Ringkasan materi dan pembahasan soal UN fisika sma tentang radiasi Benda Hitam

RINGKASAN MATERI DAN PEMBAHASAN SOAL UN TENTANG RADIASI BENDA HITAM

Benda hitam merupakan objek yang menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh padanya. Tidak ada radiasi yang keluar atau dipantulkan. Namun dalam fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah energi benda dapat diukur. Itulah sekilas tentang benda hitam.

Dibawah ini merupakan ringkasan materi dan pembahasan soal-soal ujian nasional fisika sma tentang radiasi benda hitam yang meliputi hukum pergeseran wien, teori max Planck, efek fotolistrik dan hamburan Compton. Jadi kita akan belajar bagaimana menggunakan rumus hukum pergeseran wien, menggunakan teori Max Planck dalam pemecahan soal. Semuanya ada di bagian contoh soal dan pembahasannya. Selain itu bahasan ini dilengkapi dengan soal-soal latihan untuk mengukur tingkat pemahaman sehingga pas buat persiapan menghadapi ujian nasional, ulangan harian atau ujian lainnya. 

HUKUM PERGESERAN WIEN

Panjang gelombang untuk intensitas cahaya maksimum berkurang dengan meningkatnya suhu.


Dengan λ_maks = panjang gelombang maksimum dan T = suhu mutlak.

TEORI MAX PLANCK

Planck menyimpulkan bahwa atom-atom dan molekul dapat memancarkan atau menyerap energi hanya dalam jumlah tertentu atau dalam paket-paket tertentu yang disebut foton. Energi foton berbanding lurus dengan frekuensi.



Keterangan:

E = energi foton (J)

n = banyak foton

h = tetapan Planck (6,626 . 10^-34J.s)

f = c / λ = frekuensi radiasi (Hz)

EFEK FOTOLISTRIK

Salah satu fakta yang mendukung kebenaran teori Max Planck adalah efek fotolistrik. Efek fotolistrik adalah keadaan dimana cahaya mampu mengeluarkan elektron dari beberapa permukaan logam. Hasil-hasil eksperimen menunjukkan bahwa suatu jenis logam tertentu bila disinari dengan frekuensi yang lebih besar dari harga tertentu akan melepaskan elektron walaupun intensitas radiasinya sangat kecil. Sebaliknya, seberapa besar intensitas radiasi yang dikenakan pada jenis logam tertentu, jika frekuensinya lebih kecil dari harga tertentu maka tidak dapat melepaskan elektron dari logam tersebut.



Dengan Ek = energi kinetik elektron, f = frekuensi cahaya dan f₀ = frekuensi ambang.

EFEK COMPTON

Bila suatu sinar jatuh pada permukaan materi maka sebagian daripada energinya akan diberikan pada materi tersebut, sedangkan sinar itu sendiri akan disebarkan. Hamburan Compton terjadi apabila foton dengan energi hf berinteraksi dengan elektron bebas atau elektron yang tidak terikat dengan kuat oleh inti yaitu elektron terluar dari atom. Elektron itu dilepaskan dari ikatan atom dengan energi kinetik tertentu disertai dengan foton lain dengan energi yang lebih rendah dibanding foton datang. Foton lain ini dinamakan foton datang. Dalam hamburan Compton, energi foton yang diserap atom diubah menjadi energi kinetik elektron dan foton hamburan.

PANJANG GELOMBANG DE BROGLIE

Keterangan:

λ = panjang gelombang De Broglie.

h = tetapan Planck (6,626 . 10^-34 J.s).

P = momentum partikel.
m = massa partikel.
v = kecepatan partikel.

CONTOH SOAL RADISI BENDA HITAM DAN PEMBAHASAN

Nomor 1 (UN 2008)

Permukaan benda pada suhu 37oC meradiasikan gelombang elektromagnetik . Bila nilai konstanta Wien = 2,898 x 10 −3 m.K, maka panjang gelombang maksimum radiasi permukaaan adalah....

A. 8,898 x 10⁻⁶ m

B. 9,348 x 10⁻⁶ m

C. 9,752 x 10⁻⁶ m

D. 10,222 x 10⁻⁶ m

E.  1,212 x 10⁻⁶ m 

Nomor 2 (UN 2011)
Perhatikan diagram pergeseran Wien berikut ini!

