Radiasi Gelombang Elektromagnetik
advertisement
Oleh : Chatief Kunjaya KK Astronomi, ITB TPOA, Kunjaya 2014 Kompetensi Dasar XI.3.10 Menganalisis gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum XII.3.1 Menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dan cahaya dalam teknologi XII.3.7 Mengevaluasi pemikiran dirinya tentang radiasi elektromagnetik, pemanfaatannya dalam teknologi dan dampaknya pada kehidupan XII.4. Menyajikan hasil analisis tentang radiasi elektromagnetik, pemanfaatannya dalam teknologi dan dampaknya pada kehidupan TPOA, Kunjaya 2014 Gelombang EM sumber informasi utama benda langit Bintang-bintang memancarkan gelombang elektro- magnetik, pada berbagai panjang gelombang, sinar γ, sinar X, cahaya tampak, gelombang radio dan lain-lain Pendeteksian dan analisis gelombang EM itu memberikan berbagai informasi tentang benda langit Pada awalnya orang hanya bisa mendeteksi gelombang cahaya tampak yang mempunyai panjang gelombang antara 4000Å hingga 8000Å. Dengan berkembangnya teknologi panjang gelombang lain pun dapat dideteksi dan ternyata memberikan informasi lain yang kaya. TPOA, Kunjaya 2014 Spektrum Gelombang EM TPOA, Kunjaya 2014 Matahari pada berbagai λ TPOA, Kunjaya 2014 Hukum Radiasi Planck Pancaran EM dari benda langit tidak merata untuk semua panjang gelombang, melainkan mempunyai distribusi tertentu. Suatu bintang lebih banyak memancarkan cahaya biru, yang lain cahaya merah, misalnya. Meski pun demikian, ada suatu hukum yang sederhana dan bersifat paling umum berlaku pada banyak bintang, yaitu hukum radiasi Planck. Dengan hukum ini kita dapat melihat hubungan antara distribusi energi radiasi bintang dengan Temperatur TPOA, Kunjaya 2014 Hukum Radiasi Planck Hukum radiasi Planck dapat dinyatakan dengan sebuah rumus sederhana B (T ) 2hc 2 1 5 e hc / kT 1 Pancaran radiasi bintang-bintang memang tidak sama persis dengan rumus itu, namun kecenderungan umumnya demikian. Faktor-faktor lain menyimpangkan distribusi teramati dari hukum Planck Dari rumus tersebut nampak bahwa B hanya bergantung pada λ dan T. Asumsi hukum Planck adalah pemancar besifat benda hitam TPOA, Kunjaya 2014 TPOA, Kunjaya 2014 Distribusi Wien Puncak distribusi radiasi memberikan indikasi temperatur benda Wien memberikan rumus sederhana yang menunjukkan hubungan antara posisi puncak distribusi dengan temperatur max 0,2898 T TPOA, Kunjaya 2014 Luminositas Jika kita jumlahkan energi dari seluruh panjang gelombang yang dipancarkan benda hitam, dengan cara mengintagrasikan rumus hukum Planck terhadap panjang gelombang, diperoleh rumus sederhana yang menghubungkan energi total yang dipancarkan secara radiasi, atau luminositas oleh benda hitam dengan temperatur benda hitam itu. B T TPOA, Kunjaya 2014 4 Ukuran terang bintang Mengukur energi yang dipancarkan bintang tidak praktis untuk orang awam Biasanya orang membandingkan terang satu benda dengan benda lain Astronom mempunyai cara khusus untuk menyatakan terang bintang secara sederhana sejak ribuan tahun yang lalu, dipelopori oleh Hipparchus Bintang-bintang dikelompokkan menjadi 6 kelas menurut kecerlangannya, sehingga hanya dengan melihat langsung orang dapat memberikan gambaran tentang terang suatu bintang. Sistem itu disebut sistem magnitudo TPOA, Kunjaya 2014 Magnitudo Pogson Ketika astronom mempunyai cara yang lebih baik dalam mengukur cahaya bintang, didapati bahwa, pembagian kelas kecerlangan itu bersifat logaritmik Pogson mengusulkan suatu rumus sederhana yang yang menghubungkan ukuran kecerlangan dengan energi yang diterima pengamat dari bintang, tapi tetap merujuk pada penilaian terang bintang dari Hipparchus f1 m1 m2 2,5 log f2 TPOA, Kunjaya 2014 Contoh soal Sebuah bintang yang magnitudonya 1,8 diketahui fluksnya 10-8 watt/m2. Berapakah fluks bintang yang magnitudonya 4,3? Jawab : f1 m1 m2 2,5 log f2 10 8 1,8 4,3 2,5 log f2 Diperoleh : f2 ≈ 10-9 watt/m2. TPOA, Kunjaya 2014 Kuadrat Kebalikan Jika kita melihat sumber cahaya, semakin jauh sumber itu nampak semakin redup. Fenomena ini dapat dinyatakan secara matematis sbb : L E 4r 2 Dengan demikian, jika kita dapat mengetahui pancaran energi yang diterima pengamat pada suatu posisi, kita dapat menghitung pada posisi lain Jika melihat hubungan energi dan magnitudo, artinya kita dapat mengetahui seberapa terang suatu obyek pada suatu posisi, jika di posisi