RADIASI BENDA HITAM

Mata Kuliah : Struktur Materi

Kelompok 2

Anggota :

1. Amira Salwa Bahira (210603110066)

2. Zahra Nabilah Maulani (210603110075)

3. Ulya Fadhila (210603110084)

4. Yulia Asna Mufidah (210603110087)

 Radiasi Benda Hitam

Menurut teori elektromagnetik Maxwell, gelombang elektromagnetik terdiri dari pergeseran medan magnet dan listrik. Menurut ini, medan magnet dan medan listrik dapat berada di berbagai waktu dan tempat yang berbeda namun, tetap merambat pada frekuensi yang sama.

Era fisika modern dimulai dengan teori gelombang elektromagnetik Maxwell yang menyatakan, ketika sinar menyebar dengaan terus menerus dalam bentuk gelombang. Sekitar tahun 1900 hingga saat ini, awal fisika modern ditandai dengan menemukan beberapa peristiwa yang menentang penjelasan teoritis fisika konvensional. Dua fakta populer yang tidak dapat diungkap oleh sebuah teori fisika klasik. Efek fotolistrik dan fenomena radiasi benda hitam adalah contoh fisika klasik. 

        Paradigma utama untuk memahami bagaimana cahaya berperilaku adalah teori gelombang elektromagnetik. Fisika klasik tidak mampu menjelaskan fakta dengan cara yang masuk akal yang diperhatikan dalam kasus efek fotolistrik dan radiasi benda hitam. 

        Radiasi benda hitam adalah fenomena penting dalam perubahan fisika kuantum. Berdasarkan penyelidikan awal Kirchhoff tentang fenomena radiasi benda hitam pada tahun 1860, Max Planck dan Einstein menjadi cikal bakal konsep kuanta. Awal mulanya, Kirchhoff mendemonstrasikan dalam memanfaatkan hukum kedua termodinamika bahwa densitas energi total (UT) dari benda hitam tidak bergantung pada volume, bentuk, atau komposisi bahan, tetapi hanya pada frekuensi dan suhu (T).

        Suatu benda akan selalu mengeluarkan radiasi gelombang elektromagnetik. Laju radiasi sejalan antara suatu benda dengan suhu dan luas permukaannya. Hal itu dapat dinyatakan dengan persamaan 

P = eσAT4

Dimana, P = Laju energi (J/s)

e = emitivitas benda

σ= Konstanta Stefan Baltzman (5,67 × 10-8 W/m2K4)

T = suhu mutlak (K)

Nilai e kisaran 0<e<1 tergantung benda tersebut. Benda hitam memiliki e mendekati 1, sedangkan benda yang mengkilap mendekati 0.

        Ketika sinar cahaya melewati lubang kecil di dinding berlubang, dinding memantulkan cahaya beberapa kali, setiap kali mengurangi intensitas cahaya (karena sebagian cahaya diserap oleh dinding) hingga energinya sangat kecil (hampir nol). Akibatnya, orang dapat menyimpulkan bahwa cahaya yang memancar dari lubang telah berhenti, itulah sebabnya ia disebut sebagai Benda Hitam.. Dalam hal kemiripan dengan benda hitam sempurna, semakin kecil lubangnya, semakin kecil kemungkinan cahaya akan lolos.

        Ketika suatu benda dipanaskan sampai suhu (T) tertentu, seperti benda berongga atau benda hitam, dinding rongga di sekitarnya memancarkan radiasi dan memantulkan sebagian radiasi yang masuk ke rongga (dan menyerap sisanya).

        Peristiwa penyerapan dan emisi oleh setiap bagian dari dinding berongga sampai kesetimbangan termal tercapai, ini akan berlanjut. Suhu dinding seimbang secara termal ketika ukurannya sama, di mana radiasi yang dipancarkannya sama dengan energi yang diserapnya. Setiap titik di dinding rongga memancarkan gelombang, yang kemudian diserap oleh rongga. Rongga ini memiliki radiasi homogen. Radiasi ini akan berangkat melalui radiasi rongga. Jika dinding rongga memiliki lubang, dapat dikategorikan sebagai radiasi benda hitam.

• Hukum Pergeseran Wien

        Menurut Hukum Pergeseran Wien, ketika benda padat dipanaskan sampai suhu yang sangat tinggi, gelombang elektromagnetik dalam spektrum cahaya tampak dilepaskan, memberi kesan bahwa benda itu bersinar. Intensitas relatif dari spektrum cahaya yang terus-menerus dipancarkan dari suatu intensitas berubah. Pergeseran Wien adalah fenomena di mana nilai panjang gelombang maksimum bergeser dengan penurunan suhu.

        Intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkan bervariasi karena suhu benda naik terus. Seperti yang ditunjukkan pada grafik berikut, ini menghasilkan perubahan warna spektrum terukur, yang dapat digunakan untuk menghitung suhu suatu benda.

        Dalam spektrum cahaya tampak, cahaya merah memiliki frekuensi terendah sedangkan cahaya ungu memiliki frekuensi tertinggi. Gambar di atas mengilustrasikan hubungan antara objek dan panjang gelombang yang dipancarkannya.

        Pergantian warna benda mencerminkan pergantian kekuatan radiasi. Jika suhu suatu benda berubah, akan terjadi pergeseran atau perubahan intensitas. Untuk menentukan suhu suatu benda, digunakan pergeseran ini. Suhu yang lebih tinggi dari objek yang memancarkan akan menghasilkan panjang gelombang yang lebih pendek untuk intensitas maksimum, menurut temuan penelitian Wien.

Hukum Pergeseran Wien dapat dirumuskan dengan :

λm.T = C

λm = intensitas maksimum pada panjang gelombang (m)

T = adalah suhu benda hitam konstan (K)

C = 2,90 x 10-3 m K, atau konstanta perpindahan Wien.

        Wien mampu menggambarkan distribusi intensitas untuk panjang gelombang pendek menggunakan persamaan yang diusulkan, tetapi tidak dapat melakukannya untuk panjang gelombang yang panjang. Akibatnya, radiasi elektromagnetik tidak dapat dilihat sebagai proses termodinamika langsung.

• Hukum Planck

        Max Planck menyatakan pada tahun 1900 bahwa ia dapat menjelaskan fungsi I(λT) yang sesuai dengan hasil eksperimen dengan menambahkan modifikasi tertentu pada perhitungan klasik. Planck menggunakan premis yang mirip dengan Rayleigh Jeans dalam membangun teori ini, yaitu bahwa radiasi dihasilkan ketika muatan atau molekul bergetar. Selain itu, ia menawarkan dua hipotesis yang sangat signifikan dan dapat diperdebatkan tentang osilasi molekul pada dinding objek berongga yaitu :

1. Molekul berosilasi melepaskan energi dalam bentuk diskrit, tidak kontinu. Diberikan oleh persamaan     E = nhf, 

    Dimana f adalah frekuensi getaran molekul, h adalah konstanta Planck (6,63 × 10-34J.s) dan n adalah     bilangan bulat positif yang dikenal sebagai bilangan kuantum. Keadaan di mana energi                           diperbolehkan dan energi molekul tersebut dikatakan terkuantisasi. Keadaan ini disebut sebagai            keadaan kuantum. 

2. Kuanta merupakan satuan energi yang dipancarkan atau diserap oleh molekul yang tidak kontinu            (kemudian disebut foton). Energi setiap foton adalah E = hf.

    Hanya ketika molekul mengubah keadaan kuantumnya, mereka dapat melepaskan atau menyerap            energi. Tidak ada energi yang dipancarkan atau diserap jika tetap dalam keadaan kuantum.

    Hipotesis Planck yang inovatif dan berani berhasil membuka jalan bagi pengembangan bidang fisika     baru yang disebut mekanika kuantum.

DAFTAR PUSTAKA

Chang, Raymond. 2009.  Kimia Dasar Edisi Ketiga Jilid Satu. Jakarta : Airlangga.

Cheng, T. (2013). Einsteins Physics: Atom, Quanta, Relativity Derived, Explained, and 

Appraised. United Kingdom: Oxford University Press.

Hartono Bancong, dkk. 2017. The Development of Physics Teaching Aids to Demonstrate the 

Intensity of Blackbody Radiation As a Function of Temperature. JPF, Vol. 7 No. 10 : Makassar.

Ida Puspita. 2020. PhET Aplication Program: Strategi Penguatan Pemahaman Pembelajaran 

Jarak Jauh pada Materi Radiasi Benda Hitam melalui Percobaan Berbantu Lab Virtual dan Media Sosial. Jurnal Pendidikan Madrasah, Vol. 5 No. 1 : Yogyakarta.

Surya, Yohannes. 2009. Fisika Modern. Tangerang : Kandel.

Tipler, A., & Llewellyn, R. A. (2008). Modern Physics: Fifth Edition. New York: W. H. 

Freeman and Company.