Laporan Praktikum Radiasi Benda Hitam

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Teori mengenai fisika kuantum dimulai dengan fenomena radiasi benda hitam. Apabila suatu benda dipanaskan maka akan tampak mengeluarkan radiasi. Radiasi merupakan perpindahan kalor melalui fenomena gelombang elektromagnetik(GEM). Fenomena itu sendiri telah di gunakan dalam berbagai proses. Dalam keadaan kesetimbangan, maka cahaya yang di pancarkan akan tersebar dalam sebuah spectrum frekuensi atau panjang gelombang dan daya yang terpancar yaitu energi emisi pada panjang gelombang persatuan luas persatuan waktu. Radiasi erat hubungannya dengan daya serap dan daya pancar gelombang radiasi yang disebut emissivitas. Rumusan mengenai emisivitas itu sendiri di jelaskan oleh Steffan Boltzmann. Sehingga perlu di lakukan percobaan ini guna membuktikan hukum Steffan Boltzmann mengenai radiasi benda hitam.

1.2 Rumusan Masalah Dari data diatas dapat dibuat rumusan masalah sebagai berikut 1. Bagaimana hubungan antara daya dengan suhu pangkat empat ? 2. Bagaimana hubungan antara energy dengan suhu pangkat empat? 1.3 Tujuan Praktikum ini bertujuan untuk : 1. Mengetahui hubungan antara daya dengan suhu pangkat empat 2. Mengetahui hubungan antara energy dengan suhu pangkat empat 1.4 Manfaat Dengan dilakukannya penelitian ini, maka diharapakan akan diperoleh manfaat mengajarkan kepada praktikan sikap-sikap ilmiah yang ditunjukkan oleh ilmuwan-ilmuwan terdahulu dalam melakukan eksperimen, sehingga bisa menjadi teladan dan mampu diaplikasikan dalam proses penyelidikan ini BAB II

KAJIAN PUSTAKA 2.1 Deskripsi Teoritis 2.1.1 Pengertian radiasi benda hitam Benda hitam didefinisikan sebagai sebuah benda yang menyerap semua radiasi yang datang padanya. Dengan kata lain, tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam. Jadi, benda hitam mempunyai harga absorptansi dan emisivitas yang besarnya sama dengan satu. Seperti yang telah kalian ketahui, bahwa emisivitas (daya pancar) merupakan arakteristik suatu materi, yang menunjukkan perbandingan daya yang dipancarkan per satuan luas oleh suatu permukaan terhadap daya yang dipancarkan benda hitam pada temperatur yang sama. Sementara itu, absorptansi (daya serap) merupakan perbandingan fluks pancaran atau fluks cahaya yang diserap oleh suatu benda terhadap fluks yang tiba pada benda itu. Benda hitam ideal digambarkan oleh suatu rongga hitam dengan lubang kecil. Sekali suatu cahaya memasuki rongga itu melalui lubang tersebut, berkas itu akan dipantulkan berkali-kali di dalam rongga tanpa sempat keluar lagi dari lubang tadi. Setiap kali dipantulkan, sinar akan diserap dindingdinding berwarna hitam. Benda hitam akan menyerap cahaya sekitarnya jika suhunya lebih rendah daripada suhu sekitarnya dan akan memancarkan cahaya ke sekitarnya jika suhunya lebih tinggi daripada suhu sekitarnya. Hal ini ditunjukkan pada gambar dibawah. Benda hitam yang dipanasi sampai suhu yang cukup tinggi akan tampak membara.

Radiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam. Radiasi ini menjangkau seluruh daerah panjang gelombang. Distribusi energi pada daerah panjang gelombang ini memiliki ciri khusus, yaitu suatu nilai maksimum pada panjang

gelombang tertentu. Letak nilai maksimum tergantung pada temperatur, yang akan bergeser ke arah panjang gelombang pendek seiring dengan meningkatnya temperatur. Pada tahun 1879 seorang ahli fisika dari Austria, Josef Stefan melakukan eksperimen untuk mengetahui karakter universal dari radiasi benda hitam. Ia menemukan bahwa daya total per satuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh suatu benda hitam panas (intensitas total) adalah sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Sehingga dapat dirumuskan: I total = σ . T4 I =intensitas radiasi pada permukaan benda hitam pada semua frekuensi T= suhu mutlak benda, σ= tetapan Stefan-Boltzman, yang bernilai 5,67 × 10-8 Wm-2K-4. Untuk kasus benda panas yang bukan benda hitam, akan memenuhi hukum yang sama, hanya diberi tambahan koefisien emisivitas yang lebih kecil daripada 1 sehingga: I total = e.σ.T4 Intensitas merupakan daya per satuan luas, maka persamaan dapat ditulis sebagai: P/A = = e. σ. T4 P = daya radiasi (W) A = luas permukaan benda (m2) e = koefisien emisivitas T = suhu mutlak (K) Beberapa tahun kemudian, berdasarkan teori gelombang elektromagnetik cahaya, Ludwig Boltzmann (1844 - 1906) secara teoritis menurunkan hukum yang diungkapkan oleh Joseph Stefan (1853 - 1893) dari gabungan termodinamika dan persamaan-persamaan Maxwell. Oleh karena itu, persamaan I total = e.σ.T4 dikenal juga sebagai Hukum Stefan- Boltzmann, yang berbunyi: “Jumlah energi yang dipancarkan per satuan permukaan sebuah benda hitam dalam satuan waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur termodinamikanya”.

