Radiasi benda hitam
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 20

RADIASI BENDA HITAM PowerPoint PPT Presentation


  • 395 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

RADIASI BENDA HITAM. Intensitas spesifik Fluks energi Luminositas Bintang sebagai benda hitam (black body). Kompetensi Dasar: Memahami konsep pancaran benda hitam. Judhistira Aria Utama , M.Si . Lab. Bumi & Antariksa Jur . Pendidikan Fisika FPMIPA UPI. Teori Benda Hitam.

Download Presentation

RADIASI BENDA HITAM

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Radiasi benda hitam

RADIASI BENDA HITAM

Intensitasspesifik

Fluksenergi

Luminositas

Bintangsebagaibendahitam(black body)

Kompetensi Dasar:

Memahami konsep pancaran benda hitam

Judhistira Aria Utama, M.Si.

Lab. Bumi & Antariksa

Jur. PendidikanFisikaFPMIPA UPI


Teori benda hitam

Teori Benda Hitam

  • Jika suatu benda disinari gelombang elektromagnetik, benda tersebut akan menyerap sebagian energi  temperatur benda meningkat.

Seandainyabendaterusmenyerapenergi yang datangtanpamemancarkankembali, apa yang akanterjadi?

  • Faktanya,sebagianenergi yang diserapbendaakandipancarkankembali. Temperaturakanterusnaikapabilalajupenyerapanenergi > daripadalajupancarannya.

  • Padaakhirnyabendaakanmencapaitemperaturkeseimbangan, keadaan yang disebutsebagaisetimbangtermal (setimbangtermodinamik).

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

2


Radiasi benda hitam

  • Untuk memahami sifat pancaran suatu benda, dihipotesiskan suatu penyerap sekaligus peman-car sempurna yang disebut benda hitam (black body).

Padakeadaansetimbangtermal, temperaturbendahitamhanyaditentukanolehenergi yang diserap per detik.

Jikaada 2 bendahitamdenganukuransamanamunberbedatemperaturnya, bendahitam yang lebihpanasadalah yang terlihatlebihterang. Mengapa?

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

3


Besaran yang terkait dengan benda hitam

Besaran yang Terkaitdengan Benda Hitam

s

A = luas penampang

r

r

r

r

w

a

a = s/r (sudut bidang)

w = A/r2 (sudut ruang)

radian

steradian

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

4


Unsur kecil sudut ruang dalam koordinat bola

Unsur Kecil SudutRuangdalamKoordinat Bola

Luas penampang :

dA = r2 sin q dq df

df

r sinq df

r dq

q

Sudut ruang

dA

r sinq

dw = dA/r2 = sin qdq df

r

q + dq

dw

r

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

5


Radiasi benda hitam

Tinjau unsur permukaan dA yang arah normalnya adalah garis n

ApabilaberkaspancaranmelewatipermukaandAdalamarahtegakluruspermukaan, dalamsudutruangsebesardw, makajumlahenergi yang lewatdalamselangwaktudtadalah:

n

dE = I dA dw dt

intensitas spesifik

dw

jumlahenergi yang mengalirpadaarahtegakluruspermukaan, per cm2, per detik, per steradian

dA

atau

dE = I dA sin qdq df dt

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

6


Radiasi benda hitam

Untuk berkas pancaran yang membentuk sudut  terhadap garis normal n, dapat dibayangkan pancaran tersebut melewati secara tegak lurus permukaan dA’ dA’ = dA cos .

n

Jumlahenergi yang lewatdalamselangwaktudtadalah:

dE = I dA’ dwdt = I dAcos dwdt

Ingat…!

dw = sin qdq df

dw

dA

dA’

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

7


Radiasi benda hitam

2p

p/2

= F I cosq sinq dq df

0

0

  • Sedangkanjumlahenergi yang dipancarkanmelaluipermukaanseluas1cm2, per detik, kesegalaarahadalah:

  • Apabila pancaran bersifat isotropik (sama ke semua arah), atau dengan kata lain I bukan fungsi dari q dan f, maka persamaan di atas menjadi:

F = p I

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

8


Radiasi benda hitam

  • Suatubendahitamtidakmemancarkangelombangelektromagnetdenganmerata. Benda hitambisamemancarkancahayabirulebihbanyakdaripadacahayamerah, atausebaliknya, bergantungtemperaturnya.

