Radiasi Benda Hitam: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soalnya

Tahukah kamu, saat kamu memasak makanan menggunakan oven atau memanaskan makanan di microwave, kamu sebenarnya sedang mengalami efek radiasi benda hitam?

Efek radiasi benda hitam juga dapat ditemukan pada teknologi seperti telepon genggam dan televisi. Ketika kamu menonton televisi, layar akan memancarkan radiasi elektromagnetik yang kemudian dipancarkan ke mata kamu, lho!

Sebenarnya, apa sih radiasi benda hitam itu? Biar lebih paham, baca artikel ini selengkapnya yuk, Sobat Pijar!

Baca juga: Konsep Materi Inti Atom dan Radioaktivitas

Pengertian Radiasi Benda Hitam

Radiasi benda hitam adalah jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh benda hitam sempurna atau benda yang dapat menyerap semua radiasi yang masuk ke dalamnya. Radiasi benda hitam ini dapat terjadi pada benda apa pun, mulai dari benda padat hingga gas.

Secara teori, benda hitam sempurna dapat memancarkan semua radiasi elektromagnetik dalam spektrum yang mungkin, mulai dari gelombang radio hingga sinar-X dan sinar gamma. Namun, dalam prakteknya, benda hitam sempurna yang ideal tidak dapat diproduksi.

Teori Planck

Teori Planck radiasi benda hitam adalah salah satu teori yang menjelaskan tentang radiasi benda hitam. Teori ini pertama kali dikembangkan oleh fisikawan Jerman bernama Max Planck pada tahun 1900.

Menurut teori Planck, radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh benda hitam terjadi karena partikel-partikel dalam benda tersebut bergetar dan bergerak. Partikel ini menghasilkan energi yang dapat dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Semakin tinggi suhu benda, semakin banyak partikel yang bergetar dan bergerak, sehingga semakin banyak radiasi elektromagnetik yang dipancarkan.

Teori Rayleigh-Jeans

Teori Rayleigh-Jeans tentang radiasi benda hitam adalah salah satu teori awal yang menggambarkan tentang radiasi benda hitam. Teori ini dikembangkan oleh fisikawan Inggris, Lord Rayleigh dan Sir James Jeans pada awal abad ke-20.

Menurut teori Rayleigh-Jeans, radiasi benda hitam dihasilkan oleh partikel-partikel dalam benda yang bergetar secara acak. Semakin tinggi suhu benda, semakin banyak partikel yang bergetar, sehingga semakin banyak radiasi elektromagnetik yang dipancarkan.

Teori ini memprediksi bahwa semakin tinggi frekuensi radiasi elektromagnetik, semakin besar jumlah energi yang dipancarkan. Namun, teori ini memiliki masalah dalam menjelaskan spektrum radiasi benda hitam pada frekuensi yang sangat tinggi.

Sifat-sifat Spektrum Radiasi Benda Hitam

Spektrum radiasi benda hitam memiliki beberapa sifat-sifat yang penting untuk dipahami, di antaranya:

Spektrum Kontinu

Spektrum radiasi benda hitam menunjukkan spektrum yang kontinu, artinya spektrum terlihat seperti sebuah pita yang terdiri dari warna-warna yang terus menerus, dari panjang gelombang terpendek hingga terpanjang. Ini menunjukkan bahwa semua frekuensi dipancarkan oleh benda hitam, dan semakin tinggi suhu benda, semakin banyak radiasi yang dipancarkan.

Maksimum Intensitas Bergeser

Perubahan suhu benda hitam menyebabkan pergeseran maksimum intensitas radiasi ke arah panjang gelombang yang lebih pendek. Semakin tinggi suhu benda hitam, semakin pendek panjang gelombang yang memiliki intensitas paling besar.

Spektrum Bergantung pada Suhu

Spektrum radiasi benda hitam bergantung pada suhu benda hitam. Semakin tinggi suhu benda, semakin banyak energi yang dipancarkan pada semua panjang gelombang.

Tidak Terpengaruh oleh Komposisi Benda

Spektrum radiasi benda hitam tidak terpengaruh oleh komposisi kimia benda. Artinya, spektrum radiasi benda hitam dari dua benda yang berbeda, misalnya besi dan alumunium, akan sama jika suhu benda sama.

Spektrum Tergantung pada Bentuk Benda

Spektrum radiasi benda hitam juga tergantung pada bentuk dan ukuran benda. Namun, sifat ini jarang diamati karena dalam kebanyakan kasus, benda hitam dianggap sebagai sebuah benda dengan bentuk dan ukuran yang sempurna.

