BAB IPENDAHULUAN
1. Latar BelakangTelah diektahui bahwa perpindahan kalor ( panas
) dari Matahari ke Bumi melalui gelombang elektromagnetik terjadi
secara radiasi ( pancaran ). Dalam Materi ini akan dijelaskan
intensitas radiasi benda hitam yang melibatkan : Stefan dan
Boltzmann, Wilhelm Wien, Rayleigh dan Jeans, dan Max
Planck.Pertanda pertama yang menunjukkan bahwa gambaran gelombang
klasik tentang radiasi electromagnet ( yang berhasil baik
menerangkan perobaan Young dan Hertz pada abad ke Sembilan belas
dan yang dapat dianalisis secara tepat dengan persamaan Maxwell )
tidak seluruhnya benar, tersimpulkan dari kegagalan teori gelombang
untuk menerangkan spectrum radiasi termal yang diamati jenis
radiasi electromagnet yang dipancarkan berbagai benda semata-mata
karena suhunya. Teori gelombang juga ternyata aggal menerangkan
hasil percobaan lain yang segera menyusul, seperti percobaan yang
memepelajari pemancaran electron dari eprmukaan logam yang disinari
cahaya ( efek fotolistrik ), dan ahmburan cahaya oleh
electron-elektron ( efek Compton ).
2. Rumusan Masalah
Apakah yang dimaksud dengan Radiasi Benda Hitam ? Bagaimana
penjelasan Hukum Stefan-Boltzmann mengenai Radiasi Benda Hitam
Bagaimana penjelasan Hukum Pergeseran Wien mengenai Radiasi Benda
Hitam ? Bagaimana penjelasan Hukum Rayleigh-Jeans dan Teori Planck
mengenai Radiasi Benda Hitam ? Apakah yang dimaksud Efek
Fotolistrik dan Efek Compton? Bagaimana Sifat Gelombang dalam
Partikel dan Contoh Penerapan Radiasi Benda Hitam?
3. Tujuan1. Mendeskripsikan Radiasi Benda Hitam.2. Menjelaskan
Hukum Stefan-Boltzmann mengenai Radiasi Benda Hitam.3. Menjelaskan
Hukum Pergeseran Wien mengenai Radiasi Benda Hitam. 4. Menjelaskan
Hukum Rayleigh-Jeans dan Teori Planck mengenai Radiasi Benda
Hitam.5. Menjelaskan Efek Fotolistrik dan Efek Compton.6.
Menjelaskan Sifat Gelombang dalam Partikel dan Contoh Penerapan
Radiasi Benda Hitam
BAB IIPEMBAHASANRADIASI BENDA HITAM
1. Pengertian Radiasi Benda Hitam Pengertian RadiasiRadiasi
adalah perpindahan panas oleh benda secara langsung dalam bentuk
gelombang elektromagnetik. Pengertian Benda HitamBenda hitam
sempurna adalah benda yang dapat menyerap semua radiasi yang
diterimanya. Nilai emisivitasnya: e = 1. Penyerap radiasi yang baik
juga merupakan pemancar radiasi yang baik pula. Radiasi yang
dihasilkan oleh benda hitam sempurna disebut radiasi benda
hitam
2. Intensitas Radiasi
J. Stefan dan L. Boltzmann menemukan bahwa laju radiasi sebuah
benda berbanding lurus dengan: (1) luas permukaan benda(2) suhu
mutlak benda pangkat empatSecara matematis, dapat ditulis:
dimana : P = daya/laju radiasi (Watt) W = energi radiasi
(Joule)t = waktu (s)e = emisivitas benda nilainya di antara 0 dan 1
= konstanta Stefan-Boltmann (5,67 x 10 8 W/m2K4 ) A = luas
permukaan benda (m2) T = suhu mutlak (K)
3. Teori Pergeseran Wien
Grafik Spektrum radiasi benda hitam
Jika suatu benda dipanaskan, benda itu akan memancarkan radiasi
kalor. Pada benda bersuhu lebih tinggi dari 1000 K benda mulai
berpijar merah contohnya pada kompor listrik dimana kumparannya
atau tungkuhnya Nampak kemerahan. Jika suhu bertambah diatas suhu
2000 K cahaya benda Nampak kuning sampai ke putih contohnya warna
cahaya dipancarkan dari filament lampu bolam seperti gambar grafik
diatas.Menurut Hukum Pergeseran Wien :Panjang gelombang untuk
intensitas maksimum ( m ) berkurang dengan meningkatnya suhu dengan
persamaan :
Dimana: m = panjang gelombang ketika intensitas radiasi maksimum
(m)T = suhu mutlak benda (K)b = tetapan Wien (2,898 x 10 3 m.K)
4. Teori Planck
Sebelum membahas teori Planck sebelumnya telah ada teori
Spektrum radiasi benda hitam yaitu teori Rayleigh-Jeans, Ketika
suhu benda dinaikkan, elektron-elektron ini mendapat energi kinetik
untuk bergetar. Dengan bergetar berarti kecepatannya berubah-ubah.
Dengan kata lain ada percepatan. Muatan-muatan yang mengalami
percepatan akan memancarkan radiasi gelombang elektromagnetik.
Dimana model miliknya cocok untuk menerangkan spectrum radiasi
benda hitam dengan panjang gelombang yang besar namun gagal untuk
gelombang yang kecil.
Model Planck mempunyai kesamaan dengan model Rayleigh-Jeans,
yaitu radiasi benda hitam dihasilkan dari muatan-muatan yang
bergetar sehingga mengalami percepatan. Namun ia menambahkan
bahwa:1. muatan-muatan yang bergetar akan memancarkan energinya
berupa paket-paket energy kecil dan terputus-putus yang disebut
kuantum ( sekarang dikenal sebagai foton )
dimana : h = konstanta Planck = 6,6 x 1034 Js f = frekuensi
(Hz)
2. Pancaran energy radiasi yang dihasilkan oleh getaran oleh
molekul-molekul benda, dinyatakan dengan :
dimana : n = bilangan bulat
Jika suatu atom menyerap 1 kuanta (1 foton) maka energinya naik
sebesar hf. Jika melepas 1 kuanta (1 foton) maka energinya turun
sebesar hf.
5. Efek Fotolistrik
Efek Fotolistrik adalah peristiwa terpancarnya electron dari
logam, saat permukaan logam tersebut disinari cahaya. Laju pancaran
electron diukur sebagai arus listrik pada rangkaian luar
menggunakan ammeter sedangkan energy kinetiknya ditentukan dengan
menghubungkan potensial penghambat pada anoda sehingga electron
tidak mempunyai energy yang cukup melawan potensial yang terpasang.
Tegangan penghambat terus diperbesar, sehingga pembacaan arus pada
ammeter terus menurun ke nol, hal ini disebut dengan stopping
potensial/ potensial henti. Sehingga untuk menentukan energy
maksimal ( EKm ) yaitu :m Dimana:EKm= energy kinetic electron foton
( J atau eV )m = massa electron ( Kg )v = kecepatan electron (
m/s)e = muatan electron ( C )Vo= potensial henti ( volt )Untuk
mengeluarkan sebuah electron dari permukaan, kita harus memasok
energy sekurang-kurangnya sebesar W ( fungsi kerja atau energy
ambang ). Jika f < W electron akan terpental keluar, dan
kelebihan energy yang dipasok berubah menjadi energy kinetic.
Sehingga dapat dinyatakan dalam persamaan
Dimana :Ek = energy kinetic maksimum electron foton fo =
frekuensi ambangh = konstanta Planckf = frekuensi foton
6. Efek Compton
Efek Compton merupakan gejala hamburan dari penembakan suatu
materi dengan sinar-X. Efek ini ditemukan oleh Arthur Holly Compton
pada tahun 1923. Jika sejumlah elektron yang dipancarkan ditembak
dengan sinar-X, maka sinar-X ini akan terhambur. Hamburan sinar-X
ini memiliki frekuensi yang lebih kecil daripada frekuensi
semula.
Hubungan antara panjang gelombang antara sinar datang dan sinar
hambur dinyatakan sebagai :
Dimana :1 = panjang gelombang berkas sinar datang2 = panjang
gelombang berkas sinar hamburpanjang gelombang Compton
7. Sifat Gelombang dalam Partikel Menurut Louise de Broglie,
partikel dapat bersifat seperti gelombang dengan panjang
gelombang:
dimana : h = 6,6 x 1034 Js p = momentum partikel (kg m/s) m =
massa partikel (kg) v = kecepatan partikel (m/s)
Contoh Penerapan Radiasi Benda Hitam
1. Pakaian
Baju berwarna hitam akan terasa panas jika dipakai pada siang
hari karena merupakan penyerap kalor yang baik sedangkan pada malam
hari akan terasa sejuk karena juga merupakan pemancar kalor yang
baik. Sebaliknya, Baju berwarna putih akan terasa sejuk dipakai
pada siang hari dan terasa panas jika dipakai pada malam hari
karena merupakan penyerap dan pemancar kalor yang buruk
2. Panel Surya
Panel surya adalah suatu perangkat yang digunakan untuk menyerap
radiasi dari matahari. Panel surya terdiri dari wadah logam
berongga yang di cat hitam dengan panel depan terbuat dari kaca.
Kalor radiasi dari matahari diserap oleh permukaan hitam dan
dihantarkan secara konduksi melalui logam. Bagian dalam panel
dijaga tetap hangat oleh efek rumah kaca, kemudian sirkulasi air
melalui wadah logam akan membawa kalor menjauh untuk dimanfaatkan
pada sistem pamanas air domestik dan untuk memanasi kolam
renang.
BAB IIIKESIMPULAN
Benda hitam adalah suatu benda yang permukaannya sedemikian
sehingga menyerap semua radiasi yang datang padanya. Radiasi yang
dihasilkan oleh benda hitam sempurna disebut radiasi benda
hitam.
Teori / Hukum / Efekl yang bersangkutan dengan Radiasi Benda
Hitam, anatara lain :1. Hukum Stefan-Boltzmann 2. Hukum Pergeseran
Wien 3. Teori Planck 4. Hukum Rayleigh-Jeans 5. Efek Fotolistrik6.
Efek ComptonSelain itu ada juga contoh penerapan Radiasi Benda
Hitam yang sering kita jumpai dikehidupan sehari-hari.
10
