Contoh Soal dan Pembahasan

Soal No. 1Sebuah benda memiliki suhu minimum 27oC dan suhu maksimum 227oC. 

Tentukan nilai perbandingan daya radiasi yang dipancarkan benda pada suhu maksimum dan minimumnya!

PembahasanData :T1 = 27oC = 300 KT2 = 227oC = 500 KP

2/P1 = (T2/T1)4

P2/P1 = (500/300)4 = (5/3)4 = 625 : 81

Soal No. 2Sebuah benda dengan luas permukaan 100 cm2 bersuhu 727oC. Jika koefisien Stefan-Boltzman 5,67 x 10−8 W/mK4 dan emisivitas benda adalah 0,6 tentukan laju rata-rata energi radiasi benda tersebut!

PembahasanData :σ = 5,67 x 10−8 W/mK4

T = 727oC = 1000 Ke = 0,6A = 100 cm2 = 100 x 10−4 = 10−2

Laju energi rata-rata :P = eσ T 4AP = (0,6)(5,67 x 10−8 )(1000)4(10−2)P = 340,2 joule/s 

Soal No. 3Daya radiasi yang dipancarkan suatu benda pada suhu 227oC adalah 1200 J/s. Jika suhu benda naik hingga menjadi 727oC, tentukan daya radiasi yang dipancarkan sekarang!

PembahasanData :T1 = 227oC = 500 KT2 = 727oC = 1000 KP1 = 1200 watt

Daya radiasi yang dipancarkan sekarang :P

2/P1 = (T2/T1)4

P2/P1 = (1000/500)4 

P2 = (1000/500)4 x P1

P2 = (2)4 x 1200 = 16 x 1200 = 19200 watt

Soal No. 4Permukaan benda pada suhu 37oC meradiasikan gelombang elektromagnetik. Bila konstanta Wien = 2,898 x 10−3 m.K maka panjang gelombang maksimum radiasi permukaan adalah.....A. 8,898 x 10−6 mB. 9,348 x 10−6 mC. 9,752 x 10−6 mD. 10,222 x 10−6 mE. 11,212 x 10−6 m(Sumber soal : UN Fisika SMA 2008)

PembahasanData :T = 37oC = 310 KC = 2,898 x 10−3 m.Kλmaks = ....?

λmaks T = Cλmaks (310) = 2,898 x 10−3

λmaks = 9,348 x 10−6 m

Soal No. 5Grafik menyatakan hubungan intensitas gelombang (I) terhadap panjang gelombang, pada saat intensitas maksimum (λm) dari radiasi suatu benda hitam sempurna. 

Jika konstanta Wien = 2,9 x 10−3 mK, maka panjang gelombang radiasi maksimum pada T1adalah....A. 5.000 ÅB. 10.000 ÅC. 14.500 ÅD. 20.000 ÅE. 25.000 Å(Sumber soal: UN Fisika 2009)

PembahasanData :T = 1727oC = 2000 KC = 2,9 x 10−3 m.Kλmaks = ....?

λmaks T = Cλmaks (2000) = 2,9 x 10−3

λmaks = 1,45 x 10−6 m = 14.500 Å

Soal No. 6Panjang gelombang radiasi maksimum suatu benda pada suhu T Kelvin adalah 6000 Å. Jika

suhu benda naik hingga menjadi 3/2 T Kelvin , tentukan panjang gelombang radiasi maksimum benda!

PembahasanData :T1 = T KelvinT2 = 3/2 T Kelvinλmaks 1 = 6000 Åλmaks 2 = ....?

λmaks 2 T2 = λmaks 1 T1

λmaks 2 (3/2 T) = 6000 Å (T)λmaks 2 = (2/3) x 6000 Å = 4000 Å

Soal No. 7

Suatu benda hitam pada suhu 270C memancarkan energi R J.s-1. Jika dipanaskan sampai 3270C energi radiasinya menjadi ...

A. 16 R J.s-1

B. 12 R J.s-1

C. 10 R J.s-1

D. 6 R J.s-1

E. 4 R J.s-1

JAWABAN :   A Pembahasan :

Besarnya energi radiasi benda hitam per satuan waktu dirumuskan oleh

persamaan : dengan σ = konstanta Stefan-Boltzman, e = emisitivitas benda

hitam, A = luas penampang benda hitam dan T suhu benda hitam dalam

Kelvin.Untuk benda hitam yang sama, maka berlaku :

1. Sebuah pelatr baja tipis berbentuk persegi dengan panjang sisi 10 cm, dipanaskan

dalam suatu tungku sehingga suhunya mencapai 727o Tentukan energi radiasi kalor

setiap sekon.

Penyelesaian :

Dikertahui : A= Luas permukaan atas dan bawah = 2(10 cm)2 = 0,02 m2, e = 1

T= 727 +273 = 1000 K

Ditanyakan : W:…?

Jawab

2. Energi listrik menjadi energi kalor

Kawat spiral lampu pijar luas permukaan 50 mm2, suhunya 1127o, 60 5 dari energi

listrik  yang dihantarkan pada lampu diradiasikan dalam bentuk kalor, dan kawat pijar

bersifat seperti benda hitam. Berapa ampere arus yang mengalir dalam lampu yang

dihubungkan dengan stop kontak (bertegangan 220 Volt) , agar lampu tersebut dapat

berfungsi ?

Penyelesaian Soal

Diketahui : A= 50 mm2 = 50 x 10-6 m2, T (1127+273) = 1400 K, e = 1

60% daya listrik menjadi radiasi kalor

Ditanyakan : i.   ?

Jawab :

P = e. s A T4= 1 x 5,67 x 10-8 x  50 x 10-6 x (1400)4 = 10,89 Watt

P listrik = 10,89/60%= 10,89/0,60 = 18,15 W

P listrik = V.i = 200 x i= 10,15 ® i = 18,15/220 = 0,0825 A