HUKUM PERGESERAN WIEN
Pada radiasi benda hitam telah dibahas bahwa untuksuhu benda semakin tinggi, puncak intensitas bergeser ke kiri. Hubungan antara panjang gelombang pada intensitas maksimum ( imaks) dengan suhu diamati oleh Wien. Hasil pengamatannya menyatakan bahwa panjang gelombang (imaks ) berbanding terbalik dengan suhu benda (T).
λmaks= b/T atau λmaks T = b
Melalui model di atas, Rayleigh dan Jeans menurunkan rumus distribusi intensitas, yang jika digambarkan grafiknya maka model yang diusulkan oleh Rayleigh dan Jeans berhasil menerangkan spektrum radiasi benda hitam pada panjang gelombang yang besar, namun gagal untuk panjang gelombang yang kecil.
Teori Wien
Model klasik lain diusulkan oleh Wilhelm Wien pada tahun 1900. Model tersebut dibuat dengan menganggap bahwa benda hitam seperti sebuah silinder berisi radiasi benda hitam. Dinding silinder bersifat pemantul sempurna. Piston dapat bergerak turun naik. Radiasi tersebut dapat menekan piston. Dengan menggunakan siklus Carnott (kompresi adiabatik-isotermal), kita dapat menghitung usaha yang dilakukan oleh tekanan radiasi sebagai fungsi suhu. Tekanan radiasi dapat dinyatakan sebagai energi atau intensitas. Wien berhasil menghitung distribusi intensitas sebagai fungsi panjang gelombang untuk suhu tertentu.
Pada radiasi benda hitam telah dibahas bahwa untuksuhu benda semakin tinggi, puncak intensitas bergeser ke kiri. Hubungan antara panjang gelombang pada intensitas maksimum ( imaks) dengan suhu diamati oleh Wien. Hasil pengamatannya menyatakan bahwa panjang gelombang (imaks ) berbanding terbalik dengan suhu benda (T).
λmaks= b/T atau λmaks T = b
Keterangan :
λmaks panjang gelombang pada intensitas maksimum (m)
T suhu benda (K)
b tetapan pergeseran Wien = 2,898 x 10-3 mK.
Contoh soal :
Contoh soal :
Hitung panjang gelombang maksimum (λmaks) untuk suhu
benda hitam :
a. 1000 K
b. 1200K c.
1450 K
Jawab :
λmaks = b/T
a. T = 1000 K
λmaks = b/T = (2,898 x 10-3) / 1000 =
2,898 x 10-6 m = 2,898 μm
b. T = 1200 K
λmaks = b/T = (2,898 x 10-3) / 1200 =
2,415 x 10-6 m = 2,415 μm
c. T = 1450 K
λmaks = b/T = (2,898 x 10-3) / 1450 =
1,997 x 10-6 m = 1,997 μm
2. Teori Spektrum Radiasi Benda Hitam
Spektrum radiasi benda hitam seperti gambar di atas telah menarik minat fisikawan sejak awal abad ke 20. Berbagai teori telah diajukan untuk menerapkan bentuk spektrum radiasi ini, antara lain Rayleigh - Jeans, teori Wien dan teori Planck.
Teori Rayleigh - Jeans
Lord Rayleigh dan James Jeans mengusulkan suatu model sederhana untuk menerangkan bentuk spektrum radiasi benda hitam. Mereka menganggap bahwa molekul atau muatan di permukaan dinding benda berongga dihubungkan oleh semacam pegas. Ketika suhu benda dinaikkan, muatan-muatan tersebut mendapatkan energi kinetiknya untuk bergetar. Dengan bergetar berarti kecepatan muatan berubah-ubah (positif - nol - negatif - nol - positif, dan seterusnya.
