√ Pengertian Radiasi Benda Hitam, Radiasi Panas, Rumus & Soal

Posted on

Pengertian Radiasi Benda Hitam, Radiasi Panas, Rumus & Soal – Ketika mendapat mata pelajar IPA di bangku sekolah dasar telah dijelaskan bahwa apabila terdapat dua buah pakaian dengan warna hitam dan putih dalam keadaan basah dan dijemur di siang hari, maka pakaian hitamlah yang akan lebih cepat kering sebab pakaian hitam mampu menyerap lebih banyak sinar matahari.

Pengertian Radiasi Benda Hitam, Radiasi Panas, Rumus & Soal

Fenomena apakah tersebut? Mari temukan jawabannya di dalam materi berikut.

Pengertian Radiasi Benda Hitam

Warna hitam adalah sebuah warna yang mampu menyerap semua sinar atau cahaya yang mengenainya sehingga membuat benda berwarna hitam panas, misalnya pada saat mengenakan pakaian berwarna hitam di siang hari akan terasa sangat panas. Hal itu merupakan salah satu contoh dari radiasi benda hitam.

Radiasi benda hitam yakni suatu jenis radiasi elektromagnetik termal yang terjadi di sekitar maupun di dalam benda yang ada dalam kondisi kesetimbangan termodinamika dengan lingkungannya ataupun pada saat terjadi proses pelepasan dari benda hitam. Benda hitam sendiri ialah benda yang buram sehingga tidak dapat memantulkan cahaya.

Apabila kita melihat secara teliti pada lampu pijar, terdapat bagian filamen lampu berwarna kuning keputihan walaupun lampu tersebut memiliki warna biru. Hal tersebut bisa terjadi sebab lampu pijar dengan suhu lebih dari 200 oK. Seluruh benda dengan suhu di atas 200 oK pasti memancarkan sinar putih.

Cahaya merambat melalui ruang hampa. Cahaya dianggap sebagai gelombang dan hampir sama dengan peristiwa difraksi dan interferensi. Dalam peristiwa interaksi cahaya dengan atom atau molekul, cahaya dinilai sebagai partikel. Contoh dari peristiwa tersebut yaitu efek foto listrik, gejala compton dan radiasi.

Baca Juga:  √ Pengertian Pesawat Sederhana, Jenis dan Contoh Soalnya

 

Pengertian Radiasi Panas

Radiasi panas juga dikenal dengan sebutan radiasi kalor yang berarti bahwa radiasi yang dipancarkan dari sebuah benda sebagai akibat dari suhnya. Setiap benda memancarkan radiasi panas. Namun, biasanya kita mampu melihat benda tersebut sebab memantulkan cahaya yang mengenainya, bukan sebab benda tersebut memancarkan radiasi panas.

Benda tersebut akan nampak karena benda itu meradiasikan panas jika memiliki suhu di atas 1.000 oK. Benda dengan suhu tersebut akan berpijar merah, seperti kumparan pemanas pada kompor listrik. Jika suhu benda lebih dari 2.000 oK, benda yang berpijar tadi akan memancarkan cahaya putih atau kuning, misalnya filamen lampu pijar yang berpijar putih.

Apabila suhu benda ditambah, maka intensitas relatif spektrum cahaya yang dipancarkan juga akan mengalami perubahan. Hal ini menilmbulkan pergeseran warna-warna spektrum yang diobservasi yang bisa digunakan dalam menentukan suhu suatu benda.

Umumnya, bentuk detail spektrum radiasi panas yang dipancarkan suatu benda bergantung pada komposisi benda itu sendiri. Walaupun begitu, hasil penelitian mengungkapkan bahwa apabila terdapat satu kelas benda panas yang memancarkan spektra panas dengan karakter universal, benda tersebut merupakan benda hitam atau black body.

Benda hitam menyerap semua radiasi yang datang padanya atau dengan kata lain tidak ada radiasi yang pantulkan kembali dari benda hitam  sehingga benda hitam memiliki harga absorptansi serta emisivitas yang nilainya sama dengan satu.

Emisivitas atau daya pancar ialah karakteristik dari sebuah materi yang menjelaskan perbandingan daya yang dipancarkan setiap satuan luas dari suatu permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam dengan suhu yang sama. Lalu, absorptansi atau daya serap ialah perbandingan antara fluks pancaran atau fluks cahaya yang diserap oleh sebuah benda terhadap fluks yang datang dari benda tersebut.

Pengertian Radiasi Benda Hitam, Radiasi Panas, Rumus & Soal
Pengertian Radiasi Benda Hitam, Radiasi Panas, Rumus & Soal

Benda hitam diumpamakan seperti sebuah rongga hitam yang mempunyai lubang kecil di mana cahaya yang melewati rongga tersebut sangat sedikit. Berkas cahaya akan dipantulkan berulang-ulang di dalam rongga tanpa bisa keluar dari lubang tersebut.