Jika suhu benda dinaikkan, maka yang terjadi adalah …

A. Panjang gelombang tetap

B. Panjang gelombang bertambah

C. Panjang gelombang berkurang

D. Frekuensi tetap

E. frekuensi berkurang 

Pembahasan:

Dari persamaan hukum pergeseran wien, diperoleh hubungan panjang gelombang dengan suhu yaitu berbanding terbalik. Ini artinya jika suhu naik berarti panjang gelombang berkurang.

Jawaban:C

Nomor 3 (UN 2003)

Frekuensi cahaya tampak 6 . 10¹⁴ Hz. Jika h = 6,625 . 10^-34 J.s, maka besar energi fotonnya adalah...

A. 1,975 . 10^-17Joule

B.  2,975 . 10^-18Joule

C. 3,975 . 10^-19Joule

D. 4,975 . 10^-19Joule

E. 5,975 . 10^-19 Joule

Pembahasan:

Diketahui:

f = 6 . 10¹⁴ Hz

h = 6,625 . 10^-34 J.s

n = 1

Ditanya: E

Jawab:

E = n . h . f = 1 . 6,625 . 10^-34J.s . 6 . 10¹⁴ Hz

E = 3,975 . 10^-19 joule

Jawaban:C

Nomor 4 (UN 2010)

Intensitas radiasi yang diterima pada dinding dari tungku pemanas ruangan adalah 66,3 W.m−2 . Jika tungku ruangan dianggap benda hitam dan radiasi gelombang elektromagnetik pada panjang gelombang 600 nm, maka jumlah foton yang mengenai dinding persatuan luas persatuan waktu adalah…( h = 6,63 x 10^{− 34}J.s, c = 3 x 10⁸ m.s⁻¹)

A. 1 x 10¹⁹ foton

B. 2 x 10¹⁹ foton

C. 2x 10²⁰ foton

D. 5x 10²⁰ foton

E. 5 x 10²¹ foton

Pembahasan:

Diketahui:

I = 66,3 W/m²

λ = 600 nm = 6 . 10^-7 m

h = 6,63 x 10^{− 34} J.s

c = 3 x 10⁸ m/s

Ditanya: n / A.t = ...


Nomor 5 (UN 2013)
Perhatikan pernyataan berikut:

1) Lepas tidaknya elektron dari logam ditentukan oleh panjang gelombang cahaya yang datang. 

2) Intensitas cahaya yang datang tidak menjamin keluarnya elektron dari permukaan logam. 

3) Dibawah frekuensi ambang, elektron tetap keluar dari logamnya asal intensitas cahaya yang datang diperbesar. 

Pernyataan yang benar yang berkaitan dengan efek fotolistrik adalah... 

A. 1, 2, dan 3 

B. 1 dan 2 

C. 1 dan 3 

D. 2 dan 3

E.    3 saja

Pembahasan:

Keluar tidaknya elektron dari logam tergantung frekuensi cahaya yang datang.

Jawaban:B

Nomor 6 (UN 2013)

Perhatikan pernyataan berikut:

1) Elektron dapat keluar dari logam saat permukaan logam disinari gelombang elektromagnetik.

2) Lepas tidaknya elektron dari logam ditentukan oleh frekuensi cahaya yang datang.

3) Fungsi kerja setiap logam selalu sama.

Pernyataan yang benar berkaitan dengan efek fotolistrik adalah...

A. 1, 2, dan 3

B. 1 dan 2

C. 1 dan 3

D. 1 saja

E. 3 saja

Pembahasan:

Keluar tidaknya elektron dari logam tergantung frekuensi cahaya yang datang. Fungsi kerja tergantung jenis logamnya.

Jawaban:B

Nomor 7 (UN 2013)

Suatu permukaan logam yang fungsi kerjanya 4 . 10^-19 joule disinari cahaya yang panjang gelombangnya 3300 Ǻ. Tetapan Planck = 6,6 . 10^-34 J.s dan cepat rambat cahaya = 3 . 10⁸ m/s, energi kinetik maksimum elektron adalah...

A. 2,4 . 10^-21 joule

B. 1,2 . 10^-20 joule

C. 2,0 . 10^-19 joule

D. 4,6 . 10^-19 joule

E. 6. 10^-18 joule

Pembahasan:

Diketahui:

hf₀ = 4 . 10^-19joule

λ = 3300 Ǻ = 33 . 10^-8 m

h = 6,6 . 10^-34 J.s

c = 3 . 10⁸ m/s

Nomor 8 (UN 2010)

Elektron bermassa 9,0 x 10⁻³¹ kilogram bergerak dengan kecepatan 2,2 x 10⁷ms⁻¹ (Tetapan Planck = 6,6 x 10⁻³⁴ Js) memiliki panjang gelombang de Broglie sebesar.....

