Hukum Planck

Hukum Planck menjelaskan rapat spektrum radiasi elektromagnetik yang dilepas benda hitam dalam kesetimbangan termal pada temperatur T. Hukum ini mengambil namanya dari Max Planck yang mengusulkannya tahun 1900. Hukum ini adalah pionit bagi fisika modern dan mekanika kuantum.

Radiansi spektrum suatu benda, B_ν, menjelaskan seberapa banyak energi yang dilepas sebagai radiasi pada beberapa frekuensi. Radiansi diukur dalam daya yang dilepas per satuan luas benda, per satuan solid angle dimana radiasi diukur, per satuan frekuensi. Planck menunjukkan bahwa radiansi spektral benda pada temperatur absolut T dirumuskan dengan

${\displaystyle B_{\nu }(\nu ,T)={\frac {2h\nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{e^{\frac {h\nu }{k_{\mathrm {B} }T}}-1}}}$

dengan k_B adalah konstanta Boltzmann, h adalah konstanta Planck, dan c adalah laju cahaya pada medium, apakah material atau hampa udara.^[1][2][3] Radiansi spektral juga dapat diukur per satuan panjang gelombang. Pada kasus ini, dirumuskan dengan

${\displaystyle B_{\lambda }(\lambda ,T)={\frac {2hc^{2}}{\lambda ^{5}}}{\frac {1}{e^{\frac {hc}{\lambda k_{\mathrm {B} }T}}-1}}}$.

Hukum ini juga dapat dinyatakan dalam istilah lainnya, seperti jumlah foton yang dilepas pada panjang gelombang tertentu, atau rapat energi dalam volume radiasi. Satuan SI dari B_ν adalah W·sr⁻¹·m⁻²·Hz⁻¹, sedangkan satuan B_λ adalah W·sr⁻¹·m⁻³.

Pada batasan frekuensi rendah (panjang gelombang tinggi), Hukum Planck cenderung ke Hukum Rayleigh–Jeans, sedangkan pada batasan frekuensi tinggi (panjang gelombang pendek), lebih cenderung ke perkiraan Wien.

Max Planck mengembangkan hukum ini tahun 1900 dengan konstanta yang ditentukan empiris, nantinya menunjukkan bahwa, dinyatakan sebagai distribusi energi stabil untuk radiasi dalam kesetimbangan termodinamika.^[4] Sebagai distribusi energi, hukum ini merupakan salah satu kelompok distribusi kesetimbangan termal yang diantaranya termasuk distribusi Bose–Einstein, distribusi Fermi–Dirac dan distribusi Maxwell–Boltzmann.

1. ^ Planck 1914, hlm. 6, 168
2. ^ Chandrasekhar 1960, hlm. 8
3. ^ Rybicki & Lightman 1979, hlm. 22
4. ^ Planck 1914, hlm. 42