radiasi benda hitam

Radiasi Benda Hitam

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.

Dalam bab ini, Anda akan mempelajari radiasi, yaitu radiasi benda hitam. Apa yang dimaksud dengan radiasi benda hitam? Anda dapat mengetahui jawabannya pada pembahasan berikut.

 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.

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.

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.