10 Soal & Pembahasan Fisika Kuantum (bagian 2) ǀ Pilihan Ganda
Kita
telah membahas 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 Fisika Kuantum (bagian 1) ǀ
Pilihan Ganda
Pilihlah
jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.
11.
Jika sebuah lampu memiliki daya radiasi x watt dan seekor kumbang mengelilingi
lampu tersebut dalam bentuk lintasan berupa lingkaran dengan jari-jari y, maka
intensitas lampu yang diterima kumbang adalah . . .
A. x/(πy)
B. x/(πy2)
C. x/(4πy2)
D. 3x/(2πy2)
E. 3x/(4πy2)
Pembahasan
:
Diketahui
:
P =
x
r =
y
Ditanya
: intensitas (I)
I =
P/A = P/πr2 = x/πy2
Jawaban
B.
12.
Tiga bola pejal A, B dan C dengan jari-jari masing-masing 2 m, 4 m, dan 6 m
dibungkus dengan karbon hitam pada permukaan luarnya. Panjang gelombang pada
intensitas maksimum masing-masing 300 nm, 400 nm, dan 500 nm. Daya yang
diradiasikan masing-masing PA, PB, dan PC
adalah . . .
A. PA memiliki daya maksimum
B. PB memiliki daya maksimum
C. PC memiliki daya maksimum
D. PA > PB > PC
E. PA = PB = PC
Pembahasan
:
PA
= I.A = (300)(2) = 600 m.nm
PB
= I.A = (400)(4) = 1600 m.nm
PC
= I.A = (500)(6) = 3000 m.nm
Sebenarnya,
kita perlu merubah nanometer (nm) ke meter, tetapi kita tidak perlu nilai yang
benar karena kita hanya perlu daya mana yang lebih besar, yaitu Pc
Jawaban
C
13.
Grafik radiasi benda hitam di bawah ini menyatakan hubungan antara E dan λ.
Pernyataan di bawah ini yang benar adalah . . .
A. E1/T1 = E2/T2
B. (λ1/λ2) < (T2/T1)
C. T1 < T2
D. (λ1/λ2) = (T1/T2) = (E2/E1)
E. E1.T1 > E2.T2
Pembahasan
:
λ =
C/T dan h.c = E.λ, dari kedua persamaan kita mendapati h.c = E.C/T atau h.c/C =
E/T. Dari persamaan di atas, kita peroleh
|
(h.c/C)1 |
= |
(h.c/C)2 |
|
E1/T1 |
= |
E2/T2 |
|
T2/ T1 |
= |
E2/
E1 |
atau
|
(C)1 |
= |
(C)2 |
|
λ 1.T1 |
= |
λ
2.T2 |
|
λ 1/ λ 2 |
= |
T
2/ T 1 |
atau
|
T1 |
> |
T2 |
atau
|
λ 1 |
< |
λ
2 |
NB : C = konstanta Wien; c = kecepatan cahaya
Jawaban
A.
14.
Gambar di bawah ini merupakan distribusi intensitas I terhadap panjang
gelombang dari tiga benda hitam yang masing-masing bersuhu T1, T2,
dan T3. Pernyataan yang menunjukkan grafik di bawah ini adalah . . .
A. T1 > T2 > T3
B. T1 = T2 > T3
C. T2 > T3 > T1
D. T1 > T2 = T3
E. T3 > T2 > T1
Pembahasan
:
Dari
grafik sudah jelas bahwa T3 paling besar
Jawaban
E.
15.
Distribusi intensitas I dari radiasi benda hitam terhadap panjang gelombang λ, seperti pada
gambar di bawah.
Jika
konstanta pergeseran Wien adalah 2,9 x 10-3 mK, perkiraan suhu benda
tersebut adalah . . .
A. 10 K
B. 50 K
C. 250
K
D. 1000 K
E. 6250 K
Pembahasan
:
Diketahui
:
λmaks
= 3 x 10-6 m
C =
2,9 x 10-3 mK
Ditanya
: suhu benda (T)
|
λT |
= |
C |
|
T |
= |
C/λ |
|
T |
= |
(2,9
x 10-3)/(3 x 10-6) |
|
T |
= |
1
x 103 K |
Jawaban
D.
16.
Grafik menyatakan hubungan intensitas gelombang (I) terhadap panjang gelombang
pada saat intensitas maksimum (λm) dari radiasi suatu benda hitam sempurna.
