Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
-
Upload
fuja-novitra -
Category
Documents
-
view
238 -
download
0
Transcript of Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
1/31
LOGO
Spektrum BendaHitamSyaiful Anuar (A1C307029) & Putri Perciwi(A1C307025)
Program Studi FisikaFakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Jambi
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
2/31
LOGO
ContentsPendahuluan
Kesetimbangan Atom-Radiasi
Radiasi Benda Hitam
Formulasi Klasik Rayleigh-Jeans
Hukum Radiasi Planck
Hukum Wien
Kesimpulan
Black Body Spectra Simulation
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
3/31
LOGO
Pendahuluan
ateri dan radiasi sangat berkaitansatu sama lain!
Setiap bagian materi "partikel# secara
terus-menerus memancarkan danmenyerap radiasi!
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
4/31
LOGO
Kesetimbangan Atom-Radiasi
Radiasi Gel. E. M.
Semua benda (>273K) secara kontinu meradiasikangelombang elektromagnetik
Elektron(Osilator Atom)
Absorpsi $ksitasi
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
5/31
LOGO
AbsorpsiPenyerapan $nergi
$lektron berpindah dari keadaan dasarnya "groundstate#keadaan eksitasi
$lektron kembalike keadaan groundstate "selang orde %&-'s#
Jatuhnya elektronpercepatan
uatan yang dipercepat meradiasikangel! $! !elektrodinamika klasik
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
6/31
LOGO
Setiap emisi "radiasi gel $! !# selalu
disertai dengan absorpsi!
Suatu benda mengandung sangat banyak atom( dan
tentunya mengandung lebih banyak lagi elektron! Akibatnya(
suatu benda yang dipanaskan akan menghasilkan spektrum
semua pan)ang gelombang!
Karena radiasi dan absorpsi
ter)adi secara terus-menerus(
maka atom dan radiasi dikatakandalam kesetimbangan!
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
7/31
LOGO
Radiasi !enda "itam
*Benda Hitam+
suatu ob)ek penyerap sempurna radiasi semua pan)ang
gelombang!
Suatu benda hitam menghasilkan spektrum yang hanya
bergantung pada suhu benda( tidak pada bentuk( ukuran(
ataupun komposisi kimianya!
Analogi Benda Hitam, Kotak
dengan lubang kecil!
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
8/31
LOGO
Benda hitam )uga
didekati dengan suatu
*radiator rongga+!
Radiator ronggalogam berongga dengan sebuahcelah sempit pada salah satu sisinya!
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
9/31
LOGO
Hasil pengamatan terhadap radiator rongga yangdipanaskan memberikan beberapa hal penting,
%
Bah.a radiasi dari bagian dalam rongga selalu lebih kuatdaripada radiasi yang berasal dari dinding sebelah luar!
/ntuk tiga bahan seperti 0ungsten( olybdenum( dan
0antalum "pada suhu 1&&&K# berturut-turut memberikan
perbandingan radiasi antara permukaan luar terhadaprongga ialah &!1234 &!1%14 dan &!151!
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
10/31
LOGO
0e6t
0e6t
0e6t
0e6t
0e6t
0e6t
1
Pada sebuah temperatur yang diberikan( maka radiasi
dari masing-masing rongga adalah identikuntuk ketiga )enis
bahan tersebut( .alaupun kenyataannya radiasi daripermukaan-permukaan luarnya adalah berbeda! Pada
1&&&K radiasi rongga ialah 3&!& W7cm1!
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
11/31
LOGO
5
Bertentangan dengan radiasi dari permukaan-permukaan
luar( maka radiasi dalam rongga R berubah dengan
temperatur dengan cara yang sederhana( yakni,R 8 90:
;engan 9 adalah sebuah konstanta uni
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
12/31
LOGO
:Radiasi rongga berkelakuan identik pada masing-masing
temperatur dan tidak bergantung pada bentuk dan ukuran
rongga tersebut!
