Contoh Soal dan Pembahasan tentang Teori Kuantum Planck, Materi Fisika kelas 3 (XII) SMA, dengan kata kunci daya, intensitas, kuanta energi dan jumlah foton. Rumus Minimal Energi Foton E = hf E = h( c/λ ) Energi Foton Sejumlah n E = nhf E = nh( c/λ ) Konversi 1 elektron volt = 1 eV = 1,6 x 10−19 joule 1 angstrom = 1 Å = 10−10 meter 1 nanometer = 1 nm = 10−9 meter Daya → Energi tiap sekon Intensitas → Energi tiap sekon persatuan luas Contoh Soal dan Pembahasan Soal No. 1 Tentukan kuanta energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 6600 Å jika kecepatan cahaya adalah 3 x 108 m/s dan tetapan Planck adalah 6,6 x 10−34 Js ! Pembahasan E = h(c/λ) E = (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/6600 x 10−10 ) = 3 x 10−19 joule Soal No. 2 Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh lampu monokromatis 100 watt adalah 5,5.10−7 m. Cacah foton (partikel cahaya) per sekon yang dipancarkan sekitar.... A. 2,8 x 1022 /s B. 2,0 x 1022 /s C. 2,6 x 1020 /s D. 2,8 x 1020 /s E. 2,0 x 1020 /s (Sumber soal : UM UGM 2004) Pembahasan Data : P = 100 watt → Energi yang dipancarkan tiap sekon adalah 100 joule. Energi 1 foton E = h(c/λ) E = (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/5,5 x 10−7 ) joule Jumlah foton (n) n = 100 joule : [ (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/5,5 x 10−7 ) joule] = 2,8 x 1020 foton. Soal No. 3 Intensitas radiasi yang diterima pada dinding dari tungku pemanas ruangan adalah 66,3 W.m−2. Jika tungku ruangan dianggap benda hitam dan radiasi gelombang elektromagnetik pada panjang gelombang 600 nm, maka jumlah foton yang mengenai dinding persatuan luas persatuan waktu adalah ....(h = 6,63 x 10− 34 J.s, c = 3 x 108 m.s− 1) A. 1 x 1019 foton B. 2 x 1019 foton C. 2 x 1020 foton D. 5 x 1020 foton E. 5 x 1021 foton (Sumber soal : UN Fisika SMA 2010) Baca Juga : Bilangan Kuantum Spin (s) Beserta Contohnya Bilangan Kuantum Magnetik (m) Beserta Contohnya Pembahasan Data : I = 66,3 W.m−2 → Energi yang diterima tiap sekon tiap meter persegi adalah 66,3 joule. Energi 1 foton E = h(c/λ) E = (6,63 x 10−34 )( 3 x 108/600 x 10−9 ) joule Jumlah foton tiap sekon tiap satuan luas adalah: n = 66,3 joule : [ (6,63 x 10−34 )( 3 x 108/600 x 10−9 ) joule] = 2 x 1020 foton Soal No. 4 Tentukan perbandingan kuanta energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 6000 Å dan sinar dengan panjang gelombang 4000 Å ! Pembahasan Data : λ1 = 6000 Å λ2 = 4000 Å E = h(c/λ) E1/E2 = λ2 : λ1 = 4000 : 6000 = 2 : 3 Soal No. 5 Energi foton sinar gamma adalah 108 eV. Jika h = 6,6 x 10−34 Js dan c = 3 x 108 m/s, tentukan panjang gelombang sinar gamma tersebut dalam satuan angstrom! Pembahasan Data : E = 108 eV = 108 x (1,6 x 10−19) joule = 1,6 x 10−11 joule h = 6,6 x 10−34 Js c = 3 x 108 m/s λ = ...? λ = hc / E λ = ( 6,6 x 10−34)(3 x 108) / (1,6 x 10−11) λ = 12,375 x 10−15 meter =12,375 x 10−15 x 1010 Å = 12,375 x 10−5 Å Soal No. 6 Bola lampu mempunyai spesifikasi 132 W/220 V, ketika dinyalakan pada sumber tegangan 110 V memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 628 nm. Bila lampu meradiasikan secara seragam ke segala arah, maka jumlah foton yang tiba persatuan waktu persatuan luas di tempat yang berjarak 2,5 m dari lampu adalah ... (h =6,6.10−34 J s) (A) 5,33 . 1018 foton.s m−2 (B) 4,33 . 1018 foton.s m−2 (C) 3,33 . 1018 foton.s m−2 (D) 2,33 . 1018 foton.s m−2 (E) 1,33 . 1018 foton.s m−2 (Sumber soal : SIMAK - UI 2009) Pembahasan Daya Lampu yang memiliki spesifikasi 132 W/220 V saat dipasang pada tegangan 110 V dayanya akan turun menjadi : P2 =(V2/V1)2 x P1 P2 =(110/220)2 x 132 watt = 33 watt Intensitas (daya persatuan luas) pada jarak 2,5 meter : I = (P/A) dengan A adalah luas permukaan, anggap berbentuk bola (luas bola empat kali luas lingkaran). I = (P/4π r2) I = (33/4π (2,5)2) = 0,42 watt/m2 0,42 watt/m2 → Energi tiap sekon persatuan luas adalah 0,42 joule. Jumlah foton (n) : n = 0,42 : (hc/λ) = [ 0,42 ] : [ ( 6,6 x 10−34 )( 3 x 108 )/( 628 x 10−9 ) ] = ( 0,42 ) : (3,15 x 10−19 ) n = 1,33 x 1018 foton
