Contoh Soal Fenomena Radiasi Benda Hitam
Contoh Soal Fenomena Radiasi Benda Hitam - Radiasi panas adalah radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda karena pengaruh suhu. Pada prinsipnya, setiap benda akan selalu memancarkan radiasi panas ke sekelilingnya. Akan tetapi, radiasi panas tersebut tidak dapat terlihat oleh mata manusia. Radiasi panas tersebut akan terlihat jika suhu bendanya sangat tinggi contohnya pada suhu 1000 K.
Pada suhu 1000 K, benda akan terlihat berpijar merah seperti kumparan pemanas sebuah kompor listrik, suhu di atas 2000 K benda berpijar kuning atau putih seperti filamen lampu pijar. Dengan demikian, suhu benda berpengaruh pada spektrum warna yang dipancarkannya.
Gustav Kirchoff (1859) mengemukakan teorema termodinamika sebagai berikut ini “ Jika suatu benda berada dalam kesetimbangan termal, maka daya radiasi yang dipancarkan akan sebanding dengan daya radiasi yang diserapnya”. Besarnya daya radiasi per satuan luas disebut intensitas radiasi, yang sesuai dengan pernyataan hukum Stefan Boltzman “daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh suatu benda adalah sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya”. Berdasarkan hukum Stefan Boltzman tersebut maka dapat dirumuskan sebagai berikut.
Daya adalah energi kalor yang dipancarkan tiap satuan waktu P = , sehingga besarnya daya radiasi atau energi radiasi kalor tiap satuan waktu adalah sebagai berikut.
Keterangan:
I = Intensitas radiasi (W/m2);
Q = Energi kalor yang diradiasikan (J);
e = Koefisien emisivitas benda;
σ = Tetapan Stefan Boltzman (5,67 x 10-8 W.m-2.K-4);
P = daya radiasi (W atau J/s);
t = waktu pemancaran (s);
A = Luas permukaan benda (m2); dan
T = Suhu mutlak benda (K).
I = Intensitas radiasi (W/m2);
Q = Energi kalor yang diradiasikan (J);
e = Koefisien emisivitas benda;
σ = Tetapan Stefan Boltzman (5,67 x 10-8 W.m-2.K-4);
P = daya radiasi (W atau J/s);
t = waktu pemancaran (s);
A = Luas permukaan benda (m2); dan
T = Suhu mutlak benda (K).
Emisivitas benda adalah kemampuan benda untuk memancarkan energi (gelombang elektromagnetik). Harga koefisien emisivitas benda hitam sempurna adalah 1 karena benda hitam sempurna adalah pemancar dan penyerap kalor paling baik, sedangkan untuk benda putih sempurna emisivitasnya adalah 0 karena benda putih sempurna merupakan pemancar dan penyerap kalor paling buruk.
Fenomena di awal menunjukkan bahwa, warna hitam memiliki emisivitas yang lebih besar dibandingkan warna putih, sehingga daya radiasi yang diserap oleh warna hitam akan bernilai lebih besar. Berdasarkan teori tersebut, jika kita menjemur pakaian berwarna hitam, maka akan lebih cepat kering dibandingkan baju berwarna putih.
SOAL 1
Perpindahan kalor yang tidak membutuhkan medium disebut ....
SOAL 2
Jika sebuah benda memiliki suhu 1000 K, maka ....
SOAL 3
Jika suatu benda memiliki koefisien emisivitas = 0, maka sifat benda tersebut adalah ....
SOAL 4
Sebuah benda putih memiliki koefisien emisivitas 0,1 dan luas permukaan 100 cm2. Jika benda tersebut berada pada suhu 27o C, maka intensitas radiasi yang dipancarkannya adalah ....
SOAL 5
Sebuah bola yang luas permukaannya 20 cm2memiliki suhu 127o C. Jika koefisien emisivitasnya 0,5, maka besar daya radiasinya adalah ....
SOAL 6
Radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda sebagai akibat suhunya adalah ....
SOAL 7
Sebuah benda meradiasikan kalor dengan laju 0,16 J/s saat suhu permukaannya 27o C. Jika suhu dinaikkan menjadi 327o C, maka daya radiasinya adalah ....
SOAL 8
Jumlah energi panas yang dipancarkan dari permukaan suatu benda berbanding lurus dengan ....
SOAL 9
Dua buah bola A dan B terbuat dari bahan yang sama. Jari-jari bola A dua kali jari-jari B, suhu A 27o C dan suhu B 327o C. Jika bola A meradiasikan kalor dengan daya 10 W, maka daya radiasi bola B adalah ....
SOAL 10
"Jika setiap benda berada dalam kesetimbangan termal, maka daya radiasi yang dipancarkan akan sebanding dengan daya radiasi yang diserapnya" merupakan teorema yang dikemukakan oleh ....