Laporan Eksperimen Fisika 1 pengukuran Intensitas Radiasi Benda Hitam Sebagai Fungsi Suhu

Pada kesempatan ini saya akan mempostig mengenai laporan hasil praktikum Eksperimen Fisika I dari mata kuliah Fisika Modern atau Eksperimen I, Silahkan Di dibaca mau di unduh file yang ada di link dibawah.

Grafik Radiasi Benda Hitam

PENGUKURAN INTENSITAS RADIASI BENDA HITAM SEBAGAI FUNGSI SUHU ( HUKUM STEFAN-BOLTZMANN )


Heri Setiawan, Alimuddin Hamzah P., Anuhgraini Jumaru, Nurfadia Adlina, Nur Fitrah H., Yuliastuti

Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA

Universitas Negeri Makassar

Abstrak. Telah dilakukan praktikum berjudul pengukuran intensitaas radiasi benda hitam sebagai fungsi suhu  (Hukum Stefan- Boltzmann), dimana eksperimen ini bertujuan untuk mengukur intensitas radiasi ( relative ) sebuah benda hitam pada rentang suhu 300 0C – 700 0C dengan thermopile moll dan untuk menentukan hubungan Antara intensitas radiasi dengan suhu mutlak ( hokum Stefan- Boltzmann). Eksperimen ini dilakukan pada sebuah oven listrik yang dilengkapi dengan asesori benda hitam akan berfungsi sebagai ‘benda hitam ideal’. Sensor suhu menggunakan termokopel NiCr-Ni yang dihubungkan dengan data logger CASSY ke komputer. Radiasi termal diukur dengan menggunakan termopile Moll yang dihubungkan ke CASSY pada kotak mV. Berdasarkan eksperimen yang dilakukan diperoleh pangkat T sebesar 5,0872 yang masih jauh dari nilai secara teori sebesar 4, sedangkan konstanta  pendinginan Newton yang diperoleh sebesar -0,00009 s-1. Eksperimen ini membuktikan hukum Stefan-Boltzmann dimana intensitas radiasi berbanding lurus dengan kenaikan suhu mutlak.



KATA KUNCI: intensitas radiasi benda hitam, pangkat suhu mutlak, konstanta pendinginan, hukum Stefan Boltzman.



PENDAHULUAN



Setiap benda secara kontinu memancarkan radiasi panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Bahkan sebuah kubus es pun memancarkan radiasi panas, sebagian kecil dari radiasi panas ini ada dalam daerah cahaya tampak. Walaupun demikian kubus es ini tak dapat dilihat dalam ruang gelap. Serupa dengan kubus es, badan manusia pun memancarkan radiasi panas dalam daerah cahaya tampak, tetapi intensitasnya tidak cukup kuat untuk dapat dilihat dalam ruang gelap.

Radiasi benda hitam merupakan teka-teki besar fisika yang menjadi pemicu terjadinya revolusi dalam fisika revolusi ini melahirkan fisika kuantum. Istilah “benda hitam” pertama kali diperkenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) pada tahun 1862.

Dalam Fisika, benda hitam (blackbody) adalah sebutan untuk benda yang mampu menyerap kalor radiasi (radiasi termal) dengan baik. Radiasi termal yang diserap akan dipancarkan kembali oleh benda hitam dalam bentuk radiasi gelombang elektromagnetik, sama seperti gelombang radio ataupun gelombang cahaya. Untuk zat padat dan cair, radiasi gelombangnya berupa spektrum kontinu, dan untuk gas berupa spektrum garis. Meskipun demikian, sebenarnya secara teori dalam Fisika klasik, benda hitam memancarkan setiap panjang gelombang energi yang mungkin agar energi dari benda tersebut dapat diukur. Temperatur benda hitam itu sendiri berpengaruh terhadap jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya.

Dalam laboratorium, benda yang paling mendekati radiasi benda hitam adalah radiasi dari sebuah lubang kecil pada sebuah rongga. Cahaya apa pun yang memasuki lubang ini akan dipantulkan dan energinya diserap oleh dinding-dinding rongga berulang kali, tanpa memedulikan bahan dinding dan panjang gelombang radiasi yang masuk (selama panjang gelombang tersebut lebih kecil dibandingkan dengan diameter lubang). Lubang ini (bukan rongganya) adalah pendekatan dari sebuah benda hitam. Jika rongga dipanaskan, spektrum yang dipancarkan lubang akan merupakan spektrum kontinu dan tidak bergantung pada bahan pembuat rongga. Pancaran radiasinya mengikuti suatu kurva umum (lihat gambar). Berdasarkan hukum radiasi termal dari Kirchhoff kurva ini hanya bergantung pada suhu dinding rongga, dan setiap benda hitam akan mengikuti kurva ini.

Spektrum yang teramati tidak dapat dijelaskan dengan teori elektromagnetik klasik dan mekanika statistik. Teori ini meramalkan intensitasi yang tinggi pada panjang gelombang rendah (yaitu, frekuensi tinggi); suatu ramalan yang dikenal sebagai bencana ultraungu. Masalah teoretis ini dipecahkan oleh Max Planck, yang menganggap bahwa radiasi elektromagnetik dapat merambat hanya dalam paket-paket, atau kuanta (lihat bencana ultraungu untuk rinciannya). Gagasan ini belakangan digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan efek fotolistrik. Perkembangan teoretis ini akhirnya menyebabkan digantikannya teori elektromagnetik klasik dengan mekanika kuantum. Saat ini, paket-paket tersebut disebut foton.


TEORI

Dalam fisika, benda hitam (bahasa Inggris black body) adalah obyek yang menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh kepadanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya. Namun demikian, dalam fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah energi benda itu dapat diukur [2].     

Radiasi benda hitam merupakan salah satu teka-teki besar fisika yang menjadi pemicu terjadinya revolusi dalam bidang fisika. Revolusi ini melahirkan fisika kuantum. Penelitian tentang radiasi benda hitam melibatkan banyak sekali ilmuwan. Salah satu di antaranya adalah Kirchhoff, seorang profesor fisika di Heidelberg. Kirchhoff menemukan bahwa rapat intensitas spektral, yaitu intensitas per satuan panjang gelombang dan per satuan sudut padatan, dari sebuah benda hitam merupakan fungsi dari panjang gelombang dan temperatur tetapi tidak bergantung pada dimensi benda hitam tersebut. Dalam tulisannya, Kirchhoff menekankan pentingnya menemukan bentuk fungsi tersebut[1].