3. Identitas
Mata Kuliah: Fisika Statistik
Fak/Jur/Prodi : FKIP / P. MIPA / P.
Fisika
Semester : VI (lima)
Dosen Pengasuh : Drs. Imron Husaini, M.Pd
Tim Penyaji : 1. Mukhsinah
2. Setia Lianawati
3. Fika Nurul Hidayati
4. Standar Kompetensi
Mahasiswa mampu memahami
hubungan antara perilaku sistem
partikel penyusun suatu zat
secara mikroskopik dengan akibat
yang ditimbulkannya pada skala
makroskopik, serta memmiliki
kemampuan dalam menelaah
sifat-sifat zat tersebut.
5. Kompetensi Dasar
Mahasiswa mampu menjelaskan
peristiwa radiasi benda hitam
Mahasiswa mapu menjelaskan
kapasitas panas zat padat
menurut Einstein dan Debaye
6. Cakupan Materi
Pokok Bahasan
Aplikasi Statistik Bose-Einstein
Sub Pokok Bahasan
Radiasi benda hitam
Kapasitas panas zat padat menurut
Einstein dan Debaye
Indikator
Menjelaskan peristiwa radiasi benda hitaam
Menurunkan hukum Stefan-Boltzmann
Menjelaskan kapasitas panas zat padat
menurut Einstein dan Debaye
7. Penilaian
Tes Formatif
Alokasi waktu
3 x 50 menit
Kegiatan Pembelajaran
Pendahuluan
Inti
Media yang digunakan
Ms. Word dan Ms. Powerpoint
Alat yang digunakan
LCD dan Komputer
8. Radiasi Benda Hitam
Benda hitam (blackbody) adalah sebutan untuk
benda yang mampu menyerap kalor radiasi
(radiasi termal) dengan baik
Benda hitam merupakan benda ideal yang mampu
menyerap atau mengabsorbsi semua radiasi yang
mengenainya, serta tidak bergantung pada
frekuensi radiasi tersebut.Bisa dikatakan benda
hitam merupakan penyerap dan juga pemancar
yang sempurna.
9. Benda hitam dimodelkan sebagai suatu rongga
berisi foton dengan celah bukaan yang sangat
kecil. Dengan mengabaikan bahan pembuat
dinding dan panjang gelombang radiasi yang
masuk radiasi yang masuk ke dalam rongga
melalui lubang, radiasi tersebut akan dipantulkan
berulang-ulang oleh dinding dalam rongga hingga
energinya habis terserap.
Selanjutnya, dipancarkan kembali sebagai
radiasi gelombang elektromagnetik melalui lubang
itu juga.Lubang pada rongga inilah yang
merupakan contoh dari sebuah benda hitam.
10. Hukum Stefan-Boltzman
Jumlah energi yang dipancarkan persatuan
permukaan sebuah benda hitam dalam satuan waktu
akan berbanding lurus dengan pengkat empat
temperatur termodinamika nya.
P= daya radiasi (Watt)
A= Luas Permukaan (m2)
e=koofisien emisivitas
T=suhu mutlak benda (K)
11. Hukum Pergeseran
Wien
. Wiljhemn Wien menemukan adanya pergeseran
panjang gelombang maksimum saat suhu benda
hitam berubah
Kenaikan suhu benda hitam menyebabkan
panjang gelombang maksimum yang dipancarkan
benda akan mengecil.
12. Teori Klasik Radiasi Benda
Hitam
.
Teori klasik radiasi benda hitam, yaitu: hukum eksponensial
Wien dan hukum Raileigh-Jeans. Suatu prakiraan penting
terhadap bentuk fungsi universal u(f;T) dinyatakan pertama
kali pada tahun 1893 oleh Wien, yang memiliki bentuk
Rayleigh dan Jeans menyatakan bahwa gelombang
gelombang elektromagnetik stasioner dalam rongga dapat
dipertimbangkan memiliki suhu T, karena mereka secara
konstan bertukar energi dengan dinding-dinding dan
menyebabkan termometer dalam rongga mencapai suhu
yang sama dengan dinding
13. • Lebih lajut Mereka mendapatkan energi
penggetar rata-rata tak bergantung pada
panjang gelombang λ , dan sama dengan kT
dari hukum distribusi Maxwell-Boltzmann.
Akhirnya mereka memperoleh kerapatan
energi per panjang gelombang , u ( ) T , λ
, yang dinyatakian sebagai :
• dengan k adalah tetapan Boltzmann.
Pernyataan ini dikenal sebagai hukum
Rayleigh-Jeans.
14. Teori Planck Radiasi Benda
Hitam
• Fisika klasik gagal menjelaskan tentang
radiasi benda hitam.Inilah dilema fisika
klasik di mana Max Planck mencurahkan
seluruh perhatiannya.
• Anggapan baru ini sangat radikal dan
bertentangan dengan fisika klasik, yaitu
sebagai berikut:
• 1. Radiasi yang dipancarkan oleh
getaran molekul-molekul tidaklah kontinu
tetapi dalam paket-paket energi
diskret, yang disebut kuantum (sekarang
disebut foton)
15. • Besar energi yang berkaitan denagn
foton adalah E = hf, sehingga untuk n
buahb foton maka energinya
dinyatakan oleh
dengan n = 1, 2, 3, …..(bilangan
asli), dan f adalah frekuensi getaran
molekul-molekul. Tingkat energi nya
hf, 2hf, 3hf, ……sedang h disebut
tetapan Planck, dengan
h = 6,6 x10-34 J s
16. Berdasarkan teori kuantum di
atas, Planck dapat menyatukan hukum
radiasi Wien dan hukum radiasi Rayleigh-
Jeans, dan menyatakan hukum radiasi
benda hitamnya yang akan berlaku untuk
semua panjang gelombang. Hukum radiasi
Planck adalah
h = 6,6 x 10-34 Js adalah tetapan
Planck,
c = 3,0 x 108 m/s adalah cepat rambat
cahaya, k= 1,38 x 10-34 J/K adalah
17. Panas Spesifik Statistik Bose-Einstein
• Einstein menganggab padatan terdiri dari N atom yang
masing-masing bervibrasi (berosilasi) secara bebas pada arah
tiga dimensi, dengan frikuensi fE. Energi tiap osilator adalah
• En = nhfE
• dimana n adalah bilangan kuantum, n = 0,1,2,3,… Jika jumlah
osilator tiap kasus energi adalah En dan E0 adalah jumlah
osilator pada status 0, maka sesuai dengan fungsi Boltzmann
•
Energi rata-rata osilator adalah
• sehingga panas spesifik menjadi
•
18. ModeL Einstein
• Dalam model ini,atom-atom dianggap sebaga
iosilator osilator bebas yang bergetar tanpa
terpengaruh oleh osilator lain disekitarnya.
• Sehingga kapasitas kalornya
19. model Einstein cocok pada suhu tinggi.
• Pada suhu tinggi(T>>),
• Maka nilai(θE/T)berharga kecil;sehingga exp(θE/T)
dapat
• diuraikan ke dalam deret sebagai berikut
• Pada suhu rendah(T<<) nilai(θE/T)besar
20. Model Debaye
• Menurut model Debye ini, energi total
getaran atom pada kisi diberikan oleh
ungkapan
є(ω)adalahenergirata-
rataosilatorsepertipadamodelEinstein
sedangkang(ω)adalahrapatkeadaan
• Apabilakitamenggambarkankonturyangberhub
ungandenganω=ωD dalamruang
akandiperolehsebuahbolayangdisebutbolaDeb
aye,denganjejari qDyang disebut jejari
Debayedan memenuhi
21. • Debye memandang padatan sebagai
kumpulan phonon karena perambatan
suara dalam zat padat merupakan
gejala gelombang elastis. Energi
sebuah fonon adalah hf dimana f
(frekuensi Debye) adalah frekuensi
vibrasi elastik. Karena semua fonon
identik dan karena jumlahnya dengan
energi sama yaitu tidak
terbatas, maka dalam keadaan
setimbang suhu fonon memenuhi
statistik Bose-Einstein.
