1. Dokumen tersebut membahas tentang teori radiasi benda hitam, termasuk hukum Stefan-Boltzmann dan hukum Wien yang menjelaskan hubungan antara intensitas radiasi, temperatur, dan panjang gelombang maksimum. 2. Juga dibahas mengenai teori klasik Rayleigh-Jeans dan Wien yang gagal menjelaskan distribusi energi benda hitam, serta teori kuantum Planck yang menyatakan bahwa energi dipancarkan secara diskrit dalam bentuk foton

1. RADIASI BENDA HITAM
FAHMI IMAN ALFARIZKI – XII IPA 1

2. Jika suatu benda disinari dengan radiasi elektromag-netik, 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?
 Karena sebagian energi yang diserap benda akan dipancarkan
kembali.

3. Apabila laju penyerapan energi lebih besar dari laju pancarannya,
 temperatur akan terus naik
 akhirnya benda mencapai temperatur keseimbangan dimana
laju penyerapan sama dengan laju pancarannya.
Keadaan ini disebut setimbang termal (setimbang termodinamik).

4. Untuk memahami sifat pancaran suatu benda kita hipotesakan
suatu pemancar sempurna yang disebut benda hitam (black body)
 Benda hitam adalah suatu benda yang menyerap seluruh
pancaran elektromagnetik (energi) yang datang padanya
 Tidak ada pancaran yang dilalukan atau yang dipantulkan
 Pada keadaan kesetimbangan termal, temperatur benda hanya
ditentukan oleh jumlah energi yang diserapnya per detik
 Pada keadaan ini, sifat pancaran dapat ditentukan dengan tepat

5. Intensitas Radiasi
Energi kalor yang dipancarkan tiap
satuan luas permukaan benda tiap
satuan waktu berbanding lurus
dengan pangkat empat suhu
mutlaknya
Hukum Stefan-Boltzman
𝐼 = 𝜎𝑇4
Karena I =
𝑃
𝐴
, maka
𝐼 =
𝑃
𝐴
= 𝜎𝑇4
𝑃 = 𝐴𝜎𝑇4

6. Dengan:
- P = Daya radiasi (W)
- A = Luas permukaan benda (m2)
- σ = Konstanta Stefan-Boltzman (5,67x10-8 W m2 K-4)
- T = Suhu benda (K)
Untuk benda panas yang bukan benda hitam berlaku persamaan yang sama
namun ditambah dengan e atau koefisien emisivitas
𝑃 = 𝑒𝐴𝜎𝑇4
0<e<1

7. Contoh Soal
Andaikan matahari sebagai Benda hitam, maka pada kedalaman 100.000 km,
berapa suhunya? (Jari-jari Matahari 700.000 km, suhu permukaan matahari 5800 K)
Diketahui: h = 100000 km = 1x108 m
r = 700000 km = 7x108 m
Tpermukaan = 5800 K
Ditanya: Th ?
Jawab:
Ppermukaan = Ph
𝑒4𝜋𝑟2 𝜎𝑇𝑝𝑒𝑟𝑚𝑢𝑘𝑎𝑎𝑛
4
= 𝑒4𝜋𝑟ℎ
2
𝜎𝑇ℎ
4
Th =
4 𝑟2 𝑇𝑝𝑒𝑟𝑚𝑢𝑘𝑎𝑎𝑛
4
𝑟ℎ
2
Th =
4
(7𝑥108)2
.58004
(7𝑥108−1𝑥108)4
= 6265 K

8. Hukum Pergeseran Wien
Energi Maksimum atau intensitas maksimum yang dipancarkan suatu benda tergantung dari suhu
benda serta panjang gelombang cahaya yang dipancarkan.
Intensitas benda hitam
sebagai fungsi panjang
gelombang
Kasatmata
 (m)
Intensitas)
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00
UV Inframerah
8 000 K
7 000 K
6 000 K
5 000 K
4 000 K
maks =
0,2898
T
maks dinyatakan dalam cm
dan T dalam Kelvin Wilhelm Wien
(1864 – 1928)
maks T= C = 2,90x10-3
Atau

9. Gambar disamping menunjukkan bahwa
semakin panas/tinggi temperatur
permukaan bintang maka makin biru
warnanya dan sebaliknya semakin
dingin/rendah temperatur permukaannya
maka makin merah temperaturnya

11.  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.
0,00
 (m)
IntensitasSpesifik[B(T)]
0,50 1,00 1,50 1,75 2,00
Garis Singgung
λmaks

13. Panjang Gelombang
0 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00
Intensitas
maks = 0,36  m = 3,62 x 10-5 cm
Contoh penentuan maks
maks =
0,2898
T
0,2898
3,62 x 10-5
=
= 8 000 K
Apabila maks dapat ditentukan, maka
temperatur benda dapat dicari, yaitu
Distribusi energi
benda hitam
maks
0,2898
T =

14. 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

15. Untuk bintang A :
Untuk bintang B :
Jadi temperatur bintang A lebih panas 1,6 kali daripada
temperatur bintang B
TA =
0,2898
lmaks A
=
0,2898
0,35
TB =
lmaks B
0,2898
=
0,2898
0,56
0,2898
0,35
0,56
0,2898
TA
TB
= = 1,6

16. 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
TA = = 8 280 K
0,2898
0,56 x 10-4
TA = = 5 175 K
5175
8280TA
TB
= = 1,6

