BAB 6 radiasi benda hitam
Berkelas
BAB 6
Radiasi Benda
Hitam
Standar Kompetensi:
Menganalisis berbagai besaran fsis pada gejala
kuantum dan batas-batas berlakunya relativitas
Einstein dalam paradigma fsika modern.
Kompetensi Dasar:
• Menganalisis secara kualitatif
gejala
kuantum yang mencakup hakikat dan
sifat-sifat radiasi benda hitam, serta
penerapannya.
Jika benda yang dipanaskan berpijar, sebagian
memancarkan gelombang elektro magnetik yang
berada pada daerah tampak dan memberi sensasi
berupa spektrum warna. Jenis warna yang tampak
pada saat benda berpijar dapat dilihat pada Tabel
6.1.
Gambar 6.1
(a) Besi yang
dibakar dan (b)
lampu yang
menyala
memancarkan
radiasi
energi kalor
A. Benda Hitam
Benda hitam sempurna
adalah benda yang dapat
menyerap semua radiasi
yang diterima olehnya.
Radiasi yang dihasilkan
sebuah benda hitam
sempurna ketika
dipanaskan disebut
radiasi
benda
hitam.
Untuk
membedakan
Gambar 6.3
benda-benda yang
Cahaya yang masuk ke
memiliki sifat
dalam kaleng
pemancaran atau
berlubang akan
terperangkap di
penyerapan kalor,
dalamnya, sehingga lubang digunakan tetapan e
tersebut
(emisivitas).
tampak hitam
Hukum Stefan - Boltzmann
Hukum Stefan-Boltzmann
Keterangan:
W = energi tiap satuan luas tiap satuan
waktu (watt/m2)
e = emisivitas
Gambar 6.4
σ = tetapan Stefan-Boltzmann = 5,672 × Tanur untuk mengolah baja
10–4 watt/m2K
dapat
T = suhu (K)
ditentukan suhunya dengan
teori
sifat
radiasi sebuah
benda hitam
Emisivitas e bergantung pada
benda, yaitu 0 ≤ e ≤ 1. Untuk:
e = 0 → benda bersifat pemantul sempurna tidak
meradiasi
e = 1 → benda berupa benda hitam sempurna
P = WA
Keterangan:
I = intensitas pancaran
(watt/m2)
P = daya pancaran (watt)
A = luas permukaan (m2)
E = besar energi (J)
t = waktu pancaran (s)
C. Hukum Pergeseran Wien
Hukum pergeseran Wien,
ditemukan oleh
Wilhelm Wien pada tahun
1896.
λm
m
T=C
Keterangan:
λ m = panjang gelombang
pada
energi pancar
maksimum (m)
T = suhu (K)
C = tetapan
pergeseran
Wien
Hukum
pergeseran
Wien
dapat
–3
= 2,898 × 10 mK
menjelaskan fenomena logam
yang dipanaskan hingga
membara mula-mula akan
tampak merah, kemudian
berwarna nyala hingga
menjadi putih jika temperatur
Gambar 6.5
Spektrum benda hitam.
Distribusi spektral energi
radiasi bergantung pada
temperatur benda saja.
Hukum pergeseran Wien banyak digunakan dalam
pengin draan jarak jauh (remote sen sing), yaitu untuk
menentukan temperatur awan atau permukaan bumi
dari satelit cuaca.
Gambar 6.6
(a) Satelit cuaca dapat menentukan temperatur
awan dan permukaan bumi tanpa kontak
langsung, (b) cara kerja remote sensing, dan (c)
pirometer inframerah
D. Teori Rayleigh-Jeans
Rayleigh-Jeans menjelaskan bahwa energi
pancaran benda hitam
berbentuk gelombang berdiri dengan berbagai modus
vibrasi. Tiap vibrasi mempunyai dua derajat bebas,
satu untuk energi kinetik dan yang lain untuk energi
potensial.
Teori Rayleigh-Jeans menyimpang jauh dari hasil eks
perimen dan hanya cocok untuk daerah spektrum
cahaya tampak, yaitu hijau, kuning, danmerah,
sedangkan untuk daerah spektrum dengan panjang
gelombang pendek tidak cocok. Kegagalan teori
tersebut dikenal dengan katastrof ultraviolet atau
bencana ultraviolet.
E. Teori Planck
Tahun 1900 Max
Planckradiasi gelombang elektromagnetik
Energi
yang dipancarkan atau diserap oleh bahan
berupa paket-paket energi yang disebut
kuanta atau foton.