A. 3,3 x 10⁻¹¹ m

B. 4,5 x 10⁻¹¹ m

C. 5,2 x 10⁻¹¹ m

D. 6,7 x 10⁻¹¹ m

E. 8,0 x 10⁻¹¹ m

Nomor 9 (UN 2012)
Perhatikan pernyataan berikut:

1) Peristiwa fotolistrik dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya terdiri dari paket-paket energi

2) Peristiwa efek fotolistrik dapat embuktikan bahwa cahaya dapat berperilaku sebagai gelombang

3) Energi elektron yang keluar dari permukaan logam bergantung pada frekuensi

4) Peristiwa efek fotolistrik terjadi pada sekitar daerah inframerah

Pernyataan yang benar tentang efek fotolistrik adalah

A. 1 dan 2

B. 1 dan 3

C. 1 dan 4

D. 2 dan 3

E. 2 dan 4

Jawaban: B

Nomor 10 (UN 2009)

Grafik menyatakan hubungan intensitas gelombang (I) terhadap panjang gelombang, pada saat intensitas maksimum dari radiasi suatu benda hitam sempurna.

Jika konstanta Wien = 2,9 x 10⁻³m.K maka panjang gelombang radiasi maksimum pada T1 adalah...

A. 5000 Å

B. 10.000 Å

C. 14.500 Å

D. 20.000 Å

E. 25.000 Å

Pembahasan;

λm = 2,9 x 10⁻³ m.K / (1727 + 273)

λm = 2,9 x 10⁻³ m.K / 2000

λm = 14.500 Å

Jawaban: C

Nomor 11 (UN 2012)

Pernyataan yang benar tentang efek fotolistik adalah...

A. Peristiwa dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya sebagai gelombang

B. Elektron yang keluar dari permukaan logam akan berkurang jika frekuensi cahayanya diperbesar

C. Intensitas cahaya tidak mempengaruhi energi elektron yang keluar dari permukaan logam

D. Efek fotolistrik terjadi pada daerah inframerah

E. Efek fotolistrik akan terjadi asalka intensitas cahaya yang mengenai logam cukup besar

Jawaban: C

Soal latihan radiasi benda hitam

Nomor 1
Kemampuan sebuah benda utnuk melepaskan radiasi sangat berdekatan dengan kemampuannya untuk menyerap radiasi. Pernyataan tersebut menggambarkan gejala fisis yang cocok dengan salah satu peristiea berikut:
A. efek fotolistrik
B. efek Compton
C. produksi pasangan
D. produksi sinar X
E. radiasi benda hitam

Nomor 2
Saat temperatur radiasi benda hitam turun, intensitas maksimum radiasi akan ...
A. bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih panjang.
B. bergeser ke arah frekuensi yang lebih tinggi.
C. tidak terpengaruh
D. pertama bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek tetapi kemudian kembali bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih panjang.
E. tergantung pada sekeliling

Nomor 3
permukaan bumi menerima radiasi matahari rata-rata 1,2 kWm2 saat terik. Jika panjang gelombang rata-rata radiasi ini 6620 angstrom, maka banyak foton perdetik dalam berkas cahaya matahari seluas 1 cm2 secara tegak lurus adalaha....(h = 6,6 x 10 -34 Js, c = 3 x 10 (8) m/s)
A. 5 x 10 (17)
B. 4 x 10 (17)
C. 3 x 10 (17)
D. 2 x 10 (17)
E. 1 x 10 (17)

Nomor 4
Panjang gelombang terpendek yang dihasilkan tabung sinar X yang beroperasi pada tegangan 2 x 10 (6) volt sekitar.....
A. 0,001 angstrom
B. 0,003 angstrom
C. 0,006 angstrom
D. 0,008 angstrom
E. 0,01 angstrom

Nomor 5
Pesawat sinar X beroperasi pada tegangan 30 kV. Panjang gelombang minimum sinar X yang dihasilkan adalah....
A. 0,0175 angstrom
B. 0,04125 angstrom
C. 0,75 angstrom
D. 1,25 angstrom
E. 2,50 angstrom

Nomor 6
Radiasi yang ditimbulkan karena elektron yang bergerak cepat tiba-tiba dihentikan adalah...
A. efek fotolistrik
B. efek Compton
C. produksi pasangan
D. produksi sinar X
E. radiasi benda hitam

Pembahasan soal radiasi benda hitam video youtube

.
Topik: #Materi ujian nasional fisika #Radiasi benda hitam