Langsung ke konten utama

Hukum Stefan –Boltzmann

Pada waktu tangan Anda dekat dengan api kompor gas, tangan akan merasakan panas. Panas (energi) dari api sampai ke tangan Anda merambat secara radiasi.


Josef Stefan (1835-1873) seorang ahli fisika Austria, menemukan bahwa laju energi radiasi dari benda sebanding dengan luas permukaan benda dan pangkat empat dari suhu mutlaknya.
Melalui pengukuran langsung juga diketahui bahwa radiasi dipengaruhi oleh sifat warna benda. Besaran ini dinamakan koefisien emisivitas, disimbulkan e. Benda hitam sempurna memiliki e = 1, benda putih sempurna e = 0 dan benda-benda lain memiliki rentang  0 - 1. Penemuan Stefan diperkuat oleh Boltzmann, kemudian dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann. Dan konstanta pembanding universal σ dinamakan konstanta Stefan-Boltzmann. Persamaannya dapat dituliskan seperti di bawah.
          E
P = ------ =  σ. e. A.T4
            Δt

I = P/A
dengan  : I  =  intensitas radiasi ( watt/m2)
                P  =  daya radiasi (watt)
                E  =  energi radiasi (joule)
                T  =  suhu mutlak benda (K)
                A  =  luas penampang (m2)
                 t  =  waktu radiasi (s)
                 σ = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67.10-8   Wm-2 K-4)

Benda hitam memiliki nilai e = 1. Berdasarkan definisi benda hitam sempurna ini, kita dapat membuat suatu model benda hitam yang menyerap hampir seluruh radiasi yang mengenainya. Coba Anda perhatikan gambar berikut.

Bagaimana pemantulan yang terjadi pada cahaya ketika dimasukkan ke dalam sebuah kaleng yang pada salah satu sisinya terdapat sebuah lubang kecil. Kaleng kosong yang dilubangi  dapat dikatakan sebagai sebuah benda hitam.  Mengapa lubang kecil pada kaleng tersebut terlihat gelap walaupun pada siang hari? Perlu Anda ketahui lubang yang terlihat gelap  pada siang hari disebabkan cahaya yang masuk melalui lubang tersebut dipantulkan berulang kali di sekitar pantulan, banyaknya kalor (energi) yang diserap adalah 20% maka setelah sepuluh kali pemantulan kalor yang dibawa oleh cahaya yang keluar dari lubang tinggal bisa sekitar 10% energi mula-mula. Inilah yang menyebabkan lubang kelihatan hitam, walaupun dinding bagian dalam kaleng mengkilap.

CONTOH 1
Suatu benda hitam memiliki suhu 27O C dan mengalami radiasi dengan intensitas 4.10 2 watt/m2. Luas penam-pang benda itu 5.10-4 m2 Tentukan :
a. daya radiasinya,
b.  energi radiasi selama 5 sekon,
c.  intensitas radiasinya jika benda tersebut dipanasi hingga suhunya mencapai 327O C !
Penyelesaian
A = 5.10-4 m2
T1 = 27O C + 273 = 300 K
I1 = 4.10 2 watt/m2
T2 = 327O C + 273 = 600 K
a.  daya radiasi memenuhi :
P = I.A = e σ T4 .A
   = 4.102 . 5.10-4
 = 0,2 watt
b.  energi  radiasi selama t  = 5 s adalah :
W = P. t
    =  0,2 . 5 = 1,0 joule
c.   Intensitas radiasi sebanding dengan suhu mutlak pangkat empat maka dapat diperoleh :

LATIHAN SOAL
Sebuah benda hitam sempurna mempunyai luas permukaan 2000 cm2 dan suhu 127O C. Tentukan :
a.   intensitas radiasinya,
b.   daya radiasinya,
c.   energi yang diradiasikan dalam sepuluh detik,
d.  daya radiasi benda jika suhunya diturunkan menjadi -73O C !

