Pengertian Radiasi Benda Hitam, Radiasi Panas, Rumus & Contoh Soal – Pada pembahasan kali ini kami akan menjelaskan tentang radiasi benda hitam. Yang meliputi pengertian radiasi benda hitam, radiasi panas, rumus dan contoh soal radiasi benda hitam yang dibahas dengan lengkap dan ringan. Agar lebih detailnya silakan simak ulasan dibawah ini dengan seksama.
Pengertian Radiasi Benda Hitam, Radiasi Panas, Rumus & Contoh Soal
Mari kita bahas pengertian radiasi benda hitam terlebih dahulu dengan seksama.
Pengertian Radiasi Benda Hitam
Warna hitam merupakan suatu warna yang menyerap seluruh cahaya atau sinar yang jatuh mengenainya sehingga menyebabkan benda tersebut panas. Contohnya adalah ketika kalian memakai baju atau kaos yang berwarna hitam pada siang hari, tentu sangat panas. Peristiwa ini disebut dengan radiasi benda hitam.
Radiasi benda hitam yaitu jenis radiasi elektromagnetik termal yang terjadi pada sekitar atau didalam benda dalam keadaan kesetimbangan termodinamika dengan lingkungannya atau ketika terdapat proses pelepasan dari benda hitam. Sedangkan benda hitam adalah benda yang buram dan tidak bisa memantulkan cahaya.
Jika kita melihat secara detail pada lampu pijar, di bagian filamen lampu warnanya kuning keputih-putihan meskipun lampu tersebut berwarna biru. Hal ini terjadi karena pada lampu pijar bersuhu diatas 2000 K. Semua benda yang memiliki sudu diatas 2.000 K pasti akan memancarkan cahaya putih.
Perambatan cahaya melewati ruang hampa, cahaya dianggap gelombang, hampir sama dengan peristiwa interferensi dan difraksi. Yang mana pada peristiwa interaksi cahaya dengan atom ataupun molekul, cahaya dianggap sebagai partikel. Peristiwa ini antara lain, radiasi panas, efek fotolistrik, dan gejala compton.
Pengertian Radiasi Panas
Radiasi panas atau disebut juga radiasi kalor ialah radiasi yang dipancarkan dari suatu benda sebagai akibat suhunya. Masing-masing benda memancarkan radiasi panas, tetapi umumnya, kita dapat melihat suatu benda karena benda tersebut memantulkan cahaya yang datang padanya, bukan karena benda tersebut memancarkan radiasi panas.
Benda itu akan terlihat karena meradiasikan panas apabila suhunya lebih dari 1.000 K. Dalam suhu tersebut benda mulai berpijar merah, misalnya kumparan pemanas suatu kompor listrik. Pada suhu diatas 2.000 K benda yang berpijar menjadi keputih-putihan atau kuning, seperi pijar putih dari filamen lampu pijar.
Jika suhu benda tersebut ditingkatkan, maka intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkan menjadi berubah. Hal tersebut menjadikan pergeseran warna-warna spektrum yang diamati, yang dapat dipakai dalam penentuan suhu sebuah benda.
Secara umum bentuk rinci oleh spektrum radiasi panas yang dipacarkan dari sebuah benda panas tergantung dari komposisi benda tersebut. Meskipun demikian, hasil percobaan menyatakan jika ada satu kelas benda panas yang memancarkan spektra panas dengan karakter universal. Benda tersebut adalah benda hitam atau black body.
Seperti yang sudah dijelaskan diawal, bahwa benda hitam menyerap semua radiasi yang datang. Istilah lain adalah tidak terdapat radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam. Maka benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama dengan satu.
Emisivitas (daya pancar) adalah karakteristik dari suatu materi, yang menggambarkan perbandingan daya yang dipancarkan per satuan luas dari sebuah permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam dengan temperatur yang sama. Sedangkan abrsorptansi (daya serap) adalah perbandingan fluks pancaran atau fluks cahaya yang diserap dari suatu benda terhadap fluks yang datang dari benda tersebut.
