Sebelumitu satuan yang digunakan untuk intensitas radiasi adalah satuan Curie (Ci). 1 Curie (Ci) = 3,7 × 10 10 peluruhan per detik Hubungan antara satuan Becquerel dengan satuan Curie adalah sebagai berikut : 1 Curie (Ci) = 3,7 × 10 10 Becquerel (Bq) Atau : 1 Becquerel (Bq) = 27,027 × 10-12 Curie (Ci) Kedua satuan ini masih digunakan sampai
Rangkuman Materi Radiasi Benda Hitam Kelas 12Radiasi Benda HitamHukum Pergeseran WienTeori Kuantum PlanckEfek Fotolistrik dan Teori EinsteinSinar XEfek ComptonGelombang De BroglieCONTOH SOAL & PEMBAHASANRangkuman Materi Radiasi Benda Hitam Kelas 12Radiasi Benda HitamStefan menunjukan gejala radiasi benda hitam melalui eksperimen dimana daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Radiasi dipengaruhi oleh sifat warna benda, besara ini disebut koefisien emisivitas e. Penemuan Stefan diperkuat oleh Boltzman yang dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann yang persamaannya dapat ditulis sebagai berikutP = e. intensitas radiasinya adalahE = P. tKeteranganP = daya radiasi wattA = luas penampang m2e = emisivitas bendaT = suhu mutlak benda K = konstanta Stefan-Boltzmann 5,67 x 10-4 W/m2K4l = intensitas radiasi benda Watt/m2E = energi radiasi jouleHukum Pergeseran WienWien menemukan adanya pergeseran panjang gelombang maksimum saat suhu benda hitam grafik terlihat bahwa suhu T1>T2 sedangkan untuk panjang gelombang λ1 < λ2 . Hubungan ini dapat ditulis melalui persamaanλmT = cketeranganλm = panjang gelombang terpancar maksimum mT = suhu mutlak benda hitam Kc = tetapan Wien 2,9 x 10-3Teori Kuantum PlanckMax 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 berikutE = n hfKeteranganE = energi radiasi Jn = jumlah partikel cahaya/fotonh = tetapan Planck 6,63 x 10-34 Jsf = frekuensi cahaya HzEfek Fotolistrik dan Teori EinsteinEfek 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 W0Energi minimal yang dibutuhkan elektron untuk terlepas disebut fungsi kerja logam/energi ambang hukum kekekalan energi maka pada saat fotoeletron terhenti . secara matematis berlaku =eV0Keterangan EKmaks=energi kinetik maksimum =muatan elektron =1,6×10-19CV0=potensial henti VSinar XSinar 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 umum dapat dirumuskan menjadiKeteranganλ = panjang gelombang foton sinar Xh = tetapan Planck 6, Jsc = cepat rambat gelombang elektromagnetik m/se = muatan elektron 1, CV=potensial pemercepat fotonVoltEfek Compton berhasil menjelaskan hamburan sinar X Foton yang menumbuk elektron sehingga foton mengalami pembelokkan dengan sudut = pergeseran panjang gelombang mλ = panjang gelombang foton datangmλ’ = panjang gelombang foton hambur mmo = masa elektron=9,2×10-31kgθ = sudut hamburanh/ = panjang gelombang Compton mGelombang De BroglieLouis 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 .Keteranganλ = panjang gelombang partikel mp = momentum partikel kg m/sm = massa partikel kgv = kecepatan partikel m/sCONTOH SOAL & PEMBAHASANSoal UN 2004Energi foton sinar gamma adalah 108 eV h=6,6 x 10-34 Js; 1 Ev =1,6 X 10-19 joule, panjang gelombang sinar gamma tersebut dalam angstrong adalah..4,125 X 10-15 m1,2375 X 10-14 m4, 125 x 10-5 m1,2375 x 10-4 m7,27 x 10-6 mPEMBAHASAN Diketahui E = 108 eV= 1,6 x 10-11 jouleMenentukan λ dapat