Pengertian Radiasi Benda hitam
Benda hitam adalah suatu benda yang
permukaannya sedemikian sehingga menyerap semua radiasi yang datang padanya (
tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam ). Dari pengamatan
ditemukan bahwa semua benda hitam pada suhu yang sama memanv=carkan radiasi
dengan spectrum yang sama.
Tidak ada benda yang hitam sempurna.
Kita hanya dapat membuat benda yang mendekati benda hitam. Ketika radiasi dari
cahaya Matahari memasuki lubang kotak , radiasi dipantulkan berulang-ulang oleh
dinding kotak dan setelah pemantulan itu hampir dapat dikatakan tidak ada lagi
radiasi yang tersisa ( semua radiasi telah diterap di dalam kotak ). Dengan
kata lain, lubang telah berfungsi menyerap semua radiasi yang datang padanya.
Akibatnya lubang tampak hitam
Bagaimana penjelasan hokum Stefan-boltzmann mengenai radiasi benda
hitam?
pada tahun 1859, Gustav Kirchhoff membuktikan teorema yang sama
pentingnya dengan teorema rangkaian listrik tertutupnya ketika ia menunjukan
argument berdasarkan pada termodinamika bahwa setiap benda dalam keseimbangan
termal dengan radiasi daya yang dipancarkan adalah sebanding dengan gaya yang
diserapnya. Untuk benda hitam eorema Kirchhoff dinyatakan oleh
dengan J(f,T) adalah suatu fungsi universal
yang bergantung hanya pada frekuensi cahaya dan suhu multak benda. Jadi bahwa daya yang dipancarkan persatuan luas
persatuan frekuensi oleh suatu benda hitam bergantu hanya pada suhu dan
frekuensi cahaya dan tidak bergantung pada sifat fisika dan kimia yang menyusun
benda hitam dan ini sesuai dengan hasil pengamatannya
perkembangan
selanjutnya untuk memahami karakter universal dari radiasi benda hitam dating
dari ahli fisika Austria ,Josef Stefan
(1835-1893) pada tahun 1979. Ia mendapatkan secara eksperimen bahwa daya total
persatuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh suatu benda hitam
panas . I total (intesitas radiasi total) adalah sebanding dengan pangkat empat
dari suhu multaknya. Karena itu benda persamaan empiris ,hokum Stefan ditulis
sebagai
dengan I
total adalah intesias rumus seperti diatas.
Jadi tetapan
Stefan boltzman yaitu untuk benda panas yang bukan benda hitam akan mematuhi
hokum yang sama, hanya diberi tambahan koefisien emnisivitas e, yang lebih
kecil dari pada I
Lima tahun
kemudian konfirmasi mengesankan dari teori gelombang elektromagnetik cahaya
diperoleh ketika boltzman menurunkan hokum Stefan dari gabungan termodinamika
dan persamaan persamaan Maxwell karena itu disebut juga Hukum stefan boltzman.
Bagaimana penjelasan hokum wein mengenai radiasi benda hitam?
Jika suatu benda misalnya logam
dipanaskan terus pada suhu tinggi maka warna pijarnya berubah mulai
dari pijar merah ( kira-kira C ) sampai ke putih 9 kira-kira C ).
Bentuk grafik antara intensitas radiasi cahaya terhadap panjang gelombangnya
dinamakan grafik , pada berbagai suhu. Untuk suhu yang lebih tinggi ,
panjang gelombang untuk intensitas maksimum bergeser ke panjang gelombang yang
lebih pendek.
Wilhelm Wien pada tahun 1896
menyatakan hukumnya yang dikenal dengan hukum Pergeseran Wien : Panjang
gelombang untuk intensitas cahaya maksimum berkurang dengan meningkatnya
suhu. Hukum ini dinyatakan dengan persamaan:
Dengan adalah panjang
delombang yang berhubungan dnegan intensitas radiasi maksimum benda hitam, T
adalah suhu mutlak dari oermukaan benda yang memancarkan radiasi, dan C
adalah tetapan pergeseran wien.
Bagaimana penjelasan Teori plank mengenai radiasi benda hitam?
Pada tahun 1900, Planck memulai
pekerjaannya dengan membuat suatu anggapan baru tentang sifat dasar dari
getaran molekul-molekul dalam dinding-dinding rongga benda hitam. Anggapan lama
fisikawan klasik menganggap bahwa energy gelombang elektromagnetik ( termasuk
cahaya ) terpancarkan secara kontinu ( sinambung ) dan besar kecilnya hanya
ditentukan oleh amplitude gelombang. Anggapan baru Planck sangat radikal dan
bertentangan dengan fisika klasik, yaitu dengan berikut.
a. Radiasi
yang dipancarkan oelh getaran molekul-molekul tidaklah kontinu tetapi dalam
paket-paket energy diskret, yang disebut kuantum( disebut foton ). Besar
energy yang berkaitan dengan tiap foton adalahE=hf , sehingga untun n buah
foton maka energinya dinyatakan oleh
dengan n = 1, 2, 3,…( bilangan asli
), dan f adalah frekuensi getaran molekul-molekul . Energy dari
molekul-molekul dikatakanterkuantisasi dan energy yang diperkenankan
disebut tingkat energy.Ini berarti bahwa tingkat energy bisa hf, 2hf,
3hf,…., sedangkan hdisebut Tetapan Planck, dengan
b. Molekul-molekul
memancarkan atau menyerap energy dalam satuan diskret dari energy cahaya,
disebut kuantum ( foton ). Molekul-molekul melakukan itu dengan “ melompat “
dari satu tingkat energy ke tingkat energy lainnya. Jika bilangan kuantum n
berubah dengan satu-satuan , Persamaan 1.7 menunjukkan
bahwa jumlah energy yang dipancarkan atau diserap oleh molekul-molekul sama
denagn hf .Jadi, beda energy antara dua tingkat energy yang
berdekatann adalah hf.
Kesimpulan
Benda hitam adalah suatu
benda yang permukaannya sedemikian sehingga menyerap semua radiasi yang datang padanya
( tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam).
Hukum yang bersangkutan dengan
radiasi benda hitam :
1. Hukum
Stefan-Boltzmann
2. Hukum
Pergeseran Wien
3. Teori Planck
Grafik :
Praktikum 1 Radiasi
BENDA HITAM
Alat dan bahan:
-kaca pembesar -stopwatch
-spidol hitam
-hvs
Langkah kerja
1. Hvs dilipat menjadi 2 bagian terus
hitam kan bagian brwarna hitam
2. Cari arah matahari untuk memperoleh energy panas
3. Ketika sudah memperoleh energy dari matahari tarukan lah sinarnya ke benda hitam tersebut dan
hitung berapa detik terbakarnya kertas tersebut
4. Lalu bandingkan dengan krtas yang berwarna putih dan hitung berapa detik
dia terbakar
Kesimpulan :
Jadi benda yang berwarna hitam
cenderung banyak diserap oleh energy matahari dan hanya beberapa detik saja
kertas tersebut terbakar
Sedangkan kertas yang berwarna putih
terbakar tetapi perlu wktu beberapa menit. Sehingga dapat disimpulkan bahwa
benda hitam menyerap semua kalor yang ada .
Praktik 2
ALAT DAN
BAHAN:
-
SEPASANG
SEPATU TIDAK TERPAKAI
-
EMBER
YANG BERISI AIR
-
KARDUS
YANG BERISI PLASTIK HITAM DAN PUTIH
CARA KERJA :
-
CELUPKAN
KEDUA SEPATU KEDALAM EMBER YANG BERISI AIR
-
SETELAH
ITU MASUKAN SEPATU TERSEBUT KEDALAM PLASTIK YANG BERWARNA HITAM DAN PUTIH
-
LALU
JEMURKAN PLSTIK BERWARNA HITAM DAN PUTIH YANG TEPAPAR SINAR MATAHARI
KESIMPULAN:
SEPATU YANG
BERADA DIKOTAK HITAM CEPAT KERING DIBANDINGKAN KOTAK PUTIH KARENA KOTAK HITAM
MENGALAMI RADIASI BENDA HITAM
#Ini dipraktekan di kertas karton lalu dipresentasikan