LINK FISIKA
|| HOME||RADIASI BENDA HITAM || HUKUM STEFAN –BOLTZMANN || HUKUM PERGESERAN WIEN || TEORI RAYLEIGHT-JEANS  || TEORI KUANTUM PLANCK || EFEK FOTOLISTRIK || EFEK COMPTON || SIFAT GELOMBANG DAN PARTIKEL||

Label:

Postingan populer dari blog ini

Transformasi Lorentz (relativitas Kecepatan)

Pada transformasi Galileo telah dikemukakan bahwa selang waktu pengamatan terhadap suatu peristiwa yang diamati oleh pengamat yang diam dengan pengamat yang relatif bergerak terhadap peristiwa adalah sama ( t = t’ ) . Hal inilah yang menurut Einstein tidak benar, selang waktu pengamatan antara pengamat yang diam dan pengamat yang bergerak relatif adalah tidak sama ( t ≠ t’ ) . Transformasi Lorentz pertama kali dikemukaan oleh Hendrik A. Lorentz, seorang fisikawan dari Belanda   pada tahun 1895. Karena waktu pengamatan oleh pengamat yang diam pada kerangka acuan S dan pengamat yang bergerak pada kerangka acuan S’ hubungan transformasi pada Galileo haruslah mengandung suatu tetapan pengali   yang disebut tetapan transformasi.   Sehingga persamaan yang menyatakan hubungan antara koordinat pada kerangka acuan S dan S’ dituliskan sebagai berikut : Transformasi Lorentz          x’ =   ϒ (x – v.t), y’ = y, z’ = z    dan    t’ ≠ t                   .... (9.6) Kebali
Baca selengkapnya

Gaya Pemulih pada Pegas

1.   Gaya Pemulih   Gaya pemulih dimiliki oleh setiap benda elastis yang terkena gaya sehingga benda elastis tersebut berubah bentuk. Gaya yang timbul pada benda elastis untuk menarik kembali benda yang melekat padanya disebut gaya pemulih. Akibat gaya pemulih tersebut, benda akan melakukan gerak harmonik sederhana. Dengan demikian, pada benda yang melakukan gerak harmonik sederhana bekerja gaya pemulih yang selalu mengarah pada titik kesetimbangan benda. a. Gaya Pemulih pada Pegas Pegas adalah salah satu contoh benda elastis. Oleh karena sifat elastisnya ini, suatu pegas yang diberi gaya tekan atau gaya regang akan kembali ke keadaan setimbangnya mula-mula apabila gaya yang bekerja padanya dihilangkan. Perhatikan gambar, anggap mula-mula benda berada pada posisi y = 0 sehingga pegas tidak tertekan atau teregang. Posisi seperti ini dinamakan posisi keseimbangan. Ketika benda ditekan ke bawah (y = –) pegas akan menarik benda ke atas, menuju posisi keseimbangan. Sebaliknya jik
Baca selengkapnya

Teori Kuantum Planck

Perkembangan teori tentang radiasi mengalami perubahan besar  pada saat Planck menyampaikan teorinya tentang radiasi benda hitam. Planck mulai bekerja pada tahun 1900. Planck mulai  mempelajari sifat dasar dari getaran molekul-molekul pada dinding rongga benda hitam. Dari hasil pengamatannya Planck membuat simpulan sebagai berikut. Setiap benda yang mengalami radiasi akan memancarkan energinya secara diskontinu (diskrit) berupa paket-paket energi. Paket-paket energi ini dinamakan kuanta (sekarang dikenal sebagai foton) . Energi setiap foton sebanding dengan frekuensi gelombang radiasi dan dapat dituliskan : E = h f                     dengan  :  E  =  energi foton (joule)                   f   =  frekuensi foton (Hz)                   h  =  tetapan Planck (h = 6,6.10 -34 Js) Jika suatu gelombang elektromegnetik seperti cahaya memiliki banyak foton maka energinya memenuhi hubungan berikut.         E = nhf Persamaan yang sangat berkaitan dengan hubungan di atas adal
Baca selengkapnya