Contoh Soal Radiasi Benda Hitam dan Pembahasannya

Contoh Soal Radiasi Benda Hitam dan Pembahasannya


1. Sebuah benda berbentuk bola berjari-jari 0,5 meter dengan nilai emisivitas 0,8 temperatur 600 K. Diketahui besar konstanta Stefan-Boltzmann . Tentukan :

a. Besar daya radiasi yang dipancarkan benda adalah;
b. Energi yang dipancarkan benda selama 1 menit !

Jawab 

a. Menentukan besar daya yang dipancarkan benda

Besar daya radiasi termal yang dipancarkan oleh benda yang bertemperatur adalah

Besar daya radiasi yang dipancarkan benda pada soal ini adalah

b. Menentukan besar energi yang dipancarkan benda selama 1 menit

Besar energi adalah daya dikalikan waktu, jadi kita bisa mengambil hasil perhitungan bagian a pada soal ini dikalikan waktu untuk menghitung besar energi yang dipancarkan

E = Pt

Waktu pancaran 1 menit harus dirubah dulu menjadi satuan detik

E = 184,68 ✖ 60

E = 11081 Joule

Besar energi yang diapancarakan selama satu menit adalah

E = 11,081 KJoule

2. Sebuah benda bertemperatur 300 K memancarkan radiasi panas sebesar R. Besar radiasi panas yang dipancarkan ketika temperatur benda menjadi 400 K adalah ?

Jawab

Bandingkanlah daya radiasi pada saat temperartur kedua 400 K dan temperatur pertama 300 K seperti tertulis pada persamaan di bawah ini

Besar daya radiasi yang dipancarkan saat temperatur 400 K adalah

3. Sebuah benda memancarkan sinar berwarna kuning ketika dipanaskan pada temperatur tertentu. Panjang gelombang cahaya berwarna kuning adalah 500 nm. Maka dapat dihiutng besar temperatur benda tersebut adalah ?

Jawab

Untuk menjawab soal ini kita bisa gunakan konsep pergeseran wien pada radiasi benda hitam

Rumus pergeseran wien adalah

Dengan C adalah besar konstanta wien bisa didekati nilainya menjadi

Perhitunganya bisa dilanjutkan menjadi

Maka bisa dihitung temperatur benda panas ketika memancarkan sinar berwarna kuning adalah

4. Sebuah benda pada saat suhu tertentu memancarkan warna merah dengan panjang gelombang warna merah 600 nm, kemudian suhu dinaikan, pancaran sinar dari benda menjadi warna kuning dengan panjang gelombang warna kuning 500 nm. Perbandingan besar temperatur saat benda berwarna kuning dan pada saat benda berwarna merah adalah ?

Jawab

Untuk menjawab soal ini kita bisa gunakan konsep pergeseran wien pada radiasi benda hitam

Kita buat perbandingan persamaan pergeseran Wien saat temperatur benda berwarna merah dan saat temperatur benda berwarna kuning

Besar perbandingan temperatur benda saat benda memancarkan warna kuning dan saat benda memancarkan warna merah adalah

5. Sebuah benda memancarkan radiasi panas dengan daya 66000 watt berwarna biru berpanjang gelombang 450 nm. Tentukan :

a. Jumlah foton yang dipancarkan setiap detik;
b. Besar energi yang dimiliki oleh setiap foton;
c. Besar frekuensi foton !

Jawab

a. Menentukan jumlah foton yang dipancarkan setiap detik

Kita gunakan rumus energi foton adalah konstanta Planck dikalikan dengan besar frekuensi foton

Kita ganti energi E dengan besar daya P dikali waktu t, kemudian kita ganti besar frekuensi dengan kecepatan cahaya dibagi panjang gelombang, kemudian kita tambahkan n yang menunjukan banyaknya foton yang terpancar dalam satu detik, karena E = hf adalah energi yang dimiliki oleh satu foton untuk energi total E = n hf.

Banyaknya foton yang terpancar setiap detik adalah

b. Menentukan besar energi yang dimiliki oleh setiap foton

Besar energi yang dimili oleh setiap foton yang terhambur adalah

c. Menentukan besar frekuensi foton

Besar energi foton adalah