Radiasi benda hitam
advertisement
Radiasi benda hitam Spektra sinambung Cahaya dipisahkan ke dalam frekwensi gelombang yang berbeda-beda Spektrum elektromagnetik Spektrum elektromagnetik Radiasi elektromagnetik • Gelombang cahaya muncul dalam segala jenis panjang gelombang, sehingga menimbulkan spektrum elektromagnetik. • Cahaya dalam bentuknya yang beraneka ragam disebut sebagai radiasi elektromagnetik Spektra atom H Hg Ne Spektra atom • Karena cahaya itu dipancarkan oleh atomatom yang telah dieksitasikan (ditambahi energi), spektrum itu disebut spektrum atom atau spektrum emisi • Karena penampilannya, spektrum ini disebut spektrum garis • Garis-garis ini merupakan bayangan celah yang digunakan untuk membuat berkas sempit cahaya Penemuan struktur atom • Mengapa dihasilkan spektra atom atau spektra garis? • Unsur paling ringan (hidrogen) menghasilkan spektra paling sederhana, sedangkan unsur berat menghasilkan spektra rumit Bagaimana struktur atom ditemukan? Elektron Proton Neutron Penemuan elektron oleh J.J Thomson Sir Joseph John Thomson Sir Joseph John “J.J.” Thomson, (18 Desember 1856 – 30 Agustus 1940) adalah seorang fisikawan Inggris yang menemukan elektron dan isotop serta mass spectrometer. Thomson dianugrahi Nobel Prize in Physics tahun 1906 untuk penemuan elektron dan pekerjaannya pada konduksi listrik dalam gas. Sinar Katoda Thomson telah melakukan sebuah seri percobaan dengan sinar katoda dan tabung sinar katoda yang akhirnya membuatnya menemukan elektron dan partikel sub atom. 3 Percobaan Thomson: Percobaan pertama Percobaan kedua Percobaan ketiga Percobaan pertama Thomson Thomson meneliti apakah muatan negatif dapat dipisahkan dari sinar katoda menggunakan magnet. Dia menyusun sebuah tabung sinar katoda dalam silinder dengan celah didalamnya. Celah tersebut dihubungkan dengan elektrometer. Thomson menemukan bahwa jika sinar dibengkokkan secara magnetik, maka sinar itu tidak bisa masuk dalam celah. Dalam elektrometer tercatat hanya sedikit muatan. Thomson menyimpulkan bahwa muatan negatif itu inseparable dari sinar. Percobaan kedua Thomson • Thomson meneliti apakah sinar dapat didefleksikan oleh medan listrik (sesuatu yg mencirikan muatan partikel). • Percobaan ini gagal, tetapi Thomson yakin bahwa kegagalan ini karena gas dalam tabung percobaannya. Percobaan kedua Thomson Thomson kemudian menyusun tabung sinar katoda dengan vakum yg sempurna dan dilapisi dengan cat phosphorescent. Thomson menemukan bahwa sinar tersebut benar-benar dibengkokkan dibawah pengaruh medan listrik. Hal ini menunjukkan adanya muatan negatif. Percobaan ketiga Thomson Thomson mengukur perbandingan massa dan muatan (mass-to-charge ratio) dari sinar katoda dengan cara mengukur berapa banyak sinar tersebut didefleksikan oleh medan magnet dan berapa banyak enegi yg dibawanya. Dia menemukan bahwa perbandingan massa-muatan adalah seratus kali lebih rendah dari ion hidrohen (H+). Ini menunjukkan bahwa partikel itu sangatlah ringan. Percobaan ketiga Thomson Thomson menyimpulkan bahwa : “cathode rays were indeed made of particles which is called "corpuscles", dan corpuscles berasal dari atom elektroda itu sendiri. Ini berarti bahwa atom itu benar-benar “divisible”. "corpuscles" yg ditemukan oleh Thomson dikenal dengan electrons, yang dikenalkan oleh G. Johnstone Stoney. Radiasi benda hitam (Blackbody radiation) • Radiasi yang dikeluarkan oleh benda ketika benda tersebut dipanaskan Ingat percobaan ini? Ilustrasi Ketika “burner” dipanaskan: • Pertama kali tampak memerah, kemudian akan menjadi lebih merah jika suhu dinaikkan • Bila pemanasan dilanjutkan, maka akan tampak putih atau biru Ketika benda dipanaskan, benda tersebut memancarkan radiasi dengan distribusi panjang gelombang yg bersinambung (continuous) Ilustrasi • Intensitas radiasi tergantung pada sifat alami dari permukaan benda dan suhu benda • Semakin meningkat suhu suatu benda, maka frekwensi radiasi yg diemisikan bergerak dari intensitas rendah ke intensitas yg lebih tinggi Radiasi benda hitam • Sehubungan dengan sifat alami suatu permukaan, maka untuk menyederhanakan pembahasan ini digunakan istilah benda ideal (ideal body) • Benda ideal ini disebut sebagai benda hitam (Black Body), yaitu benda yang mengabsorb dan mengemisikan semua panjang gelombang dari radiasi elektrmagnetik • Radiasi yang diemisikan oleh benda hitam ini disebut sebagai radiasi benda hitam Radiasi benda hitam Plot intensitas radiasi benda hitam vs frekwensi beberapa suhu Simulasi • Hukum Radiasi Benda Hitam Planck http://www.vias.org/simulations/simusoft_bla ckbody.html ..\Shortcut to BlackBody.exe.lnk Rayleigh-Janes Law 8kT 2 ( , T )dv 3 v dv c 1.1 (v,T)dv adalah densitas energi radiatif antara frekwensi v dan v+dv dengan satuan joules/ meter kubik (Jm-3) K adalah kontanta Boltzman (konstanta gas ideal dibagi dengan bilangan Avogadro) T adalah suhu absolut C adalah kecepatan cahaya Hipotesis Max Plank untuk menurunkan radiasi benda hitam Asumsi Plank: Radiasi yg diemisikan oleh benda terjadi karena osilasi elektron dalam partikel benda tersebut. Energi osilasi tersebut harus sebanding dengan frekwensi atau dituliskan dalam persamaan =nhv dimana n adalah integer, h adalah suatu konstanta dan v adalah frekwensi Hukum distribusi Planck Dengan menggunakan argumen termodinamika statistik (statistical thermodynamic), Planksdapat menurunkan persamaan ini: 8hv 3 dv (v, T )dv 3 hv / kT c e 1 1.2 Planck mampu menunjukkan bahwa persamaan ini sesuai dengan data hasil percobaan untuk semua frekwensi dan suhu, jika h bernilai 6.626x10-34 joule seconds (Js) h disebut konstanta Planck dan persamaan in disebut Hukum distribusi Planck untuk radiasi benda hitam Latihan Hukum Distribusi Planck diatas dinyatakan dalam Frekuensi (ν), bagaimana bila dinyatakan dalam panjang gelombang () Latihan Penyelesaian karena v dan saling berhubungan, sesuai dengan =c, d=-cd/2. Jika kita mensubtitusi d=-cd/2 ke persamaan distribusi Planck, akan didapatkan : ( , T ) d 8hc 5 d e hc / kT 1 1.3 Nilai (,T)d adalah densitas energi pada nilai dan +d . Radiasi Benda Hitam Plot dari intensitas radiasi benda hitam terhadap frekuensi pada berbagai temperature Spektrum elektromagnetik
