Kumpulan Rumus tentang Gelombang Elektromagnetik dan Radiasi Benda Hitam

Edukiper.com - Gelombang Elektromagnetik. Sesuai dengan namanya, gelombang elektromagnetik terdiri dari rambatan medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus. Pada kesempatan ini, edukiper akan membagikan rangkuman teori dan kumpulan rumus tentang gelombang elektromagnetik meliputi pengertian gelombang elektromagnetik, sifat dan kelajuannya, spektrum gelombang elektromagnetik,persamaan umum gelombang elektromagnetik, radiasi kalor, energi radiasi, rapat energi, daya dan intensitas radiasi, efek fotolistrik, efek Compton, teori de Broglie, serta teori mengenai radiasi benda hitam.

A. Gelombang Elektomagnetik (GEM)

Gelombang elektromagnetik merupakan perpaduan antara gelombang listrik dan gelombang magnet yang arah getarnya saling tegak lurus. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal dan dapat merambat tanpa medium atau melalui pancaran (radiasi).

#1. Kelajuan GEM
Kecepatan gelombang elektromagnetik sama seperti kecepatan cahaya.

v = 1/√εo . μo = c = 3.108 m/s

#2. Spektrum GEM
Jika diurutkan berdasarkan tingkat energinya dari energi paling tinggi ke energi paling rendah, maka gelombang elektromagnetik memiliki urutan sebagai berikut:
a). Sinar Gamma (sinar γ)
b). Sinar-X (X-ray)
c). Sinar Ultraviolet (UV)
d. Cahaya tampak (ungu, biru, hijau, kuning, jingga, merah)
e. Inframerah (infrared)
f. Radar mikro (radar)
g. Gelombang TV
h. Gelombang Radio

#3. Persamaan Umum GEM

E = Em . cos (kx - ωt)

B = Bm . cos (kx - ωt)

Em/Bm = - E/B = c

Keterangan :
E = kuat medan listrik (N/C)
B = besar induksi megnetik (Wb/m² = T).

Baca juga : Kumpulan Rumus Impuls dan Momentum.

#4. Rapat Energi
Rapat energi adalah besarnya per satuan volume.
a). Rapat Energi Listrik

ue = ½ εo . E2

b). Rapat Energi Magnetik

um = B2 2 . μo

c). Rapat Energi Total

u = um + ue u = 2 um = B2/μo u = 2 ue =  εo . E2

Keterangan :
u = rapat energi rata-rata  (J/m³)
ue = rapat energi listrik (J/m³)
um = rapat energi magnetik (J/m³)
ε_o = permitivasi listrik = 8,85 x 10^-12 C² N^-1 m^-2
μo = permeabilitas magnetik (4π x 10^-7) Wb.A^-1) . m^-1).

#5. Intensitas (I)
Intensitas adalah laju energi rata-rata yang jatuh secara tegak lurus pada luasan tertentu.

I = P / A = (Em . Bm)/ 2μo

Keterangan :
I = intensitas radiasi (W/m²)
P = daya radiasi (W)
A = luas permukaan (m²).

B. Radiasi Kalor

Radiasi kalor merupakan perpindahan energi kalor melalui pancaran. Besarnya radiasi kalor dipengaruhi oleh suhu benda, luas permukaan benda, sifat permukaan benda, dan jenis material. Energi radiasi dirumuskan sebagai berikut:

E = e.σ.T4 A.t

Keterangan :
e = emisivitas benda (0 ≤ e ≤ 1)
σ = tetapan Stefan - Boltzmann (5,67 x 10^-8 W/m².K⁴)
T = suhu mutlak benda (K)

Daya Radiasi :

P = E  = e.σ.A.T4 t

Intensitas Radiasi :

I = P Ao

A_o = luasan yang ditembus oleh radiasi kalor (seringnya berupa luasan bola 4π.R²)
Benda hitam sempurna memiliki nilai e = 1.

C. Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik merupakan peristiwa terlepasnya elektron pada permukaan logam ketika disinari dengan cahaya. Secara umum, persamaan pada efek fotolistrik dinyatakan sebagai berikut:

EKmaks = E - Eo EKmaks = hf - hfo EKmaks = hc/λ - hc/λo EKmaks = e Vo

Keterangan :
EK_maks = energi kinetik maksimum (J)
E = energi foton (J)
E₀ = fungsi kerja logam (J)
V₀ = potensial henti (V)
e = muatan elektron (C).

D. Efek Compton

Efek compton adalah peristiwa terhamburnya sinar - X akibat tumbukan dengan elektron. Panjang gelombang sinar - X yang terhambur menjadi labih besar dari sebelum tumbukan.

a). Momentum

p = h λ

b). Panjang gelombang

λ' - λ = h/m0 C (1 - cos θ)

Keterangan :
λ = panjang gelombang sebelum tumbukan (m)
λ' = panjang gelombang setelah tumbukan (m)
m₀ = massa diam elektron (kg)
θ = sudut hamburan.

E. Teori de Broglie

Panjang gelombang de Broglie :

λ =  h  =  h P m.v

λ =  h √2m.e.ΔV

λ = h √2mEk

Keterangan :
P = momentum partikel (kg m/s)
e = muatan elekton (C)
m = massa partikel (kg)
v = kecepatan partikel (m/s)
ΔV = potensial (V)

F. Radiasi Benda Hitam

E = e σ A T4 . t P = e σ A T4 I = e σ T4

Keterangan :
E = energi yang diradiasikan oleh benda (J)
P = daya radiasi atau laju energi radiasi (W)
I = intensitas radiasi (W/m²)
e = emisivitas bahan (0 < e < 1)
σ = tetapan Stefan-Boltzmann (5,67 x 10^-8 W/m² .K⁴)
T = suhu mutlak (K).

G. Teori Spektrum Radiasi Benda Hitam

#1. Hukum Pegeseran Wien
"Jika suhu benda dinaikkan maka panjang gelombang yang menghasilkan Intensitas pancar maksimum bergeser semakin kecil".

Dari grafik di atas dapat dirumuskan hubungan antara panjang gelombang maksimum dengan suhu mutlak benda. Hubungan tersebut dinyatakan dengan persamaan Wien sebagai berikut:

λmaks . T = C

Keterangan :
λ_maks = panjang gelombang pada intensitas maksimum (m)
T = suhu mutlak benda (K)
C = konstanta Wien = 2,898 x 10^-3 mK

#2 Teori Foton
a. Energi diskrit molekul bergetar :

En = n.h.f

b. Besar energi tiap foton:

E = h.f

Keterangan :
n = bilangan bulat positif : 1,2,3,....yang dinamakan bilangan kuantum.
f = frekuensi getaran molekul-molekul
h = tetapan Planck, yang besarnya : h = 6,63 x 10^-34 Js.

Baca juga : Kumpulan Rumus tentang Listrik Statis.

Demikianlah kumpulan rumus tentang gelombang elektromagnetik dan radiasi benda hitam yang dapat edukiper bagikan. Jika kumpulan rumus ini bermanfaat, bantu edukiper membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share yang tersedia. Terimakasih.

FacebookFollow UsYoutubeInstagram