Berkelas

BAB 6 Radiasi Benda Hitam

Standar Kompetensi: Kompetensi Dasar: Menganalisis berbagai besaran fsis pada gejala kuantum dan batas-batas berlakunya relativitas Einstein dalam paradigma fsika modern. Kompetensi Dasar: Menganalisis secara kualitatif gejala kuantum yang mencakup hakikat dan sifat-sifat radiasi benda hitam, serta penerapannya.

Jika benda yang dipanaskan berpijar, sebagian memancarkan gelombang elektro magnetik yang berada pada daerah tampak dan memberi sensasi berupa spektrum warna. Jenis warna yang tampak pada saat benda berpijar dapat dilihat pada Tabel 6.1. Gambar 6.1 (a) Besi yang dibakar dan (b) lampu yang menyala memancarkan radiasi energi kalor

A. Benda Hitam Benda hitam sempurna adalah benda yang dapat menyerap semua radiasi yang diterima olehnya. Radiasi yang dihasilkan sebuah benda hitam sempurna ketika dipanaskan disebut radiasi benda hitam. Untuk membedakan benda-benda yang memiliki sifat pemancaran atau penyerapan kalor, digunakan tetapan e (emisivitas). Gambar 6.3 Cahaya yang masuk ke dalam kaleng berlubang akan terperangkap di dalamnya, sehingga lubang tersebut tampak hitam

B. Hukum Stefan - Boltzmann Keterangan: W = energi tiap satuan luas tiap satuan waktu (watt/m2) e = emisivitas σ = tetapan Stefan-Boltzmann = 5,672 × 10–4 watt/m2K T = suhu (K) Gambar 6.4 Tanur untuk mengolah baja dapat ditentukan suhunya dengan teori radiasi benda hitam Emisivitas e bergantung pada sifat sebuah benda, yaitu 0 ≤ e ≤ 1. Untuk: e = 0 → benda bersifat pemantul sempurna tidak meradiasi e = 1 → benda berupa benda hitam sempurna

P = WA Keterangan: I = intensitas pancaran (watt/m2) P = daya pancaran (watt) A = luas permukaan (m2) E = besar energi (J) t = waktu pancaran (s)

λ m T = C C. Hukum Pergeseran Wien Hukum pergeseran Wien dapat Hukum pergeseran Wien, ditemukan oleh Wilhelm Wien pada tahun 1896. λ m T = C Keterangan: λ m = panjang gelombang pada energi pancar maksimum (m) T = suhu (K) C = tetapan pergeseran Wien = 2,898 × 10–3 mK Hukum pergeseran Wien dapat menjelaskan fenomena logam yang dipanaskan hingga membara mula-mula akan tampak merah, kemudian berwarna nyala hingga menjadi putih jika temperatur dinaikkan. Gambar 6.5 Spektrum benda hitam. Distribusi spektral energi radiasi bergantung pada temperatur benda saja.

Hukum pergeseran Wien banyak digunakan dalam pengin draan jarak jauh (remote sen sing), yaitu untuk menentukan temperatur awan atau permukaan bumi dari satelit cuaca. Gambar 6.6 (a) Satelit cuaca dapat menentukan temperatur awan dan permukaan bumi tanpa kontak langsung, (b) cara kerja remote sensing, dan (c) pirometer inframerah

D. Teori Rayleigh-Jeans Rayleigh-Jeans menjelaskan bahwa energi pancaran benda hitam berbentuk gelombang berdiri dengan berbagai modus vibrasi. Tiap vibrasi mempunyai dua derajat bebas, satu untuk energi kinetik dan yang lain untuk energi potensial. Teori Rayleigh-Jeans menyimpang jauh dari hasil eks perimen dan hanya cocok untuk daerah spektrum cahaya tampak, yaitu hijau, kuning, danmerah, sedangkan untuk daerah spektrum dengan panjang gelombang pendek tidak cocok. Kegagalan teori tersebut dikenal dengan katastrof ultraviolet atau bencana ultraviolet.

E = hf E. Teori Planck Tahun 1900 Max Planck Energi radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan atau diserap oleh bahan berupa paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. E = hf Keterangan: E = energi foton (joule) h = tetapan Planck = 6,626 × 10–34 Js f = frekuensi gelombang cahaya (Hz) Gambar 6.7 Spektrum radiasi benda hitam pada suhu 5.000 K oleh Rayleigh-Jeans dan Planck