Hierarchy of management that covers different levels of management
Bab 7 kls xii
1. Matahari merupakan sumber energi yang utama bagi Bumi. Matahari
memberikan energi melalui radiasi gelombang yang dipancarkannya.
Radiasi Benda Hitam Radiasi Benda Hitam
Hasil yang harus Anda capai:
menganalisis berbagai besaran fisis dan gejala kuantum dan batas-batas
berlakunya relativitas Einstein dalam paradigma Fisika Modern.
Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:
menganalisis secara kualitatif gejala kuantum yang mencakup hakikat dan sifat-sifat
radiasi benda hitam, serta penerapannya.
A. Pengertian Radiasi
Benda Hitam
B. Dualisme
Gelombang
Partikel
'2D292B:6BEA22?CE36B69:5EA2?5:E: ?6B8:I2?85:A2?42B2?
'2D292B:632?DEC6E2DE3E92?36B=@B@7:=E?DE6=2E2?7@D@C:?D6C:C
I2:DE AB@C6C A63E2D2? 22?2? -E3E92? 6BEA22? CE36B 22?2?
ED22328:2?EC:252?96G2? $25:C642B2D:52=2?8CE?82?EC:252?96G2?
36B82?DE?8 A252 6?6B8: I2?8 5:A2?42B2? '2D292B: ,6=2:? :DE 6?6B8: I2?8
5:A2?42B2?'2D292B:63E2DCE9E5:E:D6D2A92?82DD:52D6B=2=E5:?8:?
C69:?882 69:5EA2? 5: E: D6D2A D6B;282 *6B?292? ?52 36BA::B 36B2A2
36C2B6?6B8:I2?85:A2?42B2?'2D292B:2D2E36B2A2CE9E'2D292B:C69:?882
6:=:: 6?6B8: I2?8 C2?82D 36C2B '6?EBED 3636B2A2 A6?6=:D:2? CE9E 5:
A6BE22?'2D292B:C6:D2B L A229?523:C26?5E823282:2?2
42B2:=EG2?D6BC63ED6?89:DE?8CE9E'2D292B:2=6?2B:=2:??I2252=29
B25:2C: I2?8 5:A2?42B2?'2D292B: A229 C:?2B '2D292B: A252 C:2?8 92B:
5:2?882A 36B3292I2 328: E=:D 5:2B6?22? B25:2C:?I2 =63:9 D:?88: A229
9E3E?82?2?D2B2B25:2C:I2?85:A2?42B2?52?CE9E'2D292B:
*6BD2?I22?A6BD2?I22? D6BC63ED 52A2D ?52 ;2G23 C6D6=29 ?52
6292: @?C6A B25:2C: 36?52 9:D2 2=2 323 :?: ?52 22?
6?52A2D2? 3636B2A2 76?@6?2 2=2 I2?8 C636?2B?I2 6BEA22?
2A=:2C: 52B: @?C6A 7:C:2
175
Bab
7
Sumber: CD Image
2. Tes Kompetensi Awal
!*'*1922*25*1/6.0437*5 ).7.*3).820*6/031-741741'*6.098)12'90918.-3
5. Gambar 7.1
Cahaya yang masuk ke dalam
kotak yang dianggap sebagai
benda hitam sempurna, akan
dipantulkan terus-menerus oleh
dinding kotak.
A229C6D:2A36?52C6=2=E62?42B2?6?6B8:
A2I2?85:2CE55E2=:C686=@32?8A2BD:6=
A2I2?85:2CE56767@D@=:CDB:52?676@AD@?
,63ED2?;E82D@@9D@@9A6?6E2?86;2=2D6BC63ED
6. Ingatlah
Dalam SI, suhu menggunakan satuan
derajat Kelvin.
Ingatlah
Radiasi Benda Hitam 177
%6D6B2?82?
6:C:F:D2C36?52
43. E?4E= A6BD2?I22? 3282:2?2 6?;6=2C2?
CA6DBE B25:2C: 36?52 9:D2 *6?822D2? 52? 6CA6B:6? I2?8 D6=29
5:=2E2? A252 2C2 :DE 6?4@32 6?42B: A6?;6=2C2? ,A6DBE B25:2C:
Tokoh
Max Planck
(1858 – 1947)
Max Planck dilahirkan di Kiel,
Jerman. Ia belajar di Munich dan
Berlin. Seperti banyak ahli fisika
lainnya, ia seorang pemain musik
yang pandai. Pada tahun 1900 M,
setelah 6 tahun belajar di Universitas
Berlin, ia menyatakan bahwa kunci
pemahaman radiasi benda hitam
adalah anggapan bahwa pemancaran
dan penyerapan radiasi terjadi dalam
kuantum energi hf. Penemuan yang
menghasilkan hadiah Nobel 1918 ini
sekarang dianggap sebagai tonggak
dari fisika modern. Walaupun selama
Hitler berkuasa, ia tetap tinggal di
Jerman. Ia memprotes perlakuan
Nazi kepada ilmuwan Yahudi dan
sebagai akibatnya ia harus
melepaskan kedudukannya sebagai
presiden Institut Kaiser Wilhelm.
Setelah perang dunia kedua, institut
tersebut diberi nama Institut Planck
dan ia kembali menjabat sebagai
presiden sampai akhir hayatnya.
m1 m2 m3
51. #2 6?4@32 6=2E2? A6?562D2?
=2:? 56?82? 6?82;E2? CE2DE BEEC 6A:B:C 52? D6B?I2D2 C2?82D 4@4@
56?82? 92C:= A6?822D2??I2
v
n (v)
Gambar 7.5
Sebaran jumlah partikel yang
memiliki kecepatan (v).
Teori Rayleigh - Jeans
Teori Wien
Intensitas
Teori Planck
Panjang gelombang
Gambar 7.6
Perbandingan teori Wien, dan
teori Rayleigh-Jeans dengan
teori Planck yang memenuhi
data percobaan.
Tugas Anda 7.1
Carilah dari buku-buku tentang
formula yang digunakan Rayleigh-
Jeans untuk menjelaskan intensitas
radiasi benda hitam.
180 Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII
67. Contoh 7.5
Tantangan
untuk Anda
Perumusan Rayleigh-Jeans tidak
cocok diterapkan untuk radiasi
benda hitam pada daerah panjang
gelombang pendek. Dapatkah Anda
menduga, apa implikasi dari
persamaan Rayleigh-Jeans pada
daerah panjang gelombang pendek
untuk kehidupan di Bumi?
68. 5. Aplikasi Radiasi Benda Hitam untuk Mengukur Suhu
Matahari
'2D292B: 6BEA22? 3:?D2?8 I2?8 A2=:?8 562D 56?82? E:
;2B2?I2 C6:D2B
73. %
,6=2:? E?DE 6?8EEB CE9E '2D292B: A6?6B2A2? B25:2C: 36?52
9:D2 :?: 52A2D 5:8E?22? E?DE 6?8EEB CE9E 3:?D2?8 =2:??I2 I2:DE
56?82? 6?82?2=:C:C CA6DBE 3:?D2?8 D6BC63ED
Gambar 7.8
Grafik intensitas radiasi
Matahari yang diukur di luar
angkasa.
74.
75.
76. 7 10 m
,2=29C2DE:CE8=@32=I2?8C6B:?85:2?82D@=692D:F:D2C=:?8E?82?9:5EA252=29
:CE D6?D2?8 A62?2C2? E: 52 C6328:2? ?682B2 2;E I2?8 D:52 2E
6?2?52D2?82?:+(-($(%1(-(D6?D2?8A632D2C2?252B6:C:82C52B::?5ECDB:
!2C6:C::?:C6328:2?36C2B252=29)
'6?EBEDA2B229=:82C)
:?:=29I2?8
6?82:32D2?A62?2C2?E:2D2E5:6?2=56?82?:CD:=29$.!
