Radiasi dipengaruhi oleh sifat warna benda, besaran ini disebut koefisien emisivitas (e). Penemuan Stefan ini diperkuat oleh Boltzman yang dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann yang persamaannya dapat ditulis sebagai berikut:\[ P=e.\sigma .T^{4}.A\] Sedangkan intensitas radiasinya adalah: \[ E=P.t\]Keterangan:
- P =daya radiasi (watt)
- A =luas penampang (m2)
- e =emisivitas benda
- T =suhu mutlak benda (K)
- σ=konstanta Stefan-Boltzmann (5,67.10-4W/m2K4)
- I=intensitas radiasi benda (Watt/m2)
- E=energi radiasi (Joule)
Hukum Pergeseran Wien
Pada grafik terlihat bahwa suhu T1>T2 sedangkan untuk panjang gelombang λ1<λ2. Hubungan ini dapat ditulis melalui persamaan:\[ \lambda _{m}.T=c\]keterangan:
- λm=panjang gelombang terpancar maksimum (m)
- T =suhu mutlak benda hitam (K)
- c=tetapan Wien (2,9x10-3mK)
Teori Kuantum Planck
Max Planck mempelajari sifat dasar dari getaran molekul-molekul pada dinding rongga benda hitam dibuat kesimpulan bahwa Setiap benda yang mengalami radiasi akan memancarkan energinya secara diskontinu berupa paket-paket energi yang disebut kuanta (foton). Secara matematis dapat dirumuskan berikut: \[ E=n hf\]Keterangan:- E=energi radiasi (J)
- n=jumlah partikel cahaya/foton
- h=tetapan Planck (6,63x10-34Js)
- f =frekuensi cahaya (Hz)
Efek Fotolistrik dan Teori Einstein
Efek fotolistrik merupakan peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam karena energi cahaya seperti yang ditunjukkan elektron akan terlepas dari pelat katode dan bergerak menuju ke anode bila diberi seberkas cahaya dengan energi E=hf yang lebih besar dari WoEnergi minimal yang dibutuhkan elektron untuk terlepas disebut fungsi kerja logam/energi ambang Wo.
Sesuai hukum kekekalan energi maka pada saat fotoeletron terhenti, secara matematis berlaku persamaan.\[ E_{k_{max}} =e.V_{o}\]Keterangan :
- EKmaks=energi kinetik maksimum fotoelektron.
- e =muatan elektron =1,6×10-19C
- Vo=potensial henti (V)
Sinar-X
Sinar - x pertama kali ditemukan oleh Wilhelm Roentgen. Sinar-x dapat dijelaskan sebagai elektron energi kinetk yang menumbuk permukaan logam, dan dari permukaan logam dipancarkan sinar-x atau foton-foton .energi kinetik elektron di ubah seluruhnya menjadi energi foton. Secara umum dapat dirumuskan menjadi: \[ \\E_{k} =h.f=h\frac{c}{\lambda }\\atau\\eV=h.f=h\frac{c}{\lambda }\]Keterangan:- λ=panjang gelombang foton (sinar-X)
- h=tetapan Planck (6,6.10-34Js)
- c=cepat rambat gelombang elektromagnetik (3.108 m/s)
- e=muatan elektron (1,6.10-19C)
- V=potensial pemercepat foton(Volt)
Efek Compton
Sinar-x (Foton) yang menumbuk elektron akan mengakibatkan foton mengalami pembelokkan dengan sudut θ, sesuai persamaan Compton:\[ \\\Delta \lambda =\lambda ^{'}-\lambda \\\Delta \lambda =\frac{h}{m_{o}c}(1-\cos \theta )\]Keterangan:- Δλ=pergeseran panjang gelombang (m)
- λ=panjang gelombang foton datang(m)
- λ’=panjang gelombang foton hambur (m)
- mo =masa elektron=9,2×10-31kg
- θ = sudut hamburan
- h/mo.c = panjang gelombang Compton (m)
Gelombang De Broglie
Louis de Broglie mampu menjelaskan konsep dualisme yang menyatakan bahwa jika cahaya dapat bersifat sebagai geombang dan partikel, partikel pun mungkin dapat bersifat sebagai gelombang .Menurut de broglie selain untuk foton setiap partikel juga memenuhi persamaan berikut: \[ \\ \lambda =\frac{h}{p}=\frac{h}{m.v}\]Keterangan:
- λ=panjang gelombang partikel (m)
- p=momentum partikel (kg m/s)
- m=massa partikel (kg)
SOAL - JAWAB
1.UN 2008 Permukaan benda pada suhu 37oC meradiasikan gelombang elektromagnetik.Bila nilai konstanta Wien=2,898x10-3m.K, maka panjang gelombang maksimum radiasi permukaaan adalah....
A.8,898x10-6m
B.9,348x10-6m
C.9,752x10-6m
D.10,222x10-6m
E.1,212x10-6m
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\\lambda _{max}=\frac{c}{T}\\\lambda _{max}=\frac{2,898x10^{-3}}{310}\\\lambda _{max}=9,348.10^{-6}m\]
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
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Dari persamaan hukum pergeseran Wien, diperoleh hubungan panjang gelombang berbanding terbalik dengan suhu, yaitu jika suhu naik berarti panjang gelombang berkurang.