Rumus Radiasi Benda Hitam

Pada tahun 1879, Stefan-Boltzmann melakukan percobaan untuk mengetahui karakteristik dari radiasi benda hitam. Mereka menemukan bahwa intensitas total radiasi benda hitam per satuan luas sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya.

Berikut rumus intensitas radiasi benda hitam:

Keterangan:

I = Intensitas ($W/m^2$)

e = emisivitas permukaan benda (0 < e < 1)

(benda dengan e=1 disebut benda hitam sempurna)

$\sigma$ = konstanta stefan - boltzmann = $5,67 \times 10^{-8} \space J \space s^{-1} \space m^{-2} \space K^{-4}$

T = suhu mutlak benda (K)

Contoh Radiasi Benda Hitam dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut adalah beberapa contoh radiasi benda hitam dalam kehidupan sehari-hari:

Oven

Saat kita memasak menggunakan oven, suhu oven akan meningkat dan memancarkan radiasi benda hitam. Radiasi ini akan diserap oleh makanan dalam oven dan menyebabkan makanan menjadi hangat atau matang.

Pemanas Ruangan

Pemanas ruangan, seperti heater atau AC, juga menggunakan radiasi benda hitam untuk memanaskan ruangan. Radiasi benda hitam akan dipancarkan oleh pemanas dan menyebar ke seluruh ruangan.

Lampu Pijar

Lampu pijar juga merupakan contoh radiasi benda hitam dalam kehidupan sehari-hari. Saat listrik mengalir melalui kawat di dalam lampu, kawat tersebut akan memanas dan memancarkan radiasi benda hitam. Radiasi ini akan menyebarkan cahaya ke seluruh ruangan.

Radiasi Matahari

Radiasi matahari juga merupakan bentuk radiasi benda hitam. Matahari memancarkan radiasi elektromagnetik pada berbagai panjang gelombang, dan panjang gelombang terbesar dari radiasi matahari berada pada panjang gelombang yang terlihat oleh mata manusia.

Teknologi Inframerah

Teknologi inframerah juga menggunakan radiasi benda hitam. Misalnya, remote control, yang menggunakan radiasi inframerah untuk mengirimkan sinyal ke perangkat lain, seperti televisi.

Contoh Soal Radiasi Benda Hitam

Berikut ini contoh soal radiasi benda hitam beserta jawabannya 

Sebuah kotak dengan suhu permukaan 200 Kelvin ditempatkan di dalam ruangan dengan suhu sekitar 300 Kelvin. Jika emisivitas permukaan kotak adalah 0,8, hitunglah intensitas radiasi benda hitam yang dipancarkan oleh kotak tersebut.

Diketahui:

T = 200 K (suhu permukaan kotak)

Ts = 300 K (suhu sekitar ruangan)

e = 0,8 (emisivitas permukaan kotak)

Jawab:

$\sigma$ = $5,67 \times 10^{-8} \space W/m^2.K^4$ (Konstanta Stefan - Boltzmann)

$I = e\sigma T^4 = 0,8 \times 5,67 \times 10^{-8} \times (200^4)$

$I = 4,06 \times 10{-4} \space W/m^2$

Jadi, intensitas radiasi benda hitam yang dipancarkan oleh kotak tersebut sebesar $I = 4,06 \times 10{-4} \space W/m^2$.

Coba kerjakan berbagai contoh soal lainnya dengan klik banner di bawah ini, yuk! Mulai belajar kapan aja dan dimana aja dengan mudah bareng Pijar Belajar!

Baca juga: Gelombang Elektromagnetik: Pengertian, Sifat, Manfaat, dan Bahayanya

________________________________

Sobat Pijar, itulah pembahasan mengenai radiasi benda hitam dan rumus intensitasnya. Semoga penjelasan di atas dapat membantumu untuk memahami konsep dasar radiasi benda hitam dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari, ya! 

Masih kepo dengan materi Radiasi Benda Hitam ini? Yuk, gunakan Pijar Belajar sekarang juga! Kamu bisa mengakses ratusan bahkan ribuan konten pembelajaran dalam bentuk video, latihan soal, hingga rangkuman yang bisa kamu sesuaikan dengan jenjangmu, lho! Keren ya?

Yuk, unduh aplikasi Pijar Belajar!