Baca Juga:  Pengertian Sains Beserta Tujuan Dan Contohnya Lengkap

Cahaya akan diserap oleh dindingdinding dengan warna hitam pada saat diapntulkan. Benda hitam menyerap cahaya di sekitarnya apabila suhunya lebih renda dibandingkan suhu sekitarnya serta akan memancarkan cahaya ke sekitarnya apabila suhunya di atas suhu sekitarnya. Benda hitam akan tampak membara jika diberi panas dengan suhu cukup tinggi.

Benda hitam dikatakan sempurna jika bisa memancarkan kalor yang baik (e = 1), misalnya contoh benda hitam yang nyaris sempurna ialah sebuah kota yang ditutup sangat rapat dan dibuat lubang udara atau ventilasi.

Rumus Radiasi Benda Hitam

Radiasi benda hitam mampu menjangkau seluruh daerah panjang gelombang. Distribusi energi di daerah panjang gelombang mempunyai ciri khas yakni nilai maksimum pada panjang gelombang tertentu. Letak nilai maksimum yang akan berpindah atau bergeser ke arah panjang gelombang pendek bersamaan dengan tergantung dari peningkatan suhu.

Josef stefan (ahlis fisika Austria) di tahun 1879 membuat sebuah penelitian untuk mengetahui karakteristik universal radiasi benda hitam. Lalu, Stefan mengethaui bahwa apabila daya total setiap satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi dari sebuah benda hitam panas (intensitas total) nilai berbanding lurus dengan pangkat empat dari suhu mutlak atau dapat dituliskan dengan persamaan berikut.

I total = s . T4 ………………………………………………………………….(1)

Keterangan :

I           : intensitas radiasi di permukaan benda hitam pada semua frekuensi

T          : suhu mutlak benda

s          : tetapan Stefan-Boltzman (5,67 x 10-8 Wm2K-4)

Dalam peristiwa benda panas namun bukan benda hitam, akan menggunakan hukum yang sama namun ditambahkan koefisien emisivitas yang lebih kecil dari 1 sehingga rumusnya menjadi seperti berikut.

I total = e. s . T4 …………………………………………….. (2)

Intensitas ialah daya setiap satuan luas, sehingga persamaan (2) dapat ditulis sebagai berikut.

Baca Juga:  √ 12 Pengertian Presipitasi Menurut Para Ahli (Terlengkap)

Keterangan :

P          : daya radiasi (W)

A          : luas permukaan benda (m2)

e          : koefisien emisivitas

T          : suhu mutlak (K)

Ludwig boltzman (1844 – 1893) berbekal dasar teori gelombang elektromagnetik cahaya mewariskan sebuah teori hukum yang diungkap Joseph Stefan (1853 – 1893) dari perpaduan termodinamika dengan persamaan-persamaan Maxwel, sehingga persamaan (2) dinamakan Hukum Stefan-Boltzman yang berbunyi “Jumlah energi yang dipancarkan setiap satuan permukaan suatu benda hitam pada satuan waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat dari suhu termodinamikanya”.

Contoh Soal

Dua buah lampu pijar berbentuk bola dengan jari-jari lampu pijar pertama sebesar 3 kali jari-jari lampu pijar ke dua. Suhu lampu pijar pertama yakni 67 oC dan suhu lampu pijar ke dua yakni 407 o Tentukanlah perbandingan daya radiasi lampu pijar pertama dan ke dua.

Penyelesaian:

Diketahui

T1        : (67 + 273) K = 340 K

T2        : (407 +273) K = 680 K

R1        : 3 R2

Ditanya

Perbandingan daya radiasi lampu pertama dan ke dua …?

Jawaban

Perbandingan daya radiasi lampu pertama dengan lampu ke dua.

Jadi, perbandingan daya radiasi lampu pijar pertama dan ke dua ialah 0,56.

Suatu benda luas permukaannya 200 cm2 dengan suhu 727 o Jika emisivitas benda sebesar 0,6, maka berapakah daya radiasi benda tersebut?

Penyelesaian :

Diketahui

Ditanya

P          : …?

Jawaban

P          = e x A x T4

P          = 0,6 x 5,67 x 10-8 x 2 x 10-2 x 1.0004

P          = 6,804 x 102

P          = 680,4 W

Jadi, nilai daya radiasi benda tersebut adalah 680,4 W.

Sekian penjelasan materi seputar Pengertian Radiasi Benda Hitam, Radiasi Panas, Rumus & Soal. Semoga materi di atas bisa dengan mudah dipahami oleh para pembaca. Terima kasih 😀