Radiasi benda hitam adalah ketika benda menyerap dan menahan cahaya, maka benda tersebut akan memancarkan radiasi ke sekitarnya sehingga dapat kita merasakannya melalui suhu atau perubahan warna tertentu. Contoh paling sederhana yang dapat kita rasakan ketika menggunakan pakaian gelap atau warna hitam di siang hari. Hal ini karena permukaan benda berwarna hitam akan lebih mudah menyerap kalor (radiasi panas) dibandingkan dengan benda berwarna cerah.
Setiap benda memancarkan radiasi dari warna yang dimilikinya. Salah satu warna benda yang memancarkan radiasi cukup unik adalah benda berwarna hitam. Benda hitam memiliki kemampuan lebih baik dalam menyerap cahaya. Karena itulah mengapa ketika kita menggunakan pakaian hitam akan cenderung lebih panas. Untuk mengetahui lebih lengkap tentang radiasi benda hitam, dibawah ini merupakan penjelasan lengkap tentang pengertian radiasi benda hitam, Sifat sifat radiasi benda hitam, hukum radiasi benda hitam, rumus dan contoh soal radiasi benda hitam dengan penjelasannya.
Baca Juga : Pesawat Sederhana dan Penjelasannya
Pengertian Radiasi Benda Hitam
Benda hitam merupakan benda yang buram dan tidak memantulkan cahaya. Benda tersebut tidak memantulkan cahaya, benda hitam justru menyerap cahaya.
Radiasi benda hitam adalah sebuah radiasi elektromagnetik termal yang terjadi di dalam atau disekitar benda dalam keadaan kesetimbangan termodinamika dengan lingkungannya, atau saat proses pelepasan dari benda hitam tersebut. Sederhana nya, radiasi benda hitam adalah ketika benda tersebut menyerap dan menahan cahaya, kemudian benda tersebut memancarkan radiasi ke sekitarnya sehingga kita dapat merasakannya melalui suhu atau perubahan warna warna tertentu.
Lalu apa penyebab terjadinya radiasi benda hitam? Secara ideal benda hitam digambarkan sebagai rongga hitam yang memiliki lubang-lubang kecil, pada saat cahaya masuk melalui lubang tersebut, maka berkas cahaya akan dipantulkan berkali-kali di dalam rongga tersebut dan tidak dapat keluar kembali ke lubang. Dinding-dinding benda berwarna hitam akan menyerap cahaya, benda hitam tersebut akan menyerap cahaya yang memiliki suhu lebih rendah dibandingkan suhu di sekitarnya dan memancarkan cahaya dengan suhu yang lebih tinggi dari suhu di sekitarnya.
Radiasi benda hitam merupakan peristiwa yang terjadi secara alami. Contoh radiasi benda hitam sebenarnya telah kita temui dalam kehidupan sehari-hari, hanya saja kita belum memahami peristiwa tersebut termasuk materi radiasi benda hitam Beberapa contoh radiasi benda hitam dalam kehidupan sehari-hari seperti pada saat kita menggunakan baju berwarna gelap di siang hari maka tubuh akan merasa lebih panas dibandingkan ketika menggunakan baju berwarna cerah, contoh lainnya seperti pemanasan global, efek rumah kaca, penggunaan termos air dan penggunaan panel surya, serta contoh-contoh lainnya.
Baca Juga : Pengertian Bidang Miring dan Penjelasannya
Sifat Radiasi Benda Hitam
Ada kemungkinan radiasi yang muncul dari benda hitam mungkin berbeda dengan radiasi cahaya. Radiasi benda hitam akan lebih terasa ketika dirasakan bukan dilihat. Radiasi benda hitam memiliki sifat-sifat tertentu yang berasal dari sifat benda hitam itu sendiri. Sifat dari benda hitam sebenarnya adalah sifat dari spektrum cahaya benda yang bersifat ideal.
Berikut beberapa sifat spektrum cahaya benda hitam yang ideal, antara lain:
- Benda hitam yang lebih panas akan memancarkan lebih banyak yang memenuhi seluruh panjang gelombang. Hal ini berarti jika kita membandingkan dua benda hitam tanpa melihat panjang gelombangnya, pada benda hitam yang lebih panas akan mengeluarkan lebih banyak cahaya dibandingkan pada benda hitam yang lebih dingin.