+'(.,- 2B:=29:?7@B2C:52B:36B3282:CE36B3EE2;2=29:?D6B?6D
52?=2:?=2:?D6?D2?89E3E?82?2?D2B2676BE2924252?B25:2C:36?529:D2
:CEC:2?=2956?82?D62?C66=2C?52D6?D2?892=:?:
1 Å = 10–10 m
Tantangan
untuk Anda
Grafik pada Gambar 7.8
menunjukkan intensitas radiasi
Matahari yang diukur di luar angkasa.
Apakah Anda bisa menduga
bagaimana grafik intensitas radiasi
Matahari jika diukur di permukaan
Bumi? Apakah di seluruh tempat di
permukaan Bumi intensitas radiasi
Matahari selalu sama? Jelaskan
jawaban Anda dengan bahasa yang
mudah dipahami dan diskusikanlah
bersama teman sekelas.
77. 3
Gambar 7.9
(a) Cahaya sebagai gelombang;
(b) Cahaya sebagai paket-paket
energi.
ruang vakum
tutup
tabung
cahaya
C
i
A
saklar geser
T
i
– + – +
V
Radiasi Benda Hitam 183
84. I
intensitas
tinggi
intensitas
rendah
2
–V0 V
3
f0 f0 f0
energi potensial
gelombang (eV)
0 2 4 6 8
Ce
Na
K
1014 Hz
Gambar 7.11
Ek
v
4
(a) Apabila energi kinetik elektron
melebihi energi potensial
penghalang, elektron akan dapat
mendaki bukit potensial; (b) Energi
kinetik elektron tidak bergantung
pada intensitas cahaya; (c) Setiap
permukaan memiliki frekuensi (f0)
berbeda.
6=6DB@? 6BC222? 56?82? 6?2:2? 3652 A@D6?C:2= A6?E?;E2? ;2BE
2A6B66D6B 22? 6?864:= $:2 A252 CE2DE 6D:2 ;2BE 2A6B6D6B
6?E?;E2?82?@=36C2B?I26?6B8:A@D6?C:2=C2256?82?36C2B6?6B8:
:?6D: I2?8 5::=:: 6=6DB@? (:=2: 3652 A@D6?C:2= A252 C22D :DE 5:C63ED
A@D6?C:2= 96?D:
?6B8:A@D6?C:2= I2?85:36B:2?52A2D5:AB65:C:2?C63282:C63E29
3E:DI2?892BEC5:=6G2D:6=6DB@?C6A6BD:A2522'6 A23:=2
3E:D A@D6?C:2= D6BEC 5:A6BD:?88: CE2DE C22D 2A6B66D6B I2?8 5:A2C2?8
5:32=:3E:D6?E?;E2?2?82?@= #?:36B2BD:6?6B8::?6D:6=6DB@?
D:52 4EEA =28: E?DE 6=6G2D: 3E:D A@D6?C:2= C69:?882 36C2B?I2
A@D6?C:2= 96?D: 36BC6CE2:2? 56?82? 6?6B8: :?6D: 6=6DB@?
3
2
1
184 Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII
$
M
2D2E
93. -63282 E
*6B2 8
*=2D:?2 *D
Efek fotolistrik selain memiliki
peranan penting dalam teori foton
pada cahaya, juga memiliki banyak
sekali aplikasi dalam kehidupan
sehari-hari. Sebagai contoh adalah
alarm pencuri dan pembuka
otomatis yang juga menggunakan
sirkuit fotolistrik. Ketika seseorang
menghalangi sinar yang dipancarkan,
penurunan arus listrik dapat
mengaktifkan saklar sehingga bel
berbunyi atau pintu terbuka.
Biasanya sinar yang digunakan adalah
sinar ultraviolet dan inframerah
karena kedua sinar ini tidak terlihat.
