Thursday, June 5, 2014

Pengertian Radiasi Benda Hitam, Radiasi Panas, Rumus, Contoh Soal, Jawaban, Intensitas, Hukum Pergeseran Wien, Hukum Planck, Efek Fotolistrik, Efek Compton, Praktikum Fisika

Pernahkah kalian memakai pakaian hitam di siang hari yang panas? Jika pernah, bagaimana rasanya? Pasti sangat panas, bukan? Mengapa? Ini karena warna hitam menyerap semua cahaya atau sinar yang jatuh mengenainya sehingga benda tersebut akan menjadi panas. Inilah yang disebut radiasi benda hitam.

Pernahkah kalian melihat lampu pijar? Jika kalian perhatikan, pada bagian filamen lampu berwarna kuning keputih-putihan padahal lampu berwarna biru. Mengapa hal ini terjadi? Ini terjadi karena suhu lampu pijar di atas 2.000 K. Semua benda yang berada pada suhu di atas 2.000 K akan memancarkan cahaya putih.

Dalam perambatan cahaya melalui ruang hampa, cahaya dianggap sebagai gelombang, seperti pada peristiwa interferensi dan difraksi. Adapun dalam peristiwa interaksi cahaya dengan atom maupun molekul, cahaya dianggap sebagai partikel. Peristiwa tersebut antara lain radiasi panas, efek fotolistrik, dan gejala compton, yang akan kalian pelajari dalam pembahasan berikut ini.

1. Pengertian Radiasi Panas


Radiasi panas adalah radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda sebagai akibat suhunya. Setiap benda memancarkan radiasi panas, tetapi pada umumnya, kalian dapat melihat sebuah benda, karena benda itu memantulkan cahaya yang datang padanya, bukan karena benda itu memancarkan radiasi panas. Benda baru terlihat karena meradiasikan panas jika suhunya melebihi 1.000 K. Pada suhu ini benda mulai berpijar merah seperti kumparan pemanas sebuah kompor listrik. Pada suhu di atas 2.000 K benda berpijar kuning atau keputih-putihan, seperti pijar putih dari filamen lampu pijar. Begitu suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkannya berubah. Hal ini menyebabkan pergeseran warna-warna spektrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk menentukan suhu suatu benda.
lampu pijar
Gambar 1. Filamen lampu pijar meradiasikan panas pada suhu  di atas 2.000 K.
Secara umum bentuk terperinci dari spektrum radiasi panas yang dipancarkan oleh suatu benda panas bergantung pada komposisi benda itu. Walaupun demikian, hasil eksperimen menunjukkan bahwa ada satu kelas benda panas yang memancarkan spektra panas dengan karakter universal. Benda ini adalah benda hitam atau black body.

Benda hitam didefinisikan sebagai sebuah benda yang menyerap semua radiasi yang datang padanya. Dengan kata lain, tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam. Jadi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama dengan satu.

Seperti yang telah kalian ketahui, bahwa emisivitas (daya pancar) merupakan karakteristik suatu materi, yang menunjukkan perbandingan daya yang dipancarkan per satuan luas oleh suatu permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam pada temperatur yang sama. Sementara itu, absorptansi (daya serap) merupakan perbandingan fluks pancaran atau fluks cahaya yang diserap oleh suatu benda terhadap fluks yang tiba pada benda itu.
Pemantulan yang terjadi pada benda hitam
Gambar 2. Pemantulan yang terjadi pada benda hitam.
Benda hitam ideal digambarkan oleh suatu rongga hitam dengan lubang kecil. Sekali suatu cahaya memasuki rongga itu melalui lubang tersebut, berkas itu akan dipantulkan berkali-kali di dalam rongga tanpa sempat keluar lagi dari lubang tadi. Setiap kali dipantulkan, sinar akan diserap dinding-dinding berwarna hitam. Benda hitam akan menyerap cahaya sekitarnya jika suhunya lebih rendah daripada suhu sekitarnya dan akan memancarkan cahaya ke sekitarnya jika suhunya lebih tinggi daripada suhu sekitarnya. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 1. Benda hitam yang dipanasi sampai suhu yang cukup tinggi akan tampak membara.

Benda hitam sempurna adalah pemancar kalor paling baik (e = 1). Contoh yang mendekati benda hitam sempurna adalah kotak tertutup rapat yang dilubangi dengan lubang udara (ventilasi) rumah.

2. Intensitas Radiasi Benda Hitam


Radiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Radiasi ini menjangkau seluruh daerah panjang gelombang. Distribusi energi pada daerah panjang gelombang ini memiliki ciri khusus, yaitu suatu nilai maksimum pada panjang gelombang tertentu. Letak nilai maksimum tergantung pada temperatur, yang akan bergeser ke arah panjang gelombang pendek seiring dengan meningkatnya temperatur.

Pada tahun 1879 seorang ahli fisika dari Austria, Josef Stefan melakukan eksperimen untuk mengetahui karakter universal dari radiasi benda hitam. Ia menemukan bahwa daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh suatu benda hitam panas (intensitas total) adalah sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Sehingga dapat dirumuskan:

I total = σ . T4 ....................................................... (1)

dengan I menyatakan intensitas radiasi pada permukaan benda hitam pada semua frekuensi, T adalah suhu mutlak benda, dan σ adalah tetapan Stefan-Boltzman, yang bernilai 5,67 × 10-8 Wm-2K-4.

Untuk kasus benda panas yang bukan benda hitam, akan memenuhi hukum yang sama, hanya diberi tambahan koefisien emisivitas yang lebih kecil daripada 1 sehingga:

total = e.σ.T4 ............................................................ (2)

Intensitas merupakan daya per satuan luas, maka persamaan (2) dapat ditulis sebagai:

P/A = = e. σ. T4 ...................................................... (3)

dengan:

P = daya radiasi (W)
A = luas permukaan benda (m2)
e = koefisien emisivitas
T = suhu mutlak (K)

Beberapa tahun kemudian, berdasarkan teori gelombang elektromagnetik cahaya, Ludwig Boltzmann (1844 - 1906) secara teoritis menurunkan hukum yang diungkapkan oleh Joseph Stefan (1853 - 1893) dari gabungan termodinamika dan persamaan-persamaan Maxwell. Oleh karena itu, persamaan (2) dikenal juga sebagai Hukum Stefan- Boltzmann, yang berbunyi:

“Jumlah energi yang dipancarkan per satuan permukaan sebuah benda hitam dalam satuan waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur termodinamikanya”.

Contoh Soal 1 :

Lampu pijar dapat dianggap berbentuk bola. Jari-jari lampu pijar pertama 3 kali jari-jari lampu pijar kedua. Suhu lampu pijar pertama 67 oC dan suhu lampu pijar kedua 407 oC. Tentukan perbandingan daya radiasi lampu pertama terhadap lampu kedua!

Besaran yang diketahui:

T1 = (67 + 273) K = 340 K
T2 = (407 + 273) K = 680 K
R1 = 3 R2

Perbandingan daya radiasi lampu pertama terhadap lampu kedua:
Perbandingan daya radiasi lampu




Anda sekarang sudah mengetahui Radiasi Benda Hitam dan Radiasi Panas. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.

Referensi  Lainnya :

No comments:

Post a Comment

Berkomentarlah secara bijak. Komentar yang tidak sesuai materi akan dianggap sebagai SPAM dan akan dihapus.
Aturan Berkomentar :
1. Gunakan nama anda (jangan anonymous), jika ingin berinteraksi dengan pengelola blog ini.
2. Jangan meninggalkan link yang tidak ada kaitannya dengan materi artikel.
Terima kasih.

Search