulkan bahwa :
“cathode rays were indeed made of particles which
is called "corpuscles",
dan corpuscles berasal dari atom elektroda itu
sendiri. Ini berarti bahwa atom itu benar-benar
“divisible”.
"corpuscles" yg ditemukan oleh Thomson dikenal
dengan electrons, yang dikenalkan oleh G. Johnstone
Stoney.
Radiasi benda hitam
(Blackbody radiation)
• Radiasi yang dikeluarkan oleh benda
ketika benda tersebut dipanaskan
Ingat percobaan
ini?
Ilustrasi
Ketika “burner” dipanaskan:
• Pertama kali tampak memerah, kemudian akan
menjadi lebih merah jika suhu dinaikkan
• Bila pemanasan dilanjutkan, maka akan tampak putih
atau biru
Ketika benda dipanaskan, benda tersebut
memancarkan radiasi dengan distribusi panjang
gelombang yg bersinambung (continuous)
Ilustrasi
• Intensitas radiasi tergantung pada sifat alami
dari permukaan benda dan suhu benda
• Semakin meningkat suhu suatu benda, maka
frekwensi radiasi yg diemisikan bergerak dari
intensitas rendah ke intensitas yg lebih tinggi
Radiasi benda hitam
• Sehubungan dengan sifat alami suatu
permukaan, maka untuk menyederhanakan
pembahasan ini digunakan istilah benda ideal
(ideal body)
• Benda ideal ini disebut sebagai benda hitam
(Black Body), yaitu benda yang mengabsorb
dan mengemisikan semua panjang gelombang
dari radiasi elektrmagnetik
• Radiasi yang diemisikan oleh benda hitam ini disebut
sebagai radiasi benda hitam
Radiasi benda hitam
Plot intensitas radiasi benda hitam vs frekwensi beberapa suhu
Simulasi
• Hukum Radiasi Benda Hitam Planck
http://www.vias.org/simulations/simusoft_bla
ckbody.html
..\Shortcut to BlackBody.exe.lnk
Rayleigh-Janes Law
8kT 2
 ( , T )dv  3 v dv
c
1.1
(v,T)dv adalah densitas energi radiatif antara
frekwensi v dan v+dv dengan satuan joules/ meter
kubik (Jm-3)
K adalah kontanta Boltzman (konstanta gas ideal
dibagi dengan bilangan Avogadro)
T adalah suhu absolut
C adalah kecepatan cahaya
Hipotesis Max Plank untuk menurunkan
radiasi benda hitam
Asumsi Plank:
Radiasi yg diemisikan oleh benda terjadi
karena osilasi elektron dalam partikel benda
tersebut.
Energi osilasi tersebut harus sebanding
dengan frekwensi atau dituliskan dalam
persamaan
=nhv
dimana n adalah integer, h adalah suatu
konstanta dan v adalah frekwensi
Hukum distribusi Planck
Dengan menggunakan argumen termodinamika statistik
(statistical thermodynamic), Planksdapat menurunkan
persamaan ini:
8hv3
dv
 (v, T )dv  3 hv / kT
c e
1
1.2
Planck mampu menunjukkan bahwa persamaan ini sesuai dengan
data hasil percobaan untuk semua frekwensi dan suhu, jika h
bernilai 6.626x10-34 joule seconds (Js)
h disebut konstanta Planck dan persamaan in disebut
Hukum distribusi Planck untuk radiasi benda hitam
Latihan
Hukum Distribusi Planck diatas
dinyatakan dalam Frekuensi (ν),
bagaimana bila dinyatakan dalam
panjang gelombang ()
Latihan
Penyelesaian
karena v dan  saling berhubungan, sesuai
dengan
=c,
d=-cd/2.
Jika
kita
mensubtitusi
d=-cd/2
ke
persamaan
distribusi Planck, akan didapatkan :
 (  , T ) d 
8hc

5
d
e
hc / kT
1
1.3
Nilai (,T)d adalah densitas energi pada nilai
 dan +d .
Radiasi Benda Hitam
Plot dari intensitas radiasi benda hitam terhadap frekuensi
pada berbagai temperature
Spektrum elektromagnetik

similar documents