SPEKTRUM RADIASI ELEKTROMAGNETIK
THE SPECTRUM OF ELECTROMAGNETIC RADIATION
Ketika sebuah benda padat dipanaskan—misalnya, oleh kumparan listrik—permukaan benda padat tersebut memancarkan radiasi dengan panjang gelombang terutama dalam kisaran 0,1 hingga 10 mikron. Radiasi semacam itu biasanya disebut sebagai radiasi termal. Deskripsi kuantitatif mengenai mekanisme atom dan molekul yang menghasilkan radiasi ini diberikan oleh mekanika kuantum dan berada di luar cakupan diskusi ini. Namun, deskripsi kualitatif dimungkinkan: Ketika energi diberikan kepada benda padat, beberapa molekul dan atom penyusunnya terangkat ke “keadaan terangsang.” Ada kecenderungan bagi atom atau molekul untuk kembali secara spontan ke keadaan energi yang lebih rendah. Ketika ini terjadi, energi dipancarkan dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Karena radiasi yang dipancarkan dihasilkan dari perubahan keadaan elektronik, vibrasi, dan rotasi atom serta molekul, radiasi ini akan terdistribusi dalam berbagai panjang gelombang.
Sebenarnya, radiasi termal hanya mewakili sebagian kecil dari total spektrum radiasi elektromagnetik. Gambar 16.1-1 menunjukkan secara kasar jenis-jenis mekanisme yang bertanggung jawab atas berbagai bagian dari spektrum radiasi. Berbagai jenis radiasi dibedakan satu sama lain hanya berdasarkan rentang panjang gelombang yang mereka masukkan. Dalam vakum, semua bentuk energi radian ini bergerak dengan kecepatan cahaya c. Panjang gelombang λ yang menggambarkan gelombang elektromagnetik kemudian terkait dengan frekuensinya v dengan persamaan
di mana c = 2.998 x 10^8 m/s. Dalam bagian spektrum yang terlihat, berbagai panjang gelombang dikaitkan dengan “warna” cahaya. Untuk beberapa tujuan, adalah praktis untuk memikirkan radiasi elektromagnetik dari sudut pandang korpuscular. Dengan demikian, kita mengasosiasikan dengan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi v sebuah foton, yaitu partikel dengan muatan nol dan massa nol yang memiliki energi yang diberikan oleh
Gambar 16.1-1. Spektrum radiasi elektromagnetik, menunjukkan secara kasar mekanisme yang menghasilkan berbagai panjang gelombang radiasi (1 A = satuan Angstrom = 10^-8 cm = 0.1 nm; 1 µ = 1 mikron = 10^-6 m)
Di sini, h = 6.626 x 10^-34 J·s adalah konstanta Planck. Dari dua persamaan ini dan informasi dari Gambar 16.1-1, kita melihat bahwa penurunan panjang gelombang radiasi elektromagnetik berkaitan dengan peningkatan energi foton yang bersangkutan. Fakta ini berkaitan dengan berbagai mekanisme yang menghasilkan radiasi. Misalnya, energi yang relatif kecil dilepaskan ketika suatu molekul mengurangi kecepatan rotasinya, dan radiasi yang terkait berada dalam rentang inframerah. Di sisi lain, energi yang relatif besar dilepaskan ketika inti atom berpindah dari keadaan energi tinggi ke keadaan lebih rendah, dan radiasi yang terkait adalah radiasi gamma atau sinar-X. Pernyataan di atas juga membuatnya tampak masuk akal bahwa energi radiasi yang dipancarkan dari objek yang dipanaskan akan cenderung menuju panjang gelombang yang lebih pendek (foton energi lebih tinggi) saat suhu benda tersebut dinaikkan.
Sampai saat ini, kami telah menggambarkan fenomena pemancaran energi radiasi atau foton ketika suatu sistem molekul atau atom berpindah dari keadaan energi tinggi ke rendah. Proses kebalikan, yang dikenal sebagai penyerapan, terjadi ketika penambahan energi radiasi ke suatu sistem molekul atau atom menyebabkan sistem berpindah dari keadaan energi rendah ke tinggi. Proses terakhir ini terjadi ketika energi radiasi mengenai permukaan padat dan menyebabkan suhu permukaan tersebut meningkat.