BAB 6 radiasi benda hitam

(1)

(2)

BAB 6

Radiasi Benda

Hitam

(3)

Standar Kompetensi:

Menganalisis berbagai besaran fsis pada gejala kuantum dan batas-batas berlakunya relativitas Einstein dalam paradigma fsika modern.

Kompetensi Dasar:

(4)

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

(5)

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.

Gambar 6.3

Cahaya yang masuk ke dalam kaleng

berlubang akan terperangkap di

dalamnya, sehingga lubang tersebut

tampak hitam

Untuk membedakan benda-benda yang memiliki sifat

pemancaran atau penyerapan kalor,

(6)

B. Hukum Stefan - Boltzmann

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/m2_K

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

(7)

P = WA

_Keterangan:

I = intensitas pancaran (watt/m2)

P = daya pancaran (watt) A = luas permukaan (m2)

E = besar energi (J)

t = waktu pancaran (s) Keterangan:

I = intensitas pancaran (watt/m2)

P = daya pancaran (watt) A = luas permukaan (m2)

E = besar energi (J)

(8)

C. Hukum Pergeseran Wien

λ

_m

T = C

C = tetapan pergeseran Wien = 2,898 × 10–3 mK

Gambar 6.5

Spektrum benda hitam. Distribusi spektral energi radiasi bergantung pada temperatur benda saja.

Hukum pergeseran Wien, ditemukan oleh

Wilhelm Wien pada tahun 1896.

Hukum pergeseran Wien dapat menjelaskan fenomena logam yang dipanaskan hingga

membara mula-mula akan tampak merah, kemudian berwarna nyala hingga

(9)

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

Hukum pergeseran Wien banyak digunakan dalam

(10)

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

(11)

E. Teori Planck

Energi radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan atau diserap oleh bahan berupa paket-paket energi yang disebut

kuanta atau foton.

Energi radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan atau diserap oleh bahan berupa paket-paket energi yang disebut

kuanta atau foton.

Tahun 1900 Max Planck

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