Radiasi benda hitam dan energi foton, contoh soal dan pembahasannya

Dibawah ini adalah pembahasan soal-soal radiasi benda hitam dan foton. Radiasi benda hitam berkaitan dengan hukum pergeseran Wien dan teori Max Planck yang menjelaskan energi foton. Soal-soal yang dibahas merupakan soal-soal SBMPTN dari berbagai tahun.

Nomor 1
Kemampuan sebuah benda untuk melepaskan radiasi sangat berdekatan dengan kemampuannya untuk menyerap radiasi. Pernyataan tersebut menggambatkan gejala fisi yang cocok dengan salah satu peristiwa berikut yaitu...
A. Efek foto lisrik
B. Efek Compton
C. Produksi pasangan
D. Produksi sinar X
E. Radiasi benda hitam

Pembahasan

Kemampuan sebuah benda untuk melepaskan radiasi sebanding dengan kemampuannya utnuk menyerap radiasi adalah proses radiasi benda hitam

Jawaban: E

Nomor 2
Saat temperatur radiasi benda hitam tutun, intensitas maksimum radiasi akan ...
A. Bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih panjang.
B. Bergeser ke arah frekuensi yang lebih tinggi
C. Tidak terpengaruh
D. Pertama bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek tetapi kemudian kembali bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih panjang.
E. Tergantung pada sekeliling

Pembahasan

Dari hukum pergeseran Wien λmak . T = C, ini menunjukkan jika T turun maka λmak naik. Jadi pada saat T naik maka intensitas maksimum radiasi akan turun dan panjang gelombang akan bergeser ke arah yang lebih besar.

Jawaban: A

Nomor 3
Anggap bahwa sebuah bintang tertentu melepaskan kalor radiasi benda hitam pada 6000 K. Panjang gelombang pada intensitas maksimum gelombang sekitar...(Konstanta Wien = 2,90 x 10^-3 m.K)
A . 2500 angstrom
B. 3500 angstrom
C. 5000 angstrom
D. 8000 angstrom
E. 9990 angstrom

Pembahasan
λmak . T = C
λmak = C / T = (2,90 x 10^-3 m.K) / (6000 K) = 5000 angstrom

Jawaban C


Nomor 4
Bintang yang relatif dingin cenderung ke warna ...
A. putih
B. kuning
C. Jingga
D. Biru
E. Merah

Pembahasan
Cahaya tampak terdiri dari: me - ji - ku - hi - bi - u.
λ merah terbesar dan λ ungu terkecil.
E = h f = h (c/λ), λ merah terbesar maka energi merah paling kecil dan energi ungu paling besar. Akibatnya adalah bintang yang relatif dingin berarti energinya terkecil sehingga cenderung ke warna merah.

Jawaban E

Nomor 5
Permukaan bumi menerima radiasi matahari rata-rata 1,2 kW/m² saat terik. Jika panjang gelombang rata-rata radiasi ini 6620 Å, maka banyak foton per detik dalam berkas sinar matahari seluas 1 cm2 secara tegak lurus adalah... (h = 6,6 x 10^-34 Js, c = 3 x 10² m/s)
A. 5 x 10¹⁷
B. 4 x 10¹⁷
C. 3 x 10¹⁷
D. 2 x 10¹⁷
E. 1 x 10¹⁷

Pembahasan
Menghitung P
P = I . A = 1200 W/m² . 10^-4 m² = 0,12 W
Menghitung banyak foton
E = n . h . (c/λ)


Nomor 6
Sebuah lampu memancarkan cahaya berfrekuensi 5 x 10¹⁵ Hz pada daya 25 W. Jumlah foton yang dihasilkan lampu persekon adalah...
A. 1,3 x 10¹⁶
B. 8,3 x 10¹⁷
C. 7,6 x 10¹⁸
D. 1,9 x 10⁵⁰
E. 3,8 x 10⁵⁰

Pembahasan
E = n hf
P . t = n . hf
P = (n/t) . hf
25 = (n/t) . 6,6 x 1010^-34 (5 x 10¹⁵)
n/t = 0,76 x 10¹⁹ = 7,6 x 10¹⁸

Nomor 7
Panjang gelombang terpendek yang dihasilkan tabung sinar X yang beroperasi pada tegangan 2 x 10² volt sekitar...
A. 0,001 angstrom
B. 0,003 angstrom
C. 0,006 angstrom
D. 0,008 angstrom
E. 0,01 angstrom

Pembahasan
Terbentuknya sinar X adalah akibat tumbukan elektron yang dipercepat dengan logam. Pada peristiwa ini terjadi perubahan EP listrik menjadi Enargi cahaya (foton)
EP = Efoton
q . ΔV = h . f
(1,6 x 10^-19) x (2 x 10⁶) = 6,6 x 10^-34 (3 x 10⁸) / λ
λ = 6 . 10^-13 m = 0,006 Å
Jawaban: C

Nomor 8
Pesawat sinar X sedang beroperasi pada tegangan 3 kV. Panajang gelombang minimum sianar X yang dihasilkan adalah...
A. 0,0175 Å
B. 0,04125 Å
C. 0,75 Å
D. 1,25 Å
E. 2,50 Å

Pembahasan
q . ΔV = h . f
(1,6 x 10^-19 ) x (30 x 10³) = 6,6 x 10^-34 (3 x 10⁸) / λ
λ = 0,4125 . 10^-10 m = 0,4125 Å
Jawaban: C

Nomor 9
Radiasi yang ditimbulkan karena elektron yang bergerak cepat tiba-tiba dihentikan adalah...
A. efek toto listrik
B. efek Compton
C. produksi pasangan
D. Produksi sinar X
E. Radiasi benda hitam

Pembahasan
Radiasi yang ditimbulkan karena elektron yang bergerak cepat tiba-tiba dihentikan adalah produksi sinar X atau disebut dengan Bremsstrahlung.
Jawaban D

Nomor 10
Diatas energi 1 MeV, setiap tambahan energi foton akan menjadi energi kinetik elektron dan positron. Gejala fiisis yang cocok dengan salah satu peristiwa beikut adalah
A. efek fotolistrik
B. efek Compton
C. produksi pasangan
D. produksi sinar X
E. radiasi benda hitam

Pembahasan
Diatas energi 1 MeV, setiap tambahan energi foton akan menjadi energi kinetik elektron dan positron. Peristiwa ini disebut produksi pasangan.
Jawaban: C

Video pembahasan soal energi kinetik elektron