STEFFAN BOLTZMAN

Setiap benda memancarkan radiasi panas, tetapi umumnya benda yang terlihat oleh kita karena benda itu memantulkan cahaya yang datang padanya, bukan karena ia memancarkan radiasi panas.Benda baru terlihat karena meradiasikan panas, jika suhunya melebihi 1000K pada suhu ini benda mulai berpijar merah seperti kumparan pemanas sebuah kompor listrik. Pada suhu diatas 2000K benda berpijar kuning atau keputih-putihan seperti besi berpijar putih dari filamen lampu pijar. Begitu suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relatif dari spektrum cahaya yang dipancarkannya berubah, hal ini menyebabkan pergeseran dalam warna-warna spektrum yang diamati.

Secara umum bentuk terinci dari spektrum radiasi panas yang dipancarkan oleh suatu benda panas tergantung pada komposisi benda itu . Hasil eksperimen menunjukkan bahwa benda hitam adalah suatu benda yang permukaanya sedemikian sehingga menyerap semua radiasi yang datang padanya ( tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam ). Semua benda hitam pada suhu yang sama memancarkan radiasi dengan spektrum yang sama karena tidak ada benda yang hitam sempurna sebab kita hanya dapat menbuat benda yang mendekati benda hitam.

Benda hitam panas (kalor) dari matahari sampai kebumi melalui gelombang elektromagnetik. Perpindahan ini disebut radiasi, yang dapat berlangsung di dalam ruang hampa. Radiasi yang dipancarkan oleh suatu benda sebagai akibat suhunya disebut radiasi panas.  Setiap benda secara kontinu memancarkan radiasi panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Sebagian dari radiasi panas ini ada dalam daerah cahaya tampak, tetapi umumnya benda terlihat oleh kita karena benda ini memantulkan cahaya yang datang padanya bukan karena ia memancarkan radiasi panas. Benda baru terlihat karena meradiasikan panas jika suhunya melebihi 1000K, pada suhu ini benda mulai berpijar merah seperti kumparan pemanas sebuah kompor listrik. Begitu suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relatif dari spectrum cahaya yang dipancarkan berubah. Hal ini menyebabkan pergeseran dalam warna-warna spektrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk menaksir suhu suatu benda. Secara umum bentuk terinci dari spectrum radiasi panas yang dipancarkan oleh suatu benda panas bergantung pada komposisi benda itu. Meskipun demikian ada satu kelas benda panas yang memencarkan spektra panas dengan kalor yang universal. Benda ini disebut dengan benda hitam (black body). Benda hitam adalah benda hitam adalah suatu benda yang permukaanya sedemikian sehingga menyerap semua radiasi yang datang padanya ( tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam ).

( www.steffan.boltzman.com )

Bahwa semua benda yang memiliki suhu diatas 0 Kelvin akan meradiasikan gelombang elektromagnetik. Hukum Steffan Boltzmann tentang radiasi sebuah benda menyatakan bahwa rapat fluks energi (energy radiasi benda per satuan luas per satuan waktu atau E/luas waktu) dari sebuah benda adalah sebanding dengan pangkat 4 suhu mutlak benda. Dinyatakan dengan rumus adalah Ф = e σ T⁴

Keterangan : e adalah emisivitas bahan, σ adalah konstanta Steffan Boltzmann dan T adalah suhu dalam Kelvin. Sebuah benda yang emisivitasnya sempurna dan absorbsivitasnya juga sempurna, maka disebutlah benda hitam.

(Tim Fisika Modern 2011)

Pergeseran Wien

Jika suatu benda dipanaskan maka benda akan memancarkan radiasi kalor, pada suhu rendah radiasi gelombang elektromagnet yang dipancarkan intensitasnya rendah, pada suhu yang lebih tinggi dipancarkan sinar inframerah walaupun tidak terlihat tetapi dapat kita rasakan panasnya, pada suhu lebih tingi lagi benda mulai berpijar merah (T 1000⁰ C ), dan berwarna kuning keputih-putihan pada suhu T 2000⁰ C. Dalam hal ini jika suhu benda dinaikkan puncak intensitas dari spektrum cahaya yang dipancarkan mempunyai satu nilai maksimum pada panjang gelombangyang dinamakan  λ_maks, dan  panjang gelombang maksimum itu bergeser ke daerah yang frekwensinya lebih tinggi 

Hubungan panjang gelombang λ_maks dan suhu benda T oleh Wien dinyatakan dengan persamaan

l_maks = C / T

𝝺_maks  T  = C

T = suhu mutlak benda hitam

C =tetapan pergeseran Wien = 2,90 x 10^-3 m K

       Intensitas Radiasi Benda Hitam

Ketika benda berongga dipanaskan , elektron - elektron dan molekul pada dinding berongga akan mendapatkan tambahan energi sehingga bergerak dipercepat, menurut Teori Maxwell muatan-muatan yang dipercepat akan memancarkan radiasi gelombang elektromagnetik. Teori klasik dapat menerangkan asal dari radiasi kalor, tetapitidak dapat menerangkan spektrum radiasi benda hitam, Dua buah grafik berdasarkan teori kalsik yang menyatakan hubungan antaraintensitas radiasi kalor dan panjang gelombang diuslkan oleh formulasi Wien dan formulasi Raleigh-Jeans tidak sesuai dengan data percobaan . lihat grafik dibawah

Grafik menunjukkan perbandingan antara teori Wien, Rayleigh- Jeans, dan Planck yang sesuai data percobaan Tampak bahwa grafik Wien dan Rayleigh- Jeans tidak sesuai dengan data percobaan. Teori Wien untuk spektrum radiasi benda hitam yang mempunyai panjang gelombang yang pendek dan menyimpang pada panjang gelombang panjang. Teori Rayleigh- Jeans sesuai untuk spektrum radiasi benda hitam yang mempunyai panjang gelombang yang panjang dan menyimpang pada panjang gelombang pendek.

eleigh-Jea

Wien

Teori Planck

Max Planck Pada tahun 1900 menemukan formulasi untuk menerangkan grafik spektrum radiasi benda hitam benatuk kurva I terhadap fungsi panjang gelombang λ adalah

       h = tetapan Planck = 6,63 x 10^-34 Js

Hasil formulasi Planck sangat sesuai dengan data hasil percobaan dengan membuat suatu anggapan baru mengenai sifat dasar dari getaran molekul dalam dinding dinding rongga benda hitam  yaitu :

1. Getaran molekul yag memancarkan radiasi hanya dapat memilki satuan diskret dari energi E_n yang dinyatalan            E_n = n h f

n = bilangan kuantum ( 1,2,3 dst )

f = frekwensi

Energi dari molekul-molekul  terkuantisasi dan keadaan energi yang diperbolehkan dinamakan tingkat energi. 

2. Molekul-molekul memancarkan dan menyerap energi dalam satun diskret dari energi cahaya dan disebut kuantum atau foton. Jika molekul melompat dari tingkat energi rendah ke tinggi maka akan mnyerap energi dan sebaliknya jika molekul berpindah dari energi tinggi ke rendah akan dipancarkan energi, untuk perpindahan satu satuan energi yang dipancarkan atau diserap sama dengan hf.                                                                                                                                                                               (www.finoq3a.blogspot.com.2009)