Materi Fisika – Fisika Kuantum, Radiasi Benda Hitam

Teori kuantum adalah teori fisika modern yang menjelaskan segala sesuatu yang tidak dapat dijelaskan oleh teori fisika klasik. Pengantar teori kuantum antara lain radiasi benda hitam dan dualisme gelombang-partikel.

RADIASI BENDA HITAM
Setiap benda akan memancarkan energi berupa gelombang elektromagnetik (cahaya tampak) dalam bentuk radiasi kalor.
Benda hitam adalah benda yang menyerap sekaligus memancarkan radiasi kalor secara sempurna.
Radiasi dipancarkan oleh seluruh benda yang memiliki suhu, dan dipengaruhi oleh warna permukaan.
Warna permukaan mempengaruhi nilai emisivitas benda (e):
1) Nilai emisivitas benda berkisar 0 ≤ e ≤ 1.
2) Warna hitam memiliki nilai e = 1,
3) Warna putih memiliki nilai e = 0.

Intensitas radiasi (I) adalah daya radiasi yang dipancarkan benda tiap satuan luas permukaan benda, dapat dirumuskan:

$I\quad =\quad \frac { P }{ A } \\ \\ I\quad =\quad e\sigma { T }^{ 4 }$
I = intensitas radiasi (Watt/m²)
P = daya radiasi (Watt)
A = luas permukaan benda (m2)
e = koefisien emisivitas benda (0 ≤ e ≤ 1)
σ = tetapan Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m².K⁴)
T = suhu mutlak benda (K)

Daya radiasi (P) adalah energi radiasi yang dipancarkan benda tiap satuan waktu, dapat dirumuskan:

$P\quad =\quad e.\sigma .{ T }^{ 4 }.A$
A = luas permukaan (m²)

Energi radiasi (W) adalah energi kalor berupa gelombang elektromagnetik spektrum cahaya tampak yang dipancarkan benda, dapat dirumuskan:

$W\quad =\quad e.\sigma .{ T }^{ 4 }.A.t$
t = waktu (s)

Hukum pergeseran Wien (Wien Displacement Law) menjelaskan tentang hubungan intensitas dengan frekuensi atau panjang gelombang.

Jika suhu makin tinggi, maka pada intensitas radiasi maksimum, panjang gelombang (λm) atau frekuensi gelombang (fm) akan bergeser.

dapat dirumuskan:

${ \lambda }_{ m }.T\quad =\quad C$

λm = panjang gelombang pada intensitas radiasi maksimum (m)
T = suhu mutlak benda (K)
C = tetapan Wien (2,898 x 10^-3 m.T)