menggunakan persamaan Jawaban BSoal UMPTN 1996Grafik berikut menunjukkan hubungan antara ineti inetic maksimum inetic EK terhadap frekuensi foton f pada efek fotolistrik. Jika konstanta Planck 6,6 x 10-34 J s dan 1 eV = 1,6 x 10-19 joule, maka besar f dalam satuan Hz adalah…48 x 101420 x 101414 x 10149,5 x10148,9 x 1014PEMBAHASAN Dari grafik tersebut diperoleh data sebagai berikut EK= 0,2 eV = 0,32 X 10–19 Joule Wo = 3,7 eV =5,92 x 10-19 joule Menentukan frekuensi dari energi kinetik efek fotolistrik EK= hf – Wo Jawaban DSoal UN 2003Berikut ini yang merupakan urutan gelombang elektromagnetik dari yang memiliki energi foton besar ke yang lebih kecil adalah…Sinar gamma, sinar x, sinar infra merahSinar x, sinar gamma, sinar ultravioletSinar tampak, sinar ultraviolet, sinar xSinar ultraviolet, sinar gamma, sinar xSinar ultraviolet, sinar tampak, sinar xPEMBAHASAN Urutan gelombang dengan frekuensi terbesar ke frekuensi terkecil adalah…Sinar gammaSinar xSinar ultravioletSinar tampakSinar inframerahGelombang mikroGelombang radioJawaban ASoal UMPTN 1997Permukaan logam tertentu mempunyai fungsi kerja W joule. Bila konstanta planck h joule sekon maka energi maksimum foto elektron yang dihasilkan oleh cahaya berfrekuensi u Hz adalah dalam joule …W + huWhuW – huhu/Whu – wPEMBAHASAN Menentukan energi kinetik efek fotolistrik dapat menggunakan rumusanEK = hu – w Jawaban ESoal UN 2014Perhatikan pernyataan berikut!Elektron yang terpancar pada peristiwa efek fotolistrik disebut elektron elektron yang terpancar tidak bergantung pada intensitas cahaya yang mengenai permukaan kinetik elektron yang terpancar bergantung kepada energi gelombang cahaya yang mengenai permukaan mengeluarkan elektron dari permukaan logam tidak bergantung pada frekuensi ambang f0.Pernyataan yang benar tentang efek foto listrik adalah…1 dan 21 dan 32 dan 32 dan 43 dan 4PEMBAHASAN Laju elektron yang terpancar dipengaruhi oleh frekuaensi yag terpancar karena efek fotolistrik disebut elektron ambang akan menentukan batasan energi untuk terlepasnya elektron dari suatu kinetik elektron yang terpancar bergantung panjang gelombang cahaya yang yang benar 1 dan 3 Jawaban BSoal UMPTN 1994Pada gejala foto listrik diperoleh grafik hubungan I kuat arus yang timbul terhadap V tegangan listrik sebagai berikutUpaya yang dilakukan agar grafik a menjadi grafik b …Mengurangi intensitas sinarnyaMenambah intensitas sinarnyaMenaikkan frekuensi sinarnyaMenurunkan frekuensi sinarnyaMengganti logam yang disinariPEMBAHASAN Kuat arus dipengaruhi oleh jumlah muatan yang keluar , sedangkan jumlah elektron dipengaruhi oleh intensitas sinarnya . makin besar intensitas yang disinarkan maka akan makin besar pula jumlah elektron dan kuat arusnya. Agar kuat arus a sama dengan kuat arus b maka instensitas sinara harus ditambah. Jawaban BSoal UMPTN 1999Sebuah elektron melaju di dalam tabung pesawat tv yang bertegangan 500 V besarnya momentum elektron tersebut saat membentur kaca TV adalah …1,2 x 10-23 Ns1,5 x 10-23 Ns1,8 x 10-23 Ns2,0 x 10-23 Ns2,4 x 10-23 NsPEMBAHASAN Menentukan momentum elektron dapat ditentukan melalui rumus Diketahui m = massa elektron = 9,1 x 10-31 kg e = muatan elektron = 1,6 x 10-19 C V = 500 V p = 1,2 x 10-25 Ns Jawaban CSoal UN 2012Pertanyaan yang benar tentang efek fotolistrik …Elektron yang keluar dari permukaan logam dipengaruhi oleh medan magnetPeristiwa efek foto listrik dapar dijelaskan dengan menggunakan mekanika listrikPeristiwa efek foto listrik dapat dijelaskan dengan menggunakan disekitar inframerahJumlah elektron yang keluar dari permukaan tidak dipengaruhi oleh intensitas cahayaEnergi elektron yang kelur dari permukaan logam akan bertambah jika frekuensi cahaya diperbesarPEMBAHASAN Hubungan energi kinetik dengan frekuensi cahaya Ek=hf-W0 Keterangan Ek = energi kinetik foto elektron F = frekuensi cahaya Wo = fungsi kerja logam Energi kinetik elektron yang akan makin besar jika frekuensi f cahaya yang menyinari logam diperbesar Jawaban ESoal UN 2010Jika kecepatan partikel A lebih besar dibandingkan kecepatan partikel B panjang gelombang de broglie partikel A pasti lebih kecil dari pada panjang gelombang de broglie partikel BSEBABPanjang gelombang de broglie suatu partikel berbanding terbalik dengan momentum partikelPEMBAHASAN Rumusan panjang gelombang de brogliepernyataan salah karena tidak pasti lebih besar karena bergantung juga pada massa partikelAlasan benar karena momentum berbanding terbalik dengan panjang gelombang de broglie. Jawaban DSoal SPMB 2001Permukaan suatu lempeng logam tertentu disinari dengan cahaya monokromatik. Percobaan ini di ulang dengan panjang gelombang yang berbeda. Ternyata tidak ada elektron keluar jika lempeng di sinari dengan panjang gelombang diatas 500nm. Dengan menggunakan gelombang tertentu, ternyata dibutuhkan tegangan 3,1 volt untuk menghentikan arus foto listrik yang terpancar dari lempeng. Panjang gelombang tersebut dalam nm adalah…223273332381442PEMBAHASAN Jawaban ASoal UN 2010Intensitas radiasi yang diterima dinding tungku pemanas ruangan adalah 66, jika tungku ruangan dianggap benda hitam dan radiasi gelombang elektromagnetik mempunyai panjang gelombang 600 nm, maka jumlah foton yang mengenai dinding persatuan luas persatuan waktu adalah…h = 6,63 X 10-34 Js, c = 3 X 108 X 1019 foton2 X 1020 foton2 X 1021 foton5 X 1020 foton5 X 1021 fotonPEMBAHASAN Jawaban BSoal SPMB 2005Frekuensi foton yang di hamburkan oleh elektron bebas akan lebih kecil di bandingkan saat datang adalah hasil dari…Efek fotolistrikEfek comptonproduksi pasanganproduksi sinar-Xradiasi benda hitamPEMBAHASAN Peristiwa tumbukan antara partikel cahaya foton dengan partikel elektron merupakan efek compton. Yang mengakibatkan panjang gelombang foton akhir lebih besar daripada foton awal. Karena panjang gelombang dan frekuensi memenuhi persamaan = c/fJawaban BSoal SBMB 2002Suatu partikel pion meson dalam keadaan tertentu dapat musnah menghasilkan dua foton identik dengan panjang gelombang l Bila masa partikel pion adalah m, h tetapan Planck, dan c kelajuan cahaya dalam vakum, maka l, dapat dinyatakan dalam m, c dan h dalam bentuk…PEMBAHASAN Jawaban CSoal UN 2010Sebuah partikel elektron bermasa 9 x 10-31 kg bergerak dengan laju 3,3 x 106 Jika konstanta Planck h = 6,6 x 10-34 panjang gelombang de Broglie dari elektron adalah…2,20 x 10-10 m4,80 x 10-10 m5,00 x 10-10 m6,67 x 10-10 m8,20 x 10-10 mPEMBAHASAN Jawaban ASoal UN 2009PGrafik berikut ini menunjukan hubungan antara intensitas radiasi l dan panjang gelombang