Teori Wien
Model klasik lain diusulkan oleh Wilhelm Wien pada tahun 1900. Model tersebut dibuat dengan menganggap bahwa benda hitam seperti sebuah silinder berisi radiasi benda hitam. Dinding silinder bersifat pemantul sempurna. Piston dapat bergerak turun naik. Radiasi tersebut dapat menekan piston. Dengan menggunakan siklus Carnott (kompresi adiabatik-isotermal), kita dapat menghitung usaha yang dilakukan oleh tekanan radiasi sebagai fungsi suhu. Tekanan radiasi dapat dinyatakan sebagai energi atau intensitas. Wien berhasil menghitung distribusi intensitas sebagai fungsi panjang gelombang untuk suhu tertentu.
Melalui persamaan yang dikembangkannya, Wien mampu menjelaskan distribusi intensitas Iλ untuk panjang gelombang pendek, namun gagal menjelaskan untuk panjang gelombang panjang. Hal ini menunjukkan bahwa radiasi elektromagnetik tidak dapat dianggap sederhana seperti proses termodinamika.
Teori Planck
Pada tahun 1900, fisikawan Jerman Max Planck mengumumkan bahwa dengan membuat suatu modifikasi khusus dalam perhitungan klasik, ia dapat menjabarkan fungsi I (λ, T) yang sesuai dengan hasil eksperimen.
Planck mencari sebuah teori seperti itu dalam sebuah model proses atom suara terperinci yang terjadi di dinding-dinding rongga. Dia menganggap bahwa atom-atom yang terbentuk dinding-dinding tersebut berprilaku sebagai osilator-osilator elektromagnetik yang kecil dan masing-masing mempunyai suatu frekuensi karakteristik osilasi tertentu. Osilator-osilator tersebut memancarkan energi elektromagnetik ke dalam rongga dan menyerap energo elektromagnetik dari rongga tersebut. Proses ini berlangsung hingga radiasi rongga tersebut berada dalam kesetimbangan.
Untuk mengatasi perbedaan hasil yang diperoleh Wien dan Rayleihg-Jean, Max Planck melaporkan penemuannya tentang bentuk gafis radiasi benda hitam yang berlaku untuk semua panjang gelombang sebagai berikut :
Planck mencari sebuah teori seperti itu dalam sebuah model proses atom suara terperinci yang terjadi di dinding-dinding rongga. Dia menganggap bahwa atom-atom yang terbentuk dinding-dinding tersebut berprilaku sebagai osilator-osilator elektromagnetik yang kecil dan masing-masing mempunyai suatu frekuensi karakteristik osilasi tertentu. Osilator-osilator tersebut memancarkan energi elektromagnetik ke dalam rongga dan menyerap energo elektromagnetik dari rongga tersebut. Proses ini berlangsung hingga radiasi rongga tersebut berada dalam kesetimbangan.
Untuk mengatasi perbedaan hasil yang diperoleh Wien dan Rayleihg-Jean, Max Planck melaporkan penemuannya tentang bentuk gafis radiasi benda hitam yang berlaku untuk semua panjang gelombang sebagai berikut :
1. Getaran molekul-molekul
yang memancarkan radiasi hanya dapat memiliki satuan-satuan diskret dari energi
En.
En
= n h f
n = 1, 2, 3, 4, . . . = bilangan kuantum
h = 6,63 x 10-34 Js = tetapan Planck
f = frekuensi getaran molekul
2. Molekul-molekul menyerap
atau memancarkan energi radiasi cahaya dalam paket-paket diskret yang disebut
kuantum atau foton, di mana energi sebuah foton E= h f.
Anggapan- anggapan tersebut adalah anggapan-anggapan yang radikal dan sesungguhnya. Planck sendiri menolak selama bertahun-tahun. Dengan berdasarkan pada kedua anggapan di ats, Planck mampu menurunkan hukum radiasi seluruh dari teori atom.
Grafik Hubungan antara Panjang Gelombang terhadap Intensitas dari Teori Jeans-Rayleigh, Teori Wien dan Teori Planck
0 komentar:
Posting Komentar