1. BAB I
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Telah diektahui bahwa perpindahan kalor ( panas ) dari Matahari ke Bumi melalui
gelombang elektromagnetik terjadi secara radiasi ( pancaran ). Dalam Materi ini akan
dijelaskan intensitas radiasi benda hitam yang melibatkan : Stefan dan Boltzmann,
Wilhelm Wien, Rayleigh dan Jeans, dan Max Planck.
Pertanda pertama yang menunjukkan bahwa gambaran gelombang klasik tentang
radiasi electromagnet ( yang berhasil baik menerangkan perobaan Young dan Hertz
pada abad ke Sembilan belas dan yang dapat dianalisis secara tepat dengan persamaan
Maxwell ) tidak seluruhnya benar, tersimpulkan dari kegagalan teori gelombang untuk
menerangkan spectrum radiasi termal yang diamati jenis radiasi electromagnet yang
dipancarkan berbagai benda semata-mata karena suhunya. Teori gelombang juga
ternyata aggal menerangkan hasil percobaan lain yang segera menyusul, seperti
percobaan yang memepelajari pemancaran electron dari eprmukaan logam yang
disinari cahaya ( efek fotolistrik ), dan ahmburan cahaya oleh electron-elektron ( efek
Compton ).
2. Rumusan Masalah
Apakah yang dimaksud dengan Radiasi Benda Hitam ?
Bagaimana penjelasan Hukum Stefan-Boltzmann mengenai Radiasi Benda Hitam
Bagaimana penjelasan Hukum Pergeseran Wien mengenai Radiasi Benda Hitam ?
Bagaimana penjelasan Hukum Rayleigh-Jeans dan Teori Planck mengenai Radiasi
Benda Hitam ?
Apakah yang dimaksud Efek Fotolistrik dan Efek Compton?
Bagaimana Sifat Gelombang dalam Partikel dan Contoh Penerapan Radiasi Benda
Hitam?
1

2. 3. Tujuan
1. Mendeskripsikan Radiasi Benda Hitam.
2. Menjelaskan Hukum Stefan-Boltzmann mengenai Radiasi Benda Hitam.
3. Menjelaskan Hukum Pergeseran Wien mengenai Radiasi Benda Hitam.
4. Menjelaskan Hukum Rayleigh-Jeans dan Teori Planck mengenai Radiasi Benda
Hitam.
5. Menjelaskan Efek Fotolistrik dan Efek Compton.
6. Menjelaskan Sifat Gelombang dalam Partikel dan Contoh Penerapan Radiasi Benda
Hitam
2

3. BAB II
PEMBAHASAN
RADIASI BENDA HITAM
1. Pengertian Radiasi Benda Hitam
 Pengertian Radiasi
Radiasi adalah perpindahan panas oleh benda secara langsung dalam
bentuk gelombang elektromagnetik.
 Pengertian Benda Hitam
Benda hitam sempurna adalah benda yang dapat menyerap semua radiasi
yang diterimanya. Nilai emisivitasnya: e = 1. Penyerap radiasi yang baik
juga merupakan pemancar radiasi yang baik pula.
Radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam sempurna disebut radiasi
benda hitam
2. Intensitas Radiasi
J. Stefan dan L. Boltzmann menemukan bahwa laju radiasi sebuah benda
berbanding lurus dengan:
(1) luas permukaan benda
(2)
suhu mutlak benda pangkat empat
Secara matematis, dapat ditulis:
P=
W
= e AT 4
t
dimana :
P = daya/laju radiasi (Watt)
W = energi radiasi (Joule)
t = waktu (s)
e = emisivitas benda  nilainya di antara 0 dan 1
= konstanta Stefan-Boltmann (5,67 x 10– 8 W/m2K4 )
A = luas permukaan benda (m2)
T = suhu mutlak (K)
3

4. 3. Teori Pergeseran Wien
Grafik Spektrum radiasi benda hitam
Jika suatu benda dipanaskan, benda itu akan memancarkan radiasi kalor. Pada
benda bersuhu lebih tinggi dari 1000 K benda mulai berpijar merah contohnya
pada kompor listrik dimana kumparannya atau tungkuhnya Nampak kemerahan.
Jika suhu bertambah diatas suhu 2000 K cahaya benda Nampak kuning sampai
ke putih contohnya warna cahaya dipancarkan dari filament lampu bolam seperti
gambar grafik diatas.
Menurut Hukum Pergeseran Wien :
Panjang gelombang untuk intensitas maksimum ( m ) berkurang dengan
meningkatnya suhu dengan persamaan :
mT = b
Dimana:
= panjang gelombang ketika intensitas radiasi maksimum (m)
T = suhu mutlak benda (K)
b = tetapan Wien (2,898 x 10 –3 m.K)
m
4. Teori Planck
Sebelum membahas teori Planck sebelumnya telah ada teori Spektrum radiasi
benda hitam yaitu teori Rayleigh-Jeans, Ketika suhu benda dinaikkan, elektronelektron ini mendapat energi kinetik untuk bergetar. Dengan bergetar berarti
kecepatannya berubah-ubah. Dengan kata lain ada percepatan. Muatan-muatan
4