17. 3. Teori Klasik RadiasiBenda Hitam
Lord Rayleigh dan James Jeans mengusulkan dengan menganggap
bahwa muatan-muatandidinding permukaan benda berongga
dihubungkan dengan semacam pegas. Ketikasuhu naikmaka muatan
akanbergetar yang berubah kecepatannya dan akibathal tersebut,
maka timbul radiasibenda hitam
KJxk
ckT
I /,; 23
4
10381
2 




Model persamaan ini gagal, karena hanya mampumenerangkan kurva spektrum
intensitas radiasi benda hitam denganpanjang gelombang besar saja. Tetapi tidak
cocok untuk panjang gelombang lebih kecil

18. 25/01/2015 18
TEORI KLASIK -WILHELM WIEN
Model ini dibuat dengan menganggap benda hitam
seperti sebuah selinder berisi radiasi bendahitam
(gelombang elektromagnetik). Dinding silinder bersifat
pemantul sempurna danpiston dapat bergerak naik
turun. Radiasi ini mampumemberikan tekanan pada
piston. Tekanan radiasi dapat terjadi akibat tekanan
gas pada piston
sJxh
e
hc
I kThc
.,;
)( /
34
5
2
106266
1
2 


 


Model persamaan ini gagal, karena hanya mampumenerangkan kurva spektrum
intensitas radiasi benda hitam dengan panjang gelombang panjang saja. Tetapi
tidak cocokuntuk panjang gelombang lebih besar

19. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat diserap atau
dipancarkan dalam bentuk paket-paket energi yang disebut kuantum (kuanta)
Kuantum yang bergerak dengan kecepatan
cahaya disebut foton.
Energi Foton dirumuskan sebagai berikut:
𝐸 = 𝑛ℎ𝑓
𝐸 =
𝑛ℎ𝑐
𝜆
atau
Dengan:
E : Energi foton (J)
n : Jumlah Foton (Bilangan bulat)
h : tetapan Planck (6,6x10-34 Js)
c : Kecepatan cahaya (3x108 m/s)
λ : Panjang gelombang (m)

20. Plank menurunkan teorinya memakai
anggapan yang sama dengan Rayleigh-Jeans
yaitu dengan menganggap radiasi dihasilkan
oleh muatan atau molekul yang bergetar
dengan menambah 2 asumsi mengenai osilasi
molekul molekul pada dinding benda
berongga
1. molekul-molekul yang bersosialisasi akan memancarkan energi diskret (tidak kontinu). En yang
diberikan dengan rumus :
E = nhf
2. Molekul memancar atau menyerap energi dalam satuan-satuan energi yang diskrit yang
dinamakan foton
E = hf

21. Supaya ikatan kimia dalam molekul kulit manusia dapat diputuskan
perlu energi foton 3,5 eV, sesuai dengan panjang gelombang
berapakah energi itu?
E =
ℎ𝑐
𝜆
𝜆 =
ℎ𝑐
𝐸
𝜆 =
6,6𝑥10−34 𝑥3𝑥108
5,6𝑥10−19
𝜆 = 3,536x10-7 m = 3536 Å
Contoh Soal
Diketahui: E = 3,5 eV
Ditanya: 𝜆?
Jawab:

22. Efek Fotolistrik
Adalah peristiwa terlepasnya elektron – elektron
dari permukaan logam ketika logam tersebut disinari
cahaya
Kato
da
Anod
a
• Pertama kali
ditemukan pertama
kali oleh Hertz
• Elektron yang
terlepas disebut
elektron foto

23. Penjelasan Efek Fotolistrik
 Semakin besar intensitas cahaya menyebabkan
semakin banyak elektron yang terlepas
 Kenaikan frekuensi cahaya akan meningkatkan EK
elektron foto
h = konstanta Plank = 6,6 x 10 -34 Js
W0 = fungsi kerja / energi ambang
 Jika frekuensi cahaya “ f “ lebih kecil dari frekuensi
ambang “ f0 “, maka tidak ada elektron yg
terlepas
 Elektron terlepas dari permukaan logam sesaat
setelah penyinaran

24. Diagram Energi Efek Fotolistrik
Efoton = hf Eelektron = ½ m v2
Wo = hfo

25. Grafik Efek Fotolistrik
Grafik E - f
Hasil pembacaan grafik :
1. EK elektron foto 0 – 4,0
eV
2. Energi minimal untuk
melepaskan elektron =
1,6 eV (Wo )
fo

26. Grafik I - v
Hasil pembacaan grafik :
1. Vo = potensial henti
(beda potensial negatif
antara anode & katode
yg menyebabkan tidak
satupun elektron foto
yang sampai ke anode)
2. Intensitas cahaya tidak
berpengaruh thd EK
maks.
3. Intensitas (a) > Intensitas
(b)

27. Efek Compton
Momentum sebuah foton
Persamaan Efek
Compton

28. Sifat Gelombang dari Partikel
Sifat partikel dinyatakan oleh besaran momentum (p) dan
sifat gelombang dinyatakan dengan besaran panjang
gelombang (λ).
Hipotesa De Broglie :
“ Partikel – partikel dengan momentum p seharusnya juga
memiliki sifat – sifat gelombang dengan panjang
gelombang λ
Hipotesa ini dibuktikan oleh Davisson &
Germer pada tahun 1926.
Panjang gelombang De Broglie :
h = konstanta Plank = 6,6 x 10 – 34 Js
m = massa partikel (kg)
v = kecepatan gerak partikel (m/s)