Pengertian Radiasi Benda Hitam, Radiasi Panas, Rumus dan Contoh Soalnya Lengkap
Radiasi Benda Hitam – Hitam adalah salah satu warna yang mampu menyerap cahaya atau sinar yang jatuh mengenainya, sehingga menyebabkan benda itu panas. Misalnya saat anda menggunakan baju/kaos hitam di siang hari maka tentu menjadi sangat panas. Peristiwa inilah yang disebut dengan radiasi benda hitam.
Radiasi benda hitam adalah sejenis elektromagnetik termal yang terjadi atau berada di dalam benda dalam keadaan kesetimbangan termodinamika dengan lingkungannya, atau saat adanya proses pelepasan dari benda hitam. Benda hitam merupakan benda buram yang tak dapat memantulkan cahaya.
Bila melihat dengan detail pada lampu pijar, pada bagian filamen lampu warnanya kuning keputih-putih walaupun lampu itu berwarna biru. Hal itu terjadi karena pada lampu pijar terdapat suhu di atas 2000 K. seluruh benda yang memiliki suhu di atas 2000 K akan memancarkan cahaya putih.
Perambatan cahaya ini melewati ruang hampa, cahaya juga dianggap gelombang, yang hampir sama dengan peristiwa interferensi dan difraksi. Yang dimana pada peristiwa interaksi cahaya dengan atom/molekul, maka cahaya dianggap partikel. Peristiwa ini antara lain, radiasi panas, efek fotolistrik, dan gejala compton.
Pengertian Radiasi Panas
Radiasi panas disebut dengan radiasi kalor, yang merupakan radiasi yang dipancarkan suatu benda yang menjadi akibat dari suhunya. Masing-masing benda memancarkan radiasi panas, tapi umumnya kita bisa melihat benda karena benda itu memantulkan cahaya yang datang padanya bukan karena benda itu memancarkan radiasi panas.
Benda itu juga akan terlihat karena meradiasikan panas jika suhunya lebih dari 1000 K. dalam suhu itu ada benda yang mulai berpijar merah, contohnya kumparan pemanas pada kompor listrik. Suhu di atas 2000 K benda yang berpijar, menjadi keputih-putihan/kuning. Seperti pijar putih pada filamen lampu pijar.
Bila suhu benda ditingkatkan, maka intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkan berubah. Hal itu menjadikan pergeseran warna pada spektrum yang diamati, yang bisa digunakan dalam menentukan suhu suatu benda.
Pada umumnya bentuk rincian oleh spektrum panas radiasi yang dipancarkan suatu benda, tergantung dari komposisi benda itu. Walaupun begitu, hasil percobaan menyatakan bila ada satu kelas benda panas yang memancarkan spektra panas dengan karakter universal. Benda itu yaitu benda hitam.
Istilah lainnya tak ada radiasi yang dipantulkan oleh benda berwarna hitam. Sehingga benda hitam memiliki harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama dengan satu.
Emisivitas atau daya pancar adalah karakteristik dari materi, yang menggambarkan perbandingan daya yang dipancarkan, per satuan luas dari permukaan pada daya yang dipancarkan benda hitam dengan temperatur sama. Absorptansi adalah perbandingan filuks pancaran atau cahaya yang diserap dari benda pada fluks yang datang, dari benda itu sendiri.
Benda hitam ini diibaratkan seperti rongga hitam dengan lubang yang kecil. Sangat sedikit cahaya masuk ke rongga melewati lubang tersebut, berkas cahaya akan dipantulkan berulang kali dalam rongga tanpa bisa keluar lagi dari lubang yang tadi.
Setiap kali dipantulkan, sinar akan diserap oleh dinding yang berwarna hitam. Benda hitam ini akan menyerap cahaya di sekelilingnya jika suhunya lebih rendah dari suhu di sekelilingnya. Serta akan memancarkan cahaya ke sekelilingnya. Jika benda hitam ini dipanasi sampai suhunya cukup tinggi, maka 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 seluruh daerah panjang gelombang. Distribusi energi di daerah panjang gelombang ini mempunyai ciri khusus, yaitu nilai maksimum di panjang gelombang tertentu. Letak nilai maksimum ini bergantung pada temperatur, yang berpindah atau bergeser menuju ke arah gelombang pendek seiring dengan temperaturnya yang meningkat.
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
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.
Sekian pembahasan materi tentang Radiasi Benda Hitam yang disertai dengan pengertian, radiasi panas, rumus dan contoh soalnya lengkap. Semoga artikel ini bisa menjadi referensi tepat bagi anda yang mempelajari soal Radiasi Benda Hitam.
Baca Juga :
