Radiasi Benda Hitam

Posted on

Radiasi Benda Hitam – Adalah Hitam warna yang menyerap semua cahaya atau cahaya yang jatuh di atasnya, menyebabkan bentuk suatu objek memanas. Misalnya, ketika Anda mengenakan kemeja hitam atau baju yang berwarna hitam sepanjang hari, tentu sangat panas. Peristiwa ini disebut radiasi benda hitam.

Kali ini kabarkan.com akan memberikan pelajaran mengenai Radiasi Benda Hitam Dimana pelajaran ini akan dikupas secara jelas, dengan berdasarkan Pengertian, Radiasi Panas, Contoh Soal, Rumus, dan Materi.

Pengertian Radiasi Benda Hitam

Hitam adalah warna yang menyerap semua cahaya atau cahaya yang jatuh di atasnya, menyebabkan bentuk suatu objek memanas. Misalnya, ketika Anda mengenakan kemeja hitam atau baju yang berwarna hitam sepanjang hari, tentu sangat panas. Peristiwa ini disebut radiasi hitam.

Radiasi Benda Hitam

Radiasi benda hitam adalah jenis radiasi elektromagnetik termal yang terjadi di sekitar atau di dalam objek dalam keadaan kesetimbangan termodinamika dengan lingkungannya atau ketika proses pemisahan dari objek hitam terjadi. Sedangkan benda hitam adalah benda buram dan tidak dapat memantulkan cahaya.

Jika kita melihat lebih dekat pada lampu pijar, filamennya akan berwarna kuning keputihan, meskipun lampunya berwarna biru. Ini karena pada lampu pijar dengan suhu di atas 2000 K. Semua benda dengan bilah di atas 2000 K pasti akan memancarkan cahaya putih.

Perambatan cahaya dalam ruang hampa, cahaya dianggap sebagai gelombang, hampir sama dengan gangguan dan peristiwa difraksi. Yang dalam hal berhubungan cahaya melalui atom atau molekul, Bentuk dari cahaya diyakini sebagai suatu partikel. Kejadian peristiwa ini termasuk, tetapi tidak terbatas pada, radiasi termal, efek fotolistrik, dan gejala Compton.

Radiasi Panas

Radiasi termal, atau dimaksud juga radiasi panas, adalah radiasi yang dipancarkan dari suatu benda pada suhunya. Setiap objek memancarkan radiasi termal, tetapi terkadanga kita dapat melihat objek karena memantulkan cahaya yang datang kepadanya, dan tidak karena memancarkan radiasi termal.

Ini akan terlihat karena memancarkan panas ketika suhu melebihi 1000 K. Pada suhu ini, objek mulai menyala merah, misalnya, koil pemanas kompor listrik. Pada suhu di atas 2000 K, objek pijar menjadi putih atau kuning, misalnya filamen putih.

Jika suhu objek meningkat, intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkan berubah. Ini menyebabkan pergeseran warna dari spektrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk menentukan suhu objek.

Secara umum, bentuk terperinci dari spektrum radiasi panas yang dipancarkan oleh benda panas tergantung pada komposisi benda tersebut. Namun, hasil eksperimen mengklaim jika ada kelas objek panas yang memancarkan spektrum termal dengan karakter universal. Objeknya adalah tubuh hitam.

Seperti yang dijelaskan sebelumnya, materi hitam menyerap semua radiasi yang masuk. Istilah lain – radiasi tidak tercermin dari benda hitam. Kemudian tubuh hitam memiliki nilai absorpsi dan emisivitas yang sama dengan unity.

Emisivitas (daya transmisi) adalah karakteristik bahan yang menggambarkan rasio daya yang dipancarkan per unit luas permukaan dengan daya yang dipancarkan oleh benda hitam dengan suhu yang sama. Dalam hal ini, penyerapan (absorpsi) adalah perbandingan aliran cahaya yang dipancarkan atau diserap dari objek ke aliran yang berasal dari objek.

Tubuh hitam dibandingkan dengan rongga hitam dengan lubang kecil. Sejumlah kecil cahaya memasuki rongga melalui lubang, sinar cahaya akan berulang kali tercermin dalam rongga, tidak bisa keluar lubang lagi.

Baca Juga :  Sejarah Bahasa Indonesia

Setiap cahaya yang dipantulkan akan diserap oleh dinding hitam. Tubuh hitam akan menyerap cahaya di sekitarnya jika suhu di bawah suhu sekitar, dan memancarkan cahaya di sekitarnya jika suhu di atas suhu sekitar. Ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini, jika benda hitam dipanaskan sampai suhu yang cukup tinggi, ia akan terlihat terbakar.

