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.
Post a Comment
Post a Comment