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Penelitian Eeksperimen

Penelitian ini berbasis 3.2 Iinstrument Penelitian 3.2.1 Alat dan Bahan 3.2.1.1Alat Thermometer kayu triplek Pisau Penggaris Pensil Kuas 3.2.1.2 Bahan Lem kayu Cat warna putih dan hitam Plastisin

3.3 Langkah Kerja 1.siapkan alat (kotak yang berbentuk kubus yang telah dilubangi bagian tengah dan samping) dan bahan 2.cari tempat yang memiliki pancaran sinar matahari yang kuat 3.arahkan lubang pada kubus tepat menghadap matahari 4.lihat suhu yang ditunjukkan pada thermometer setelah 900 sekon kurangi dengan suhu awal dan catat sebagai T1 5.selanjutnya,ulangi sampai 1800,2700,3600 hingga 4500 sekon

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Data hasil pengamatan t

T

900 1800 2700 3600 4500

3 4 5 5,5 6

Data hasil penghitungan No

e

A

σ

T

T

T4

P

W

1

1

0.24

5,67x108

900

276

580278297 6

7.8x10

7.11x104

2

1

0.24

5,67x108

1800

277

8.01x10

1.44x105

588733944 1 3

1

0.24

5,67x108

2700

2.19x105

278 597281665 6

4

1

5

1

0.24

0.24

5,67x108

5,67x108

3600

4500

278.5

279

601590262 5 605922128 1

1. Hubungan antara Daya dengan Suhu Pangkat Empat

8.13x10 8.19x10

2.95x105

8.25x10

3.71x105

Grafik Hubungan Daya dengan Suhu 85 R² = 1

Daya (watt)

80

75 5750000000

6000000000

6250000000

Suhu (K4)

`

Berdasarkan data dari tabel pengamatan di atas, didapatkan nilai daya dari rumus : P = e

 A T4. Pada waktu 15 menit didapatkan suhu sebesar 276 dan daya sebesar 1,03.10 2. Hingga waktu 30 menit suhunya mengalami kenaikan sebesar 277 dan daya sebesar 1,24.10 2. Dan pada waktu 75 menit suhunya menjadi 279. Hal ini sesuai dengan hukum Stefan- Boltzmann yang berbunyi “ Bahwa P dengan T4 berbanding lurus”. Berdasarkan data dari grafik diatas suhunya mengalami kenaikan dari waktu 15 menit hingga 75 menit, dan pada waktu +75 menit suhunya tetap karena suhunya mengalami tumpang tindih. Tumpang tidihnya diakibatkan karena nilai dayanya sama. Daya yang sama menunjukkan bahwa benda hitam sudah dalam keadaan saturasi (dalam keadaan jenuh). Oleh karena itu, walaupun kotak tetap diberikan radiasi nilai energi kalor yang diserap tetap.

1. Hubungan antara Energi dan Suhu Pangkat Empat

Grafik Hubungan Energi dengan Suhu 4.00E+05 3.00E+05

Energi (Joule)

R² = 0.97

2.00E+05 1.00E+05 0.00E+00 5750000000

6000000000

6250000000

Suhu (K4)

Berdasarkan data dari tabel pengamatan di atas, didapatkan nilai energy dari rumus : w = e  A T4 t. Pada waktu 15 menit didapatkan suhu sebesar 276 dan energy sebesar 7.11x104waktu 30 menit suhunya mengalami kenaikan sebesar 277 dan energy sebesar 1.44x105. Dan pada waktu 75 menit suhunya menjadi 279 dan energinya menjadi 3.71x105. Hal ini sesuai dengan hokum Stefan- Boltzmann yang berbunyi “ Bahwa P dengan T4 berbanding lurus”. Berdasarkan data dari grafik diatas suhunya mengalami kenaikan dari waktu 15 menit hingga 75 menit, dan pada waktu +75 menit suhunya tetap karena suhunya mengalami tumpang tindih. Tumpang tidihnya diakibatkan karena nilai energy sama. Energy yang sama menunjukkan bahwa benda hitam sudah dalam keadaan saturasi (dalam keadaan jenuh). Oleh karena itu, walaupun kotak tetap diberikan radiasi nilai energi kalor yang diserap tetap.

Kesimpulan Jadi kesimpulan dari eksperimen ini adalah 1.daya dengan suhu berbanding lurus 2. energy (w) dengan suhu pangkat empat (T4)

Daftar Pustaka

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.