RADIASI BENDA HITAMoleh

Fajria

Melani

Silvia Harpeni

Theodora

Triastuty

Yunita Selonika

XII A4

SMAN 1 PEKANBARU

2010

Dalam fisika, benda hitam (bahasa Inggris black body) adalah obyek yang menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh kepadanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya. Namun demikian, dalam fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah energi benda itu dapat diukur.

A. Radiasi Panas

Setiap benda secara kontinu memancarkan radiasi panas dalam bentuk gelombangelektromagnetik. Bahkan sebuah kubus es pun memancarkan radiasi panas, sebagian kecil dariradiasi panas ini ada dalam daerah cahaya tampak. Walaupun demikian kubus es ini tak dapatdilihat dalam ruang gelap. Serupa dengan kubus es, badan manusia pun memancarkan radiasipanas dalam daerah cahaya tampak, tetapi intensitasnya tidak cukup kuat untuk dapat dilihatdalam ruang gelap.

Setiap benda memancarkan radiasi panas, tetapi umunya benda terlihat oleh kita karenabenda itu memantulkan cahaya yang dating padanya, bukan karena ia memacarkan radiasipanas. Benda baru terlihat karena meradiasikan panas jika suhunya melebihi 1000 K. Pada suhuini benda mulai berpijar merah sepeti kumparan pemanas sebuah kompor listrik. Pada suhu diatas 2000 K benda berpijar kuning atau keputih-putihan, seperti besi berpijar putihatau pijarputih dari filamen lampu pijar. Begitu suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relatif darispectrum cahaya yang dipancarkannya berubah. Ini menyebabkan pergeseran dalam warnawarnaspektrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk menaksir suhu suatu benda

Warna pijar suatu benda panas berubah terhadap perubahan suhu.

B. Intensitas Radiasi

1. Hukum Radiasi Termal Kirchhoff

Hukum Kirchhoff memiliki kesimpulan bahwa emisivitas tidak bisa melebihi jumlah energi yang diserap (berdasarkan hukum kekekalan energi), sehingga tidak mungkin suatu benda memancarkan energi radiasi yang lebih besar dibandingkan benda hitam sempurna pada kesetimbangan. Dalam luminesensi negatif, sudut datang dan panjang gelombang penyerapan melebihi emisi material, namun sistem tersebut digerakkan oleh sumber eksternal sehingga dapat dikatakan bahwa sistem tersebut tidak dalam kesetimbangan termal.

Energi yang diemisikan suatu benda berbeda dengan energi yang dipantulkan benda.

Hukum Kirchhoff kadang-kadang dinyatakan sebagai, “pemantul energi yang buruk adalah pemancar energi yang baik, namun pemantul energi yang baik merupakan pemancar energi yang buruk”.

Konsep ini digunakan dalam benda yang harus menyimpan energi termal agar temperatur tidak menurun, misalnya pada termos. Permukaan bagian dalam termos adalah pemantul energi yang baik sehingga panas tidak diserap badan termos dan diemisikan atau dipancarkan ke lingkungan.

2. Hipotesis Planck

Max Planck mulai dengan asumsi baru, bahwa permukaan benda hitam tidak menyerap atau memancarkan energi secara kontinyu, melainkan berjalan sedikit demi sedikit dan bertahap-tahap.

Menurut Planck, benda hitam menyerap energi dalam berkas-berkas kecil dan memancarkan energi yang diserapnya dalam berkas-berkas kecil pula. Berkas-berkas kecil itu selanjutnya disebut kuantum.

Persamaan tersebut selanjutnya disebut Hukum Radiasi Benda Hitam Planck yang menyatakan bahwa intensitas cahaya yang dipancarkan dari suatu benda hitam berbeda-beda sesuai dengan panjang gelombang cahaya.

Planck mendapatkan suatu persamaan:

E = nhf

yang menyatakan bahwa energi suatu kuantum (E) adalah setara dengan nilai tetapan tertentu yang dikenal sebagai tetapan Planck (h), dikalikan dengan frekwensi (n) kuantum radiasi.

h=6,62 x 10-27 cgs

3. Hukum Pergeseran Wien

Hukum pergeseran Wien menyatakan bahwa panjang gelombang dengan intensitas maksimum yang dipancarkan benda hitam selalu berbanding terbalik dengan suhu benda hitam tersebut.

Bila suhu benda hitam naik, maka total energi yang dipancarkan juga ikut naik dan puncak distribusinya bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek.

Perumusan Hukum Wien

• W. Wien merumuskan bahwa terjadi pergeseran maksima maks sesuai perumusan maks T = 2.9 x10-3 m K

• hubungan di atas dikenal sebagai hukum pergeseran Wien

• tahun 1896 Wien mengemukakan per-samaan sebaran radiasi (T) =A -5e-B/ T

dimana:I(ν,T)  : jumlah energi per unit permukaan,

per unit waktu, per unit sudut padat, per unit frekuensi, yang dipancarkan pada frekuensi ν.

T  : temperatur tubuh hitam.h  : konstanta Planck.c  : kecepatan cahaya.k  : konstanta Boltzmann.

Persamaan ini dapat ditulis sebagai:

dimana I(λ,T) adalah jumlah energi per unit permukaan, per unit waktu, per unit sudut padat, per unit panjang gelombang, yang dipancarkan pada panjang gelombang λ.

Hubungan dengan Hukum Planck

Pendekatan Wien awalnya diusulkan sebagai deskripsi untuk melengkapi spektrum dari radiasi termal, meskipun gagal untuk secara akurat menjelaskan emisi panjang gelombang panjang (frekuensi rendah).

Namun, ia segera digantikan oleh hukum Planck, yang dikembangkan oleh Max Planck. Berbeda dengan pendekatan Wien, hukum Planck dengan akurat menggambarkan spektrum lengkap dari radiasi termal.

Pendekatan Wien mungkin diturunkan dari hukum Planck dengan asumsi

Ketika ini benar, maka:

sehingga pendekatan hukum planck sama dengan

pendekatan wien pada frekuensi tinggi.