The photoelectric effect, besides
playing an important historical role
in confirming the photon theory of
light, also has many practical
applications. Burglar alarms and
automatic door openers often make
use of the photocell circuit. When a
person interrupts the beam of light, the
sudden drop in current in the circuit
activates a switch which operates a
bell or opens the door. UV or IR light is
sometimes used in burglar alarms
because of its invisibility.
Sumber: Physics for Scientist Engineers
Contoh 7.6
Sumber: Physics, 1993
B6E6?C:232?8CE2DE3292?
148. C
CE5ED A6?I:A2?82? 7@D@?
2CC2 5:2 6=6DB@? 8
Gambar 7.12
Tumbukan foton dan elektron
(a) sebelum tumbukan
(b) sesudah tumbukan
v
Tokoh
Arthur Compton (Holly)
(1892–1962)
Arthur Compton adalah seorang ahli
Fisika yang dilahirkan di Wooster,
Ohio, USA. Dia belajar di Universitas
Princetion dan lulus menjadi
profesor Fisika di Chicago (1923). Dia
meneliti dan menjelaskan Efek
Compton, penambahan panjang
gelombang sinar-X yang
dihamburkan ketika bertumbukan
dengan elektron. Untuk sumbangan
pemikirannya tersebut, dia
mendapat penghargaan Nobel Fisika
pada 1927.
Sumber: www.allbiographies.com
elektron diam
174. C
Contoh 7.8
Pembahasan Soal
Grafik di atas menunjukkan
hubungan antara energi kinetik
maksimum elektron terhadap
frekuensi foton pada efek
fotolistrik. Jika h = 6,6 × 10–34 Js dan
1 eV = 1,6 × 10–19 J, besar f adalah ....
a. 48 × 1014 Hz
b. 21 × 1014 Hz
c. 14 × 1014 Hz
d. 9,5 × 1014 Hz
e. 8,9 × 1014 Hz
UMPTN 1996
Pembahasan
Menurut persamaan efek fotolistrik
Ek = hf – W
maka
f =
k E W
h
Dari grafik, nilai Ek = 0,2 eV = 0,2 (1,6 ×
10–19) J
Pada saat f = 0, berlaku
Ek = – W atau W = –Ek
Dari grafik, saat f = 0, nilai Ek = –37 eV,
maka W = 3,7 eV = 3,7 (1,6 × 10–19) J
Jadi,
f = Ek W
h =
6,6 10 Js
= 9,5 × 1014 Hz
Jawaban: d
175. Sumber: Conceptual of Physics, 2000
Radiasi Benda Hitam 189
%6D6B2?82?
A2?;2?8 86=@32?8 A2BD:6= 6?EBED 56 B@8=:6
! D6D2A2?*=2?4P
204. F@=D
Tokoh
Louis Victor de Broglie
(1892–1987)
Louis Victor De Broglie (1892–
1987) lahir di Dieppe, Prancis, dan
bersekolah di Sorbonne. Ia
melanjutkan kuliahnya di Universitas
Paris tahun 1926. Pada 1929, ia
menerima hadiah Nobel dalam
bidang Fisika atas teorinya mengenai
sifat gelombang pada partikel. Teori
ini menjadi dasar dari mekanika
kuantum, cabang dari ilmu Fisika.
Pada awal 1800, para fisikawan
percaya bahwa cahaya terdiri atas
gelombang energi. Pada 1900, Max
Planck menunjukkan bahwa cahaya
dapat bersifat partikel. Pada 1924, de
Broglie menyatakan bahwa elektron
dapat bersifat sebagai partikel dan
gelombang.
Tantangan
untuk Anda
Efek Compton diaplikasikan dalam
dunia kedokteran untuk mendeteksi
kepadatan tulang. Dengan bahasa
Anda sendiri, dapatkah Anda
menjelaskan cara kerjanya?
