Radiasi Benda HitamRadiasi Termal Telah kita ketahui kalor merambat dengan 3 cara yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi. Energi matahari sampai di bumi dengan cara radiasi gelombang elektromagnetik. Demikian juga jika kita dekat dengan api ( benda yang lebih panas ) maka maka tubuh kita terasa hangat,ataupun disekitar pembakar alkohol suhu udara disekitarnya akan lebih tinggi . Radiasi ini dinamakan radiasi termal Berdasarkan eksperimen laju kalor radiasi termal suatu benda dipengaruhi oleh : a. Suhu benda : semakin tinggi suhu suatu benda semakin besar laju radiasi kalor b. Sifat permukaan benda : semakin kasar suatu benda semakin banyak memancarkan radiasi dibandingkan permukaan halus c. Luas permukaan benda : Permukaaan yang luas akan lebih banyak memancarkan radiasi d. Jenis material : untuk jenis benda yang berbeda logam misalnya mempunyai laju radiasi kalor yang berbeda. Dari faktor-faktor hasil eksperimen diatas Stefan- Boltzman melakukan pengukuran besarnya daya total yang dipancarkan oleh benda P= Q = AT 4 watt t

( sigma ) = tetapan Stefan- Boltzman = 5,67 x 10-8 W m-2 K-4Agar Persamaan tersebut berlaku untuk semua benda termasuk benda hitam maka dinyatakan P= Q = eAT 4 watt t

e dinamakan emisivitas ( ukuran seberapa besar pemancaran radiasi kalo suatu benda dibandingkan benda hitam ) harga e antara 0 dan 1( 0 e 1 ) P = daya kalor radiasi yang dipancarkan benda ( watt ) Q = energi radiasi kalor yang dipancarkan benda ( joule ) T = selang waktu ( detik ) e = emisivitas harganya antara 0 dan 1( 0 e 1 ) untuk benda hitam e = 1

= 5,67 x 10-8 W m-2 K-4A = luas permukaan benda ( m2) T = suhu mutlak benda ( K ) T = 273 +t0 C A. Radiasi Benda Hitam

Benda hitam adalah benda dimana radiasi yang jatuh akan diserap seluruhnya,pengertian benda hitam sempurna dapat dianalogikan dengan suatu lubang kecila pada sebuah dinding berongga : Seberkas sinar masuk pada lubang sebuah dinding berongga sinar ini Dipantulkan berkali-kali oleh dinding rongga dan setiap dipantulkan intensitasnya berkurang karena sebagian sinar diserap dinding sampai suatu saat energinya menjadi kecil hampir mendekati Jadi dapat dikatakan sinar yang mengenai lubang tidak keluar lagi itulah sebabnya lubang itu dinamakan benda hitam Sebaliknya pada waktu benda berongga tersebut dipanaskan misalnya pada suhu T maka melalui lubang akan dipancarkan radiasi dan dinamakan radiasi benda hitam. B. Pergeseran Wien Jika suatu benda dipanaskan maka bendaakan memancarkan radiasi kalor, pada suhu rendah radiasi gelombang elektromagnet yang dipancarkan intensitasnya rendah, pada suhu yang lebih tinggi dipancarkan sinar inframerah walaupun tidak terlihat tetapi dapat kita rasakan panasnya, pada suhu lebih tingi lagi benda mulai berpijar merah ( 10000 C ), dan berwarna kuning keputih-putihan pada suhu 20000 C. Dalam hal ini jika suhu benda dinaikkan puncak intensitas dari spektrum cahaya yang dipancarkan mempunyai satu nilai maksimum pada panjang gelombangyang dinamakan maks, dan panjang gelombang maksimum itu bergeser ke daerah yang frekwensinya lebih tinggi Hubungan panjang gelombang maks dan suhu benda T oleh Wien dinyatakan dengan persamaan kali oleh nol.