Menurut Max Planck (1858–1947), suatu benda hitam bertemperatur T akan memancarkan energi pada panjang gelombang antaral dan l + dldengan intensitas spesifik Bl(T) dl sebesar:

Fungsi Planck

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

9


Radiasi benda hitam

Untuk daerah l panjang (hc << kT atau hc/kT << 1), Hukum Planck berubah menjadi:

DenganHukum Rayleigh – Jeans, semakinpendekl semakinbesarenergi Bencana Ultraviolet!!!

Hukum Rayleigh - Jeans

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

10


Radiasi benda hitam

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

Distribusi energi menurut panjang gelombang untuk pancaran benda hitam dengan berbagai temperatur (spektrum benda hitam):

UV

UV

Visible

CT

Inframerah

Inframerah

8 000 K

Intensitas spesifik benda hitam sebagai fungsi panjang gelombang

Intensitas Spesifik [B(T)]

7 000 K

6 000 K

5 000 K

4 000 K

 (m)

 (m)

Makin tinggitemperatursuatubendahitam, makintinggi pula intensitasspesifik yang dimilikinya.

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

11


Radiasi benda hitam

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

UV

UV

CT

Visible

Inframerah

Inframerah

8 000 K

Intensitas spesifik benda hitam sebagai fungsi panjang gelombang

Intensitas Spesifik [B(T)]

7 000 K

6 000 K

5 000 K

4 000 K

 (m)

 (m)

Energi total yang dipancarkanbendahitamuntukseluruhpanjanggelombangadalah:

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

12


Radiasi benda hitam

d B(T)

= 0

d 

Panjang gelombang maksimum radiasi benda hitam, yaitu  pada harga yang maksimum (maks), dapat diperoleh dari syarat maksimum, yaitu:

yang akan memberikan:

ApamaknafisisdariHukum Wien?

Hukum Wien

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

13


Radiasi benda hitam

Dari intensitasspesifikBl(T) dapatditentukanjumlahenergi yang dipancarkanolehsetiapcm2permukaanbendahitam per detikkesegalaarah,yaitu:

Bilabendahitamberbentuk bola dengan radius R, jumlahenergi yang dipancarkanseluruhpermukaanbendahitam per detikkesegalaarah,adalah:

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

14


Bintang sebagai benda hitam

Bintangsebagai Benda Hitam

Bintang dapat dianggap sebagai benda hitam. Hal ini tampak dalam kurva distribusi energi bintang yang memiliki temperatur efektif Tef = 54.000 K sama dengan distribusi energi benda hitam yang bertemparatur sama.

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

15


Latihan

Latihan

  • Hubungan antara luminositas L dengan fluks energi yang diterima E pada jarak d adalah:

  • Fluks energi yang diterima E pada jarak d tersebut menyatakan juga kecerahan (brightness) objek yang teramati.

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

16


Latihan lanjutan

Latihan(Lanjutan)

  • Paralaks adalah perubahan posisi teramati benda langit relatif terhadap latar belakang akibat perubahan posisi pengamat.

  • p menyatakan sudut paralaks (dalam “) dan d jarak benda langit (dalam parsec)

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

17


Radiasi benda hitam

  • Luminositasbintang B 4xluminositasbintang A. Jarakbintang B daripengamatdiBumijuga2xlebihdekatdaripadajarakbintang A. Berapakahkecerahanbintang B relatifterhadapbintang A menurutpengamat?

  • Meskipunbintang A danbintang B memilikiluminositas yang sama, kecerahanbintang A 105xkecerahanbintang B. Berapa kali lebihjauhkahjarakbintang B dibandingkanbintang A daripengamat?

  • Bintang A danbintang B memiliki radius yang sama, tetapitemperaturbintang A 2xlebihtinggidibandingkanbintang B. Tentukanperbandinganluminositasbintang B terhadapbintang A!

  • Duabintangdiketahuimemilikitipespektrumdankecerahan yang sama. Bilaparalaksbintang A dan B masing-masingadalah 1” dan 0,1”, berapa kali lebihbesarkah radius bintang B relatifterhadapbintang A?

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

18


Radiasi benda hitam

  • Andaberhasilmemperolehluminositassebagaifungsitemperaturdaribintang-bintang yang memiliki radius sebesar radius Mataharisebagaimanaditabelkanberikutini. Berdasarkan data yang Andamiliki, tentukanbesarnyakonstanta Stefan – Boltzmann!

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

19


Radiasi benda hitam

  • Hasilkan rajah (plot) perbedaanantaraaproksimasi Rayleigh – Jeans danformulasi Planck sebagaifungsipanjanggelombanguntukspektrumcahayatampak!

Judhistira Aria Utama | TA 2014 - 2015

20


  • Login