Info Termodinamika

1.    Radiasi benda hitam

Hubungan antara banyaknya energy yang dpancarkan dengan dan suhu yang dimiliki suatu benda , secara sederhana dapat diamati pada kegiatan berolahraga. Pada pagi hari yang cerah akan terasa adanya kalor yang dipancarkan oleh cahaya matahari ke tubuh, ketika sedang masuk ruangan akan terasa bahwa suhu ruangan akan meningkat. Ini menunjukkan adanya kalor yang dipancarkan oleh tubuh terhadap ruangan.     Contoh tersebut membuktikan bahwa benda akan memancarkan radiasi elektromagnetik jika memiliki suhu tinggi. Radiasi elektromagnetik yang dpancarkan oleh benda disebut Radiasi termal.Benda hitan adalah suatu sisitem yang dapat menyerap semua radiasi kalor yang mengenai benda atau system tersebut.

2.    Intensitas radiasi

Berdasarkan hasil percobaan bahwa intensitas radiasi termal berbanding lurus dengan pangkat empat suhu benda , semakin tinggi suhu suatu benda , semakin besar pula energy kalor yang dipancarkan . selain itu energy kalor dan intensitas radiasi termal tergantung pada kondisi, bentuk dan permukaan yang dimiliki benda.  Sehingga berdasarkan Stefan Boltzman intensitas radiasi termal suatu benda dinyatakan dengan :

            Oleh karena intensitas adalah energi yang dipancarkan tiap satuan waktu dan satuan luas, maka persamaan di atas akan menjadi :

3. Hukum Pergeseran Wien

Bila suhu suatu benda terus dinaikkan , intensitas relative dari spectrum cahaya yang dpancarkannya berubah ini menyebabkan pergeseran dalam warna – warni spectrum cahaya yang yang teramati yang dapat digunakan untuk menaksir suhu suatu benda. Juga pergeseran panjang gelombang maksimum (lmaks). Semakin tinggi suhu suatu benda  lmaks  semakin bergeser kea rah panjang ggelombang yang lebih pendek. Panjang gelombang intensitas maksimum benda yang suhunya tinggi lebih pendek dari panjang gelombang intensitas benda yang suhunya rendah. Gejala pergeseran lmaks   pada radiasi benda hitam disebut hukum  Pergeseran Wien.

Hukum pergeseran Wien menyatakan hubungan antara panjang gelombang  pada intensitas pancaran maksimum dan Suhu mutlak benda.

Contoh soal :

Sebuah benda dipanaskan hingga bersuhu 5000 oC. Tentukan panjang gelombang maksimum radiasi termal yang dipancarkan benda tersebut.

3.  Pendekatan Teori Rayleigh – Jeans

Berdasarkan pendekatan yang dilakukan oleh Rayleigh – Jeans memperoleh perumusan bahwa intensitas radiasi berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang (l).

Untuk l yang besar , intensitas akan semakin kecil. Jika l mendekati tak hingga maka intensitas men dekati nol. Tetapi ketika l mendekati nol maka intensitas mendekati nol. Ini merupakan penyimpangan  yang dinamakan penyimpangan Rayleigh – jeans yang sangat jauh ini dinamakan bencana Ultra violet karena l yang kecil berada pada gelombang ultra violet.

4.    Teori Planck

Planck mengemukakan postulat sebagai berikut :

a.    Energi yang dipancarkan oleh getaran molekul merupakan paket energy, besarnya energy dalam setiap paket merupakan kelipatan bilangan bulat suatu besaran E, yaitu :

En  = nhf

       Keterangan :

n = bilangan asli (bilangan kuantum)  (1,2,3, …..)

f = frekwensi getaran (Hz)

h = Konstanta plank (6,626 x 10-34 Js)

1,2,3, …. Disebut tingkat energi

Gagasan planck dianggap sebagai tonggak  awal fisika kuantum

B.    Dualisme Gelombang Partikel

1.    Sifat partikel yang dimiliki gelombang

Berdasarkan asumsi bahwa cahaya sebagai gelombang cahaya  dipancarkan sebagai ramb

tan gelombang yang kontinyu , adapun asumsi bahwa cahaya sebagai parikel cahaya dipancarkan dalam bentuk paket – paket yang dinamakan foton

a.    Efek foto listrik

Gejala terlepasnya electron – electron dari permukaan plat logam ketika disinari dengan frekwensi tertentu disebut efek foto listrik

Energi yang diperlukan untuk melepaskan diri dari permukaan logam  disebut fungsi kerja W. untuk jenis logam berbeda fungsi kerja akan berbeda pula karena perbedaan energy ikat antara electron dan ion dalam logam. Untuk logam tertentu berlaku :

W = h fo

Jika frekwensi foton lebih besar dari pada frekwensi ambang, kelebihan energy yang diterima oleh electron akan menjadi energy kinetic electron.

h f –  h fo  = Ek

h f = h fo + Ek

h f = W + Ek

Keterangan :

h = konstanta planck = 6,63 x 10-34 Js

f = frekwensi gelombang cahaya (Hz)

fo = frekwensi ambang (Hz)

Contoh soal :

Frekwensi ambang suatu bahan 1,5 x 1016 Hz jika bahan tersebut disinari dengan sinar yang memiliki  frekwensi 2 x 1016 Hz, hitunglah besar energy kinetic electron yang terlepas dari logam tersebut.

b.         Efek Compton

Tumbukan antara foton dan electron bebas, ketika electron foton menumbuk electron sebagaian dari energy foton akan diberikan kepada electron sehingga electron memiliki energy kinetic. Energi foton setelah tumbukan  akan berkurang , menurut teori klasik pengurangan energy tidak akan diikuti oleh perubahan frekwensi  dan panjang gelombang tetapi menurut teori kuantum perubahan energy berarti akan terjadi perubahan  frekwensi dan panjang gelombang (panjang gelombang bertambah besar (l’’ > l ), sesuai dengan rumus  energy foton  yaitu h c / l, jelas bahwa energy foton  setelah tumbukan akan berkurang.

1.    Momentum Foton

Kesetaraan massa dn energy menurut Einstein E = m c2 , sedangkan menurut Planck , cahaya berbentuk paket – paket energy sebesar E = h f. Dengan demikian , persamaan secara relativistic dapat ditulis

m c2 = h f Þ h f / c = m c

Sehingga momentum relativistic  sebuah foton dapat dituliskan menjadi ,

2.    Perubahan Panjang Gelombang Pada Hamburan Compton

Sebelum tumbukan  foton memiliki panjang gelombang  l dan electron mengalami berada dalam keadaan diam , setelah tumbukan foton terhambur dengan sudut θ dan mengalami penurunan nergi menjadi E’, Hamburan yang dialami oleh foton disebut Hamburan Compton dengan cirri khasnya terjadi perubahan l dan perubahan f. Untuk mengetahui perubahan energy atau panjang gelombang foton  setelah terhambur digunakan analisis dengan hokum Kekekalan momentum dan  Hukum Kekekalan Energi.

Dengan menggunakan Hukum Kekekalan Energi dan Hukum Kekekalan momientum dalam d namika Relativistik didapatkan persamaan hamburan Compton  Yaitu :

2.    Sifat Gelombang Pada Partikel

sifat gelombang dengan panjang gelombang  yang sesuai . partikel yang bergerak dengan kecepatan v memiliki momentum p =  m v atau secara relativistic dituliskan sebagai berikut :

c.    Prinsip Ketidakpastian Heisenberg

Pada waktu terjadi tumbukan antara foton dan electron , foton yang ditembakkan ini membawa informasi yang berhubungan dengan keberadaan  electron. Dengan demikian ada ketidak pastian posisi electron akibat tumbukan dengan foton. Prinsip ini pertama kali diperkenalkan oleh Heisenberg dan prinsip dikenal dengan nama ketidak pastian Heisenberg. Oleh karena ketidakpastian pengukuran posisi electron sekurang – kurangnya sama dengan panjang gelombang yang digunakan , yaitu

Jadi, dalam teori relativistic , posisi dan momentum  suatu partikel tidak bisa ditentukan tepat secara bersamaan. Semakin besar ketepatan posisi partikel , semakin besar ketidakpastian momentumnya. Sebaliknya semakin besar ketepatan harga mmentumnya , semakin kecil ketepatan posisinya. Berbeda dengan teori klasik, posisi partikel dapat ditentukan dengan tepat secara bersamaan.