√ Radiasi Benda Hitam : Pengertian, Contoh dan Rumus

Diposting pada

Pendahuluan

Benda yang panas akan memancarkan radiasi elektromagnetik. Penyelidikan atas spektrum radiasi yang dipancarkan benda panas merupakan titik awal menuju pada pemahaman konsep gelombang partikel. Pernahkah Anda memperhatikan lampu pijar saat menyala? Saat menyala, lampu pijar memancarkan cahaya yang bersumber dari filamen.


Jika arus listrik dialirkan, filamen ini akan menahan arus listrik. Hal ini menyebabkan kenaikan suhu filamen yang sangat cepat sehingga filamen menyala dan memancarkan cahaya. Pemancaran cahaya akibat kenaikkan sinar demikian dinamakan radiasi termal. Dalam bab ini, Anda akan mempelajari radiasi, yaitu radiasi benda hitam. Apa yang dimaksud dengan radiasi benda hitam? Anda dapat mengetahui jawabannya pada pembahasan berikut.

Pengertian Radiasi Benda Hitam

Bagaimanakah hubungan antara banyaknya energi yang dipancarkan dengan suhu benda? Secara sederhana, kita dapat melakukan eksperimen ataupun melalui pengamatan terhadap sebuah benda yang sedang berpijar. Mendekatlah ke sebuah lilin yang sedang menyala.


Dekatkan tangan Anda. Anda akan merasakan adanya kalor yang dipancarkan lilin ke tangan Anda. Sekarang, coba Anda gantilah lilin tersebut dengan sumber api lain yang lebih besar, misalnya lampu minyak berukuran besar. Anda akan merasakan bahwa kalor yang dipancarkan ke tangan Anda akan lebih banyak.

Setelah melakukan eksperimen di atas, apa yang dapat Anda simpulkan. Makin tinggi suhu sebuah benda, makin besar pula energi kalor dipancarkan. Fenomena ini untuk kali pertamanya dikemukakan dan diselidiki oleh Jeseph Stefan. yang melakukan eksperimen untuk menghitung besar energi kalor yang dipancarkan oleh sebuah benda. Lalu, Ludwig Boltzmann merumuskan secara matematis banyaknya kalor (Q) yang dipancarkan oleh sebuah benda (P) selama selang waktu 1 sekon.

Emisivitas sebuah benda dapat dinyatakan sebagai kemampuan benda untuk memancarkan energi (gelombang elektromagnetik). Makin besar emisivitas benda maka makin mudah pula benda tersebut memancarkan energi. Nilai e adalah antara 0 dan 1.


Sebuah benda dapat menyerap semua radiasi yang mengenainya disebut benda hitam sempurna. Radiasi yang dihasilkan oleh sebuah benda hitam sempurna ketika dipanaskan disebut radiasi benda hitam. Kamu juga perlu mengetahui bahwa benda hitam sempurna merupakan suatu model.


Jadi, sebenarnya tidak ada sebuah benda yang berperilaku sebagai benda hitam sempurna. Benda hitam memiliki nilai e = 1. Berdasarkan definisi benda hitam sempurna ini, kita dapat membuat suatu model benda hitam yang menyerap hampir seluruh radiasi yang mengenainya. Coba Anda perhatikan gambar berikut.

Bagaimana pemantulan yang terjadi pada cahaya ketika dimasukkan ke dalam sebuah kaleng yang pada salah satu sisinya terdapat sebuah lubang kecil. Kaleng kosong yang dilubangi dapat dikatakan sebagai sebuah benda hitam.


Mengapa lubang kecil pada kaleng tersebut terlihat gelap walaupun pada siang hari? Perlu Anda ketahui lubang yang terlihat gelapa pada siang hari disebabkan cahaya yang masuk melalui lubang tersebut dipantulkan berulang kali di sekitar pantulan, banyaknya kalor (energi) yang diserap adalah 20% maka setelah sepuluh kali pemantulan kalor yang dibawa oleh cahaya yang keluar dari lubang tinggal sekitar 10% energi mula-mula. Inilah yang menyebabkan lubang kelihatan hitam, walaupun dinding bagian dalam kaleng mengkilap.

  • Pergeseran Wien

Wilhelm Wien, seorang fisikawan Jerman, menemukan suatu hubungan empiris sederhana antara panjang gelombang yang dipancarkan untuk intensitas maksimum

  • Teori Rayleight-Jeans

Rayleight-Jeans menentukan hubungan energi radiasi dengan frekuensi gelombang. Hukum pergeseran Wien hanya menjelaskan hubungan antara energi radiasi terhadap panjang gelombang dengan cara mencari fungsi matematis yang sesuai dengan kurva (spektrum) sehingga tidak dapat menjelaskan tentang benda hitam.


Raylight dan Jeans menjelaskan radiasi termal berdasarkan modus vibrasi (getaran) pada rongga benda hitam. Sesuai dengan hukum ekuipartisi energi maka setiap partikel dalam benda hitam akan mempunyai energi untuk setiap derajat kebebasannya yaitu sebesar:

Suhu mutlak T bersifat kontinu sehingga energi termal yang dipancarkannya juga akan bersifat kontinu. Maka, menurut Rayleight-Jeans energi harus bersifat kontinu. Bentuk grafik yang diperoleh secara teoretis dengan bentuk grafik secara eksperimen berbeda. Hanya akan sesuai untuk daerah frekuensi yang rendah atau panjang gelombang yang panjang sehingga yang sesuai dengan hasil percobaan radiasi benda hitam adalah hukum pergeseran Wien.

  • Teori Kuantum Max Planck Max Planck

mendapatkan fakta bahwa rumus Wien cocok untuk radiasi benda hitam, jika dilakukan pengembangan secara teoretis. Planck juga berhasil memperbaiki teori Rayleight-Jeans yang akhirnya akan sesuai dengan spektrum radiasi benda hitam. Menurut Planck, energi merupakan paket-paket energi yang disebut dengan kuanta, dapat dikatakan pula bahwa energi bersifat diskret. Energi gelombang elektromagnetik dalam benda hitam dirumuskan dengan:

Menurut Max Planck, cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang merupakan kuanta yang bergerak dengan kecepatan cahaya. Kuanta-kuanta tersebut dinamakan dengan foton. Foton memiliki dua sifat, yaitu sebagai gelombang dan sebagai partikel.

demikianlah artikel dari dosenmipa.com mengenai Radiasi Benda Hitam, semoga artikel ini bermanfaat bagi anda smeuanya.