Tubuh hitam yang ideal adalah pemancar panas yang baik (e = 1). Contoh yang hampir sempurna adalah laci yang tertutup rapat dengan lubang untuk udara (ventilasi) di rumah.

Rumus Radiasi Benda Hitam

Formula Radiasi Benda Hitam

Radiasi blackbody mencapai semua wilayah panjang gelombang. Distribusi energi di wilayah panjang gelombang ini memiliki karakteristik khusus, yang merupakan nilai maksimum pada panjang gelombang tertentu. Lokasi nilai maksimum tergantung pada suhu, yang akan bergerak atau meluncur ke arah gelombang pendek saat suhu naik.

Pada tahun 1879, seorang fisikawan Austria bernama Joseph Stefan melakukan percobaan untuk menentukan sifat universal radiasi benda hitam. Dia kemudian menemukan bahwa daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi benda hitam panas (intensitas total) sebanding dengan kuadrat suhu absolutnya. Jadi bisa dirumuskan sebagai berikut:

Saya total = σ. T4 ……………………………………………………. (1)

Saya menerangkan bahwasannnya intensitas bentuk suatu radiasi pada suatu permukaan materi hitam di semua frekuensinya. T merupakan suatu suhu absolut dari objek, serta σ ialah konstanta Stefan-Boltzmann, yaitu 5,67 x 10-8 W / 2K-4.

Dalam kasus benda panas, yang bukan benda hitam, itu akan sesuai dengan hukum yang sama, hanya memperhitungkan emisivitas tambahan kurang dari 1, sehingga menjadi:

Total = e.σ.T4 ………………… .. (2)

Intensitas adalah daya per satuan luas, maka persamaan (2) dapat ditulis menggunakan:

P / A = e.σ.T4 ……………………… .. (3)

Disediakan:
P = daya radiasi (W)
A = luas permukaan objek (m2)
e = emisivitas
T = suhu absolut (K)

Beberapa tahun kemudian, atas dasar teori gelombang elektromagnetik cahaya, Ludwig Boltzmann (1844 – 1906) secara teoritis mewarisi hukum yang ditemukan oleh Joseph Stefan (1853-1893) dari kombinasi termodinamika dan persamaan Maxwell. Oleh karena itu, persamaan (2) juga dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann, yang menyatakan:

Jumlah energi yang dilepaskan per permukaan unit benda hitam per satuan waktu akan berbanding lurus dengan kuadrat suhu termodinamiknya.

Contoh Soal Radiasi Benda Hitam

Contoh Soal Pada Radiasi Benda Hitam

  1. Lampu pijar bisa dianggap bulat. Jari-jari lampu pijar pertama adalah 3 kali radius lampu pijar kedua, suhu lampu pijar pertama adalah 67 oC, dan suhu lampu pijar kedua adalah 407 oC. Kemudian tentukan perbandingan daya radiasi lampu pijar pertama dengan lampu pijar kedua!

Dikenal untuk:
T1 = (67 + 273) K = 340 K
T2 = (407 = 273) K = 680 K
R1 = 3 R2

Perbandingan daya radiasi lampu (pertama) dengan lampu kedua.

Materi Radiasi Benda Hitam

Sifat radiasi benda hitam

Radiasi dari benda hitam mungkin berbeda dari radiasi cahaya. Radiasi tubuh hitam kita merasa lebih, tetapi tidak melihat. Radiasi blackbody memiliki sifat tertentu. Sifat-sifat radiasi benda hitam ini berasal dari sifat benda hitam itu sendiri. Sifat radiasi benda hitam sebenarnya adalah sifat spektrum cahaya hitam yang ideal. Beberapa karakteristik spektrum cahaya hitam yang ideal meliputi:

Tubuh hitam yang lebih panas akan memancarkan lebih banyak, yang mengisi seluruh panjang gelombang. Ini berarti bahwa jika kita membandingkan dua objek hitam tanpa melihat panjang gelombangnya, objek hitam yang lebih panas memancarkan lebih banyak cahaya daripada objek hitam yang lebih dingin.

Bentuk dari benda hitam adalah tetap dan memiliki puncak pada panjang gelombang tertentu. Bentu pada suatu kurva benda warna hitam dalam bentuk spektrum dapat bergerak panjang ke arus gelombang yang pendek serta suatu benda yang sangat panas.

Baca Juga :  Contoh Surat Dinas

Benda-benda hitam lebih panas, panjang gelombangnya akan lebih biru daripada sinarnya. Contoh acara adalah matahari dengan suhu rata-rata 5.800 Kelvin. Tubuh hitam, yang memiliki suhu yang sama dengan matahari, memiliki rata-rata 500 nanometer dan memiliki panjang gelombang kuning.

Kemudian benda hitam lainnya, yang suhunya dua kali suhu Matahari, akan memiliki puncak sekitar 250 nanometer, yang merupakan bagian dari sinar ultraviolet spektrum.

Berikut adalah beberapa sifat spektrum cahaya dari benda hitam yang ideal. Sifat radiasi benda hitam itu sendiri. Radiasi benda hitam adalah yang dipancarkan oleh benda hitam, sehingga dirasakan di sekitarnya.

Hukum Mengenai Radiasi Benda Hitam

Para ilmuwan, seperti mereka yang memainkan peran penting dalam sains, tentu saja, menyelidiki ini sejak awal, dengan mengingat radiasi tubuh hitam. Dengan pemikiran para ilmuwan dan penelitian yang telah memunculkan berbagai undang-undang tentang radiasi benda hitam. Mengenai beberapa undang-undang yang membahas dan terkait dengan ini, antara lain, berikut ini:

Planck Hukum Radiasi Benda Hitam

Bentuk radiasi ini menjelaskan spektrum padat dari radiasi elektromagnetik yang dipancarkan dari bentuk suatu benda hitam dalam bentuk sebuah keseimbangan termal dan pada bentuk suhu tertentu. Hukum ini diusulkan oleh Max Planck pada tahun 1990. Hukum ini memiliki rumus matematika berikut:

Radiasi Benda Hitam

Hukum Perpindahan Wien

Hukum berikutnya yang menjelaskan radiasi benda hitam adalah hukum gerak Wien. Hukum gerak ini menjelaskan bagaimana spektrum radiasi benda hitam pada suhu berapa pun berkorelasi dengan spektrum pada suhu lain.

Jadi, jika kita mengetahui bentuk radiasi pada suhu, maka kita juga dapat menghitung bentuk pada suhu yang berbeda. Intensitas dapat dinyatakan sebagai bentuk suatu fungsi panjang gelombang atau [bukan fungsi frekuensi.

Konsekuensi dari hukum perpindahan Wien adalah panjang gelombang, ketika intensitas per unit panjang gelombang radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam, ketika maksimum. Secara fungsional, kita bisa melihatnya sebagai berikut:

Radiasi Benda Hitam

Simbol pada huruf “b” dapat dikenal dengan suatu konstanta pindahan Wien yang dimana nilainya sesuai dengan 2,897729(17) x  10 pangkat -3 Km.

Hukum Stefan- Boltzmann

Hukum yang ketiga yang berkaitan dengan hal ini adalah Hukum Stefan- Boltzmann. Ini bentuk Hukum yang menyatakan bahwasanya daya yang telah dilepas satu per satuannya luas dari sebuah permukaan benda hitam yang berbanding lurus dengan sebuah pangkat empat dari suatu suhu absolutnya.

Radiasi Benda Hitam

Dalam fungsi tersebut, j* merupakan total daya yang diradiasikan per satuan luas,  T adalah temperatur absolut dan σ = 5, 67 x 10 pangkat -8 W  m pangkat -2 K pangkat -4 merupakan konstanta Boltzmann. Hal ini diperoleh dengan mengintegralkan I(v,T) terhadap bentuk frekuensi dari angle solide:

Radiasi Benda Hitam

Bentuk konsep ini ada dikarenakan kita menganggap suatu radiasi pada arah yang normal ke suatu permukaan:

Radiasi Benda Hitam

I(v,T) independen terhadap sudut dan melewati integral solid angle, kemudian masukkan rumus  I(v,T)dan menghasilkan fungsi sebagai berikut:

Radiasi Benda Hitam

Dengan x = hv/kT  tanpa satuan. Integral terhadap x memiliki nilai π pangkat 4/ 15 , sehingga menghasilkan:

Radiasi Benda Hitam

Inilah beberapa langkah hukum yang saling berhubungan dengan bentuk radiasisuatu benda hitam serta juga fungsinya secara matematis. Dengan kaitan hukum serta perhitungan secara matematis tersebut, membuktian bahwa para ilmuwan telah banyak yang memikirkan tentang hal ini sebelumnya.

Demikianlah sobat yang dapat kami sampaikan materi pelajaran ini. Semoga dengan apa yang telah kami sampaikan dalam artikel ini, dapat memberikan pemahaman serta bermanfaat untuk sobat semua. AMIN.

Baca Juga :