λ pada radiasi oleh benda hitam jika konstanta Wien =2,90 X 10-3 besar suhu T permukaan benda adalah … KPEMBAHASAN Pergeseran Wien λmaks T = 2,90 X 10-3 m K 6 X 10-7 T =2,9 X 10-3 T = K Jawaban CSoal UN 2000Suhu permukaan suatu benda 483 K. Jika tetapan Wien = 2,898 x 10-3 m K , maka panjang gelombang radiasi pada intensitas maksimum yang dipancarkan oleh permukaan benda itu adalah …6 x 102 angstrom6 x 105 angstrom6 x 104 angstrom6 x 103 angstrom6 x 106 angstromPEMBAHASAN Menentukan panjang gelombang pada intensitas maksimum = 2,898 x 10-3 maka panjang gelombangnya adalah λ = 6 x 104 angstrom Jawaban CSoal UN 2000Jika kelajuan perambatan cahaya di udara 3 x 108 m/s , dan konstanta planck = 6,6 x 10-34 Js maka foton cahaya yang panjuang gelombangnya 100 angstrom mempunyai momentum sebesar1,2 x 10-36 kg m/s1,5 x 10-33 kg m/s6,6 x 10-26 kg m/s1,5 x 1025 kg m/s1026 kg m/sPEMBAHASAN Jawaban CSoal SNMPTN 2010Untuk mendeteksi struktur sebuah inti yang beradius m, seberkas elektron dari sebuah akselerator artikel ditambahkan pada sebuah target padat yang mengandung kerapatan inti maka akan menjadi efek difraksi dengan ukuran inti dapat ditentukan. Dalam kasus ini besar momentum berkas sinar electron yang diperlukan adalah ….h= x Js6,6 x 10-19 kg m/s13,2 x 1019 kg m/s0,33 x 1019 kg m/s3,3 x 10-19 kg m/s3,3 x 10-19 kg m/sPEMBAHASAN Jawaban ASoal SNMPTN 2012Permukaan sebuah lempeng logam natrium disinari dengan seberkas foton berenergi 4,43 eV. Jika fungsi kerja natrium adalah 2,28 eV, maka energi kinetik maksimum elektron yang dihasilkan adalah …2,15 eV2,28 eV4,56 eV6,71 eV8,86 eVPEMBAHASAN Diketahui E = 4,43 eV Wo = 2,28 eV Menentukan energi kinetik dari elektron yang terlepas dari logam menggunakan rumus Ek = E – Wo Ek = 4,43-2,28= 2,15 eVJawaban ASoal SBMPTN 2014Elektron-elektron dari suatu filamen dipercepat dengan beda potensial V sehingga menumbuk batang tembaga. Spektrum kontinu dari sinar-x yang menghasilkan mempunyai frekuensi maksimum 1,2 x HzBeda potensial antara batang Cu dan filamen adalah ….40 kV45 kV50 kV55 kV60 kVPEMBAHASAN Jawaban CSoal buah benda yang sama memancarkan energi radiasi pada suhu masing-masing 1270 C dan 3270 C. Besar perbandingannya adalah …7 98 1512 1716 8119 20PEMBAHASAN Diketahui Benda 1, suhu T1 = 127 0C = 1270 C + 273 K = 400 K Benda 2, suhu T2 = 327 0C = 327 0C + 273 K = 600 K Maka untuk menghitung perbandingan energi radiasi pada kedua benda adalah Jawaban DSoal laser memancarkan energi maksimum dengan panjang gelombang cahaya Angstrom. Sumber cahaya tersebut memerlukan suhu sebesar … KPEMBAHASAN Diketahui λmaks = Angstrom = 6 x 10-7 m karena 1 Angstrom = 10-10 m C = konstanta Wien = 2,898 x 10-3 mKMaka untuk menghitung suhu sumber cahaya C = λmaks x T2,898 x 10-3 mK = 6 x 10-7 m x T Jawaban CSoal laser memancarkan energi maksimum dengan panjang gelombang cahaya Angstrom. Sumber cahaya tersebut memerlukan suhu sebesar …4,2 x 10-194,7 x 10-193,9 x 10-193,3 x 10-192,2 x 10-19PEMBAHASAN Diketahui λ = Angstrom = 7 x 10-7 m Karena 1 Angstrom = 10-10 m h = 6,625 x 10-34 Js c = 3 x 108 m/smaka untuk menghitung energi foton adalah Jawaban DSoal sinar dengan panjang gelombang Angstrom dijatuhkan pada suatu plat logam. Energi yang diperlukan untuk membebaskan