Hukum pancaran
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Hukum pancaran

on

  • 3,256 views

hukum pancaran cahaya benda langit

hukum pancaran cahaya benda langit

Statistics

Views

Total Views
3,256
Views on SlideShare
3,256
Embed Views
0

Actions

Likes
1
Downloads
99
Comments
1

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Hukum pancaran Hukum pancaran Presentation Transcript

  • A s t r o f i s i k a
  • Apakah astrofisika itu ?
    • Penerapan ilmu fisika pada alam semesta/benda-benda langit
    Informasi yang diterima Cahaya (gelombang elektromagnet) Pancaran gelombang elektromagnet dapat dibagi dalam beberapa jenis, bergantung pada panjang gelombangnya (  )
    • Pancaran gelombang radio, dengan  antara beberapa milimeter sampai 20 meter
    • Pancaran gelombang inframerah, dengan  ≈ 7500 Å hingga sekitar 1 mm (1 Å = 1 Angstrom = 10 -8 cm)
    • Pancaran gelombang optik atau pancaran kasatmata (pancaran visual) dengan  :3 800Å s/d 7 500 Å
    • merah oranye  : 6 000 – 6 300 Å
    • oranye  : 5 900 – 6 000 Å
    • kuning  : 5 700 – 5 900 Å
    • kuning hijau  : 5 500 – 5 700 Å
    • hijau  : 5 100 – 5 500 Å
    • hijau biru  : 4 800 – 5 100 Å
    • biru  : 4 500 – 4 800 Å
    • biru ungu  : 4 200 – 4 500 Å
    • ungu  : 3 800 – 4 200 Å
    Panjang gelombang optik terbagi dlm beraneka warna:
    • merah  : 6 300 – 7 500 Å
    View slide
    • Pancaran gelombang ultraviolet, sinar X dan sinar  mempunyai  < 3 500 Å
    http://www.astro.uiuc.edu/~kaler/sow/spectra.html View slide
  • ozon (O 3 ) molekul (H 2 O, CO 2 ) molekul, atom, inti atom teleskop optik satelit balon, satelit balon, satelit teleskop radio http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/introduction/emsurface.html Radio Mikcrowave Inframerah UV Sinar-X Sinar-Gamma Cahaya Kasatmata Ketinggian
  • Dengan mengamati pancaran gelombang elektromagnet kita dapat mempelajari beberapa hal yaitu,
    • Arah pancaran
    • Kuantitas pancaran
    • Kualitas pancaran
    • Dari pengamatan kita dapat mengamati letak dan gerak benda yang memancarkannya
    • Kita bisa mengukur kuat atau kecerahan pancaran
    • Dalam hal ini kita bisa mempelajari warna, spektrum maupun polarisasinya
  • Hukum Pancaran
  • Seperti telah dibicarakan dalam bab yang lalu, informasi yang diterima dari benda-benda langit berupa gelombang elektromagnet (cahaya)
    • diperlukan pengetahuan mengenai gelombang elektromagnet tersebut
    Jika suatu benda disinari dengan radiasi elektromagnetik, benda itu akan menyerap setidaknya sebagian energi radiasi tersebut.
    • temperatur benda akan naik
    Teori Pancaran Benda Hitam
  • Jika benda tersebut menyerap semua energi yang datang tanpa memancarkannya kembali, temperatur benda akan terus naik
    • Kenyataannya tidak pernah terjadi , mengapa?
    • Sebagian energi yang diserap benda akan dipancarkan kembali.
    Temperatur akan terus naik apabila laju penyerapan energi lebih besar dari laju pancarannya sampai akhirnya benda mencapai temperatur keseimbangan dimana laju penyerapan sama dengan laju pancarannya. Keadaan ini disebut setimbang termal ( setimbang termodinamik ).
  • Untuk memahami sifat pancaran suatu benda kita hipotesakan suatu pemancar sempurna yang disebut benda hitam ( black body )
    • Pada keadaan kesetimbangan termal, temperatur benda hanya ditentukan oleh jumlah energi yang diserapnya per detik
    • Suatu benda hitam tidak memancarkan seluruh gelombang elektromagnet secara merata. Benda hitam bisa memancarkan cahaya biru lebih banyak dibandingkan dengan cahaya merah, atau sebaliknya.
