Rangkuman Materi Radiasi Benda Hitam dan Penerapannya Dalam Kehidupan

Zsmart.id. - Halo semua! Pada artikel kali ini, kita akan membahas secara singkat mengenai materi gejala kuantum terkhusus pada bagian radiasi benda hitam. Artikel ini akan memberikan informasi mengenai apa itu benda hitam, hukum-hukum yang berlaku pada radiasi benda hitam serta contoh penerapan radiasi benda hitam dalam kehidupan sehati-hari.

A. Pengertian Radiasi Benda Hitam (Blackbody Radiation)

Benda hitam merupakan sebuah objek teoritis yang dapat menyerap semua radiasi yang diberikan kepadanya, memantulkannya tetapi tidak dapat mentransmisikannya. Benda hitam juga dapat dikatakan sebagai benda yang dapat melakukan proses emisi radiasi yang sangat sempurna. Benda hitam ini dapat mengemisikan semua rentang panjang gelombang dan fenomena ini disebut sebagai fenomena radiasi benda hitam.

Spektrum energi panas atau termal yang dihasilkan oleh benda hitam ini menunjukkan bahwa intensitas radiasi benda hitam merupakan fungsi dari frekuensi atau panjang gelombang. Lebih lanjnut, terdapat titik di mana panjang gelombang atau frekuensi gelombang akan mencapai intensitas radiasi benda hitam yang paling maksimum. 

Secara umum, grafik radiasi benda hitam sebagai fungsi temperatur dapat dilihat pada gambar berikut: 

B. Hukum-Hukum Pada Radiasi Benda Hitam

Dalam mengungkapkan fenomena ini, para fisikawan melakukan beberapa pendekatan-pendekatan teori mengenai radiasi benda hitam. Pendekatan dilakukan untuk mencari teori yang dapat menjelaskan grafik radiasi yang diperoleh. Untuk menjelaskan hal ini, terdapat beberapa teori yakni:

1) Hukum Radiasi Planck

Secara umum, Planck meninjau fenomena radiasi benda hitam ini dengan memberikan hubungan antara radiasi yang diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang atau frekuensi. Berdasarkan hal ini, pernyataan Planck dapat dituliskan melalui persamaan :

di mana h merupakan konstanta Planck, c adalah kecepatan cahaya dan T adalah temperatur. 

Hasil yang diperoleh oleh Planck ini ternyata memiliki kesesuaian dengan hasil eksperimen. Adapun Planck membangun teori bahwa gelombang-gelombang elektromagnetik di dalam benda hitam merupakan sebuah gelombang berdiri yang berasal dari muatan-muatan yang berosilasi di dinding-dinding benda hitam. Pada kondisi seimbang, frekiensi osilasi dari muatan-muatan yang berosilasi tersebut sebanding dengan frekuensi gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh benda hitam tersebut. 

Sehingga, pada keadaan seimbang, energi muatan yang berosilasi tersebut sebagnding dengan energi yang dihasilkan oleh gelombang elektromagneiik yakni:

di mana n merupakan bilangan bulat, h konstanta Planck (6.62 x 10^-34 Js) dan f adalah frekuensi.

2) Hukum Pergeseran Wien

Seperti yang terlihat pada grafik radiasi benda hitam bahwa terdapat hubungan antara radiasi dengan panjang gelombang sebagai fungsi temperatur. Jika diperhatikan secara seksama, puncak maksimum radiasi akan bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek seiring dengan meningkatnya temperatur. 

Fenonema ini teramati dan dikenal sebagai Hukum Pergeseran Wien yang secara matematis dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan :

di mana C merupakan konstanta Wien (2.897 x 10^-3 mK).

3) Hukum Stefan-Boltzmann

Stefan-Boltzmann menyatakan bahwa total energi radiasi yang diemisikan oleh permukaan benda hitam untuk setiap panjang gelombang nilainya sebanding dengan pangkat empat dari temperatur mutlak benda hitam tersebut. 

Sehingga, besar energi total radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam tersebut dapat dituliskan ke dalam benruk persamaan:

di mana e merupakan nilai emitivitas benda (e = 1 untuk benda hitam sempurna), A adalah luas permukaan benda, T adalah temperatur mutlak dan σ merupakan konstanta Stefan-Boltzmann (σ = 5,67 x 10^-8 W/m²K⁴).

C. Contoh Penerapan Radiasi Benda Hitam

Konsep mengenai radiasi benda hitam dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Bintang-bintang di luar angkasa dapat dikategorikan sebagai benda hitam. Temperatur dari suatu bintang dapat dihitung berdasarkan puncak panjang gelombang radiasinya. 

Sebagai contoh, bintang bertemperatur tinggi yakni 10000K akan mengemisikan radiasi dalam rentang ultraviolet. Jika dibandingkan dengan matahari yang bertemperatur 6000K mengemisikan radiasi dalam rentang cahaya tampak. Semua objek-objek bertemperatur rendah semisal manusia, mengemisikan radiasi dalam rentang infra red. Baik gelombang UV dan infra merah tidak tampat dengan mata biasa sehingga diperlukan teleskop khusus untuk mengidentifikasi radiasi ini.

Demikian informasi singkat mengenai gejala kuantum terkhusus radiasi benda hitam. Semoga bermanfaat!

Share :