10 Soal & Pembahasan Fisika Kuantum (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Fisika
kuantum menjelaskan interaksi paling kecil yang dapat terjadi dalam fenomena
fisika. Kita akan memmbahas tentang sifat dualisme cahaya, efek fotolistrik, compton,
de Broglie, foton, dan radiasi benda hitam. Berikut 10 soal dan pembahasan fisika
kuantum yang dapat dipelajari sebelum ujian sekolah.
Baca
sebelumnya : 10 Soal & Pembahasan Teori Relativitas (bagian 1) ǀ
Pilihan Ganda
Pilihlah
jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.
1. Ketika
suhu radiasi benda hitam naik, maka intensitas maksimum radiasi akan . . .
A. Bergerak
ke arah panjang gelombang yang lebih besar
B. Bergerak ke arah panjang gelombang yang lebih kecil
C. Tidak terpengaruh
D. Arahnya bergeser ke panjang gelombang yang pendek, sesudah itu
bergeser kembali ke panjang gelombang yang panjang
E. Tergantung sekeliling
Pembahasan
:
λ =
1/T, karena panjang gelombang berbanding terbalik dengan suhu. Saat suhu (T)
naik, panjang gelombang (λ) turun.
Jawaban
B.
2. Bola
dengan luas penampang A dan emisivitas e = 0,5
diletakkan di dalam sebuah benda hitam. Total panas yang diradiasikan
bola pada suhu T adalah . . .
A. 0,4.σ.A.T4
B. 0,5.σ.A.T4
C. 0,8.σ.A.T4
D. 1,0.σ.A.T4
E. 1,6.σ.A.T4
Pembahasan
:
P =
e.σ.A.T4
P =
(0,5).σ.A.T4
Jawaban
B
3. Perbandingan
energi tiap sekon yang diradiasikan oleh permukaan benda hitam ketika suhu
permukaan nya 27 oC dan 327 oC adalah . . .
A. 1 : 1
B. 1 : 2
C. 1 : 4
D. 1 : 8
E. 1 : 16
Pembahasan
:
Diketahui
:
T1
= 27 + 273 = 300 K
T2
= 327 + 273 = 600 K
P =
e.σ.A.T4
e.σ.A
= P/ T4
Ditanya
: Perbandingan energi tiap sekon (P1 : P2)
|
(e.σ.A)1 |
= |
(e.σ.A)2 |
|
P1/T14 |
= |
P2/T24 |
|
P1/ P2 |
= |
T14/T24 |
|
P1/ P2 |
= |
(300)4/(600)4 |
|
P1/ P2 |
= |
81/1296 |
|
P1/ P2 |
= |
1/16 |
Jawaban
E.
4. Benda
hitam pada suhu 127 oC meradiasikan kalor sebesar 8 kalori/cm²/s.
Besar kalor yang diradiasikan pada suhu 327 oC adalah . . .
A. 40,5 kalori/cm²/s
B. 60,5 kalori/cm²/s
C. 80,0 kalori/cm²/s
D. 100 kalori/cm²/s
E. 120 kalori/cm²/s
Pembahasan
:
Diketahui
:
T1
= 127 + 273 = 400 K
T2
= 327 + 273 = 600 K
P1
= 8 kalori/cm²/s
P =
e.σ.A.T4
e.σ.A
= P/ T4
Ditanya
: Energi yang diradiasikan pada suhu T2 (P2)
|
(e.σ.A)1 |
= |
(e.σ.A)1 |
|
P1/T14 |
= |
P2/T24 |
|
8/(400)4 |
= |
P2/(600)4 |
|
8/256 |
= |
P2/1296 |
|
P2 |
= |
40,5 |
Jawaban
A.
5. Dua
bola pejal dari bahan yang sama memiliki jari-jari masing-masing 1 m dan 4 m. Suhu
kedua bola berturut-turut adalah 4000 K dan 2000 K. Perbandingan energi radiasi per detik bola 1
dan 2 adalah . . .
A. 1 : 8
B. 8 : 1
C. 1 : 1
D. 1 : 9
E. 9 : 1
Pembahasan
:
Diketahui
:
r1
= 1 m
r2
= 4 m
T1
= 4000 K
T2
= 2000 K
P =
e.σ.A.T4
e.σ
= P/A.T4
Ditanya
: Perbandingan energi tiap sekon (P1 : P2)
|
(e.σ)1 |
= |
(e.σ)2 |
|
P1/A1T14 |
= |
P2/A2T24 |
|
P1/ P2 |
= |
(A1T1)4/
(A2T2)4 |
|
P1/ P2 |
= |
(πr12).T14/
(πr22).T24 |
|
P1/ P2 |
= |
r12.T14/
r22.T24 |
|
P1/ P2 |
= |
12.(4000)4/
42.(2000)4 |
|
P1/ P2 |
= |
256/
256 |
|
P1/ P2 |
= |
1/1 |
Jawaban
C.
6. Jika
suhu mutlak matahari turun menjadi setengah suhu semula, maka energi per
detik yang diterima bumi menjadi . . .
