Fisika kuantum: radiasi termal

Posted by Yatmono Alqorni on Friday, 27 May 2011

Radiasi Termal


 

Pertanda pertama yang menunjukkan bahwa gambaran gelombang klasik tentang radiasi elektromagnet (yang berhasil baik menerangkan percobaan Young dan Hertz pada abad kesembilan belas dan dapat dianalisis secara tepat dengan Persamaan Maxwell) tidak seluruhnya benar, tersimpulkan dari kegagalan teori gelombang untuk menerangkan spektrum radiasi termal yang diamati–jenis radiasi elektromagnet yang dipancarkan oleh berbagai benda semata-mata karena suhunya.

Susunan percobaan khasnya diperlihatkan pada Gambar 1.1 berikut. Sebuah objek dipertahan-kan pada suhu T1. Radiasi yang dipancarkan objek kemudian diamati dengan suatu peralatan yang peka terhadap panjang gelombang radiasi.

Sebagai contoh, zat perantara dispersif (penyebar cahaya) seperti prisma dapat digunakan untuk pengamatan ini karena panjang gelombang berbeda yang menembusnya akan teramati pada sudut q yang berbeda pula.


 


 


 


 

Dengan menggerakkan detektor radiasi ke sudut q yang berbeda-beda, kita dapat mengukur intensitas radiasi pada suatu titik geometris (akan sangat tidak efektif !), tetapi mengapit suatu selang sudut dq yang sempit.

Jadi yang sebenarnya yang diukur adalah jumlah radiasi dalam selang dl pada l.

Besaran ini kita sebut intensitas radiant (radiant intensity), R, sehingga hasil percobaannya adalah sederetan nilai l berbeda yang dipilih untuk diukur. Apabila setelah selesai, maka hasilnya akan tampak seperti pada Gambar 1.2.

Bila percobaannya kemudian diulangi tetapi dengan temperatur yang lebih tinggi, maka akan diperoleh hasil seperti yang tampak pada Gambar 1.2.


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 

Dengan mengulangi percobaan ini berkali-kali, maka dapat disimpulkan dua sifat penting dari radiasi termal berikut :

  1. Intensitas radiant total terhadap seluruh rentang panjang gelombang sebanding dengan suhu T berpangkat empat (R (l) »
    T 4) ; karena intensitas total tak lain adalah luas daerah di bawah kurva-kurva intensitas radiant pada Gambar 1.2, maka dapat dituliskan :

                    (1.1)

    di mana telah diperkenalkan sebuah tetapan banding s. Persamaan (1.1) ini dikenal sebagai hukum Stefan dan tetapan banding s dikenal sebagai tetapan Stefan – Boltzmann. Dari sejumlah percobaan seperti yang dilukiskan pada Gambar 1.1, nilai tetapan banding s diperoleh sebesar :

                s = 5,6703 x 10-8 W/m2.K4

  2. Panjang gelombang di mana masing-masing kurva mencapai nilai maksimumnya, yang disebut lmaks. (walau ia bukanlah suatu panjang gelombang maksimum), menurun jika suhu pemancar ditingkatkan, ternyata sebanding dengan kebalikan suhu, sehingga lmaks.
    ยต 1/T. Dari percobaan diperoleh bahwa nilai tetapan bandingnya adalah :

    lmaks.
    × T = 2,898 x 10-3
    m
    ×K            (1.2)


 

Hasil ini dikenal sebagai hukum Pergeseran Wien ; "Pergeseran" merujuk kepada kenyataan bahwa puncak kurva intensitas bergeser jika suhu berubah.


 

{ 0 comments... read them below or add one }

Post a Comment

Komentar dengan bahasa yang santun :-)