Radiasi Kalor

A. Radiasi Kalor

Di kelas X kalian telah belajar 3 cara perambatan kalor yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi. Pada bab ini akan dibahas lebih dalam bagaimana energi dapat diradia- sikan. Radiasi dapat didefinisikan sebagai pancaran energi tanpa membutuhkan medium atau perantara sebagai aki- bat suhu. Peristiwa radiasi ini telah banyak dipelajari oleh ilmuwan fisika diantaranya seperti di bawah.

1. Hukum Stefan-Boltzmann

Josef Stefan (1835-1873) seorang ahli fisika Austria, dapat menunjukkan gejala radiasi benda hitam melalui eksperimen. Hubungannya adalah daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya.

Melalui pengukuran langsung juga diketahui bahwa radiasi dipengaruhi oleh sifat warna benda. Besaran ini dinamakan koefisien emisivitas, disimbulkan e. Benda hitam sempurna memiliki e = 1, benda putih sempurna e = 0 dan benda-benda lain memiliki rentang 0 - 1.

Penemuan Stefan diperkuat oleh Boltzmann, ke- mudian dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann. Dan konstanta pembanding universal σ dinamakan konstanta Stefan-Boltzmann. Persamaannya dapat dituliskan seperti di bawah.

I = e 4 σT

P = I . A ..................................(7.1

E = P.t

dengan : I = intensitas radiasi ( watt/m 2 ) P = daya radiasi (watt)

E = energi radiasi (joule) T = suhu mutlak benda (K)

2 A = luas penampang (m ) t = waktu radiasi (s)

-8 σ = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67.10

Suatu benda hitam memiliki suhu 27 O

2 2 C dan mengalami radiasi dengan intensitas 4.10 -4 2 watt/m . Luas penam-

pang benda itu 5.10 m Tentukan :

a. daya radiasinya,

b. energi radiasi selama 5 sekon,

c. intensitas radiasinya jika benda tersebut dipanasi hingga suhunya mencapai 327 O C!

Penyelesaian

A = 5.10 -4 m 2 T = 27 O 1 C + 273 = 300 K

I 1 = 4.10 2 watt/m 2

T 2 = 327 O

C + 273 = 600 K

Radiasi Benda Hitam 113

a. daya radiasi memenuhi : P = I.A = e

σT 4 .A = 4.10 2 . 5.10 -4 = 0,2 watt

b. energi radiasi selama t = 5 s adalah : W = P. t = 0,2 . 5 = 1,0 joule

c. Intensitas radiasi sebanding dengan suhu mutlak pangkat empat maka dapat diperoleh :

I~T 4

Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.

Sebuah benda hitam sempurna mempunyai luas per-

2 mukaan 2000 cm O dan suhu 127

C. Tentukan :

a. intensitas radiasinya,

b. daya radiasinya,

c. energi yang diradiasikan dalam sepuluh detik,

d. daya radiasi benda jika suhunya diturunkan

menjadi -73 O C!

2. Pergeseran Wien λ

λ m3 λ m2 λ m1

Pada pengukuran intensitas radiasi benda hitam

(I) pada berbagai nilai panjang gelombang ( λ) dapat Gambar 7.1

digambarkan grafik seperti pada Gambar 7.1. Perubahan intensitas diukur pada benda hitam yang memiliki suhu tetap T, tetapi λ berbeda-beda. Intensitas tersebut terlihat meningkat seiring dengan peningkatan λ hingga mencapai nilai maksimum. Kemudian intensitas menurun kembali seiring penambahan λ. Panjang gelombang energi radiasi pada saat intensitasnya maksimum dinamakan λ m : pan- jang gelombang maksimum.

Pada pengukuran itu Wilhelm Wien menemukan adanya pergeseran panjang gelombang maksimum saat suhu benda hitam berubah. Kenaikan suhu benda hitam menyebabkan panjang gelombang maksimum yang dipancarkan benda akan mengecil. Hubungan ini dapat dituliskan seperti persamaan berikut.

λ m T = c ......................................(7.2) dengan : λ m = panjang gelombang intensitas radiasi

maksimum (m) T = suhu mutlak benda (K)

c = tetapan Wien (2,90.10 -3 mK)

114 Fisika SMA Kelas XII

CONTOH 7.2

Sebuah benda hitam meradiasikan gelombang elek- tromagnetik dengan panjang gelombang 8700 Å pada saat intensitas radiasinya maksimum. Berapakah suhu permukaan benda yang memancarkan gelombang tersebut?

c = 2,9.10 -3 mK Suhu benda dapat ditentukan sebagai berikut.

λ m T= c

O T= = = 3000 K atau 2727 C

LATIHAN 7.1

1. Lampu pijar berbentuknya mendekati 2 intensitas sebesar 90 watt/m . Luas bola. Jari-jari lampu pijar pertama

penampangnya 50 cm 2 . Berapakah : adalah empat kali jari – jari lampu

a. daya radiasi, kedua. Suhu lampu pijar pertama

b. intensitas radiasinya jika suhunya dan kedua masing-masing 27 O C dan

dinaikkan hingga menjadi 327 C? 127

OO

3. Diketahui tetapan Wien = 2,9 x 10 -3 lampu pertama dengan daya lampu kedua ?

C. Berapakah perbandingan daya

mK. Berapakah panjang gelombang

elektromagnetik yang membawa

2. Sebuah benda hitam yang bersuhu 27 radiasi kalor maksimum dari sebuah

C dapat memancarkan radiasi dengan benda yang bersuhu 127 O C?