pembahasan soal RADIASI BENDA HITAM

Soal dan pembahasan Radiasi Benda Hitam, pergeseran wien, teori max planck, Reyligh jeans

1. Dua benda hitam yang sejenis masing-masing bersuhu 327° C dan 27° C meradiasikan energi.  perbandingan jumlah energi per detik yang dipancarkan dua benda hitam tersebut adalah ....

a. 1 : 4

b. 4 : 1

c. 1 : 16

d. 16 : 1

e. 8 : 3

kunci jawaban: D

pembahasan soal:

T₁ = 327° C = 327 + 273 = 600 K 

T₂ = 27° C = 27 + 273 = 300 K

rumus radiasi bedaa hitam:

P = Q/t

atau 

P = e . σ . A . T⁴

perbandingan P dan T :

P1 : P2 = T1⁴ : T24

= 600⁴ : 3004 = 2⁴ : 14

= 16 : 1

jawab: D

2. Suatu benda hitam sempurna bersuhu 27° C meradiasika energi sebesar P. Jika benda hitam tersebut suhunya dinaikkan menjadi  327° C, besar energi yang diradiasikan benda hitam tersebut menjadi ....

a. 2 P

b. 4 P

c. 6 P

d. 12 P

e. 16 P

kunci jawaban:

pembahasan dan penyelesaian:

T1 = 27 C = 300 K

T2 = 327 C = 600 K

P1 : P2 = T1⁴ : T2⁴

^{P : P2 = 1 : 16}

P2 = 16 P

3. Pada intensitas maksimumnya suatu logam memancarkan energi dengan panjang gelombang maksimum sebesar 4.10^-6 m. Logam tersebut dipanaskan pada suhu . . . .

a. 719,5 K

b. 720 K

c. 750 K

d. 778 K

e. 789 K

Kunci jawaban : C

Pembahasan:

Rumus Hukum pergeseran wien

λ . T = C

4.10^-6 . T = 3.10^-3

T = 750 K

4. Salah satu gejala orang yang terpapar covid - 19 adalah suhu badanya sekitar 37 C. dengan suhu badan tersebut sinar yang diradiasikan oleh tubuh berupa...

a. sinar UV 

b. sinar x

c. sinar infra merah

d. gelombang miko

e. sinar gamma

Kunci jawaban: C

Pembahasan:

λ . T = C

λ . 310 = 3.10^-3

T = 9,68. 10^-6 m

T = 900 nm

berati tubuh memancakan sinar infra merah

sina UV memiliki panjang gelombang sekitar 10^-10 m

sinar x memiliki panjang gelombang sekitar 10^-12 m

gelombang mikro memiliki panjang gelombang sekitar 10^-2 m

sinar gamma = memiliki panjang gelombang sekitar 10^-12  m

5. Rata rata kulit manusia memiliki nilai emisivitas sebesar 0,95 pada suhu 300 K atau suhu kamar.  saat suhu lingkungan 302 K besar radiasi kalor atau gelombang yang dipancarkan orang tersebut adalah . . . .

a. 85,2 W/m²

b. 4,593 kW/m²

c. 9,3 MW/m²

d. 75,93 W/m²

e. 5,93 W/m²

jawab: A

pembahasan:

ditanya: P/A = . . . . . ? 

Rumus Radiasi benda hitam:

P = e . σ . A . T⁴

P/A = e . σ  . T⁴

P/A = 0,95 . 5,6 . 10^-8 . 2⁴

P/A = 85,2 . 10^-8 W/m²

6. Energi yang dipancarkan oleh suatu benda hitam per satuan waktu adalah ... .

a. berbanding lurus dengan luas permukaan benda

b. berbanding lurus dengan suhu mutlak benda

c. berbanding terbalik dengan luas permukaan benda

d. berbanding terbalik dengan suhu mutlak benda

e. berbanding lurus dengan waktu pemancaran

jawab: A

pembahasan:

berdasarkan rumus stevan boltzman

P = e . σ . A . T⁴

7. Satuan SI dari tetapan Stefan-Boltzmann adalah ... .

a. Nm^-2K  d. Wm K 

b. Jm K   e. Wm^-2 Ks² 

c. Jm^-2 s^-1 K^-1 

jawab: C

8. batang logam pada suhu 27 ºC memancarkan energi dengan laju 20 W tiap satuan waktu. Pada suhu 327 ºC sebatang logam yang jenisnya sama dan identik warna ukuran nya akan memancarkan energi dengan laju ... .

a. 81 W d. 320 W

b. 102 W e. 251 W

c. 144 W

Jawab 

Pembahasan 

T1 = 27 C = 300 K

T2 = 327 C = 600 K

P1 : P2 = T1⁴ : T2⁴

^{20 : P2 = 1 : 16}

P2 = 16 . 20 = 320 W

9. Berikut ini grafik hubungan antara daya tiap satuan luas (P/A) terhadap panjang gelombang  yang dipancarkan oleh suatu benda hitam pada suhu (T) yang berbeda-beda... (soal UNBK 2019)

Dari grafik tersebut dapat disimpulkan bahwa....

