Tag

,


Benda Hitam

Apakakah benda hitam itu adalah benda yang warnanya hitam…? Seperti rambut warna hitam, atau mobil warna hitam!, tentunya tidak !., untuk membahas apa itu benda hitam ? marilah kita perhatikan gambar berikut :

Gambar (a) adalah kotak yang dicat putih dan dinding depan kotak dilubangi, ketika kotak penutupnya di tutup, maka lubang pada dinding akan tampak hitam disiang hari seperti pada gamabar (b). Mengapa demikian ?

Ketika kalor radiasi dari cahaya matahari memasuki lubang kotak, kalor radiasi dipantulkan berulang-ulang (beberapa kali oleh dinding kotak dan setelah pemantulan ini hampir dapat dikatakan tidak ada lagi kalor radiasi yang tersisa ( semua kalor radiasi telah diserap di dalam kotak ) seperti pada gambar ( c ). Dengan kata lain, lubang telah berfungsi menyerap semua radiasi kalor yang dating padanya. Akibatnya lubang akan tampak hitam.

Dalam kehidupan sehari-hari benda hitam dapat dilihat pada lubang udara ventilasi yang terdapat pada dinding rumah. Lubang udara tersebut tampak gelap (hitam) dari kejauhan. Lubang seperti ini pun mendekati criteria benda hitam.

Emisitas diberi lambing (e)adalah koefisien yang disebut emisivitas . Emisivitas adalah ukuran seberapa besar pemancaran radiasi kalor suatu benda dibandingkan dengan benda hitam.

Nilai emisivitas (e) bergantung pada jenis permukaan benda. Pemantul sempurna (penyerap paling jelek nilai e = 0, sedangkan benda hitam sempurna dengan nilai e = 1 adalah benda penyerap sempurna sekaligus pemancar sempurna radiasi kalor. Sedangkan nilai   0 < e < 1, benda yang dapat menyerap dan pemancarkan radiasi hanya sebagian saja.

Radiasi Kalor

Perhatikan gambar berikut !

Nyalakan lampu pijar 5 watt dan 40 watt selama selang waktu 15 menit. Dekatkan tanganmu (jangan samapai menyentuh)  ke lampu 5 watt kemudian ke lampu 40 watt. Rasakan panas akibat radiasi kalor yang dihasilkan kedua lampu. Manakah energi radiasi yang kalornya lebih besar: lampu  5 watt atau 40 watt ?  Perkirakan, manakah yang suhunya lebih tinggi, lampu 5 watt ataukah 40 watt Adakah hubungan antara energi kalor yang dipancarkan lampu dengan suhunya.?

Hasil percobaan menunjukkan bahwa setiap benda pada setiap suhu memancarkan radiasi kalor. Makin tinggi suhu benda makin besar energi kalor yang dipancarkan.Lampu 40 watt memiliki suhu lebih tinggi dari pada lampu 5 watt, sehingga lampu 40 watt terasa lebih panas ketika didekati karena lampu itu memancarkan energi kalor yang lebih besar darai pada lampu 5 watt.

Berapa besar energi kalor yang diradiasikan oleh permukaan benda ? Pada tahun 1879 Joseph Stefan melakukan pengukuran daya total yang dipancarkan oleh benda hitam. Dia menyatakan bahwa energi radiasi tiap detik itu sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Lima tahun kemudian , Ludwig Boltzman menurunkan rumus yang sama. Persamaan yang didapat dari hubungan ini dikenal sebagai Hukum Stefan Boltzman, yang berbunyi : energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan luas permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan (T4). Secara matematika ditulis :

Tetapan s (dibaca sigma) dikenal dengan sebagai tetapan Stefan-Boltman dalam satuan SI mempunyai nilai:

Tidak semua benda dapat dianggap benda hitam. Oleh karena itu, diperlukan modifikasi pada pada persamaan, sehingga dapat digunakan pada setiap benda. Jadi persamaan Stefan-Bolzman untuk setiap bebda dapat ditulis :

P= Daya radiasi/energi kalor tiap sekon (W/m2)

Q= kalor/panas yang diradiasikan (kalori)

1 Kal = 4,2 Joule

e= emisitas, nilai e®   0 ≤e≤ 1

s = 5,67 x 10-8 Wm-2K-4

A = luas permukaan benda (m2)

T4 = Suhu Mutlak (K-4)

W = Energi radiasi kalor (joule)

t= waktu selama benda meradiasai (sekon)

Contoh Soal :

1. Sebuah pelatr baja tipis berbentuk persegi dengan panjang sisi 10 cm, dipanaskan dalam suatu tungku sehingga suhunya mencapai 727o Tentukan energi radiasi kalor setiap sekon.

Penyelesaian :

Dikertahui : A= Luas permukaan atas dan bawah = 2(10 cm)2 = 0,02 m2, e = 1

T= 727 +273 = 1000 K

Ditanyakan : W:…?

Jawab

2. Energi listrik menjadi energi kalor

Kawat spiral lampu pijar luas permukaan 50 mm2, suhunya 1127o, 60 5 dari energi listrik  yang dihantarkan pada lampu diradiasikan dalam bentuk kalor, dan kawat pijar bersifat seperti benda hitam. Berapa ampere arus yang mengalir dalam lampu yang dihubungkan dengan stop kontak (bertegangan 220 Volt) , agar lampu tersebut dapat berfungsi ?

Penyelesaian Soal

Diketahui : A= 50 mm2 = 50 x 10-6 m2, T (1127+273) = 1400 K, e = 1

60% daya listrik menjadi radiasi kalor

Ditanyakan : i.   ?

Jawab :

P = e. s A T4= 1 x 5,67 x 10-8 x  50 x 10-6 x (1400)4 = 10,89 Watt

P listrik = 10,89/60%= 10,89/0,60 = 18,15 W

P listrik = V.i = 200 x i= 10,15 ® i = 18,15/220 = 0,0825 A

About these ads