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 atom-atom 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 KatodaThomson 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?

IlustrasiKetika “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_blackbody.html

..\Shortcut to BlackBody.exe.lnk

Rayleigh-Janes Law

dvvckTdvT 23

8),(

(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 absolutC adalah kecepatan cahaya

1.1

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 PlanckDengan menggunakan argumen termodinamika statistik (statistical thermodynamic), Planksdapat menurunkan persamaan ini:

18),( /3

3

kThve

dvchvdvTv

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

1.2

Latihan

Hukum Distribusi Planck diatas dinyatakan dalam Frekuensi (ν),

bagaimana bila dinyatakan dalam panjang gelombang ()

Latihan

Penyelesaiankarena v dan saling berhubungan, sesuai dengan =c, d=-cd/2. Jika kita mensubtitusi d=-cd/2 ke persamaan distribusi Planck, akan didapatkan :

18),( /5

kThcedhcdT

Nilai (,T)d adalah densitas energi pada nilai dan +d .

1.3

Radiasi Benda Hitam

Plot dari intensitas radiasi benda hitam terhadap frekuensi pada berbagai temperature

Spektrum elektromagnetik