5. yang mengalami percepatan akan memancarkan radiasi gelombang
elektromagnetik. Dimana model miliknya cocok untuk menerangkan spectrum
radiasi benda hitam dengan panjang gelombang yang besar namun gagal untuk
gelombang yang kecil.
Model Planck mempunyai kesamaan dengan model Rayleigh-Jeans, yaitu radiasi benda
hitam dihasilkan dari muatan-muatan yang bergetar
sehingga mengalami percepatan. Namun ia menambahkan bahwa:
1.
muatan-muatan yang bergetar akan memancarkan energinya berupa paketpaket energy kecil dan terputus-putus yang disebut kuantum ( sekarang dikenal
sebagai foton )
E = hf
dimana :
2.
h = konstanta Planck = 6,6 x 10–34 Js
f = frekuensi (Hz)
Pancaran energy radiasi yang dihasilkan oleh getaran oleh molekul-molekul
benda, dinyatakan dengan :
E = nhf
dimana : n = bilangan bulat
5

6. Jika suatu atom menyerap 1 kuanta (1 foton) maka energinya naik sebesar hf. Jika
melepas 1 kuanta (1 foton) maka energinya turun sebesar hf.
6

7. 5. Efek Fotolistrik
Efek Fotolistrik adalah peristiwa terpancarnya electron dari logam, saat permukaan
logam tersebut disinari cahaya. Laju pancaran electron diukur sebagai arus listrik
pada rangkaian luar menggunakan ammeter sedangkan energy kinetiknya
ditentukan dengan menghubungkan potensial penghambat pada anoda sehingga
electron tidak mempunyai energy yang cukup melawan potensial yang terpasang.
Tegangan penghambat terus diperbesar, sehingga pembacaan arus pada ammeter
terus menurun ke nol, hal ini disebut dengan stopping potensial/ potensial henti.
Sehingga untuk menentukan energy maksimal ( EKm ) yaitu :
m
Dimana:
EKm= energy kinetic electron foton ( J atau eV )
m = massa electron ( Kg )
v = kecepatan electron ( m/s)
e = muatan electron ( C )
Vo= potensial henti ( volt )
Untuk mengeluarkan sebuah electron dari permukaan, kita harus memasok energy
sekurang-kurangnya sebesar W ( fungsi kerja atau energy ambang ). Jika f < W
electron akan terpental keluar, dan kelebihan energy yang dipasok berubah
menjadi energy kinetic. Sehingga dapat dinyatakan dalam persamaan
Dimana :
Ek = energy kinetic maksimum electron foton
7
fo = frekuensi ambang

8. h = konstanta Planck
f = frekuensi foton
6. Efek Compton
Efek Compton merupakan gejala hamburan dari penembakan suatu materi
dengan sinar-X. Efek ini ditemukan oleh Arthur Holly Compton pada tahun 1923.
Jika sejumlah elektron yang dipancarkan ditembak dengan sinar-X, maka sinar-X
ini akan terhambur. Hamburan sinar-X ini memiliki frekuensi yang lebih kecil
daripada frekuensi semula.
Hubungan antara panjang gelombang antara sinar datang dan sinar hambur
dinyatakan sebagai :
Dimana :
1
= panjang gelombang berkas sinar datang
2
= panjang gelombang berkas sinar hambur
panjang gelombang Compton
8

9. 7. Sifat Gelombang dalam Partikel
Menurut Louise de Broglie, partikel dapat bersifat seperti gelombang dengan
panjang gelombang:
h
h
= =
p mv
dimana : h = 6,6 x 10–34 Js
p = momentum partikel (kg m/s)
m = massa partikel (kg)
v = kecepatan partikel (m/s)
Contoh Penerapan Radiasi Benda Hitam
1. Pakaian
Baju berwarna hitam akan terasa panas jika dipakai pada siang hari karena
merupakan penyerap kalor yang baik sedangkan pada malam hari akan terasa
sejuk karena juga merupakan pemancar kalor yang baik. Sebaliknya, Baju
berwarna putih akan terasa sejuk dipakai pada siang hari dan terasa panas jika
dipakai pada malam hari karena merupakan penyerap dan pemancar kalor yang
buruk
9

10. 2. Panel Surya
Panel surya adalah suatu perangkat yang digunakan untuk menyerap radiasi
dari matahari. Panel surya terdiri dari wadah logam berongga yang di cat
hitam dengan panel depan terbuat dari kaca. Kalor radiasi dari matahari
diserap oleh permukaan hitam dan dihantarkan secara konduksi melalui
logam. Bagian dalam panel dijaga tetap hangat oleh efek rumah kaca,
kemudian sirkulasi air melalui wadah logam akan membawa kalor menjauh
untuk dimanfaatkan pada sistem pamanas air domestik dan untuk memanasi
kolam renang.
10

11. BAB III
KESIMPULAN
Benda hitam adalah suatu benda yang permukaannya sedemikian sehingga menyerap
semua radiasi yang datang padanya. Radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam
sempurna disebut radiasi benda hitam.
Teori / Hukum / Efekl yang bersangkutan dengan Radiasi Benda Hitam, anatara lain
:
1. Hukum Stefan-Boltzmann
2. Hukum Pergeseran Wien
3. Teori Planck
4. Hukum Rayleigh-Jeans
5.
Efek Fotolistrik
6.
Efek Compton
Selain itu ada juga contoh penerapan Radiasi Benda Hitam yang sering kita jumpai
dikehidupan sehari-hari.
11