Radiasi Benda Hitam

lampu
Benda yang panas akan memancarkan radiasi elektromagnetik. Penyelidikan atas spektrum radiasi yang dipancarkan benda panas merupakan titik awal menuju pada pemahaman konsep gelombang partikel. Pernahkah Anda memperhatikan 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 memancarkan cahaya. Pemancaran cahaya akibat kenaikkan sinar demikian dinamakan radiasi termal.
 Radiasi Benda Hitam

Cahaya (radiasi termal) yang dipancarkan oleh sebuah benda dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu suhu benda, jenis bahan benda dan sifat permukaan benda. Dengan menggunakan spektrometer, intensitas radiasi termal tersebut dapat diukur dan untuk logam permukannya dilapisi kertas karbon, menunjukkan bahwa intensitas radisinya hanya bergantung pada suhu benda dan tidak bergantung pada jenis bahan maupun sifat permukaan logam.

Kenyataan di atas memunculkan istilah yang disebut benda hitam, yaitu sebuah benda yang menyerap semua cahaya yang sampai ke permukannyadan jika benda itu berpijar pada suhu tertentu, maka akan memancarkan intensitas radiasi paling besar dari benda-benda lain pada suhu yang sama.

Karena karbon berwarna hitam, maka permukaan logam yang dilapisi karbon dapat menyerap semua panjang gelombang cahaya dan dalam hal ini intensitas radiasi logam hanya dapat dipengaruhi oleh suhu logam.

Gambaran sederhana dari radiasi benda hitam adalah sebuah logam berongga yang mempunyai lubang kecil di permukannya.

Jika sebuah sinar cahaya masuk ke dalam logam berongga melalui lubang kecil, maka sinar cahaya tersebut akan mengalami pemantulan berkali-kalioleh permukaan dalam logam dan kemungkinannya kecil untuk keluar dari dalam logam berongga. Sehingga, dengan kata lain semua cahaya yang mengenai permukaan logam melalui lubang kecil tersebut akan diserap olrh logam berongga. Akan tetapi jika logam berongga tersebut dipanaskan, maka intensitas cahaya yang dipancarkan melalui lubang kecil lebih besar dari intensitas cahaya yang dipancarkan oleh permukaan logam, sehingga dalam hal ini, lubang kecil pada logam berongga tersebut bersifat sebagai benda hitam.

Hukum Stefan-Boltzman

Menurut hukum Stefan-Boltzman, jumlah energi yang dipancarkan tiap sekon oleh sebuah benda hitam sempurna berbanding lurus dengan luas permukaan benda (A) dan pangkat empat suhu mutlaknya (I). secara matematis, pernyataan diatas dapat ditulis sebagai berikut.

rumus01

Keterangan :

σ          = konstanta Stefan-Boltzman = 5,67 x 10-8 W/m2K4

e          = emisivitas permukaan (benda hitam sempurna e = 1)

A         = luas permukaan benda (m2)

T          = suhu mutlak benda (K4)

Sedangkan intensitas radiasi total dari benda hitam dapat ditentukan secara matematis dengan menggunakan persamaan sebagai berikut.

rumus02

Keterangan :

R         = intensitas radiasi total (Watt/m2)

Pancaran energi (kalor) merambat seperti gelombang elektromagnetik. Benda yang menyerap kalor dengan baik juga merupakan pemancar yang baik. Hal ini dapat ditunjukkan dengan menggunakan alat yang dinamakan radiometer.

Radiometer jika disinari denga cahaya lampu senter, sudu-sudu di dalam radiometer akan berputar. Perputaran tersebut memiliki arah tertentu, yaitu bagian lapisan hitam yang terdorong. Hal ini akan lebih jelas jika sinar senter diarahkan pada lapisan hitam kemudian dibandingkan dengan sinar yang diarahkan pada lapisan hitam kemudian dibandingkan dengan sinar yang diarahkan pada lapisan yang mengkilap.

Kita telah memahami bahwa benda hitam merupakan pemancar yang baik. Oleh karena itu, pada saat menyerap energi foton cahaya, benda hitam akan memancarkannya kembali. Pada saat tersebut, sudu hitam akan terdorong ke depan (searah cahaya). Dorongan ini menyebabkan sudu berputar.

Teori Reyleight-Jeans

Adapun peristiwa dalam benda hitam  tidak dapat dijelaskan oleh Stefan-Boltzman. Hal ini menyebabkan Rayleigh dan Jeans berusaha menyempurnakannya. Reyleigh-Jeans menjelaskan hubungan antara intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam dengan panjang gelombangnya berdasarkan teori ekipartisi energi fisika klasik.

