Edutafsi.com - Radiasi Benda Hitam. Benda hitam adalah sebuah istilah yang digunakan untuk menyatakan setiap benda yang menyerap semua radiasi yang datang padanya. Hal ini berhubungan dengan emisivitas suatu benda. Benda hitam memiliki emisivitas sama dengan satu. Pada suhu tertentu, benda hitam akan meradiasi energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang bervariasi. Pada kesempatan ini, edutafsi akan membagikan kumpulan rumus dan rangkuman teori tentang radiasi benda hitam.
Keterangan :
e = emisivitas benda (0 ≤ e ≤ 1)
σ = tetapan Stefan - Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2.K4)
T = suhu mutlak benda (K)
Dari persamaan di atas dapat dilihat beberapa faktor yang mempengaruhi radiasi termal. Faktor-faktor tersebut antaralain suhu benda, luas permukaan benda, sifat permukaan benda, dan jenis materialnya. Semakin tinggi suhu benda maka semakin besar radiasi termal yang dipancarkannya.
Intensitas Radiasi merupakan perbandingan antara besar laju radiasi energi termal dengan luasan yang ditembus oleh radiasi. Secara matematis hubungan tersebut dinyatakan dengan rumus di bawah ini:
Ao = luasan yang ditembus oleh radiasi kalor (seringnya berupa luasan bola 4π.R2)
Benda hitam sempurna memiliki nilai e = 1.
Keterangan :
E = energi radiasi (J)
P = daya radiasi (W)
I = intensitas radiasi (W/m2)
e = emisivitas bahan (0 < e < 1)
σ = tetapan Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2 .K4)
T = suhu mutlak (K).
Baca juga : Contoh Soal dan Pembahasan Gelombang Elektromagnetik.
Rayleigh dan James Jeans mengusulkan sebuah teori sederhana yang menerangkan bentuk spektrum radiasi benda hitam. Keduanya menurunkan rumus distribusi intensitas yang sukses menerangkan spektrum radiasi benda hitam untuk panjang gelombang besar namun gagal pada panjang gelombang yang kecil.
#2 Teori Wien
Wien mengusulkan sebuah model yang menganggap bahwa benda hitam seperti sebuah silinder berisi radiasi benda hitam dimana dinding silinder bersifat pemantul sempurna. Melalui percobaannya Wien berhasil menjelaskan distribusi intensitas untuk panjang gelombang pendek, namun gagal untuk panjang gelombang yang panjang.
#3 Teori Planck
Molekul-molekul yang bergetar akan memancarkan energi diskrit sebesar :
Besar energi tiap foton:
Keterangan :
n = bilangan bulat positif : 1,2,3,....yang dinamakan bilangan kuantum.
f = frekuensi getaran molekul-molekul
h = tetapan Planck, yang besarnya : h = 6,63 x 10-34 Js.
Hukum Wien mencoba mengamati hubungan antara panjang gelombang pada intensitas maksimum (i maks) degan suhu yang diamati. Dari hasil pengamatan diperoleh bahwa panjang gelombang (i makx) berbanding terbalik dengan suhu benda.
Dari grafik dapat dirumuskan (pergeseran Wien) :
Keterangan :
λmaks = panjang gelombang pada intensitas maksimum (m)
T = suhu mutlak benda (K)
C = konstanta Wien = 2,898 x 10-3 mK.
Baca juga : Jenis-jenis Radiasi Zat Radioaktif.
Demikianlah kumpulan rumus dan rangkuman teori tentang radiasi benda hitam yang dapat edutafsi bagikan, semoga dapat membantu proses pembelajaran. Jika rumus dan rangkuman tersebut bermanfaat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share yang tersedia. Terimakasih.
A. Radiasi Termal
Radiasi merupakan proses perpindahan kalor yang tidak membutuhkan medium. Radiasi termal merupakan radiasi gelombang elektromagnetik berupa gelombang inframerah dari suatu benda bersuhu lebih panas. Peristiwa inilah yang menyebabkan munculnya rasa hangat ketika kita berada di dekat suatu benda yang suhunya lebih tinggi dibanding suhu tubuh kita.| E = e.σ.T4 A.t |
Keterangan :
e = emisivitas benda (0 ≤ e ≤ 1)
σ = tetapan Stefan - Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2.K4)
T = suhu mutlak benda (K)
Dari persamaan di atas dapat dilihat beberapa faktor yang mempengaruhi radiasi termal. Faktor-faktor tersebut antaralain suhu benda, luas permukaan benda, sifat permukaan benda, dan jenis materialnya. Semakin tinggi suhu benda maka semakin besar radiasi termal yang dipancarkannya.