A. 1/16 kali semula
B. 1/8
kali semula
C. 1/4 kali semula
D. Tetap
E. 16 kali semula
Pembahasan
:
Diketahui
:
T1
= T
T2
= (1/2)T
P =
e.σ.A.T4
Ditanya
: Perbandingan energi tiap sekon (P1 : P2)
|
(e.σ.A)1 |
= |
(e.σ.A)2 |
|
P1/T14 |
= |
P2/T24 |
|
P1/ P2 |
= |
(T1)4/
(T2)4 |
|
P1/ P2 |
= |
T14/
T24 |
|
P1/ P2 |
= |
(T)4/
((1/2)T)4 |
|
P1/ P2 |
= |
T4/
(1/16)T4 |
|
P1/ P2 |
= |
1/
(1/16) |
Jadi,
perbandingan daya (energi tiap sekon) P1 : P2 = 1 :
(1/16)
Jawaban
A.
7. Daya
radiasi yang dipancarkan benda pada suhu 227 oC adalah 100 J/s. Jika
suhu benda naik menjadi 727 oC, maka daya radiasi benda yang
dipancarkan adalah . . .
A. 62,50 J/s
B. 250,0 J/s
C. 500,0 J/s
D. 400,0 J/s
E. 1600 J/s
Pembahasan :
Diketahui
:
T1
= 227 oC = 227 + 273 = 500 K
T2
= 727 oC = 727 + 273 = 1000 K
P1
= 100 J/s
P =
e.σ.A.T4
P/ T4
= e.σ.A
Ditanya
: Energi tiap sekon T2 (P2)
|
(e.σ.A)1 |
= |
(e.σ.A)2 |
|
P1/T14 |
= |
P2/T24 |
|
P2 |
= |
P1.T24/
T14 |
|
P2 |
= |
(100).(1000)4/
(500)4 |
|
P2 |
= |
(100).(10)4/
(5)4 |
|
P2 |
= |
1000000/625 |
|
P2 |
= |
1600 |
Jadi,
P2 = 1600 J/s
Jawaban
E.
8. Energi
yang diradiasikan oleh benda hitam per detik pada suhu T1 besarnya
81 kali energi yang diradiasikan per detik pada suhu awal T. Besar T2
adalah . . .
A. 0,3 T
B. 2,0 T
C. 3,0 T
D. 4,0 T
E. 5,0 T
Pembahasan
:
Diketahui
:
T1
= T
P1
= P
P2
= 81P
P =
e.σ.A.T4
P/ T4
= e.σ.A
Ditanya
: Suhu kondisi dua (T2)
|
(e.σ.A)1 |
= |
(e.σ.A)2 |
|
P1/T14 |
= |
P2/T24 |
|
T24 |
= |
P2.T14/
P1 |
|
T24 |
= |
(P).(T)4/
81P |
|
T24 |
= |
T4/
81 |
|
T2 |
= |
T/3 |
|
T2 |
= |
0,3T |
Jadi,
T2 = 0,3 T
Jawaban
A.
9. Logam
tipis berukuran (1 x 5) cm dipanaskan sampai suhunya 400 K. Jika emisivitas
logam 1/7 dan tetapan Stefan- Boltzman 5,6 x 10-8 W/(m²K4),
maka energi yang dipancarkan logam tersebut tiap menit adalah . . .
A. 0,205 J
B. 3,072 J
C. 6,144 J
D. 12,288 J
E. 622,08 J
Pembahasan
:
P =
e.σ.A.T4
P = (1/7).(5,6 x 10-8).(5 x 10-4).(400)4
P = (1/7).(5,6 x 10-8).(5 x 10-4).(4 x 102)4
P = (1/7).(5,6 x 10-8).(5 x 10-4).(256 x 108)
P = (5/7).(5,6 x 10-8).(256 x 104)
P =
0,1024 J/s = 6,144 J/menit
Jawaban
C.
10.
Alat radiasi benda hitam yang bersumber dari sel surya dengan tenaga total
bersuhu T memiliki kemampuan untuk mendidihkan air dari suhu awal yang sama
dengan suhu kamar dalam waktu 40 menit. Jika suhu benda hitam dinaikkan menjadi
2,5T, maka waktu yang diperlukan untuk proses pendidihan jumlah air yang sama
suhu kamar berkurang menjadi . . .
A. 1,01 menit
B. 2,00 menit
C. 3,02 menit
D. 4,00 menit
E. 4,50 menit
Pembahasan
:
Diketahui
:
T1
= T
Q1
= Q
t1
= 40 menit
T2
= 2,5T
P =
e.σ.A.T4
Q/t
= e.σ.A.T4
Q =
e.σ.A.t.T4
Ditanya
: Waktu (t2)
|
Q1 |
= |
Q2 |
|
e.σ.A.t1.T14 |
= |
e.σ.A.t2.T24 |
|
t1.T14 |
= |
t2.T24 |
|
t24 |
= |
t1.T14/
T24 |
|
t24 |
= |
40.T4/
(2,5T)4 |
|
t24 |
= |
40/39,0625 |
|
t2 |
= |
1,005947 |
Jawaban
A.
Baca
selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Fisika Kuantum (bagian 2) ǀ Pilihan
Ganda
Itulah
10 soal dan pembahasan fisika kuantum (bagian 1) yang terdiri dari topik foton,
dualisme cahaya, efek fotolistrik, efek compton, de Broglie.