Permukaan-permukaan luar suatu benda menghasilkan
radiasi yang berubah dengan temperatur dalam cara
berbeda untuk bahan-bahan yang berbeda!
Radiasi pada point 5 di atas dituliskan
dalam bentuk, R 8 e90:
e = emisivitas
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
13/31
LOGO
Material Temperatur (K) Emisivitas
Salju 270 0.95
Kaca 300 0.90
Lampu Hitam 300 0.96
Alumunium (mengkilap) 300 0.05
Alumunium (oksiasi) 300 0.!0
"#a$it 300 0.70
Kuningan (%u#am) 200 0.60
Kuningan (mengkilap) 200 0.03
Berikut emisi
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
14/31
LOGO
#ormulasi Klasik Ra$leigh-%eans
enggunakan =isika klasik
enin)au radiasi dalam rongga kubus!
Radiasi , rapatan tiga-dimensional gelombang berdiri
"seperti pada tali yang terentang#
Syarat,
Panjang lintasan dari dinding ke dinding
=
Bilangan bulat x Panjang gelombang
Agar ter)adi simpul pada masing-masing dinding pemantul
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
15/31
LOGO
Banyaknya gelombang berdiri yang bebas dalam rongga,
djjdjjdjjg 22&'
!2)( ==
( )2!
jL=
c
L
j
2
= cLd
dj
2
=
dcLdg 23
3
')( =
olume rongga ialah 5( sehingga banyaknya gelombang berdiri
per satuan
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
16/31
LOGO
Celombang berdiri dalam rongga kubus memiliki 1dera)at kebebasan! Sehingga energi total rata-ratanya(
sama dengan k0!
$nergi u"D#dD persatuan
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
17/31
LOGO
rumus di atas biasa pula dinyatakan dalam la)u
radiasi per satuan pan)ang gelombang oleh
hubungan,
&
2
ckT
d
dR=
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
18/31
LOGO
Berikut gra=ik distribusi Rumus Rayleigh-Jeans
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
19/31
LOGO
Rayleigh-Jeans memberikan bah.a la)u energi sebanding
dengan D1!
Ketika D sangat besar "DE# maka u"D# menu)u tak
hingga pula!
Sedangkan hasil eksperimen )ustru menun)ukkan halsebaliknya( yaitu u"D#& saat DE!
Apabila ini benar adanya( maka orang yang sedang
menghangatkan diri dekat tungku api akan tersapu energiradiasi yang luar biasa besarnya! Hal ini dikenal sebagai
*ultraviolet catastrophe+ "*bencana ultra
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
20/31
LOGO
Rumus Rayleigh-Jeans hanya berlakuuntuk meramalkan
la)u energi pada spektrum dengan pan)ang gelombang
besar( dimana energi tiap osilator sama dengan k0! amun
untuk pan)ang gelombang kecil( hal tersebut tidak berlakulagi!
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
21/31
LOGO
"ukum Radiasi Planck
Planck menga)ukan hipotesis,
;istribusi energi tidaklah kontinu( melainkanterkuantisasi!
0ingkatan enegi G =rekuensi osilasi!
n 8 bil! bulat positi=
h 8 konstanta Planck "h 8 ?(?5 6 %&-5:J s#
$sensial dari rumus tersebut ialah bah.aperbedaan energi pada 1 tingkatan yang
berdekatan ialah,
nhEn =
hE=
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
22/31
LOGO
&nergi Rata-Rata 'ia silator
Fungsi distribusi osilator adalah diskrit,kTnhckTE
n CeCef n ==
$negi rata-rata tiap osilator adalah,
=
=
=
=
==
0
0
0
0
n
kTnhc
n
kTnhc
n
n
n
nn
e
enhc
f
fE
E
( )!
=
kThce
hcE
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
23/31
LOGO
$nergi yang diradiasikan per area per pan)ang gelombangdapat diperoleh dengan mengganti kTdengan energi rata-rata
tiap osilator,
,
&
2
ckT
d
dR= Rayleigh-Jeans =ormula
&
2
Ec
d
dR= substitusi hipotesa Planck!