lain kita tahu magnitudonya TPOA, Kunjaya 2014 Contoh Soal Menurut hukum radiasi, benda hitam akan memancarkan energi total yang sebanding dengan temperatur pangkat empat. Jika setiap lapisan Matahari dianggap memancarkan radiasi seperti benda hitam, temperatur permukaan Matahari adalah 5800 K dan diameternya 1,4 juta km, berapakah temperatur Matahari pada kedalaman 525 000 km dari permukaannya? TPOA, Kunjaya 2014 Jawab Radius Matahari RM = 700 000 km. 2 4 L 4 R T M M Luminositas Matahari : Total energi yang keluar dari lapisan dalam Matahari juga harus sama karena harus memenuhi hukum kekekalan energi. Pada kedalaman 525 000 km, total energi yang keluar dari pusat adalah total energi yang keluar dari bola dengan radius R’ = 700 000 – 525 000 = 175 000 km. R M TPOA, Kunjaya 2014 Jawab L 4R ' T ' 4R T 2 4 2 M 4 M RM 2 700000 2 T' TM 5800 R' 175000 2 T'=11600 K TPOA, Kunjaya 2014 Distribusi energi Bintang Distribusi energi radiasi bintang tidak sama persis dengan distribusi hukum Planck Salah satu sebabnya adalah adanya garis-garis serapan. Garis garis serapan ini adalah bukti bahwa cahaya yang tercipta di pusat bintang mengalami serapan di lapisan atas permukaan bintang Pola garis-garis serapan satu bintang dengan lainnya berbeda-beda, namun ada satu sifat umum, yaitu bahwa sebagian besar bintang menunjukkan garisgaris serapan hidrogen TPOA, Kunjaya 2014 Spektrum Bintang Kelas G 140 120 K+H Lines G band Intensitas 100 80 60 40 20 0 3500 H H H Mg I Mg I H H 4000 4500 5000 5500 Panjang Gelombang (Å) TPOA, Kunjaya 2014 6000 6500 Spektrum Bintang Kelas A 200 H H H H H 180 160 Intensitas 140 H H 120 100 H 80 60 40 20 0 3500 4000 4500 5000 5500 Panjang Gelombang (Å) TPOA, Kunjaya 2014 6000 6500 Efek Doppler Pada gelombang suara kita dapat mengamati efek Doppler jika sumber suara bergerak menjauhi atau mendekati kita Demikian juga dengan gelombang elektromagnetik. Panjang gelombang elektromagnetik akan nampak memanjang jika obyek menjauh dan memendek jika obyek mendekat Besarnya perubahan itu dapat dinyatak dengan rumus v c TPOA, Kunjaya 2014 Efek Doppler pada spektrum bintang a b c TPOA, Kunjaya 2014 Contoh Soal Dari hasil eksperimen di laboratorium garis Balmer Hβ semestinya muncul pada panjang gelombang 4861,3 Ǻ. Pada spektrum sebuah bintang, garis ini muncul pada panjang gelombang 4863,7 Ǻ. Berapakah kecepatan radial bintang itu terhadap pengamat ? menjauh atau mendekat? TPOA, Kunjaya 2014 Jawab Δλ = 4863,7 – 4861,3 = 2,4 Ǻ. v c Dengan asumsi bahwa kecepatan cahaya di ruang hampa 300 000 km/detik, maka dapat diperoleh v = 148,1 km/s, menjauh. Alasan : panjang gelombang teramati lebih besar dari pada panjang gelombang diam. TPOA, Kunjaya 2014 Gerak Bintang Dengan mengacu pada hukum Doppler, pola pergeseran garis spektrum dapat diketahui menggambarkan pola gerakan bintang TPOA, Kunjaya 2014 TPOA, Kunjaya 2014 TPOA, Kunjaya 2014 Model alam semesta Dari pengamatan spektrum galaksi oleh Edwin Hubble, yang dianalisis dengan bantuan hukum Doppler telah lahir teori ledakan besar (big bang) Garis-garis serapan/emisi pada spektrum galaksi umumnya bergeser ke arah panjang gelombang lebih panjang karena efek Doppler Hal ini mengindikasikan bahwa galaksi-galaksi umumnya bergerak menjauhi Bumi Semakin redup galaksi, semakin besar pergeseran garisnya Hal ini diinterpretasikan bahwa alam semesta ini mengembang, dan bermula dari suatu ledakan besar TPOA, Kunjaya 2014 v Hd TPOA, Kunjaya 2014 Soal-soal (OSN 2008) Puncak spektrum pancaran bintang A terdeteksi pada panjang gelombang 2000 Angstrom, sedangkan puncak spektrum bintang B berada pada panjang gelombang 6500 Angstrom, berdasarkan data ini maka a. Bintang A 0,31 kali lebih terang daripada bintang B b. Bintang B 0,31 kali lebih terang daripada bintang A c. Bintang A 3,25 kali lebih terang daripada bintang B d. Bintang B 3,25 kali lebih terang daripada bintang A e. Bintang A sama terangnya dengan bintang B TPOA, Kunjaya 2014 Soal-soal (OSN 2008) Sebuah galaksi yang sangat jauh terdeteksi oleh sebuah detektor yang berada di sebuah satelit di luar atmosfer Bumi mempunyai kecepatan radial 3000 km/s. Pada panjang gelombang berapakah garis Lyman Alpha terdeteksi oleh detektor ini? pilih yang paling dekat! a. 1216,21 Angstrom b. 1200,21 Angstrom c. 1228,16 Angstrom d. 1216,01 Angstrom e. 1220,01 Angstrom TPOA, Kunjaya 2014
