Soalan 6:
(a) Mengapakah satu rongga besar yang mempunyai satu lubang kecil boleh bertindak sebagai jasad hitam?
(b) Suhu suatu jasad hitam ialah 4 500 K dan jasad hitam itu kelihatan kuning jingga.
Perihalkan perubahan warna jasad hitam semasa jasad itu dipanaskan hingga suhu 9 000 K.
Jawapan:
(a)
Sinaran yang memasuki rongga yang luas mengalami pantulan berulang-ulang pada dinding dalam rongga. Pada setiap tempat pantulan, sebahagian sinaran diserap oleh dinding dalam rongga. Pantulan berulang-ulang terjadi secara berterusan sehingga kesemua sinaran itu diserap dan tiada pantulan yang keluar daripada rongga. Maka, rongga itu bertindak sebagai jasad hitam.
(b)
Apabila suhu jasad hitam meningkat, keamatan sinaran yang dikeluarkan akan meningkat. Keamatan sinaran biru ungu bertambah dengan lebih cepat berbanding dengan keamatan sinaran kuning jingga. Oleh itu, warna jasad hitam berubah menjadi biru ungu apabila dipanaskan sehingga suhu 1000 K .
(a) Mengapakah satu rongga besar yang mempunyai satu lubang kecil boleh bertindak sebagai jasad hitam?
(b) Suhu suatu jasad hitam ialah 4 500 K dan jasad hitam itu kelihatan kuning jingga.
Perihalkan perubahan warna jasad hitam semasa jasad itu dipanaskan hingga suhu 9 000 K.
Jawapan:
(a)
Sinaran yang memasuki rongga yang luas mengalami pantulan berulang-ulang pada dinding dalam rongga. Pada setiap tempat pantulan, sebahagian sinaran diserap oleh dinding dalam rongga. Pantulan berulang-ulang terjadi secara berterusan sehingga kesemua sinaran itu diserap dan tiada pantulan yang keluar daripada rongga. Maka, rongga itu bertindak sebagai jasad hitam.
(b)
Apabila suhu jasad hitam meningkat, keamatan sinaran yang dikeluarkan akan meningkat. Keamatan sinaran biru ungu bertambah dengan lebih cepat berbanding dengan keamatan sinaran kuning jingga. Oleh itu, warna jasad hitam berubah menjadi biru ungu apabila dipanaskan sehingga suhu 1000 K .
Soalan 7:
Gambar foto 1 menunjukkan sebuah satelit komunikasi di angkasa lepas. Satu percubaan komunikasi kuantum dilakukan dengan denyutan laser berkuasa 60 mW dan mempunyai panjang gelombang 800 nm.
(a) Berapakah momentum satu foton daripada denyutan laser itu?
(b) Berapakah tenaga yang dibawa oleh satu foton?
(c) Berapakah bilangan foton sesaat?
(d) Berapakah jumlah momentum yang dipindahkan oleh denyutan laser itu sesaat?
Jawapan:
(a)
$$ \text { Momentum , } \begin{aligned} p & =\frac{h}{\lambda} \\ & =\frac{6.63 \times 10^{-34}}{800 \times 10^{-9}} \\ & =8.29 \times 10^{-28} \mathrm{~kg} \mathrm{~m} \mathrm{~s}^{-1} \end{aligned} $$
(b)
$$ \begin{aligned} &\text { Tenaga yang dibawa oleh setiap foton, } E=\frac{h c}{\lambda}\\ &\begin{aligned} & =\frac{\left(6.63 \times 10^{-34}\right)\left(3.00 \times 10^8\right)}{800 \times 10^{-9}} \\ & =2.49 \times 10^{-19} \mathrm{~J} \end{aligned} \end{aligned} $$
(c)
$$ \begin{aligned} &\text { Bilangan foton sesaat, } n\\ &\begin{aligned} P & =\frac{n h c}{\lambda} \\ P & =n\left(\frac{h c}{\lambda}\right) \\ 60 \times 10^{-3} & =n\left(2.49 \times 10^{-19}\right) \\ n & =\frac{60 \times 10^{-3}}{2.49 \times 10^{-19}} \\ & =2.41 \times 10^{17} \mathrm{~s}^{-1} \end{aligned} \end{aligned} $$
(d)
$$ \begin{aligned} & \text { Jumlah momentum sesaat } \\ & =\text { momentum satu foton } \times \text { bilangan foton sesaat } \\ & =8.29 \times 10^{-28} \times 2.41 \times 10^{17} \\ & =2.0 \times 10^{-10} \mathrm{~kg} \mathrm{~m} \mathrm{~s}^{-2} \end{aligned} $$
Gambar foto 1 menunjukkan sebuah satelit komunikasi di angkasa lepas. Satu percubaan komunikasi kuantum dilakukan dengan denyutan laser berkuasa 60 mW dan mempunyai panjang gelombang 800 nm.
(a) Berapakah momentum satu foton daripada denyutan laser itu?
(b) Berapakah tenaga yang dibawa oleh satu foton?
(c) Berapakah bilangan foton sesaat?
(d) Berapakah jumlah momentum yang dipindahkan oleh denyutan laser itu sesaat?
Jawapan:
(a)
$$ \text { Momentum , } \begin{aligned} p & =\frac{h}{\lambda} \\ & =\frac{6.63 \times 10^{-34}}{800 \times 10^{-9}} \\ & =8.29 \times 10^{-28} \mathrm{~kg} \mathrm{~m} \mathrm{~s}^{-1} \end{aligned} $$
(b)
$$ \begin{aligned} &\text { Tenaga yang dibawa oleh setiap foton, } E=\frac{h c}{\lambda}\\ &\begin{aligned} & =\frac{\left(6.63 \times 10^{-34}\right)\left(3.00 \times 10^8\right)}{800 \times 10^{-9}} \\ & =2.49 \times 10^{-19} \mathrm{~J} \end{aligned} \end{aligned} $$
(c)
$$ \begin{aligned} &\text { Bilangan foton sesaat, } n\\ &\begin{aligned} P & =\frac{n h c}{\lambda} \\ P & =n\left(\frac{h c}{\lambda}\right) \\ 60 \times 10^{-3} & =n\left(2.49 \times 10^{-19}\right) \\ n & =\frac{60 \times 10^{-3}}{2.49 \times 10^{-19}} \\ & =2.41 \times 10^{17} \mathrm{~s}^{-1} \end{aligned} \end{aligned} $$
(d)
$$ \begin{aligned} & \text { Jumlah momentum sesaat } \\ & =\text { momentum satu foton } \times \text { bilangan foton sesaat } \\ & =8.29 \times 10^{-28} \times 2.41 \times 10^{17} \\ & =2.0 \times 10^{-10} \mathrm{~kg} \mathrm{~m} \mathrm{~s}^{-2} \end{aligned} $$