elektron dari logam tersebut sebesar 5 eV. Besar energi kinetik yang dihasilkan elektron tersebut adalah …1 x 10-192 x 10-193 x 10-194 x 10-195 x 10-19PEMBAHASAN Diketahui λ = Angstrom = 2 x 10-7 m 1 Angstrom = 10-10 m h = 6,625 x 10-34 Js c = 3 x 108 m/s e = 1,6 x 10-19 JMenentukan energi pelepasan elektron dari logam W = 5 eV = 5 x 1,6 x 10-19 J = 8 x 10-19 J Jawaban BSoal penampang suatu benda 30 m2 , benda tersebut memancarkan radiasi sebesar 72 watt/m2 dan memiliki suhu K. Sehingga permukaan benda tersebut menghasilkan emisivitas sebesar …0,010,0090,0080,0070,006PEMBAHASAN Diketahui A = 30 m2 I = 72 watt/m2 T = 1500 K = 1,5 x 103 K s = 5,67 x 10-8 watt/m2 KMaka besar emisivitas dapat dihitung sebagai berikut Jawaban CSoal penyinaran dengan sinar UV pada permukaan logam timbal, panjang gelombang cahaya 350 nm dan panjang gelombang ambang timbal 550 nm. Besar energi kinetik maksimum adalah …1,3 eV1,5 eV3,4 eV2,0 eV8,9 eVPEMBAHASAN Diketahui λ = 350 nm = 3,5 x 10-7 m 1 nm = 1 x 10-9 m λ0 = 550 nm = 5,5 x 10-7 m 1 nm = 1 x 10-9 m h = 6,625 x 10-34 Js c =3 x 108 m/s e = 1,6 x 10-19 JMaka untuk menghitung energi kinetik, sebagai berikut Jawaban CSoal kecepatan elektron menyebabkan timbulnya perbedaan potensial sebesar V1 = 225 volt dan V2 = 625 volt. Besar perbandingan panjang gelombang partikel adalah …2 35 33 24 14 3PEMBAHASAN Diketahui V1 = 225 volt V2 = 625 volt Maka perbandingan panjang gelombang partikel dapat dihitung sebagai berikut Jawaban CSoal gelombang sebuah foton 60 Angstrom ditembakkan pada sebuah elektron yang berada di udara bebas. Arah foton tersebut menyimpang 600 dari arah sebenarnya. Besar panjang gelombang foton setelah dijatuhkan adalah …30,012 Angstrom40,012 Angstrom50,012 Angstrom60,012 Angstrom70,012 AngstromPEMBAHASAN Diketahui λ = 60 Angstrom = 6 x 10-9 m 1 Angstrom = 10-10 m Sudut foton yang berhamburan θ = 600 m0 massa diam elektron = 9,1 x 10-31 kg h = 6,625 x 10-34 Js c = 3 x 108 m/smaka besar panjang gelombang foton λ’ dapat dihitung sebagai berikut Jawaban DSoal permukaan matahari K, maka laju radiasinya adalah …53,88 kW/m2 52,66 MW/m2 51,88 MW/m2 50,23 kW/m252,55 kW/m2PEMBAHASAN Diketahui Suhu permukaan matahari, T = K = 5,5 x 103 K Konstanta Stefan-Boltzman, s = 5,67 x 10-8 W/m2 KMaka laju radiasi permukaan matahari adalah Jawaban CSoal suatu permukaan benda hitam sempurna dengan suhu 2270 C, maka energi kalor persatuan waktu yang terpancar dari permukaan benda tersebut adalah …545 J/ J/ J/ J/ J/ Diketahui e = 1 = 5,672 x 10-8 W/m2K4 T = 227 + 273 = 500 KEnergi kalor persatuan waktu dapat dihitung sebagai berikut W = eT4 = 15,672 x 10-8 W/m2K45004 = J/ Jawaban ASoal suatu benda melakukan radiasi maksimum pada suhu 6970 C, maka panjang gelombang maksimum radiasi benda tersebut adalah …2 x 10-3 m3 x 10-3 m2 x 10-6 m3 x 10-6 m2 x 10-5 mPEMBAHASAN Diketahui T = 697 + 273 = 970 K C = 2,898 x 10-3 mK λm . T = C Jawaban D
Satuanradiasi ini tergantung pada kriteria penggunaannya, yaitu (BATAN, 2008) : Satuan Untuk Paparan Radiasi; Paparan radiasi dinyatakan dengan satuan Rontgen, atau sering disingkat dengan R saja, adalah suatu satuan yang menunjukkan besarnya intensitas sinar-X atau sinar gamma yang dapat menghasilkan ionisasi di udara dalam jumlah tertentu.