  • Menurut Max Planck (1858 – 1947), suatu benda hitam yang temperaturnya T akan memancarkan energi berpanjang gelombang antara  dan  + d  dengan intensitas spesifik B  ( T ) d  sebesar Fungsi Planck . . . . . . . . . . . . . (1-1) B  ( T ) = Intensitas spesifik ( I ) = Jumlah energi yang mengalir pada arah tegak lurus permukaan per cm 2 per detik, per steradian 2 h c 2  5 1 e hc /  kT - 1 B  ( T ) =
  • h = Tetapan Planck = 6,625 x 10 -27 erg det k = Tetapan Boltzmann = 1,380 x 10 -16 erg/ o K c = Kecepatan cahaya = 2,998 x 10 10 cm/det T = Temperatur dalam derajat Kelvin ( o K) Apabila dinyatakan dalam frekuensi fungsi Planck menjadi : . . . . . . . . . . . . . . (1-2) 2 h c 2  5 1 e hc /  kT - 1 B  ( T ) = 2 h  3 c 2 1 e h  / kT - 1 B  ( T ) =
  • Distribusi energi menurut panjang gelombang untuk pancaran benda hitam dengan berbagai temperatur (Spektrum Benda Hitam) Makin tinggi temperatur benda hitam, makin tinggi pula intensitas spesifiknya dan jumlah energi terbesar dipancarkan pada  pendek Intensitas spesifik benda hitam sebagai fungsi panjang gelombang Visible  (  m ) Intensitas Spesifik [B  ( T )] UV Inframerah 8 000 K 7 000 K 6 000 K 5 000 K 4 000 K 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00
  • Panjang gelombang maksimum (  maks ) pancaran benda hitam dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum Wien yaitu  maks dinyatakan dalam cm dan T dalam derajat Kelvin
    • Hukum Wien ini menyatakan bahwa makin tinggi temperatur suatu benda hitam, makin pendek panjang gelombangnya
    • Hal ini dapat digunakan untuk menerangkan gejala bahwa bintang yang temperaturnya tinggi akan tampak berwarna biru, sedangkan yang temperatur-nya rendah tampak berwarna merah.
    . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1-3)  maks = 0,2898 T
  • 8 000 K 0 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 Panjang Gelombang Intensitas  maks = 0,2898 T 0,2898 8000 =
  • Contoh : Dari hasil pengamatan diperoleh bahwa puncak spektrum bintang A dan bintang B masing-masing berada pada panjang gelombang 0,35  m dan 0,56  m . Tentukanlah bintang mana yang lebih panas, dan seberapa besar perbedaan temperaturnya Jawab : Jadi bintang A mempunyai  maks lebih pendek daripada bintang B. Menurut hukum Wien, bintang A lebih panas daripada bintang B  maks A = 0,35  m ,  maks B = 0,56  m  maks = 0,2898 T T = 0,2898  maks
  • Untuk bintang A : Untuk bintang B : Jadi temperatur bintang A lebih panas 1,6 kali daripada temperatur bintang B T A = 0,2898  maks A = 0,2898 0,35 T B = 0,2898  maks B = 0,2898 0,56 0,2898  = 0,2898 0,56 T A T B = 1,6
  • Bintang B :  maks = 0,56  m = 0,56 x 10 -4 cm Bintang A :  maks = 0,35  m = 0,35 x 10 -4 cm Cara lain : Jadi bintang A 1,6 kali lebih panas daripada bintang B  maks = 0,2898 T 0,2898 T =  maks 0,2898 0,35 x 10 -4 T A = = 8 280 K 0,2898 0,56 x 10 -4 T B = = 5 175 K  8280 T A T B = = 1,6
  • Energi total yang dipancarkan benda hitam dapat ditentukan dengan mengintegrasikan persamaan (1-1) . . . . . . . . . . . (1-4) Hukum Stefan-Boltzmann konstanta Stefan-Boltzmann B ( T ) = B  ( T ) d  0  B ( T ) =   T 4 2 k 4  5  = 15 h 3 c 2 = 5,67 x 10 -5 erg cm -2 K -4 s -1
