Radiasi Benda Hitam

Matahari merupakan sumber kehidupan di bumi. Energi yang dipancarkan matahari membantu semua tumbuhan berklorofil untuk melakukan fotosintesis.  Energi yang dipancarkan oleh matahari membuat suhu dipermukaan bumi menjadi hangat. Menuuuurut beberapa penelitian suhu dipermukaan matahari sekitar 6000 o C.

A. Pengertian Radiasi benda hitam

1.    Radiasi benda hitam

Hubungan antara banyaknya energy yang dpancarkan dengan dan suhu yang dimiliki suatu benda , secara sederhana dapat diamati pada kegiatan berolahraga. Pada pagi hari yang cerah akan terasa adanya kalor yang dipancarkan oleh cahaya matahari ke tubuh, ketika sedang masuk ruangan akan terasa bahwa suhu ruangan akan meningkat. Ini menunjukkan adanya kalor yang dipancarkan oleh tubuh terhadap ruangan.     Contoh tersebut membuktikan bahwa benda akan memancarkan radiasi elektromagnetik jika memiliki suhu tinggi. Radiasi elektromagnetik yang dpancarkan oleh benda disebut Radiasi termal.Benda hitan adalah suatu sisitem yang dapat menyerap semua radiasi kalor yang mengenai benda atau system tersebut.

2.    Intensitas radiasi

Berdasarkan hasil percobaan bahwa intensitas radiasi termal berbanding lurus dengan pangkat empat suhu benda , semakin tinggi suhu suatu benda , semakin besar pula energy kalor yang dipancarkan . selain itu energy kalor dan intensitas radiasi termal tergantung pada kondisi, bentuk dan permukaan yang dimiliki benda.  Sehingga berdasarkan Stefan Boltzman intensitas radiasi termal suatu benda dinyatakan dengan :

 

            Oleh karena intensitas adalah energi yang dipancarkan tiap satuan waktu dan satuan luas, maka persamaan di atas akan menjadi :

Contoh soal :

1. Suhu permukaan benda hitam sempurna adalah 127 oC. tentukan energy kalor persatuan waktu yang dipancarkan benda hitam sempurna tersebut.

2.  Dua lampu pijar masing – masing memiliki suhu 27 oC dan 127 oC sedangkan jari – jari lampu pertama dua kali jari – jari lampu ke dua. Tentukan perbandingan daya radiasi lampu pertama terhadap lampu kedua.

3. Hukum Pergeseran Wien

Bila suhu suatu benda terus dinaikkan , intensitas relative dari spectrum cahaya yang dpancarkannya berubah ini menyebabkan pergeseran dalam warna – warni spectrum cahaya yang yang teramati yang dapat digunakan untuk menaksir suhu suatu benda. Juga pergeseran panjang gelombang maksimum (lmaks). Semakin tinggi suhu suatu benda  lmaks  semakin bergeser kea rah panjang ggelombang yang lebih pendek. Panjang gelombang intensitas maksimum benda yang suhunya tinggi lebih pendek dari panjang gelombang intensitas benda yang suhunya rendah. Gejala pergeseran lmaks   pada radiasi benda hitam disebut hukum  Pergeseran Wien.

Hukum pergeseran Wien menyatakan hubungan antara panjang gelombang  pada intensitas pancaran maksimum dan Suhu mutlak benda.

Contoh soal :

Sebuah benda dipanaskan hingga bersuhu 5000 oC. Tentukan panjang gelombang maksimum radiasi termal yang dipancarkan benda tersebut.

3.  Pendekatan Teori Rayleigh – Jeans

Berdasarkan pendekatan yang dilakukan oleh Rayleigh – Jeans memperoleh perumusan bahwa intensitas radiasi berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang (l).

Untuk l yang besar , intensitas akan semakin kecil. Jika l mendekati tak hingga maka intensitas men dekati nol. Tetapi ketika l mendekati nol maka intensitas mendekati nol. Ini merupakan penyimpangan  yang dinamakan penyimpangan Rayleigh – jeans yang sangat jauh ini dinamakan bencana Ultra violet karena l yang kecil berada pada gelombang ultra violet.

4.    Teori Planck

Planck mengemukakan postulat sebagai berikut :

a.    Energi yang dipancarkan oleh getaran molekul merupakan paket energy, besarnya energy dalam setiap paket merupakan kelipatan bilangan bulat suatu besaran E, yaitu :

En  = nhf

       Keterangan :

n = bilangan asli (bilangan kuantum)  (1,2,3, …..)

f = frekwensi getaran (Hz)

h = Konstanta plank (6,626 x 10-34 Js)

1,2,3, …. Disebut tingkat energi

Gagasan planck dianggap sebagai tonggak  awal fisika kuantum