Jika
konstanta Wien 3 x 10-3 mK, maka
panjang gelombang radiasi maksimum pada T1 adalah . . .
A. 15000 Å
B. 23000
Å
C. 31000 Å
D. 40000 Å
E. 60000 Å
Pembahasan
:
Diketahui
:
T =
1727 oC = 2000 K
C =
3 x 10-3 mK
Ditanya
: suhu benda (T)
|
λT |
= |
C |
|
λ |
= |
C/T |
|
λ |
= |
(3
x 10-3)/(2000) |
|
λ |
= |
1,5
x 10-6 m |
Jadi,
panjang gelombang maksimum adalah 1,5 x 10-6 m = 15000 Å
Jawaban
A.
17.
Panjang gelombang intensitas radiasi matahari pada suhu 2000 K adalah 4 mm.
Panjang gelombang radiasi maksimum pada suhu 2400 K sebesar . . .
A. 0,33 μm
B. 0,66 μm
C. 1,00 μm
D. 2,33 μm
E. 3,33 μm
Pembahasan :
Diketahui
:
T1
= 2000 K
T2
= 2400 K
λ1
= 4 μm
Ditanya
: Panjang gelombang kondisi dua (λ 2)
|
(C)1 |
= |
(C)2 |
|
λ1.T1 |
= |
λ2.T2 |
|
4.2000 |
= |
λ2.2400 |
|
λ2 |
= |
3,33
μm |
Jawaban
E.
18.
Benda memancarkan radiasi yang memiliki puncak panjang gelombang 350 nm. Jika k
= 2,9 x 10-3 mK, maka suhu permukaan benda adalah . . .
A. 5796 K
B. 6280 K
C. 7796 K
D. 8286 K
E. 10000 K
Pembahasan
:
Diketahui
:
λ =
350 nm = 350 x 10-9 m = 3,5 x
10-7 m
C =
2,9 x 10-3 mK
Ditanya
: suhu benda (T)
|
λT |
= |
C |
|
T |
= |
C/λ |
|
T |
= |
(2,9
x 10-3)/( 3,5 x 10-4) |
|
T |
= |
8286
m |
Jawaban
D.
19.
Suhu permukaan suatu benda adalah 483 K. Jika besar konstanta Wien adalah 2,898
x 10-3 mK, maka panjang gelombang radiasi pada intensitas maksimum
yang dipancarkan oleh permukaan benda itu adalah . . .
A. 6 x 102 Å
B. 6 x 103 Å
C. 6
x 104 Å
D. 6 x 105 Å
E. 6 x 106 Å
Pembahasan
:
Diketahui
:
T =
483 K
C =
2,898 x 10-3 mK
Ditanya
: suhu benda (T)
|
λT |
= |
C |
|
λ |
= |
C/T |
|
λ |
= |
(2,898 x 10-3)/(483) |
|
λ |
= |
0,006
x 10-3 m |
Jadi,
panjang gelombang maksimum adalah 0,006 x 10-3 m = 6 x 104
Å
Jawaban
C.
20.
Dinding tungku menerima intensitas radiasi 66,3 W. Kita anggap tungku sebagai
benda hitam dan panjang gelombang yang terjadi 600 nm sebagai radiasi gelombang
elektromagnetik, maka foton yang mengenai dinding tungku per satuan luas per
satuan waktu adalah . . .
A. 5 x 1021 foton
B. 5 x 1020 foton
C. 3 x 1020 foton
D. 2 x 1020 foton
E. 2 x 1019 foton
Pembahasan
:
Diketahui
:
I =
66,3 W/m2
λ =
600 nm = 600 x 10-9 m = 6 x 10-7 m
h =
6,63 x 10-34 Js
c =
3 x 108 m/s
Ditanya
: Jumlah foton (n)
|
E |
= |
E |
|
n.h.c/λ |
= |
P.t |
|
n.h.c/λ |
= |
I.A.t |
|
n.( 6,63 x 10-34).( 3
x 108)/ ( 6 x 10-7) |
= |
(66,3)(1)(1) |
|
n |
= |
20
x 1019 |
|
n |
= |
2
x 1020 |
Jawaban
D.
Baca
selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Fisika Kuantum (bagian 3) ǀ Pilihan
Ganda
Demikian
10 soal dan pembahasan fisika kuantum (bagian 2) dari beberapa topik, yaitu foton,
dualisme cahaya, efek fotolistrik, efek compton, de Broglie.