maks = C / TI T1

maks T = CT = suhu mutlak benda hitamT2

C = tetapan pergeseran Wien = 2,90 x 10-3 m K

D. Intensitas Radiasi Benda Hitam Ketika benda berongga dipanaskan , elektron elektron dan molekul pada dinding berongga akan mendapatkan tambahan energi sehingga bergerak dipercepat, menurut Teori Maxwell muatan-muatan yang dipercepat akan memancarkan radiasi gelombang elektromagnetik. Teori klasik dapat menerangkan asal dari

radiasi kalor, tetapitidak dapat menerangkan spektrum radiasi benda hitam, Dua buah grafik berdasarkan teori kalsik yang menyatakan hubungan antaraintensitas radiasi kalor dan panjang gelombang diuslkan oleh formulasi Wien dan formulasi Raleigh-Jeans tidak sesuai dengan data percobaan . lihat grafik dibawah Grafik menunjukkan perbandingan antara teori Wien, Rayleigh- Jeans, dan Planck yang sesuai data percobaan Tampak bahwa grafik Wien dan Rayleigh- Jeans tidak sesuai dengan data percobaan. Teori Wien untuk spektrum radiasi benda hitam yang mempunyai panjang gelombang yang pendek dan menyimpang pada panjang gelombang panjang. Teori Rayleigh- Jeans sesuai untuk spektrum radiasi benda hitam yang mempunyai panjang gelombang yang panjang dan menyimpang pada panjang gelombang pendek.I

Releigh-Jeans

Wien E. Teori Planck Max Planck Pada tahun 1900 menemukan formulasi untuk menerangkan grafik spektrum radiasi benda hitam benatuk kurva I terhadap fungsi panjang gelombang adalah I= 2hc 2 5 (e hc / kT 1) h = tetapan Planck = 6,63 x 10-34 Js

Hasil formulasi Planck sangat sesuai dengan data hasil percobaan dengan membuat suatu anggapan baru mengenai sifat dasar dari getaran molekul dalam dinding dinding rongga benda hitam yaitu : 1. Getaran molekul yag memancarkan radiasi hanya dapat memilki satuan diskret dari energi En yang dinyatalan En = n h f n = bilangan kuantum ( 1,2,3 dst ) f = frekwensi Energi dari molekul-molekul terkuantisasi dan keadaan energi yang diperbolehkan dinamakan tingkat energi 2. Molekul-molekul memancarkan dan menyerap energi dalam satun diskret dari energi cahaya dan disebut kuantum atau foton. Jika molekul melompat dari tingkat energi rendah ke tinggi maka akan mnyerap energi dan sebaliknya jika molekul berpindah dari energi tinggi ke rendah akan dipancarkan energi, untuk perpindahan satu satuan energi yang dipancarkan / diserap sama dengan hf nhf

Tingkat energi 4 hf hf 3 hf 2hf hf hf 0 hf Gambar menunjukkan tingkat energi molekul ( 0, hf, 2hf,3 hf, nhf ) Dan transisi yang diperkenankan ditunjukkan dengan anak panah vertikal, masingmasing satuan sama dengan hf hf

Tugas. 1. Apakah yang dimaksud dengan radiasi termal ? 2. Apakah yang dimaksud dengan benda hitam ? sebutkan contohnya 3. Terangkan bagaimana radiasi benda hitam ? 4. Jika suhu benda dinaikkan terus apa yang terjadi dengan radiasi kalornya ? 5. Jelaskan kelebihan dan kekurangan model model klasik radiasi benda hitam oleh Wien dan Rayleigh Jeans dan model Planck ? Manakah model yang lebih baik ! 6. Jelaskan apa yang dimaksud dengan bilangan kuantum ?, keadan kuantum ? 7. Apakah Foton itu ? 8. Menurut Wien bagaimana hubungan antara puncak intensitas radiasi dan panjang gelombang cahaya jeaskan jawabmu ! 9. Tentukan energi yang diradiasikan tiap detik dari sebuah bola yang berjari-jari 2 cm dan suhunya 4270 C 10. Hitung suhu tanur jika energi yang dipancarkan memalui lubang seluas 10 cm2 adalah 7,2 joule/s ( anggap benda hitam ) 11. 12. Suhu dari suatu filamen lampu 25 watt adalah 2500 K jika emisivitas Berapa a. 2000 K panjang gelombang yang sesuai dengan energi radiasi 0,25, hitung luas permukaan radiasi filamen tersebut ! maksimum benda hitam jika suhu benda

b. 6000 K 13. Suhu suatu benda hitam mula-mula 2000 K dinaikkan menjadi 3000 K a. perbandingan energi pancarnya ! b. Perbandingan panjang gelombangnya ! 14. Tentukan energi foton cahaya ( eV ) yang panjang gelombangnya 6000 A0 ( 1 eV = 1,6 x 10-19 joule ) 15. Jika foton mempunyai enegi 2 MeV tentukan panjang gelombangnya dan frekwensinya ! tentukan