A. panjang gelombang maksimum (λmaks) yang dipancarkan cenderung naik Saat suhunya naik

B.   panjang gelombang maksimum yang dipancarkan cenderung turun saat suhunya naik   
C. panjang gelombang maksimum (λmaks) yang dipancarkan cenderung tetap saat suhunya naik   
D. panjang gelombang maksimum (λmaks) yang dipancarkan cenderung turun saat suhunya turun
E. panjang gelombang   (λmaks) sebanding dengan suhu benda
Kunci jawaban: B
Pembahasan:
Rumus pergeseran wien
λmaks . T = C
λmak = C/T
λmak berbanding terbalik dengan T

10. Dimensi dari tetapan Planck adalah ... .

a. MLT d. L T 

b. LT e. ML²T 

c. ML²T 

11. Sebuah bola lampu biru memancarkan cahaya dengan panjang gelombang sekitar 4.200 A . Spesifikasi lampu adalah 120 W dan 70 % dari energinya menjadi cahaya yang dipancarkan. Banyak foton yang dipancarkan oleh lampu tiap detik adalah ... .

a. 2,2 × 10  d. 3,3 × 10 

b. 5,5 × 10  e. 4,1 × 10 

c. 2,7 × 10 

Kunci jawaban: C

Pembahasan:

rumus teori plank

E = n h f 

atau

E = n . h . c/λ

120 . 0,7 = n . 6,63 , 10-34 . 3.10-8/4200 . 10 -10

12. Grafik di bawah adalah grafik antara intensitas radiasi  benda hitam dengan suhu mutlak (sumbu y - vertikal) dan sumbu x adalah panjang gelombang.  Berdasarkan grafik tersebut dapat disimpulkan bahwa ….

 a. T1<T2<T3 dan λm3<λm2<λm1

b. T1<T2<T3 dan λm3>λm2>λm1

c. T1>T2>T3 dan λm3<λm2<λm1

d. T1>T2>T3 dan λm3>λm2>λm1

e. T1<T2<T3 dan λm3=λm2=λm1

jawab: D

13. Rapat energi maksimum yang dipancarkan benda hitam dengan suhu 1000 K terletak pada panjang gelombang  maksimum sebesar .... KONSTANTA WIEN C = 3.10^-3

a. 1,4 mm d. 7,3 mm

b. 2,9 mm e. 12,4 mm

c. 5,8 mm

Jawab 

Pembahasan 

Pembahasan:

λ . T = C

λ . 1000 = 2,9. 10^-3

T = 2,9 . 10^-6 m

T = 900 nm

14. Sebatang logam panas meradiasikan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 6400 °A. Jika konstanta Wien = 2,9x10^-3  mK, maka suhu permukaan logam tersebut adalah ....

a. 1.450°C d. 4.727°C

b. 2.900°C e. 3.158°C

c. 4.350°C

Pembahasan:

λ . T = C

6400 .T = 2,9.10^-3

T = 4531 K 

T = 4531 - 273 = 3158 °C

berati tubuh 

15. Cahaya tampak dengan panjang gelombang cahaya 600 nm, besar energi foton cahaya itu = ....

a. 0,3x10^-10 J d. 3x10^-10  J

b. 0,33x10^-10  J e. 33x10^-12  J

c. 3,3x10^-17 J

Pembahasan soal teori planck:

E = n.h.(c/λ)

E = 1. 6,6 . 1010^-34 . (3.10⁸ / 600 . 10^-9)

E = 3,3 . 10^-17

16. Menurut teori kuantum berkas cahaya terdiri dari foton, intensitas berkas cahaya ini :

a. berbanding lurus dengan energi foton

b. berbanding lurus dengan akar energi foton

c. berbanding lurus dengan banyaknya foton

d. berbanding lurus dengan kuadarat banyaknya foton

e. tidak tergantung pada energi foton

jawab: E

17. sebuah pemancar radio dengan daya radiasi 1000 watt memancarkan sebanyak 5x10²⁰ buah foton tiap detik, maka energi tiap fotonnya sebesar….

a. 2 x10^-10 joule d. 5 x10^-20joule

b. 5 x10^-10 joule e. 2 x10^-20 joule

c. 2 x10^-18 joule

jawab: C

1000 : 5x10²⁰ = 2 x 10^-18

18. jika  22% energi lampu pijar dipancarkan sebagai sinar tampak dengan panjang gelombang sama dengan 6000 Å.  banyaknya foton yang dipancarkan lampu pijar 100 W perdetik sebesar .…

a. 1,1x10¹⁵   d. 2,0 . 10¹⁵ 

b. 1,5x10¹⁵         e. 3,3 . 10¹⁵

c. 1,8x10¹⁵ 

jawab: E

pembahasan:

E = n.h.(c/λ)

100 . 22% = n. 6,6 . 10^-34 . (3.10⁸ / 6 . 10^-10)  

22 = n . 3,3 . 10^-16

n = 3,3 . 10¹⁵

19. suatu plat logam dipanaskan hingga mencapai suhu 500 K. maka panjang gelombang pada intensitas maksimum yang diradiasikan oleh logam panas tersebut adalah . . . .

a. 5,8 10^-6  m           d. 8,76 . 10^-6  m

b. 6,76 . 10^-6  m       e. 9,76 . 10^-6  m

c. 7,76 . 10^-6  m

jawab: A

pembahasan:

λ . T = C

λ . 500 = 2,9. 10^-3

λ = 5,8 . 10^-6 m