Radiasi Benda Hitam

Pengertian Benda Hitam. Benda hitam adalah benda yang akan menyerap semua energi yang datang dan akan memancarkan energi dengan baik. Benda yang mempunyai sifat menyerap semua energi yang mengenainya disebut benda hitam.

Benda hitam jika dipanaskan akan memancarkan energi radiasi. Energi radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam disebut radiasi benda hitam. Ketika benda tersebut dipanaskan, energi radiasi yang dipancarkannya dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan Panjang gelombang berbeda beda.

Cahaya matahari merupakan contoh radiasi benda hitam yang dapat memunculkan energi sampai bumi.

Hukum Stefan – Boltzmann

Josef Stefan (1835-1873) seorang ahli fisika Austria, dapat menunjukkan gejala radiasi benda hitam melalui eksperimen. Hubungannya adalah daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh benda hitam sebanding dengan pangkat empat temperature mutlaknya.

Setiap benda memiliki kemampuan meradiasikan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang berbeda beda. Kemampuan meradiasikan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik disebut emisivitas. Nilai emisivitas dinotasikan dengan huruf e.

Nilai emisivitas mulai dari nol sampai dengan satu. Nilai ini bergangtung pada karakteristik bahan atau benda. Permukaan benda yang sangat hitam memiliki emisivitas mendekati 1. Sebaliknya benda yang permukaannya mengkilap memiliki emisivitas mendekati nol.

Kemampuan meradiasikan energi sama dengan kemampuan untuk menyerap radiasi energi. Benda hitam memiliki kemampuan meradiasikan dan menyerap energi sangat baik.

Sebalikya, benda mengkilap memiliki kemampuan meradiasikan dan menyerap radiasi energi sangat rendah. Jadi, dapat dikatakan bahwa pemancar energi yang baik juga merupakan penyerap energi yang baik.

Penemuan Stefan diperkuat oleh Boltzmann, kemudian dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann. Dan konstanta pembanding universal σ dinamakan konstanta Stefan-Boltzmann. Persamaannya dapat dituliskan seperti di bawah.

I = e σ T4

P = I . A = e σ AT4

E = P . t = e σ t AT4

dengan :

I = intensitas radiasi ( watt/m2)

P = daya radiasi (watt)

E = energi radiasi (joule)

T = suhu mutlak benda (K)

A = luas penampang (m2)

t = waktu radiasi (s)

σ = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 Wm-2 K-4)

Contoh Soal Perhitungan Radiasi Benda Hitam

Tentukan daya radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda yang memiliki luas 400 cm2 yang temperaturnya 127oC, jika diketahui emisivitas benda itu 0,5.

Penyelesaian :

Diketahui :

A = 400 cm2 = 4 . 10-2 m2

T = 127oC = 273 + 127 K = 400 K

e = 0,5

σ = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 Wm-2 K-4)

Ditanyakan : P = ….?

Jawab :

P= e σ AT4

P = (0,5) . (5,67 . 10-8) . (4. 10-2) . (400)4

P = 29,0304 Watt

Jadi besarnya daya radiasi yang dipancarkan oleh benda adalah 29,0304 watt.

Contoh Soal Perhitungan Hukum Stefan – Boltzmann

Suatu benda hitam memiliki temperatur 27OC dan mengalami radiasi dengan intensitas 4.102 watt/m2. Luas penampang benda itu 5.10-4 m2 Tentukan :

  1. daya radiasinya,
  2. energi radiasi selama 5 sekon,
  3. intensitas radiasinya jika benda tersebut dipanasi hingga temperaturnya mencapai 327OC

Penyelesaian

A = 5.10-4 m2

T1 = 27O C + 273 = 300 K

I1 = 4.102 watt/m2

T2 = 327OC + 273 = 600 K

1. daya radiasi memenuhi :

P = I.A = e σ T4 A

P = 4.102 . 5.10-4 = 0,2 watt

2. energi radiasi selama t = 5 detik adalah :

E = P. t

E = 0,2 . 5 = 1,0 joule

3. intensitas radiasi sebanding dengan temperature mutlak pangkat empat maka dapat diperoleh:

I ≈ T4

(I2/I1) = (T2/T1)4

I2 = I1 x (T2/T1)4

I2 = 4.102 watt/m2 x (600K/300K )4

I2=4.102 x (2)4 watt/m2

I2= 64.102 watt/m2

Daftar Pustaka

Radiasi Benda Hitam dengan Pengertian Benda Hitam dan  benda menyerap dan memancarkan semua energi. Cahaya matahari contoh radiasi benda hitam dengan Energi radiasi gelombang elektromagnetik benda hitam serta Hukum Stefan – Boltzmann. Kemampuan meradiasikan benda hitam dan Nilai emisivitas benda hitam adalah Emisivitas e = 0 dan e = 1.

Contoh soal perhitunan rumus hukum Stefan- Boltzmann dengan Rumus hukum Stefan-Boltzmann atau Nilai konstanta Stefan-Boltzmann. Contoh Soal Perhitungan Radiasi Benda Hitam dan Pengaruh suhu terhadap energi radiasi serta Pengaruh suhu pada intensitas radiasi benda hitam.