225
Radiasi Benda Hitam
Benda yang panas akan memancarkan radiasi elektromag- netik. Penyelidikan atas spektrum radiasi yang dipancarkan
benda panas merupakan titik awal menuju pada pemaha- man konsep gelombang partikel. Pernahkah Anda mem-
perhatikan lampu pijar saat menyala? Saat menyala, lampu pijar memancarkan cahaya yang bersumber dari filamen.
Jika arus listrik dialirkan, filamen ini akan menahan arus listrik. Hal ini menyebabkan kenaikan suhu filamen yang
sangat cepat sehingga filamen menyala dan memancar- kan cahaya. Pemancaran cahaya akibat kenaikkan sinar
demikian dinamakan radiasi termal.
Dalam bab ini, Anda akan mempelajari radiasi, yaitu radiasi benda hitam. Apa yang dimaksud dengan radiasi
benda hitam? Anda dapat mengetahui jawabannya pada pembahasan berikut.
Sumber :
CD Image , 2004
Bab
5
Bab
5
A. Pengertian Radiasi
Benda Hitam B. Pergeseran
Wien C. Teori
Rayleight-Jeans D. Teori Kuantum Max
Planck
Standar Kompetensi
Menganalisis berbagai besaran fisis pada gejala
kuantum dan batas-batas berlakunya relativitas Ein-
stein dalam paradigma fisika modern.
Kompetensi Dasar
Menganalisis secara kualitatif gejala kuantum yang men-
cakup hakikat dan sifat-sifat radiasi benda hitam serta
penerapannya.
225
Di unduh dari : Bukupaket.com
226
Fisika untuk SMAMA kelas XII
A. Pengertian Radiasi Benda Hitam
Bagaimanakah hubungan antara banyaknya energi yang dipancarkan dengan suhu benda? Secara sederhana, kita
dapat melakukan eksperimen ataupun melalui pengamatan terhadap sebuah benda yang sedang berpijar. Mendeka-
tlah ke sebuah lilin yang sedang menyala. Dekatkan tangan Anda. Anda akan merasakan adanya kalor yang
dipancarkan lilin ke tangan Anda. Sekarang, coba Anda gantilah lilin tersebut dengan sumber api lain yang lebih
besar, misalnya lampu minyak berukuran besar. Anda akan merasakan bahwa kalor yang dipancarkan ke tangan
Anda akan lebih banyak.
Setelah melakukan eksperimen di atas, apa yang dapat Anda simpulkan. Makin tinggi suhu sebuah benda, makin
besar pula energi kalor dipancarkan. Fenomena ini untuk kali pertamanya dikemukakan dan diselidiki oleh Jeseph
Stefan. yang melakukan eksperimen untuk menghitung besar energi kalor yang dipancarkan oleh sebuah benda.
Lalu, Ludwig Boltzmann merumuskan secara matematis banyaknya kalor Q yang dipancarkan oleh sebuah benda
P selama selang waktu 1 sekon.
dengan: = emisivitas benda
= konstanta Stefan-Boltzmann = 5,67 × 10
–8
Wm
2
.K
4
A = luas permukaan benda
T = suhu mutlak benda
Gambar 5.1
Makin tinggi suhu benda, makin besar energi kalor yang dipan-
carkan. Radiasi
Stefon-Boltmann Wien
Max Planck Energi
Fotolistrik
Kata Kunci
Di unduh dari : Bukupaket.com
227
Radiasi Benda Hitam
Sebuah benda memiliki suhu 327 °C. Jika konstanta emisivitas benda itu
, berapakah intensitas radiasi yang dipancarkan?
Jawab:
Diketahui: T = 273 + 327 k = 600 K; = 5.67 × 10
–8
Wm
–2
K
–4
; dan e = I = e
T
4
= 5.67 × 10
–8
Wm
–2
K
–4
600 K
4
= 5.67 × 10
–8
Wm
–2
K
–4
1.296 × 10
11
K
4
= 5.878.66 Wm
–2
. Jadi, intensitas radiasi yang dipancarkan benda tersebut sebesar
5.878.66 Wm
–2
.
Contoh Soal 5.1
Emisivitas sebuah benda dapat dinyatakan sebagai ke- mampuan benda untuk memancarkan energi gelombang
elektromagnetik. Makin besar emisivitas benda maka makin mudah pula benda tersebut memancarkan energi.
Nilai e adalah antara 0 dan 1.
Sebuah benda dapat menyerap semua radiasi yang mengenainya disebut benda hitam sempurna. Radiasi
yang dihasilkan oleh sebuah benda hitam sempurna ketika dipanaskan disebut radiasi benda hitam. Kamu juga perlu
mengetahui bahwa benda hitam sempurna merupakan suatu model. Jadi, sebenarnya tidak ada sebuah benda
yang berperilaku sebagai benda hitam sempurna.
Benda hitam memiliki nilai e = 1. Berdasarkan definisi benda hitam sempurna ini, kita dapat membuat suatu model
benda hitam yang menyerap hampir seluruh radiasi yang mengenainya. Coba Anda perhatikan gambar berikut.
Gambar 5.2
Pemantulan berulang dalam sebuah kaleng menghasilkan
energi benda hitam.
Cahaya
Di unduh dari : Bukupaket.com
228
Fisika untuk SMAMA kelas XII
Bagaimana pemantulan yang terjadi pada cahaya ke- tika dimasukkan ke dalam sebuah kaleng yang pada salah
satu sisinya terdapat sebuah lubang kecil. Kaleng kosong yang dilubangi dapat dikatakan sebagai sebuah benda
hitam.
Mengapa lubang kecil pada kaleng tersebut terlihat gelap walaupun pada siang hari? Perlu Anda ketahui
lubang yang terlihat gelapa pada siang hari disebabkan cahaya yang masuk melalui lubang tersebut dipantulkan
berulang kali di sekitar pantulan, banyaknya kalor energi yang diserap adalah 20 maka setelah sepuluh kali pe-
mantulan kalor yang dibawa oleh cahaya yang keluar dari lubang tinggal sekitar 10 energi mula-mula. Inilah yang
menyebabkan lubang kelihatan hitam, walaupun dinding bagian dalam kaleng mengkilap.
Kerjakanlah dalam buku latihanmu.
1. Suhu tubuh seseorang 36
o
C. Berapakah panjang gelombang di mana radiasi
maksimum terjadi? 2. Pada kisaran suhu berapakah panjang
gelombang maksimum radiasi benda hitam bervariasi dari 600 nm sampai 700 nm
cahaya tampak?
Uji Kemampuan 5.1
3. Dua buah lampu pijar masing-masing memiliki suhu 27
o
C dan 127
o
C dan jari- jari lampu pertama dua kali jari-jari lampu
kedua.
Gambar 5.3
Pergeseran Wien