Energi yang Dipancarkan Oleh Suatu Benda Hitam Per Satuan Waktu Adalah? Inilah Jawaban dan Penjelasannya

Daya radiasi mungkin tidak banyak ditemui di pembelajaran sekolah, kecuali pada pelajaran Fisika kelas 12. Siswa diajarkan daya radiasi yang berisi tentang radiasi benda hitam. Berikut adalah salah satu pertanyaan yang sering keluar:

Pertanyaan

Energi yang dipancarkan oleh suatu benda hitam per satuan waktu adalah …

Jawaban

Jawaban dan pertanyaan tersebut adalah berbanding lurus dengan luas permukaan benda.

Seperti yang dikemukakan dalam sebuah teori dari hukum Stefan-Boltzmann, bahwa besaran energi terpancar dari satu luas permukaan benda hitam yang ideal, sebanding dengan pangkat empat suhu absolut benda hitam.

Seorang fisikawan asal Austria, Josef Stefan, melakukan eksperimen pada tahun 1879 menunjukkan bahwasanya daya total yang terpancar dari seluruh benda hitam panas per satuan luas pada semua frekuensi, maka akan sebanding dengan keempat suhu mutlaknya.

Selang beberapa tahun, Ludwig Boltzmann menurunkan sebuah hukum berdasarkan teori gelombang elektromagnetik cahaya yang sebelumnya telah dikemukakan oleh Stefan dari temuan kombinasi termodinamika serta persamaan Maxwell. Karena itu, hukum ini akhirnya dikenal sebagai hukum Stefan-Boltzmann.

Dari teori hukum Stefan-Boltzmann yang telah disebutkan sebelumnya, maka dapat disimpulkan dengan rumus di bawah ini:

• E = P.t = e σ t T4
• P = e σ A T4
• Itotal = e σ T4

Dengan:

A: luas permukaan (m2)

P: daya radiasi (W = J/s)

I: intensitas daya radiasi (watt/m2)

E: daya radiasi (joule)

e: emisivitas (benda hitam e = 1)

σ: konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2K4)

T: suhu mutlak (K)

t: waktu radiasi (s)

Penjelasan

Dari rumus itu pula didapatkan jawabannya adalah berbanding lurus dengan luas permukaan benda. Jika diperhatikan lagi, suhu mutlak (T) juga sebanding dengan energi yang dipancarkan dari benda hitam, tapi kenapa bukan ini jawabannya?

Hal ini karena daya radiasi sebanding dengan suhu mutlak pangkat 4 (T4). Apabila jawaban hanya menyebutkan satu suhu mutlak saja, maka tentu ini berbeda dengan teori hukum Stefan-Boltzmann yang otomatis membuat jawabannya salah.

Rumus yang telah dipaparkan di atas berfungsi untuk menghitung laju energi rata-rata atau daya radiasi benda hitam. Apabila benda panas bukan benda hitam, hukumnya sama, tetapi emisivitasnya kurang dari satu.

Benda hitam sendiri merupakan istilah yang digunakan untuk benda yang menyerap semua radiasi termal yang diterima tanpa memantulkan cahaya, dan tidak membiarkan cahaya lewat atau lepas dari sisi manapun.

Energi yang diserap oleh benda hitam nantinya akan memanas, lalu akhirnya akan memancarkan radiasi yang dikenal sebagai radiasi benda hitam.

Benda hitam yang ideal akan mampu menerima seluruh radiasi tanpa memantulkannya, bisa memanas, dan memancarkan semua energi bergantung pada suhunya.

Demikian jawaban dan penjelasan dari pertanyaan energi yang dipancarkan oleh benda hitam. Pelajari hukum Stefan-Boltzmann lebih jauh untuk materi yang lebih lengkap.