Radiasi Benda Hitam: Pengertian, Hukum, Rumus & Soal

- Penulis

Jumat, 17 Februari 2023 - 02:20 WIB

facebook twitter whatsapp telegram line copy

URL berhasil dicopy

facebook icon twitter icon whatsapp icon telegram icon line icon copy

URL berhasil dicopy

Radiasi Benda Hitam Pengertian Hukum Rumus Soal

Radiasi Benda Hitam Pengertian Hukum Rumus Soal

Energi matahari merupakan energi utama dan energi yang sangat besar yang dimanfaatkan oleh makhluk hidup di bumi saat ini. Sinar matahari yang energinya sangat besar merupakan salah satu contoh radiasi benda hitam. Radiasi dari matahari memungkinkan energinya mencapai permukaan bumi.

Radiasi sendiri merupakan pancaran energi yang tidak memerlukan perantara atau medium untuk bergerak akibat suhu yang tinggi. Sejak pertama kali dirumuskan, sudah banyak ilmuwan fisika yang menganalisis gejala radiasi benda hitam melalui serangkaian percobaan.

Pengertian Radiasi Benda Hitam

Pengertian benda hitam adalah benda yang dapat menyerap semua energi yang datang padanya dan akan memancarkan energi dengan baik. Benda hitam memiliki sifat menyerap semua energi yang mengenainya dan ketika dipanaskan memancarkan energi radiasi.

Benda hitam akan memancarkan radiasi dengan laju yang sama dengan menyerapnya agar tetap dalam keadaan kesetimbangan termal.

Karena kemampuan benda hitam untuk menyerap dan memancarkan radiasi pada tingkat yang sama, benda hitam disebut sebagai penghasil radiasi terbaik.

Hukum Radiasi Benda Hitam

  1. hukum Stefan–Boltzmann

Pada tahun 1850-an, seorang fisikawan Austria bernama Josef Stefan melakukan eksperimen untuk menunjukkan gejala radiasi benda hitam.

Josef Stefan menemukan bahwa hubungan dengan daya total per satuan luas yang dipancarkan oleh benda hitam pada semua frekuensi sebanding dengan pangkat empat suhu absolut. Dari percobaan yang dilakukan juga diketahui bahwa sifat warna benda mempengaruhi radiasi.

Besaran ini disebut sebagai koefisien emisivitas yang dilambangkan dengan e. Josef Stefan menentukan bahwa benda hitam sempurna memiliki koefisien emisivitas (e) sebesar 1, benda putih sempurna memiliki nilai e sebesar 0 dan benda lain berada dalam rentang 0 hingga 1.

Penemuan Josef Stefan ini kemudian dikuatkan oleh seorang ilmuwan bernama Boltzmann sehingga teori radiasi benda hitam lebih dikenal dengan hukum Stefan – Boltzmann. Tentukan persamaan dalam hukum Stefan – Boltzmann sebagai berikut:

I = ex σ x T⁴

Baca Juga :  Pengertian Komunikasi Politik : Tujuan, Fungsi, Unsur dan Bentuk Komunikasi Politik

P = I x A

E = Pxt

Informasi:

I = Intensitas radiasi (Watt/m²)
T = suhu mutlak benda (K)
A = Luas penampang (m²)
P = Daya Radiasi (Watt)
E = Energi radiasi (Joule)
t = waktu radiasi (s)
σ = konstanta Stefan Boltzmann (5,67 x 10ˉ⁸ Wmˉ²Kˉ⁴)

  1. Hukum Perpindahan Wien
Radiasi Benda Hitam Pengertian Hukum Rumus Soal
Gambar 1. Grafik Pergeseran Wien

Berdasarkan grafik pergeseran Wien di atas terlihat bahwa perubahan intensitas (I) diukur dalam radiasi benda hitam yang memiliki temperatur tetap yaitu T, tetapi memiliki panjang gelombang λ yang berbeda.

Ketika panjang gelombang λ meningkat, peningkatan λ akan mempengaruhi peningkatan intensitas radiasi benda hitam I hingga mencapai nilai maksimum. Selanjutnya, intensitas radiasi benda hitam I akan terus berkurang dengan bertambahnya panjang gelombang λ.

Pada saat intensitas maksimum, panjang gelombang dilambangkan dengan λm, yaitu panjang gelombang maksimum. Saat melakukan pengukuran ini, ilmuwan Wilhelm Wien menemukan bahwa pergeseran panjang gelombang maksimum terjadi ketika suhu T benda hitam berubah.

Ditemukan bahwa peningkatan suhu benda hitam menyebabkan panjang gelombang maksimum λm berkurang. Sehingga suhu benda hitam dan panjang gelombang berbanding terbalik menurut rumus berikut:

λm x T = c

Informasi:

λm = panjang gelombang intensitas radiasi maksimum
c = konstanta Wien (2,90 x 10ˉ³ mK)
T = Suhu mutlak benda (K)

  1. hukum Planck

Perkembangan teori radiasi mulai memasuki perubahan besar dan mendasar ketika seorang ilmuwan bernama Planck mengeluarkan teorema mengenai radiasi benda hitam yang telah ditelitinya sejak tahun 1900. Dari sini Planck mempelajari sifat dasar vibrasi molekuler pada dinding benda hitam. rongga tubuh.