  • Dari intensitas spesifik B  ( T ) dapat ditentukan jumlah energi yang dipancarkan oleh setiap cm 2 permukaan benda hitam per detik ke semua arah, yaitu F =  B ( T ) =   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1-5) Fluks energi benda hitam Apabila suatu benda berbentuk bola beradius R dan bertemperatur T memancarkan radiasi dengan sifat-sifat benda hitam, maka energi yang dipancarkan seluruh benda itu ke semua arah perdetik adalah, L = 4  R 2 F = 4  R 2   . . . . . . . . . . . . . . . . (1-6) Luminositas benda Temperatur efektif L = 4  R 2  ef  
  • Fluks Luminositas : L = 4  R 2 F = 4  R 2   R d Fluks Luas permukaan bola F = L 4  R 2 E = L 4  d 2
  • Resume 1 cm 1 cm Intensitas spesifik B ( T ) = I Fluks F =  T 4 Luminositas L = 4  R 2  T 4 d Fluks pada jarak d : Energi yang melewati sebuah permukaan bola yang beradius d per detik per cm 2 1 cm 1 cm E = L 4  d 2
  • Bintang sebagai Benda Hitam Bintang dapat dianggap sebagai benda hitam. Hal ini bisa dilihat dalam gambar di bawah, yaitu distribusi energi bintang kelas O5 dengan T ef = 54 000 K sama dengan distribusi energi benda hitam yang temparaturnya T = 54 000 K. Black Body T = 54 000 K Bintang Kelas O5 T ef = 54 000 K 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 Panjang Gelombang (  m ) Intensitas
    • Intensitas spesifik ( I ) :
    Jumlah energi yang dipancarkan bintang pada arah tegak lurus permukaan per cm 2 per detik per steradian
    • Fluks ( F ) :
    Jumlah energi yang dipancarkan oleh setiap cm 2 permukaan bintang per detik ke semua arah F =  B ( T ) ( F =  I ) F =   Oleh karena itu semua hukum-hukum yang berlaku pada benda hitam, berlaku juga untuk bintang. 2 h c 2  5 1 e hc /  kT - 1 B  ( T ) = F = L 4  R 2
    • Luminositas ( L ) :
    L = 4  R 2  ef   Energi yang dipancarkan oleh seluruh permukaan bintang yang beradius R dan bertemperatur T ef per detik ke semua arah
    • Fluks pada jarak d ( E ) :
    Energi bintang yang diterima/melewati permukaan pada jarak d per cm 2 per detik ( E )
    • Pers. ini disebut juga hukum kuadrat kebalikan ( invers square law ) untuk kecerlangan (brightness). Karena pers. ini menyatakan bahwa kecerlangan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya
    • Makin jauh sebuah bintang, makin redup cahayanya
    E = L 4  d 2
  • Contoh : Berapakah kecerlangan sebuah bintang dibandingkan dengan kecerlangan semula apabila jaraknya dijauhkan 3 kali dari jarak semula. Jawab : Misalkan d A jarak semula dan kecerlangannya adalah E A . Jarak sekarang adalah d B = 3 d A dan kererlangannya adalah E B . Jadi, Jadi setelah jaraknya dijauhkan 3 kali dari jarak semula, maka kecerlangan bintang menjadi lebih redup sebesar 1/9 kali kecerlangan semula. E A = L 4  d A 2 E B = L 4  d B 2 d B E B = d A E A 2 d A 3 d A = E A 2 = E A 1 9
  • Contoh : Bumi menerima energi dari matahari sebesar 1380 W/m 2 . Berapakah energi dari matahari yang diterima oleh planet Saturnus, jika jarak Matahari-Saturnus adalah 9,5 AU ? Jawab : Misalkan energi matahari yang diterima di Bumi adalah E B = 1380 W/m 2 dan jarak Bumi-Matahari adalah d B = 1 AU. Misalkan energi matahari yang diterima di Saturnus adalah E S dan jarak Saturnus-Matahari adalah d S = 9,5 AU. Jadi 1 9,5 = 1380 2 = 15,29 W/m 2 E S = d B d S E B 2
  • Soal-soal Latihan
    • Andaikan sebuah bintang A yang mirip dengan Matahari (temperatur dan ukurannya sama) berada pada jarak 250 000 AU dari kita. Berapa kali lebih lemahkah penampakan bintang tersebut dibanding-kan dengan Matahari?
    • Andaikan bintang B 1000 kali lebih terang daripada bintang A (pada soal no.1 di atas) dan berada pada jarak 25 kali lebih jauh dari bintang A. Bintang manakah yang akan tampak lebih terang jika dilihat dari Bumi? Berapa kali lebih terangkah bintang yang lebih terang tersebut?
  •