Contoh 7.9
-6?DE2?A2?;2?886=@32?856B@8=:6E?DE36?5236B:ED:?:
2 @=256?82?2CC28I2?836B86B256?82?646A2D2?
C
3 =6DB@?I2?836B86B256?82?6?6B8::?6D:
232. 6/
6?82=2: 923EB2? @AD@? 56?82? CE5ED L
-6?DE2?6?6B8:7@D@?C:?2B1C6CE529923EB2?
*6?E?DE?6?6B8:7@D@?5:BEEC2?@=69
!
,63E297@D@?6:=::A2?;2?886=@32?8?
6?82=2: 923EB2? @AD@? 56?82? CE5ED L
192 Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII
-6?DE2?=29
2 A2?;2?886=@32?8
3 6?6B8:7@D@?I2?85:923EB2?
4 6?6B8: I2?8 5:36B:2? 6A252 6=6DB@? I2?8
6=@A2D
,63E29A2BD:6=36B86B256?82?646A2D2?
P
244. *B:?C:A 6D:52A2CD:2? 6=6DB@? 6?88232B2?
329G2 :?7@B2C: D6?D2?8 6=6DB@? 636B2522??I2
D:52A2CD: 6C2B?I26D:52A2CD:2?C636C2B
)=69 2B6?2 6D:52A2CD:2? A6?8EEB2? 6=6DB@?
C6EB2?8EB2?8?I2C2256?82?A2?;2?886=@32?8
I2?8 5:8E?22? I2:DE 0 ! %6D:52A2CD:2?
@6?DE52?A@C:C:?I2252=29
Peta Konsep
).7.*3).82
A6?6B2A2??I2
D6B;25: A6?I:A2?82? E?DE
E?4E=
4@?D@9
A6?6B2A2?I2
63292C
*6BEEC2?+2I=6:89$62?C
D6B;25: A6?I:A2?82? E?DE
2D2E 2D2E
'6?8EEB,E9E :A@D6C:C*=2?4
'2D292B:2D2E:?D2?8
63292C
63292C 63292C
*2?;2?8!6=@32?8
56B@8=:6
%6D:52A2CD:2?6:C6?36B8
E2=:C6!6=@32?8*2BD:6=
,:72D!6=@32?8A252*2BD:6= ,:72D*2BD:6=A252!6=@32?8
Refleksi
Setelah mempelajari materi pada bab ini, Anda tentu
dapat memahami mengenai benda hitam. Anda juga
paham bahwa cahaya juga dapat bersifat seperti partikel
dan partikel bisa bersifat seperti gelombang. Dari
keseluruhan materi yang ada pada bab ini, bagian
manakah yang Anda anggap sulit untuk dipahami? Coba
Anda diskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda.
Coba Anda tuliskan juga manfaat mempelajari bab ini.
Diskusikan konsep yang ada di dalamnya bersama teman
Anda.
369. E3E?82? 6?6B8: :?6D: 6=6DB@? 52? 7B6E6?C:
A6?I:?2B2?A25286;2=27@D@=:CDB:D6B=:92DA2528B27:
C6A6BD:8232B
Ek
I
Ek
I
Ek
I
Ek
I
Ek
I
Ek (eV)
0, 2
3,7
f0 f
f (Hz)
4 5
f (×1014Hz)
Ek (J)
p
C
D
fA f B
Ek (J)
f (Hz)
I
V
a
0
399. K
D6?DE2?=29
2 A2?;2?886=@32?8?I2C6D6=2936BDE3E2?
3 6?6B8:7@D@?I2?89:=2?8A252C22D36BDE3E2?
-6?DE2?=2936C2B?I26?6B8:A6B56D:I2?85:A2?42B
2?@=69C63E293@=22A:36BA:;2B56?82?5:26D6B
4
196 Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII
TA
TB
I
T
52? CE9E A6BE22? 3@=2 2A: D6BC63ED %
:6D29E:@67:C:6?6:C:F:D2C?I2