B. Laju Radiasi Energi Termal
Laju radiasi termal disebut daya radiasi. Secara matematis, daya radiasi merupakan hasil bagi energi radiasi dengan waktu. Laju radiasi energi termal suatu benda berbanding lurus dengan luas benda dan pangkat emat suhu mutlaknya.| P = E/t |
| P = e.σ.A.T4 |
Intensitas Radiasi merupakan perbandingan antara besar laju radiasi energi termal dengan luasan yang ditembus oleh radiasi. Secara matematis hubungan tersebut dinyatakan dengan rumus di bawah ini:
|
Ao = luasan yang ditembus oleh radiasi kalor (seringnya berupa luasan bola 4π.R2)
Benda hitam sempurna memiliki nilai e = 1.
C. Radiasi Benda Hitam
Pada dasarnya tidak ada benda yang hitam sempurna. Pendekatan praktis yang sering digunakan sebagai contoh benda hitam antaralain lubang kecil yang menuju sebuah rongga. Berikut rumus energi, daya dan intensitas radiasi benda hitam.| E = e σ A T4 . t P = e σ A T4 I = e σ T4 |
Keterangan :
E = energi radiasi (J)
P = daya radiasi (W)
I = intensitas radiasi (W/m2)
e = emisivitas bahan (0 < e < 1)
σ = tetapan Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2 .K4)
T = suhu mutlak (K).
Baca juga : Contoh Soal dan Pembahasan Gelombang Elektromagnetik.
D. Teori Spektrum Radiasi Benda Hitam
Rayleigh dan James Jeans mengusulkan sebuah teori sederhana yang menerangkan bentuk spektrum radiasi benda hitam. Keduanya menurunkan rumus distribusi intensitas yang sukses menerangkan spektrum radiasi benda hitam untuk panjang gelombang besar namun gagal pada panjang gelombang yang kecil.
#2 Teori Wien
Wien mengusulkan sebuah model yang menganggap bahwa benda hitam seperti sebuah silinder berisi radiasi benda hitam dimana dinding silinder bersifat pemantul sempurna. Melalui percobaannya Wien berhasil menjelaskan distribusi intensitas untuk panjang gelombang pendek, namun gagal untuk panjang gelombang yang panjang.
#3 Teori Planck
Molekul-molekul yang bergetar akan memancarkan energi diskrit sebesar :
| En = n.h.f |
Besar energi tiap foton:
| E = h.f |
Keterangan :
n = bilangan bulat positif : 1,2,3,....yang dinamakan bilangan kuantum.
f = frekuensi getaran molekul-molekul
h = tetapan Planck, yang besarnya : h = 6,63 x 10-34 Js.
E. Hukum Pergeseran Wien
"Jika suhu benda dinaikkan maka panjang gelombang yang menghasilkan Intensitas pancar maksimum bergeser semakin kecil".Hukum Wien mencoba mengamati hubungan antara panjang gelombang pada intensitas maksimum (i maks) degan suhu yang diamati. Dari hasil pengamatan diperoleh bahwa panjang gelombang (i makx) berbanding terbalik dengan suhu benda.
Dari grafik dapat dirumuskan (pergeseran Wien) :
| λmaks . T = C |
Keterangan :
λmaks = panjang gelombang pada intensitas maksimum (m)
T = suhu mutlak benda (K)
C = konstanta Wien = 2,898 x 10-3 mK.
Baca juga : Jenis-jenis Radiasi Zat Radioaktif.
Demikianlah kumpulan rumus dan rangkuman teori tentang radiasi benda hitam yang dapat edutafsi bagikan, semoga dapat membantu proses pembelajaran. Jika rumus dan rangkuman tersebut bermanfaat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share yang tersedia. Terimakasih.
Edutafsi.com adalah blog tentang bahan belajar. Gunakan menu atau penelusuran untuk menemukan bahan belajar yang ingin dipelajari.