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 10
8 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 10
22 /s
B. 2,0 x 10
22 /s
C. 2,6 x 10
20 /s
D. 2,8 x 10
20 /s
E. 2,0 x 10
20 /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 10
20 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 10
8 m.s
− 1)
A. 1 x 10
19 foton
B. 2 x 10
19 foton
C. 2 x 10
20 foton
D. 5 x 10
20 foton
E. 5 x 10
21 foton
(Sumber soal : UN Fisika SMA 2010)
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 10
20 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 :
λ
1 = 6000 Å
λ
2 = 4000 Å
E = h(
c/
λ)
E1/
E2 = λ
2 : λ
1 = 4000 : 6000 = 2 : 3
Soal No. 5
Energi foton sinar gamma adalah 10
8 eV. Jika h = 6,6 x 10
−34 Js dan c = 3 x 10
8 m/s, tentukan panjang gelombang sinar gamma tersebut dalam satuan angstrom!
Pembahasan
Data :
E = 10
8 eV = 10
8 x (1,6 x 10
−19) joule = 1,6 x 10
−11 joule
h = 6,6 x 10
−34 Js
c = 3 x 10
8 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 10
10 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 . 10
18 foton.s m
−2
(B) 4,33 . 10
18 foton.s m
−2
(C) 3,33 . 10
18 foton.s m
−2
(D) 2,33 . 10
18 foton.s m
−2
(E) 1,33 . 10
18 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 :
P
2 =(
V2/
V1)
2 x P
1
P
2 =(
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/m
2
0,42 watt/m
2 → 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 10
18 foton