E = hf
Keterangan:
E = energi foton (joule)
h = tetapan Planck = 6,626 ×
10–34 Js
f = frekuensi gelombang
cahaya (Hz)
Gambar 6.7
Spektrum radiasi benda
hitam pada
suhu 5.000 K oleh
BAB 6
Radiasi Benda
Hitam
Standar Kompetensi:
Menganalisis berbagai besaran fsis pada gejala
kuantum dan batas-batas berlakunya relativitas
Einstein dalam paradigma fsika modern.
Kompetensi Dasar:
• Menganalisis secara kualitatif
gejala
kuantum yang mencakup hakikat dan
sifat-sifat radiasi benda hitam, serta
penerapannya.
Jika benda yang dipanaskan berpijar, sebagian
memancarkan gelombang elektro magnetik yang
berada pada daerah tampak dan memberi sensasi
berupa spektrum warna. Jenis warna yang tampak
pada saat benda berpijar dapat dilihat pada Tabel
6.1.
Gambar 6.1
(a) Besi yang
dibakar dan (b)
lampu yang
menyala
memancarkan
radiasi
energi kalor
A. Benda Hitam
Benda hitam sempurna
adalah benda yang dapat
menyerap semua radiasi
yang diterima olehnya.
Radiasi yang dihasilkan
sebuah benda hitam
sempurna ketika
dipanaskan disebut
radiasi
benda
hitam.
Untuk
membedakan
Gambar 6.3
benda-benda yang
Cahaya yang masuk ke
memiliki sifat
dalam kaleng
pemancaran atau
berlubang akan
terperangkap di
penyerapan kalor,
dalamnya, sehingga lubang digunakan tetapan e
tersebut
(emisivitas).
tampak hitam
Hukum Stefan - Boltzmann
Hukum Stefan-Boltzmann
Keterangan:
W = energi tiap satuan luas tiap satuan
waktu (watt/m2)
e = emisivitas
Gambar 6.4
σ = tetapan Stefan-Boltzmann = 5,672 × Tanur untuk mengolah baja
10–4 watt/m2K
dapat
T = suhu (K)
ditentukan suhunya dengan
teori
sifat
radiasi sebuah
benda hitam
Emisivitas e bergantung pada
benda, yaitu 0 ≤ e ≤ 1. Untuk:
e = 0 → benda bersifat pemantul sempurna tidak
meradiasi
e = 1 → benda berupa benda hitam sempurna
P = WA
Keterangan:
I = intensitas pancaran
(watt/m2)
P = daya pancaran (watt)
A = luas permukaan (m2)
E = besar energi (J)
t = waktu pancaran (s)
C. Hukum Pergeseran Wien
Hukum pergeseran Wien,
ditemukan oleh
Wilhelm Wien pada tahun
1896.
λm
m
T=C
Keterangan:
λ m = panjang gelombang
pada
energi pancar
maksimum (m)
T = suhu (K)
C = tetapan
pergeseran
Wien
Hukum
pergeseran
Wien
dapat
–3
= 2,898 × 10 mK
menjelaskan fenomena logam
yang dipanaskan hingga
membara mula-mula akan
tampak merah, kemudian
berwarna nyala hingga
menjadi putih jika temperatur
Gambar 6.5
Spektrum benda hitam.
Distribusi spektral energi
radiasi bergantung pada
temperatur benda saja.
Hukum pergeseran Wien banyak digunakan dalam
pengin draan jarak jauh (remote sen sing), yaitu untuk
menentukan temperatur awan atau permukaan bumi
dari satelit cuaca.
Gambar 6.6
(a) Satelit cuaca dapat menentukan temperatur
awan dan permukaan bumi tanpa kontak
langsung, (b) cara kerja remote sensing, dan (c)
pirometer inframerah
D. Teori Rayleigh-Jeans
Rayleigh-Jeans menjelaskan bahwa energi
pancaran benda hitam
berbentuk gelombang berdiri dengan berbagai modus
vibrasi. Tiap vibrasi mempunyai dua derajat bebas,
satu untuk energi kinetik dan yang lain untuk energi
potensial.
Teori Rayleigh-Jeans menyimpang jauh dari hasil eks
perimen dan hanya cocok untuk daerah spektrum
cahaya tampak, yaitu hijau, kuning, danmerah,
sedangkan untuk daerah spektrum dengan panjang
gelombang pendek tidak cocok. Kegagalan teori
tersebut dikenal dengan katastrof ultraviolet atau
bencana ultraviolet.
E. Teori Planck
Tahun 1900 Max
Planckradiasi gelombang elektromagnetik
Energi
yang dipancarkan atau diserap oleh bahan
berupa paket-paket energi yang disebut
kuanta atau foton.
E = hf
Keterangan:
E = energi foton (joule)
h = tetapan Planck = 6,626 ×
10–34 Js
f = frekuensi gelombang
cahaya (Hz)
Gambar 6.7
Spektrum radiasi benda
hitam pada
suhu 5.000 K oleh