Kesimpulan yang ditarik oleh Planck berdasarkan eksperimen yang dilakukannya adalah sebagai berikut:

“Semua benda yang mengalami radiasi akan memancarkan energi secara diskrit atau terputus-putus yang terbagi menjadi paket-paket energi. Paket energi yang dipancarkan disebut kuanta atau bisa disebut dengan foton. Energi setiap foton sebanding dengan frekuensi gelombang radiasinya.”

Berdasarkan bunyi hukum Planck di atas, dapat dibuat persamaan hukum Planck sebagai berikut:

E = hx ƒ

Informasi:

E = Energi foton yang dipancarkan (Joule)
h = konstanta Planck (h = 6,6 x 10ˉ³⁴ Js)
ƒ= Frekuensi foton (Hz)

Baca Juga :  Pengertian Pelaku Ekonomi : Macam, Peran dan Interaksi Pelaku Ekonomi Dalam Perekonomian

Jika gelombang elektromagnetik seperti cahaya memiliki banyak foton, energi foton akan memenuhi hubungan berikut:

E = nxhx ƒ

Persamaan kecepatan cahaya mengikuti persamaan gelombang elektromagnetik di atas, yaitu:

c = ƒλ

Informasi:

c = Kecepatan cahaya 3 x 10⁸ m/s

Kehadiran teori Planck diakui oleh semua ilmuwan sebagai penghalang munculnya teori fisika modern dan dikenal sebagai teori kuantum Planck

Contoh Peristiwa Radiasi Benda Hitam

Matahari menyerap semua cahaya yang ada di sekitar matahari. Hal ini membuat matahari memiliki energi yang sangat tinggi. Selanjutnya, matahari memantulkan cahayanya kembali tergantung suhu matahari saat itu.

Penggunaan pakaian berwarna hitam dapat menimbulkan rasa panas, terutama jika digunakan di luar ruangan. Ini karena pakaian hitam menyerap panas dengan baik.

Contoh Masalah Radiasi Benda Hitam

Sebuah benda hitam memancarkan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 8700 Å ketika intensitas radiasinya mencapai nilai maksimum. Tentukan suhu permukaan benda yang memancarkan gelombang.

Diskusi

Dikenal:

λm = 9000 Å = 9 x 10ˉ⁷ m
c = 2,90 x 10ˉ³ mK

diminta:

Berapa suhu permukaan benda (T)?

Menjawab:

Untuk menentukan suhu suatu benda, dapat digunakan persamaan pergeseran Wien sebagai berikut:

λm x T = c

9 x 10ˉ⁷ mx T = 2,90 x 10ˉ³ mK

T = (2,90 x 10ˉ³ mK)/ (9 x 10ˉ⁷ m)

T = 3222 K

Seberkas cahaya jingga memiliki panjang gelombang 6600 Å dari benda hitam yang disinari. Berapa banyak energi foton yang terkandung dalam cahaya oranye?

Diskusi

Dikenal:

λ = 6600 Å = 6,6 x 10ˉ⁷ m
c = 3 x 10⁸ m/s
h = 6,6 x 10ˉ³⁴ Jd

diminta:

Energi foton yang dipancarkan oleh cahaya jingga

Menjawab:

E = hx ƒ

E = hx (c/λ)

E = (6,6 x 10ˉ³⁴ Js) x (3 x 10⁸/6,6 x 10ˉ⁷)

E = 3 x 10ˉ1⁹ Joule

Penelitian terkait radiasi benda hitam memang telah menarik perhatian para ilmuwan dan fisikawan sejak abad ke-18 Masehi. Perkembangan teori radiasi terus berkembang hingga keluarnya teori kuantum Planck yang mempelajari sifat-sifat dasar vibrasi molekuler pada dinding rongga benda hitam.

mejakelas.com

Berita Terkait

Bagaimana Cara Membuat Media Pembelajaran Interaktif? Begini Penjelasannya
Bagaimana Pembelajaran Yang Sesuai Dengan Tahap Perkembangan Siswa SD Menurut Piaget?
Materi Bahasa Inggris Kelas 9 Semester 1 Kurikulum Merdeka
Materi Bahasa Inggris Kelas 9 Semester 1 Kurikulum Merdeka
Dalam Rantai Makanan Tumbuhan Hijau Berfungsi Sebagai…..
Contoh Soal IPA Kelas 8 SMP MTs Kurikulum Merdeka Bab 2 Struktur dan Fungsi Tubuh Makhluk Hidup
Materi Biologi Kelas 11 Kurikulum Merdeka Lengkap
20 Soal Matematika Kelas 4 Semester 2 Kurikulum Merdeka
Berita ini 1 kali dibaca

Berita Terkait

Kamis, 11 Juli 2024 - 21:23 WIB

Bagaimana Cara Membuat Media Pembelajaran Interaktif? Begini Penjelasannya

Sabtu, 6 Juli 2024 - 17:04 WIB

Bagaimana Pembelajaran Yang Sesuai Dengan Tahap Perkembangan Siswa SD Menurut Piaget?

Kamis, 27 Juni 2024 - 11:03 WIB

Materi Bahasa Inggris Kelas 9 Semester 1 Kurikulum Merdeka

Rabu, 26 Juni 2024 - 20:15 WIB

Materi Bahasa Inggris Kelas 9 Semester 1 Kurikulum Merdeka

Senin, 24 Juni 2024 - 16:11 WIB

Dalam Rantai Makanan Tumbuhan Hijau Berfungsi Sebagai…..

Berita Terbaru