( )!2
5
2
=
kThce
hc
d
dR
Sehingga,
formula Planck ini
tepat sama dengan
hasil eksperimen!
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
24/31
LOGO
Berikut gra=ik energi radiasi per luas per pan)ang
gelombang dari sebuah benda pada 5 temperatur
berbeda,
BlackBodySp
ectraSimulatio
n
http://c/Program%20Files/PhET/sims/blackbody-spectrum/blackbody-spectrum_en.html -
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
25/31
LOGO
"ukum *ien
Jose= Ste=an dan ud.ig Bolt>man,
*0otal energi per satuan luas yang diradiasikan oleh
suatu ob)ek hanya bergantung pada pangkat empat
temperatur mutlaknya+!
8 2(?@ 6 %&-'Wm-1K-:
engikuti ker)a yang dilakukan oleh Ste=an dan
Bolt>man( Wilhelm Wien membuat hipotesis bah.a
energi per area per pan)ang gelombang "dR7d# yang
diradiasikan dari suatu benda pada suatu temperatur
dapat dipenuhi oleh,
&TR =
5
T
b
ae
d
dR
=
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
26/31
LOGO
amun( distribusi Wien masih menun)ukkan sedikit
penyimpangan pada pan)ang gelombang besar!
;istribusi Wien hanya cocok pada pan)ang gelombang
kecil "=rekuensi tinggi#
Berikut gra=ik komparasi Rayleigh-Jeans( Wien( dan
Planck,
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
27/31
LOGO
Walau belum tepat sama dengan hasil pengamatan( ada
satu bagian penting dari =ormulasi Wien yang sangatberman=aat dalam menentukan pan)ang gelombang pada
la)u radiasi maksimum!
Pada la)u radiasi maksimum( nilai $ ialah,
Sehingga,
Rumus di atas dikenal sebagai hukum pergeseran Wien! 0ampak bah.a
pergeseran pan)ang gelombang pada la)u radiasi maksimum ialah hanya
bergantung pada suhu!
97&=kThc
m
mKT
3
ma*
!0'9'2
=
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
28/31
LOGO
Radiasi dari +atahari
a)u energi dari matahari yang mencapai suatu unit
area pada permukaan bumi disebut solar constant"S#,S 8 %52& W7m1
0otal energi keluaran matahari( atau Luminositas
matahari"Ls#,
s8 :I;1S
Jarak matahari-bumi ";# ialah %(2& 6 %&%%m! Sehingga,
s8 5('5 6 %&1?W
0otal energi per area yang diradiasikan matahari ialah
luminositas dibagi dengan luas permukaan matahari,2
2&
==
ss
s
r
DS
r
LR
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
29/31
LOGO
Jari-)ari matahari( rs8 ?(3? 6 %&'m( didapat,
0emperatur matahari dapat dihitung dari hukum Ste=an-
Bolt>man,
;engan cara yang sama( temperatur bumi )uga dapat
ditentukan(
yaitu 1'&K!
( ) 272
'
!!2 !0276
!0966
!050!!350 mW
m
mmWR =
=
&!
=
RT
&!
&2'
27
!0675
!0276
=
KWm
WmT
KT 5'00
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
30/31
LOGO
Kesimulan
%
Formula Rayleigh-Jeans hanya berlakuuntuk meramalkanlaju energi adasektrum dengananjang gelombang
besar. !ntukanjang gelombangke"il memberikan#ultravioletcatastrophe$
1
%istribusi &ienhanya "o"ok adaanjang gelombangke"il ('rekuensitinggi)
5
Formulasi lan"kteat sama denganhasil ekserimen.o"ok untukanjang gelombangbesar mauun ke"il.
-
7/23/2019 Black Body Spectra by Syaiful Anuar & Putri Perciwi
31/31
LOGO
Thank You !