- Spektrum benda hitam bersifat tetap dan memiliki puncak pada panjang gelombang tertentu. Puncak kurva benda hitam pada sebuah spektrum bergerak ke panjang gelombang yang lebih pendek untuk benda yang lebih panas. Benda hitam yang lebih panas maka panjang gelombang akan lebih biru dibandingkan pancaran puncaknya. Contohnya, peristiwa matahari dengan suhu rata-rata 5.800 Kelvin. Benda hitam yang memiliki suhu yang sama dengan matahari memiliki puncak rata-rata 500 nanometer dan memiliki panjang gelombang berwarna kuning. Dan pada benda hitam lain yang memiliki suhu dengan besar dua kali lipat dari suhu matahari akan memiliki puncak spektrum sekitar 250 nanometer yang merupakan bagian dari sinar Ultraviolet dari spektrum.
Baca Juga : Pengertian Tuas dan Penjelasannya
Hukum Hukum Radiasi Benda Hitam
Terdapat beberapa pendapat ilmuwan yang melakukan penelitian tentang radiasi benda hitam. Berdasarkan pemikiran dan penelitian yang dilakukan maka melahirkan berbagai hukum tentang radiasi benda hitam. Beberapa hukum yang berkaitan dengan benda radiasi hitam tersebut antara lain:
Hukum Planck tentang Radiasi Benda Hitam
Hukum planck diusulkan oleh Max Planck pada tahun 1990. Hukum planck menjelaskan tentang rapat spektrum radiasi elektomagnetik yang dilepaskan benda hitam dalam kesetimbangan termal dan temperatur tertentu.
Hukum planck memiliki rumus matematis sebagai berikut:
Keterangan:
I(v,T) = Daya atau energi persatuan waktu
h = Konstanta Planck
c = Kecepatan cahaya dalam ruang hampa
k = Konstanta Boltzmann
v = Frekuensi radiasi elektromagnetik
T = Temperatur absolut benda
Baca Juga : Hukum Kirchoff dan Penjelasannya
Hukum Perpindahan Wien
Hukum perpindahan wien menjelaskan tentang proses bagaimana spektrum radiasi benda-benda hitam pada suhu berapapun berkolerasi dengan spektrum pada suhu yang lainnya. Jadi, jika kita mengetahui bentuk spektrum pada suatu suhu, maka bentuk spektrum suhu lainnya dapat dihitung juga. Intensitas dari spektrum dinyatakan dengan fungsi panjang gelombang atau fungsi frekuensi. Akibat dari hukum perpindahan Wien yaitu panjang gelombang ketika intensitas persatuan panjang gelombang dari radiasi yang dihasilkan benda hitam ketika maksimum.
Secara fungsi, hukum perpindahan wien dirumuskan sebagai berikut:
Dimana “b” adalah konstanta perpindahan Wien dengan nilai sama dengan 2,8977729(17) x 10 pangkat -3 Km.
Hukum Stefan- Boltzmann
Hukum Stefan- Boltzmann menyatakan bahwa daya yang dilepas persatuan luas dari permukaan benda hitam berbanding lurus dengan pangkat empat suhu absolutnya.
Dimana:
j* = total daya yang diradiasikan persatuan luas
T = temperatur absolut
σ = konstanta Boltzman 5,67 x 10 pangkat -8W m pangkat -2 K pangkat -4
Persamaan diatas didapatkan dengan mengintegralkan I(v,T) terhadap frekuensi dan solid angle:
Faktor muncul karena menganggap radiasi pada arah normal ke permukaan, sebagai berikut:
I(v,T) independen terhadap sudut dan melewati integral solid angle, kemudian masukkan rumus I(v,T)dan menghasilkan fungsi sebagai berikut:
Dengan x = hv/kT tanpa satuan. Integral terhadap x memiliki nilai π pangkat 4/ 15 , sehingga menghasilkan:
Baca Juga : Hukum Kekekalan Energi dan Penjelasannya
Contoh Soal Radiasi Benda Hitam
Sebuah benda memiliki suhu sebesar 127oC memancarkan radiasi gelombang elektromagnetik. Jika nilai konstanta Wien = 2,898 x 10−3 m.K. Hitunglah berapa panjang gelombang maksimum radiasi tersebut?
Pembahasan:
Diketahui
T = 127 C = (137+273) = 400K
b = 2,898 x 10−3 m.K
Penyelesaian
λmax = b/T
λmax = 2,898 x 10−3 / 400
λmax = 0.725 10-5
λmax = 7.25 10-6 m
Jadi panjang gelombang maksimum radiasi benda hitam tersebut adalah 7.25 10-6 m.
Baca Juga : Pengertian Katrol dan Penjelasannya
Demikian artikel mengenai Radiasi Benda Hitam dan Penjelasannya. Semoga artikel ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan anda mengenai pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam.