Radiasi Benda Hitam

Radiasi Benda Hitam (Kegagalan Fisika Klasik)
1:38 AM – by Yuant Tiandho 0

Teori fisika kuantum bermula ketika ilmu fisika klasik tak lagi mampu menjelaskan sebuah fenomena radiasi benda hitam dan hal itu dirilis oleh seorang ahli fisika yang bernama Max Planck. Jadi, pada mulanya pada tahun 1879 Josef Stefan mengusulkan bahwa besar intensitas radiasi yang dipancarkan oleh suatu benda memenuhi persamaan:

Dimana : e = tetapan emistivitas, 0 e 1
σ = tetapan Stefan-Boltzman = 5.67 x 10-8 w/(m2K4)
T = suhu mutlak (K)
Namun ketika yang dipertanyakan adalah radiasi dari sebuah benda hitam maka para ilmuwan menemukan suatu hal yang tak lazim. Hal itu dikarenakan ketika suatu benda hitam dipanaskan pada tiap-tiap suhu tertentu maka ia akan meradiasikan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang berbeda-beda. Gelombang elektromagnetik ini memiliki panjang gelombang yang nilainya berbanding terbalik dengan suhu yang digunakan yangkemudian oleh Wien dibentuklah suatu persamaan:


Dimana : b = tetapan Wien = 2.898 x 10-3 mK

Para fisikawan mencoba menjelaskan fenomena radiasi benda hitam ini secara teoritis. Rayleigh-Jean mencoba menyusun suatu model sederhan untuk menjelaskan fakta ini. Mereka menganggap bahwa molekul/muatan pada bola berongga (sebelumnya benda hitam diilustrasikan sebagai sebuah rongga dimana tak ada cahaya yang dapat masuk di dalamnya sebab tak memang amat sulit menemukan benda yang bersifat hitam sempurna)di dinding benda berongga dihubungkan oleh pegas.



Gambar Model Rayleigh-Jean

Dengan model ini Rayleigh-Jean dapat menentukan intensitas radiasinya dengan menganggap bahwa ketika suhu benda dinaikkan maka muatan akan mendapat energi kinetik untuk bergetar. Getaran itu akan menimbulkan percepatan sehingga menghasilkan radiasi. Model ini masih menggunakan paradigma fisika klasik yang menyatakan bahwa energi bersifat kontinu. Sehingga intensitas benda hitam tersebut adalah:



Dimana : c = kecepatan cahaya = 2.99792 x 108 m/s
K = konstanta Boltzman = 1.38 x 10-23 j/K

Namun ternyata teori ini hanya mampu untuk menerangkan intensitas radiasi dengan panjang gelombang yang relatif besar dan tidak cocok untuk panjang gelombang kecil. Dan jika saja teori ini benar maka seharusnya sinar UV yang memiliki panjang gelombang kecil akan memiliki intensitas yang sangat besar dan bila hal ini benar-benar terjadi maka alam semesta ini seharusnya mengalami bencana sinar UV sebab alam semesta ini dibanjiri oleh UV tapi nyatanya hal ini tidak terjadi.

Karena kegagalan ini maka Wien kembali mengusulkan seuatu teori lagi, sehinga intensitas yang dihasilkan oleh radiasi benda hitam adalah:


Dimana : A dan C merupakan konstanta.

Namun tetap saja teori Wien ini belum berlaku untuk seluruh panjang gelombang. Hal ini karena Wien masih menerapkan prinsip kekontinuan sehingga hanya dapat digunakan untuk gelombang dengan panjang gelombang yang relatif pendek saja.



Kegagalan-kegagalan ini membuat Max Planck mengajukan asumsi-asumsi baru yang awalnya asumsi tersebut dianggap sebuah asumsi yang "gila" oleh para ilmuwan lainnya karena melawan hukum fisika pada zaman itu. Asumsi-asumsi tersebut adalah:
1. Energi yang dimiliki oleh molekul yang berosilasi bersifat diskrit (tidak kontinu). Dan besar energi tersebut adalah:
E=nhν

Dimana : n = bilangan bulat = 1,2,3,…
h = konstanta Planck = 6.626 x 10-34 Js
v = frekuensi getaran molekul
2. Setiap molekul memancarkan atau menyerap energi dalam paket energi diskrit yang dinamakan Kuanta (yang kemudian disebut dengan foton).
Energi tiap foton adalah:





Dimana : c = kecepatan cahaya

Dari kedua asumsi yang fenomenal ini maka Planck dapat menyusun sebuah perumusan yang menyatakan intensitas yang dipancarkan oleh benda hitam yang meradiasi adalah:


Dimana : I (v, T) = jumlah enrgi per unit area per satuan waktu per unit solid angle (intensitas) pada range frekuensi v+dv di benda hitam dengan suhu T
h = konstanta Planck = 6.626 x 10-34 Js
k = konstanta Boltzman = 1.38 x 10-23 j/K
c = kecepatan cahaya = 2.99792 x 108 m/s
ν = frekuensi getaran molekul
T = temperatur