3.UN 2003 Frekuensi cahaya tampak 6.1014Hz.Jika h=6,625.10-34J.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.5,975.10-19Joule
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\E=n.h.f\\E=1.6,625.10^{-34}\times 6.10^{14}\\ E=3,975.10^{-19}Joule\]
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=6,63x10-34J.s, c=3x108 m.s-1)
A.1x1019foton
B.2x1019foton
C.2x1020foton
D.5x1020foton
E.5x1021foton
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\I=\frac{P}{A}=\frac{E}{At}\\I=\frac{hc}{\lambda At}\\\frac{n}{At}=\frac{6,63.6.10^{-7} }{hc}\\\frac{n}{At}=\frac{I.\lambda }{6,6.10^{-34}.3.10^{8}}\\\frac{n}{At}=2.10^{20}\]
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
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Keluar tidaknya elektron dari logam tergantung frekuensi cahaya yang datang.
Jawaban: B
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
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Lepasnya elektron dari logam tergantung frekuensi cahaya yang datang.Fungsi kerja tergantung jenis logamnya.
Jawaban: B
7.UN 2013 Suatu permukaan logam yang fungsi kerjanya 4.10-19joule 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:
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\E_{k} =\frac{h.c}{\lambda }-W_{o}\\E_{k} =\frac{6,6.10^{-34}.3.10^{8}}{3,3.10^{-7} }-4.10^{-19}\\E_{k} =2.10^{-19}J\]
8.UN 2010 Elektron bermassa 9,0x10-31kilogram bergerak dengan kecepatan 2,2x107ms-1 (Tetapan Planck=6,6x10-34 Js) memiliki panjang gelombang de Broglie sebesar.....
A.3,3x10-11 m
B.4,5x10-11 m
C.5,2x10-11 m
D.6,7x10-11 m
E.8,0x10-11 m
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\\lambda =\frac{h}{m.v}\\\lambda =\frac{6,6.10^{-34}}{9.10^{-31}.2,2.10^{7}}\\\lambda =3,3.10^{-11}m\]
9.UN 2012 Perhatikan pernyataan berikut:
1) Peristiwa fotolistrik dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya terdiri dari paket-paket energi
2) Peristiwa efek fotolistrik dapat membuktikan 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 Fisika dari Pak Dimpun: B
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=2,9x10-3 m.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
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\\lambda _{m}= \frac{c}{T}\\ \lambda _{m}= \frac{2,9x10^{-3}}{2000}\\ \lambda _{m}= 14.500A^{o}\]
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 asalkan intensitas cahaya yang mengenai logam cukup besar
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun: C
B.9,348x10-6m
C.9,752x10-6m
D.10,222x10-6m
E.1,212x10-6m
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\\lambda _{max}=\frac{c}{T}\\\lambda _{max}=\frac{2,898x10^{-3}}{310}\\\lambda _{max}=9,348.10^{-6}m\]
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
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Dari persamaan hukum pergeseran Wien, diperoleh hubungan panjang gelombang berbanding terbalik dengan suhu, yaitu jika suhu naik berarti panjang gelombang berkurang.
3.UN 2003 Frekuensi cahaya tampak 6.1014Hz.Jika h=6,625.10-34J.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.5,975.10-19Joule
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\E=n.h.f\\E=1.6,625.10^{-34}\times 6.10^{14}\\ E=3,975.10^{-19}Joule\]
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=6,63x10-34J.s, c=3x108 m.s-1)
A.1x1019foton
B.2x1019foton
C.2x1020foton
D.5x1020foton
E.5x1021foton
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\I=\frac{P}{A}=\frac{E}{At}\\I=\frac{hc}{\lambda At}\\\frac{n}{At}=\frac{6,63.6.10^{-7} }{hc}\\\frac{n}{At}=\frac{I.\lambda }{6,6.10^{-34}.3.10^{8}}\\\frac{n}{At}=2.10^{20}\]
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
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Keluar tidaknya elektron dari logam tergantung frekuensi cahaya yang datang.
Jawaban: B
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
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Lepasnya elektron dari logam tergantung frekuensi cahaya yang datang.Fungsi kerja tergantung jenis logamnya.
Jawaban: B
7.UN 2013 Suatu permukaan logam yang fungsi kerjanya 4.10-19joule 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:
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\E_{k} =\frac{h.c}{\lambda }-W_{o}\\E_{k} =\frac{6,6.10^{-34}.3.10^{8}}{3,3.10^{-7} }-4.10^{-19}\\E_{k} =2.10^{-19}J\]
8.UN 2010 Elektron bermassa 9,0x10-31kilogram bergerak dengan kecepatan 2,2x107ms-1 (Tetapan Planck=6,6x10-34 Js) memiliki panjang gelombang de Broglie sebesar.....
A.3,3x10-11 m
B.4,5x10-11 m
C.5,2x10-11 m
D.6,7x10-11 m
E.8,0x10-11 m
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\\lambda =\frac{h}{m.v}\\\lambda =\frac{6,6.10^{-34}}{9.10^{-31}.2,2.10^{7}}\\\lambda =3,3.10^{-11}m\]
9.UN 2012 Perhatikan pernyataan berikut:
1) Peristiwa fotolistrik dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya terdiri dari paket-paket energi
2) Peristiwa efek fotolistrik dapat membuktikan 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 Fisika dari Pak Dimpun: B
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=2,9x10-3 m.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
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[\\\lambda _{m}= \frac{c}{T}\\ \lambda _{m}= \frac{2,9x10^{-3}}{2000}\\ \lambda _{m}= 14.500A^{o}\]
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 asalkan intensitas cahaya yang mengenai logam cukup besar
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun: C
