Fisika SMA Kelas XII
112
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 σ T
4
P = I . A ..................................7.1 E = P . t
dengan : I = intensitas radiasi wattm
2
P = daya radiasi watt E = energi radiasi joule
T = suhu mutlak benda K A = luas penampang m
2
t = waktu radiasi s σ = konstanta Stefan-Boltzmann 5,67.10
-8
Wm
-2
K
-4
CONTOH 7.1
Suatu benda hitam memiliki suhu 27
O
C dan mengalami radiasi dengan intensitas 4.10
2
wattm
2
. Luas penam- pang benda itu 5.10
-4
m
2
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
1
= 27
O
C + 273 = 300 K I
1
= 4.10
2
wattm
2
T
2
= 327
O
C + 273 = 600 K
Radiasi Benda Hitam
113
a. daya radiasi memenuhi : P = I.A = e
σ T
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 :
Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.
Sebuah benda hitam sempurna mempunyai luas per- mukaan 2000 cm
2
dan suhu 127
O
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
Pada pengukuran intensitas radiasi benda hitam I pada berbagai nilai panjang gelombang
λ dapat 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 λ
λ
m1
I
T
3
T
2
T
1
λ
m2
λ
m3
Gambar 7.1
= I ~ T
4
Fisika SMA Kelas XII
114
intensitas sebesar 90 wattm
2
. Luas penampangnya 50 cm
2
. Berapakah : a. daya radiasi,
b. intensitas radiasinya jika suhunya dinaikkan hingga menjadi 327
O
C ? 3. Diketahui tetapan Wien = 2,9 x 10
-3
mK. Berapakah panjang gelombang elektromagnetik yang membawa
radiasi kalor maksimum dari sebuah benda yang bersuhu 127
O
C ?
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? Penyelesaian
λ
m
= 8700 Å = 8,7.10
-7
m c = 2,9.10
-3
mK Suhu benda dapat ditentukan sebagai berikut.
λ
m
T = c T =
= = 3000 K atau 2727
O
C
LATIHAN 7.1
1. Lampu pijar berbentuknya mendekati bola. Jari-jari lampu pijar pertama
adalah empat kali jari – jari lampu kedua. Suhu lampu pijar pertama
dan kedua masing-masing 27
O
C dan 127
O
C. Berapakah perbandingan daya lampu pertama dengan daya lampu
kedua ? 2. Sebuah benda hitam yang bersuhu 27
O
C dapat memancarkan radiasi dengan
Perkembangan teori tentang radiasi mengalami pe- rubahan besar pada saat Planck menyampaikan teorinya
tentang radiasi benda hitam. Planck mulai bekerja pada tahun 1900. Planck mulai mempelajari sifat dasar dari
getaran molekul-molekul pada dinding rongga benda hitam. Dari hasil pengamatannya Planck membuat sim-
pulan sebagai berikut. Setiap benda yang mengalami radiasi akan me-
mancarkan energinya secara diskontinu diskrit berupa paket-paket energi. Paket-paket energi ini dinamakan
kuanta sekarang dikenal sebagai foton. Energi setiap foton sebanding dengan frekuensi gelombang radiasi dan
dapat dituliskan
: E = h f .....................................7.3
dengan : E = energi foton joule f
= frekuensi foton Hz h = tetapan Planck h = 6,6.10
-34
Js
B. Teori Kuantum Planck
Kategori