Benda hitam diibaratkan seperti suatu rongga hitam dengan lubang kecil. Sangat sedikit cahaya masuk rongga itu melewati lubang tersebut, berkas cahaya akan dipantulkan berulang kali didalam rongga tanpa dapat keluar lagi dari lubang tadi.
Setiap dipantulkan, sinar akan diserap oleh dinding-dinding berwarna hitam. Benda hitam akan menyerap cahaya disekelilingnya jika suhunya lebih rendah dari suhu sekelilingnya dan akan memancarkan cahaya ke sekelilingnya jika suhunya lebih tinggi dari suhu sekelilingnya. Hal tersebut bisa dilihat pada gambar dibawah, jika benda hitam dipanasi hingga suhunya cukup tinggi akan terlihat membara.
Benda hitam yang sempurna adalah pemancar kalor yang baik (e = 1). Contohnya yang hampir sempurna adalah kotak yang tertutup rapat yang dilubangi dengan lubang udara (ventilasi) di rumah.
Rumus Radiasi Benda Hitam
Radiasi benda hitam menjangkau semua daerah panjang gelombang. Distribusi energi pada daerah panjang gelombang ini memiliki ciri khusus yaitu suatu nilai maksimum pada panjang gelombang tertentu. Letak nilai maksimum bergantung dari temperatur, yang akan berpindah atau geser menuju arah panjang gelombang pendek seiring dengan temperatur yang meningkat.
Di tahun 1879 ahli fisika dari Austria yang bernama Josef Stefan melaksanakan suatu percobaan untuk tahu karakter universal dari radiasi benda hitam. Kemudian dia menemukan jika daya total per satuan luas yang dipancarkan pada seluruh frekuensi dari suatu benda hitam panas (intensitas total) adalah sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Sehingga dapat dirumuskan:
I total = σ . T4 ………………………………………………. (1)
I menunjukkan bahwa intensitas radiasi pada permukaan benda hitam di seluruh frekuensi. T adalah suhu mutlak benda dan σ adalah tetapan Stefan-Boltzman yang bernilai 5,67 x 10-8 Wm-2K-4
Pada peristiwa benda panas yang bukan benda hitam, akan memenuhi hukum yang serupa, hanya diberi tambahan koefisien emisivitas yang lebih kecil daripada 1 sehingga menjadi:
I total = e.σ.T4………………….. (2)
Intensitas merupakan daya per satuan luas, maka persamaan (2) bisa ditulis dengan:
P/A = e.σ.T4………………………..(3)
Dengan ketentuan:
P = daya radiasi (W)
A = Luas permukaan benda (m2)
e = koefisien emisivitas
T = suhu mutlak (K)
Beberapa tahun setelahnya, dengan dasar tentang teori gelombang elektromagnetik cahaya, Ludwih Boltzmann (1844 – 1906) secara teoritis mewariskan hukum yang diungkapkan oleh Joseph Stefan (1853 – 1893) dari gabungan termodinamika dan persamaan-persamaan Maxwell. Oleh sebab itu, persamaan (2) dikenal pula sebagai Hukum Stefan-Boltzmann, yang bunyinya:
“Jumlah energi yang dipancarkan per satuan permukaan sebuah benda hitam pada satuan waktu maka akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur termodinamikanya”.
Contoh Soal Radiasi Benda Hitam
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. Maka tentukan perbandingan daya radiasi lampu pijar pertama terhadap lampu pijar kedua!
Diketahui:
T1 = (67 + 273)K = 340 K
T2 = (407 = 273)K = 680 K
R1 = 3 R2
Perbandingan daya radiasi lampu (pertama) terhadap lampu kedua.
Demikianlah telah dijelaskan tentang Pengertian Radiasi Benda Hitam, Radiasi Panas, Rumus & Contoh Soal, semoga dapat menambah wawasan dan pengetahuan kalian. Terimakasih telah berkunjung dan jangan lupa untuk membaca artikel lainnya.
Daftar Isi