Reyleigh –Jeans mengemukakan teori radiasi termal berdasarkan modus vibrasi pada rongga benda hitam. Menurut hukum ekipartisi energi, setiap partikel dalam benda hitam mempunyai energi.

rumus03

untuk setiap derajat kebebasan dan suhu mutlak T bersifat kontinu.

Oleh karena itu, energi termal yang dipancarkan benda hitam juga bersifat kontinu. Jadi menurut Reyleigh-Jeans, energi benda hitam bersifat kontinu.

Hukum Pergeseran Wein

Peristiwa pemancaran energi dalam bentuk kalor dan cahaya dari suatu benda yang dipanaskan berhasil menarik perhatian banyak ilmuan, begitu juga teori yang dikemukakan oleh Reyleight-Jeans. Grafik yang dikemukan oleh Reyleight-Jeans berbeda dengan garfik eksperimen pada suhu 2000 K dan hanya pada daerah panjang gelombang tertentu keduanya berimpit. Dalam hal ini, luas daerah yang dibatasi oleh kurva hasil eksperimen dengan sumbu mendatar (λ) adalah intensitas radiasi total (R).

Untuk setiap suhu yang berbeda, intensitas radiasi total benda hitam juga berubah, dan semakin tinggi suhu, maka intensitas radiasi total begeser ke daerah panjang gelombang pendek. Pada suhu 4000 K, intensitas radiasi total terletak pada daerah panjang gelombang cahaya tampak.

Panjang gelombang cahaya maksimum pada suhu tertentu ketika intensitas radiasi mencapai harga maksimum dinyatakan dengan hukum pergeseran wein sebagai berikut.

rumus04

Keterangan :

Λmax    = panjang gelombang maksimum cahaya (m)

T          = suhu benda (K)

c          = cepat rambat cahaya (mK)

Teori Kuantum Planck

Teori fisika klasik (fisika Newton) seperti yang digunakan oleh Reyleight-Jeans ternyata tidak mampu menjelaskan gejala hasil eksperimen radiasi benda hitam. Sehingga pada tahun 1900, fisikawan jerman, Max Planck (1858 – 1947) mengajukan teori kuantum untuk menjelaskan gejala tersebut.

Teori kuantum berbeda dengan teori-teori fisika klasik. Dalam hal ini, teori-teori fisika klasik dengan tepat menggambarkan perilaku materi dan energi dalam kehidupan sehari-hari.

Berdasarkan teori kuantum planck, atom-atom logam, seperti pada benda hitam, berprilaku sebagai asilator gelombang elektromagnetik yang bergetar dan memancarkan energi secara diskontinu dalam jumlah tertentu yang disebut quanta (bentuk tunggal dari kuantum)

Menurut planck (teori kuantum), osilator tersebut bergetar dengan energi yang sesuai dengan persamaan berikut.

rumus05

Keterangan :

E          = energi (Joule)

n          = bilangan kuantum (n = 1,2,3,….)

h          = konstanta Planck (6,63 x 10-34 Js)

f           = frekuensi getaran (Hz)

Dalam hal ini, bilangan kuantum (n) menyatakan tingkatan energi osilator, yaitu hf, 2hf, 3hf dan seterusnya. Menurut Planck suatu osilator akan memancarkan energi sebesar hf ketika osilator tersebut berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi yang terdekat di bawahnya, misalnya dari 2hf ke hf atau dari 3hf ke 2 hf. Teori kunatum berhasil menjelaskan peristiwa pemancaran cahaya (radiasi termal) sebuah benda hitam dan teori ini mendasari lahirnya teori-teori fisika modern.

 

 

One Comment

  1. Hello Web Admin, I noticed that your On-Page SEO is is missing a few factors, for one you do not use all three H tags in your post, also I notice that you are not using bold or italics properly in your SEO optimization. On-Page SEO means more now than ever since the new Google update: Panda. No longer are backlinks and simply pinging or sending out a RSS feed the key to getting Google PageRank or Alexa Rankings, You now NEED On-Page SEO. So what is good On-Page SEO?First your keyword must appear in the title.Then it must appear in the URL.You have to optimize your keyword and make sure that it has a nice keyword density of 3-5% in your article with relevant LSI (Latent Semantic Indexing). Then you should spread all H1,H2,H3 tags in your article.Your Keyword should appear in your first paragraph and in the last sentence of the page. You should have relevant usage of Bold and italics of your keyword.There should be one internal link to a page on your blog and you should have one image with an alt tag that has your keyword….wait there’s even more Now what if i told you there was a simple WordPress plugin that does all the On-Page SEO, and automatically for you? That’s right AUTOMATICALLY, just watch this 4minute video for more information at. Seo Plugin

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *