RADIASI BENDA HITAM

Materi Fisika Kelas XII Semester II

Radiasi adalah pancaran energi dalam bentuk panas, partikel atau gelombang elektromagnetik (cahaya/foton) tanpa adanya medium penghantar (melalui ruang). 

Dalam Fisika, Benda hitam adalah suatu benda/objek yang dapat menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh mengenainya tanpa ada yang dipantulkan sedikitpun. Tetapi dalam Fisika klasik, secara teori benda hitam adalah benda/objek yang dapat memancarkan seluruh panjang gelombang energi mungkin dipancarkannya. Meskipun namamnya benda hitam, tetapi benda tersebut tidaklah harus benar-benar hitam, karena benda tersebut memancarkan energi.

Radiasi benda hitam adalah salah satu jenis radiasi elektromagnetik termal yang terjadi di dalam atau di sekitar benda dalam keadaan kesetimbangan termodinamika dengan lingkungannya atau saat ada proses pelepasan dari benda hitam.

A.  Hukum Stefan-Boltzman

Hukum Stefan Boltzman menyatakan bahwa besar energi yang dipancarkan tiap satuan waktu oleh setiap satu satuan luas permukaan benda hitam dalam bentuk radiasi yang besarnya berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlak. Secara matematis pernyataan tersebut dinyatakan oleh persamaan:

Ketarangan:
I  =  Intensitas radiasi benda hitam  
e  =  Nilai emisivitas  
  =  Tetapan Stefan-Boltzman (5,67 x 10^–8 Watt/m² K⁴)
T  =  Suhu mutlak (T)

B.  Hukum Pergeseran Wien

Hukum Pergesaran Wien menyatakan jika suhu intensitas pancaran gelombang elektromagnetik semakin tinggi, panjang gelombang yang membawa energi terbesar bergeser ke panjang gelombang yang pendek.

Pernyataan Wien tersebut dinyatakan dalam bentuk grafik:

Dari grafik tersebut dapat terlihat bahwa  T₁ < T₂ , maka ₁ >  ₂ , dan secara matematis Hukum pergeseran Wien dinyatakan dalam persamaan:

Keterangan:
  =  panjang gelombang yang membawa energi terbesar (m)
T  =  suhu mutlak (K)
C  =  tetapan Wien  ( 2,98 x 10 ^–3 mK )

C.  Teori Kuantum Planck

Teori kuantum Planck menjelaskan tentang cahaya yang diradiasikan oleh benda hitam adalah gelombang elektromagnetik diskontinu (diskret) yang berbentuk paket - paket energi yang disebut foton (kuanta), dimana besarnya energi foton yang dipancarkan tersebut besarnya sebanding dengan frekuensinya. Secara matematis dirumuskan:

atau   

Keterangan:
E  = energi radiasi foton (joule)
n  = banyaknya foton / bilangan kuantum (1,2,3, ... )
h  = konstanta Planck (6,63 x 10 ^–34 J.s)
f  =  frekuensi foton (Hz)
c  = kelajuan cahaya (3 x 10⁸ m/s)

Untuk lebih lengkapnya tentang bahan ajar Radiasi Benda Hitam, silahkan download File Bahahan Ajar di bawah ini:

Bahan Ajar Radiasi Benda Hitam  (download di sini)

Semoga bahan ajar ini bermanfaat dalam pembelajaran Fisika di Sekolah. 
Teruslah semangat belajar Fisika, karena Fisika itu Mudah dan Asik.