Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2
126
D. Penerapan Radiasi Benda Hitam
Sebaiknya Tahu
Max Planck 1858–1947
Max Karl Ernst Ludwig Planck 1858–1947 adalah fisikawan Jerman
pemenang hadiah nobel bidang fisika dalam teorinya yang terkenal sebagai
teori kuantum. Ia lahir di Keil pada tanggal 23 April 1857.
Gambar 7.5 Max Planck
Rep. www .space and motion.com
bahwa gelombang elektromagnetik berperilaku sebagai osilator di rongga. Getaran yang ditimbulkan osilator kemudian diserap dan dipancarkan
kembali oleh atom-atom. Planck sampai pada kesimpulan bahwa energi
yang dipancarkan dan diserap tidaklah kontinu. Tetapi, energi dipancarkan dan diserap dalam bentuk paket-paket energi diskret yang disebut kuanta.
Dengan hipotesanya, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-
benar sesuai dengan data hasil eksperimennya. Persamaan Planck tersebut kemudian disebut
hukum radiasi benda hitam Planck. Ia berpendapat bahwa ukuran energi kuantum sebanding dengan
frekuensi radiasinya. Rumusannya adalah:
E = n . h . X
. . . 7.3
Keterangan:
h : konstanta Planck 6,626 . 10
-34
J.s = 4,136 . 10
-15
eV.s n : bilangan kuantum n = 0, 1, 2, . . ., n
X : frekuensi radiasi Hz
Kuantisasi energi osilator ini merupakan hal baru pada masa itu. Kuantisasi energi inilah yang mendasari
teori fisika kuantum.
Hipotesa Planck
Setelah kita membahas konsep radiasi benda hitam, kali ini kita akan mempelajari penerapannya.
Dengan menggunakan prinsip radiasi benda hitam, kita dapat menentukan daya yang dipancarkan oleh matahari, suhu
matahari, dan radiasi yang dipancarkan oleh tubuh manusia.
1. Penentuan Suhu Permukaan Matahari
Suhu permukaan matahari atau bintang dapat ditentukan dengan mengukur daya radiasi matahari yang diterima bumi. Dengan
menggunakan hukum Stefan-Boltzmann, total daya yang dipancarkan oleh matahari adalah:
P
M
= I . A . . . 7.4
Jika diketahui: I = e .
V . T
M 4
A = luas permukaan matahari = 4 SR
M
e = 1 maka P
M
= V T
M 4
4 SR
M 2
. . . 7.5
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2
127
Matahari memancarkan daya yang sama ke segala arah. Dengan demikian bumi hanya menyerap sebagian kecil, yaitu:
P
abs
= P
M
2
⎛ ⎞
⎛ ⎞
⎜ ⎟
⎜ ⎟
⎝
⎝
S S
V S
S S
B M
B M
R R
T R
D D
2 4
2 2
2
4 =
4 4
. . . 7.6
Keterangan:
P
M
: daya yang dipancarkan matahari watt T
M
: suhu permukaan matahari K R
M
: jari - jari matahari m V T
M 4
: laju radiasi matahari wattm
2
P
abs
: daya yang diserap bumi watt R
B
: jari-jari bumi m D
: jarak matahari ke bumi m
Meskipun bumi hanya menyerap sebagian daya dari matahari, namun bumi mampu memancarkan daya ke segala arah. Besar daya
yang dipancarkan bumi adalah: P
emt
= V T
B 4
4 S R
B 2
. . . 7.7
Keterangan:
P
emt
: daya yang dipancarkan bumi watt T
B
: suhu permukaan bumi K
Misalnya bumi berada dalam kesetimbangan termal maka daya yang diserap bumi sama dengan daya yang dipancarkan. Dengan
demikian suhu permukaan matahari adalah: P
abs
= P
emt
V T
M 4
4 S R
M 2
⎛ ⎞
⎜ ⎟
⎝
S S
B
R D
2 2
4
= V T
B 4
4 S R
B 2
T
M 4
. ⎛
⎞ ⎜
⎟ ⎝
M
R D
2 2
= 4T
B 4
T
M 4
= T
B 4
2
⎛ ⎞
⎜ ⎟
⎝
M
D R
2
4
T
M
= T
B M
D R
2 . . . 7.8
2. Radiasi Energi yang Dipancarkan Manusia
Penerapan radiasi benda hitam juga dapat diterapkan pada benda- benda yang tidak berada dalam kesetimbangan radiasi. Sebagian
besar energi manusia diradiasikan dalam bentuk radiasi elektromagnetik, khususnya inframerah. Untuk dapat memancarkan
suatu energi, tubuh manusia harus menyerap energi dari lingkungan sekitarnya. Total energi yang dipancarkan oleh manusia adalah selisih
antara energi yang diserap dengan energi yang dipancarkan.
Kategori