Radiasi benda hitam fisika quantum energi dalam fisika nanoteknologi

1. Definisi benda hitam
2. Teori Lord Rayleigh and James Jeans
3. Planck Law
4. Wien Displacement Law
RADIASI BENDA HITAM

2
Meskipun demikian, secara teori benda hitam juga
memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang
mungkin. Jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang
dipancarkannya bergantung pada suhu benda hitam tersebut.

Radiasi yang dikeluarkan oleh benda
ketika benda tersebut dipanaskan
Ingat percobaan
ini?

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)

6
PADA SAAT TANGAN KITA DIDEKATKAN PADA SEBUAH BENDA
YANG LEBIH PANAS DARI TUBUH KITA, MAKA KITA AKAN
MERASA HANGAT. RASA HANGAT INI BERASAL DARI RADIASI
ELEKTROMAGNETIK DARI BENDA TERSEBUT.

 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

9
Pancaran kalor secara radiasi mengikuti Hukum Stefan Boltzmann:
W = e . σ . T4
W = intensitas/energi radiasi yang dipancarkan per satuan luas per
satuan waktu
σ = konstanta Boltzman =5,672 x 10-8 watt/cm2.ºK4
e = emisivitas (o < e < 1) T = suhu mutlak (ºK)

 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

11
Seberkas sinar yang masuk ke dalam lubang, sinar akan
dipantulkan berkali-kali sehingga intensitas sinar makin
berkurang (karena sebagian besar sinar ini diserap dinding).
Sampai suatu saat energinya menjadi nol. Inilah yang
disebut benda hitam.

12
Ketika sebuah lubang hitam di panaskan dengan suhu T, maka semua
dinding memancarkan radiasi secara merata pada saat suhunya merata
pada semua bagian dinding. Maka radiasi benda hitam akan keluar bila
ada lubang. Radiasi ini yang disebut dengan radiasi benda hitam.

13
Gambar 1. Spektrum radiasi kotak-hitam.
Sumbu-x adalah panjang gelombang
(nanometer) dan sumbu-y adalah intensitas
radiasi (kilo Joule/nanometer). Spektrum
radiasi bervariasi tergantung temperatur
kotak-hitam. Semakin tinggi temperatur
maka intensitas maksimum bergeser ke arah
negatif sumbu-x. Dengan kata lain, semakin
tinggi temperatur kotak-hitam, semakin
tinggi energi radiasi yang dipancarkan
(energi radiasi berbanding terbalik dengan
panjang gelombang). Spektrum radiasi
kotak-hitam ini dipublikasikan oleh Max
Planck pada tahun 1901.

14
1 2 3
merah kuning biru
Besi merah, memancarkan
radiasi 6500 Å sama
dengan panjang
gelombang sinar merah
Besi kuning, memancarkan
dengan panjang
gelombang sinar kuning
Besi biru, memancarkan
dengan panjang
gelombang sinar biru

15
1. Teori Klasik
Lord Rayleigh dan James Jeans
mengusulkan dengan
menganggap bahwa muatan-
muatan didinding permukaan
benda berongga dihubungkan
dengan semacam pegas. Ketika
suhu naik maka muatan akan
bergetar yang berubah
kecepatannya dan akibat hal
tersebut, maka timbul radiasi
benda hitam
V = 0
V = maks
V = 0
K
J
x
k
ckT
I /
,
; 23
4
10
38
1
2 






16
4
2
)
,
(



ckT
T
I 
Model persamaan ini gagal, karena
hanya mampu menerangkan kurva
spektrum intensitas radiasi benda
hitam dengan panjang gelombang
besar saja. Tetapi tidak cocok untuk
panjang gelombang lebih kecil

17
2- Planck Law
- We have two forms. As a function of
wavelength.
And as a function of frequency
The Planck Law gives a distribution that peaks
at a certain wavelength, the peak shifts to
shorter wavelengths for higher
temperatures, and the area under the curve
grows rapidly with increasing temperature.
1
1
2
)
,
( 2
3


kT
h
e
c
h
T
I



1
1
5
2
2
)
,
(


kT
hc
e
hc
T
I




18
There is a good fit at long wavelengths, but at short wavlengths there is a
major disagreement. Rayleigh-Jeans ∞, but Black-body 0.

19
3- Wein Displacement Law
- It tells us as we heat an object up, its
color changes from red to orange to
white hot.
- You can use this to calculate the
temperature of stars.
The surface temperature of the Sun is
5778 K, this temperature corresponds
to a peak emission = 502 nm = about
5000 Å.
- b is a constant of proportionality, called
Wien's displacement constant and
equals 2.897 768 5(51) × 10–3 m K =
2.897768 5(51) × 106 nm K.
http://www.rumford.com/radiant/images/W
iengraph.gif
T
b

max


20
Hubungan antara panjang gelombang
maksimum λ (maksimum) dengan suhu
benda di amati oleh Wien. Pengamatannya
menghasilkan kesimpulan panjang
gelombang maksimum berbanding terbalik
dengan suhu benda T
b
T
.
maks
λ
T
1
b
maks
λ


b = 2,898 x 10-3 m.K ; merupakan
tetapan pembanding

21
a. Panjang gelombang
berapakah sebuah benda
pada suhu ruang ( t = 250 )
memancarkan radiasi
termal maksimum ?
Kita harus menganggap sebagai
radiasi benda hitam, maka :
m
x
x
T
b
b
T
maks
maks
maks
6
3
10
725
9
273
25
10
898
2 






,
,



b. Pada suhu berapakah
suatu benda harus
dipanaskan agar puncak
radiasi termalnya berada
pada daerah spektrum
merah ? Anggap panjang
gelombang cahaya merah
650 nm ?
K
x
x
T
b
T
b
T
maks
maks
4458
10
650
10
898
2
9
3






,



22
1. Suhu seseorang 340. Berapa
panjang gelombang dimana
radiasi maksimum terjadi ?
m
m
x
x
T
b
b
T
maks
maks
maks
maks





4
9
10
0094
0
273
34
10
898
2 3
3
,
,
,








2. Pada kisaran suhu berapakah
panjang gelombang
maksimum radiasi benda
hitam bervariasi dari 400 nm
sampai 700 nm (cahaya
tampak)
K
x
x
T
b
T
b
T
maks
maks
7245
10
400
10
898
2
9
3






,


K
x
x
T
b
T
b
T
maks
maks
4140
10
700
10
898
2
9
3






,



23
4- The Stefan-Boltzmann Law
* Gives the total energy being
emitted at all wavelengths by the
blackbody (which is the area
under the Planck Law curve).
* Explains the growth in the height
of the curve as the temperature
increases. Notice that this
growth is very abrupt.
* Sigma = 5.67 * 10-8 J s-1 m-2 K-4,
Known as the Stefan-Boltzmann
constant.
4
T
j 


24
 As the temperature
increases, the peak
wavelength emitted by the
black body decreases
 As temperature increases,
the total energy emitted
increases, because the total
area under the curve
increases.
http://www.astro.ufl.edu/~oliver/ast3722/lectures/BasicDetectors/BlackBody.gif

Radiasi benda hitam fisika quantum energi dalam fisika nanoteknologi

More Related Content

Similar to Radiasi benda hitam fisika quantum energi dalam fisika nanoteknologi

Recently uploaded

Radiasi benda hitam fisika quantum energi dalam fisika nanoteknologi