【Versi Pendidikan Rakyat】Fisika SMA Pilihan Wajib Semester 3: Radiasi Benda Hitam dan Hipotesis Kuantum Energi Planck

Studi radiasi benda hitam mengungkapkan kelemahan mendasar dalam fisika klasik saat menjelaskan hukum radiasi termal pada skala mikroskopis. Untuk menghilangkan apa yang disebutbencana ultraviolet, Planck memecahkan konsep tradisional tentang perubahan energi yang kontinu, secara kreatif mengusulkan hipotesis 'kuantum energi', langkah besar ini menandai kelahiran fisika kuantum.

Hukum Fisika Inti

Benda hitam absolut: Model fisika ideal yang dapat menyerap seluruh gelombang elektromagnetik tanpa refleksi.
Hipotesis Kuantum Energi Planck: Pertukaran energi bersifat diskontinu, satuan energi terkecil adalah kuantum energi $\epsilon = h\nu$.
Konstanta Planck: $h = 6.626 \times 10^{-34} \text{ J} \cdot \text{s}$.

💡 Analogi intuitif: Seluncuran dan tangga

Fisika klasik menganggap energi seperti 'seluncuran' yang kontinu; Planck menyatakan energi mikroskopis seperti 'tangga', Anda hanya bisa berdiri di anak tangga tertentu. Dalam skala makroskopis, anak tangga yang sangat kecil tampak seperti bidang miring, tetapi pada skala atom, ketidakterusan ini merupakan sifat dasar.

PERTANYAAN 1

Manakah dari deskripsi berikut tentang 'benda hitam' yang benar:

Benda hitam pasti merupakan benda berwarna hitam

Benda hitam tidak memantulkan gelombang elektromagnetik, tetapi dapat memancarkan gelombang elektromagnetik ke luar

Benda hitam tidak memantulkan maupun memancarkan gelombang elektromagnetik

Hanya benda bersuhu tinggi yang bisa dianggap sebagai benda hitam

PERTANYAAN 2

Apa hipotesis yang diajukan Planck untuk mengatasi 'bencana ultraviolet'?

Kecepatan gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa berubah-ubah

Radiasi benda hitam mengikuti hukum pergeseran Wien

Partikel bermuatan memancarkan atau menyerap energi secara diskontinu, dalam bentuk kuantum energi

Sifat dasar cahaya adalah gelombang longitudinal mekanik

PERTANYAAN 3

Diketahui rentang panjang gelombang cahaya tampak sekitar $400 \sim 760 \text{ nm}$, maka berapa kira-kira nilai kuantum energi dari cahaya dengan panjang gelombang $400 \text{ nm}$?

$4.97 \times 10^{-19} \text{ J}$

$2.62 \times 10^{-19} \text{ J}$

$6.63 \times 10^{-34} \text{ J}$

$3.00 \times 10^{8} \text{ J}$

PERTANYAAN 4

Mengapa kita merasa energi osilator pegas makroskopis berubah secara kontinu saat diamati?

Objek makroskopis tidak mengikuti hukum mekanika kuantum

Konstanta Planck $h$ sangat kecil, menyebabkan jarak kuantum energi makroskopis sangat halus, sehingga tampak seperti kontinuitas palsu

Osilator pegas bukan partikel bermuatan, sehingga tidak memiliki kuantum energi

PERTANYAAN 5

Pernyataan mana yang benar mengenai kinerja rumus fisika klasik dalam eksperimen radiasi benda hitam?

Rumus Rayleigh konsisten dengan eksperimen pada daerah panjang gelombang panjang, tetapi menuju tak hingga pada daerah panjang gelombang pendek

Rumus Wien sangat dekat dengan eksperimen pada daerah panjang gelombang panjang

Rumus Planck hanya berlaku untuk daerah panjang gelombang pendek