Materi & Soal Latihan Benda Hitam

A. Radi Radias asii Pana Panas s

Panas (kalor) dari matahari sampai ke bumi melallui gelombang elektromagnetik. Perpindahan ini disebut radiasi, yang dapat berlangsung dalam ruang hampa. Radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda sebagai akibat suhunya disebut radiasi panas (thermal radiation). 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. Setiap benda memancarkan radiasi panas, tetapi umunya benda terlihat oleh kita karena benda itu memantulkan cahaya yang dating padanya, bukan karena ia memacarkan radiasi panas. Benda baru terlihat karena meradiasikan panas jika suhunya melebihi 1 !. Pada suhu ini benda mulai berpijar merah sepeti kumparan pemanas sebuah kompor listrik. Pada suhu di atas " ! benda berpijar kuning atau keputih#putihan, seperti besi berpijar putihatau pijar putih dari $ilamen lampu pijar. Begitu suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relati$ dari spectrum cahaya yang dipancarkannya berubah. %ni menyebabkan pergeseran dalam &arna# &arna spektrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk menaksir suhu suatu benda. B. Radia Radiasi si Benda Benda Hitam Hitam

Permukaan benda yang ber&arna hitam akan menyerap kalor lebih cepat dari permukaan benda yang ber&arna cerah. 'al inilah yang menyebabkan kita merasa lebih cepat gerah jika memakai baju ber&arna gelap atau hitam pada siang siang hari. Sebaliknya, kita akan lebih nyaman memakai baju ber&arna gelap atau hitam pada malam hari. 'al ini dikarenakan permukaan benda ber&arna gelap atau hitam mudah memancarkan kalor daripada benda yang ber&arna lain. adi, benda yang permukaannya gelap atau hitam akan mudah menyerap kalor dan mudah pula memancarkannya. Pancaran cahaya pada benda yang dipanaskan disebut sebagai radiasi termal. Radiasi termal pada permukaan benda dapat terjadi pada suhu berapa pun. Radiasi termal pada suhu rendah tidak dapat kita lihat karena terletak pada daerah in$ramerah. Selain dapat memancarkan radiasi, permukaan bahan juga dapat menyerap

FISIKA, Radiasi Benda Hitam 1

radiasi. !emampuan bahan untuk menyerap radiasi tidak sama. Semakin mudah bahan menyerap radiasi, semakin mudah pula bahan itu memancarkan radiasi. Bahan yang mampu menyerap seluruh radiasi disebut sebagai benda hitam(black body). Benda hitam adalah suatu benda yang permukannnya sedemikian sehingga menyerap semua radiasi yang dactang padanya (tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam). ari pengamatan diperoleh bah&a semua benda hitam pada suhu yang sama memancarkan radiasi dengan spektrum yang sama.. %stilah benda hitam (black body) pertama kali dikenalkan oleh *isika&an +usta Robert !irchho$$ pada tahun 1-". Benda hitam memancarkan radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan benda hitam bergantung pada suhu benda hitam tersebut. !etika suhu permukaan benda hitam turun maka radiasi benda hitam bergeser ke arah intensitas yang lebih rendah dan panjang gelombangnya lebih panjang, demikian pula sebaliknya. Benda hitam adalah benda ideal yang sebenarnya tidak ada. !arakteristik benda hitam dapat didekati dengan menggunakan ruang tertutup berongga yang diberi sebuah lubang kecil. Perhatikan gambar di ba&ah

Gambar 1, /odel Radiasi Benda 'itam

Setiap radiasi yang masuk ke rongga akan terperangkap oleh pemantulan bolak#balik. 'al ini menyebabkan terjadinya penyerapan seluruh radiasi oleh dinding rongga. 0ubang rongga dapat diasumsikan sebagai pendekatan benda hitam. ika rongga dipanaskan maka spektrum yang dipancarkan lubang merupakan spektrum kontinu dan tidak bergantung pada bahan pembuat rongga. Besarnya energi radiasi per satuan &aktu per satuan luas permukaan disebut intensitas radiasi dan disimbolkan dengan %. %ntensitas radiasi oleh benda hitam bergantung pada suhu benda. C. Hukum Hukum Ste Stefan fan-- Boltzm Boltzman ann n


radiasi. !emampuan bahan untuk menyerap radiasi tidak sama. Semakin mudah bahan menyerap radiasi, semakin mudah pula bahan itu memancarkan radiasi. Bahan yang mampu menyerap seluruh radiasi disebut sebagai benda hitam(black body). Benda hitam adalah suatu benda yang permukannnya sedemikian sehingga menyerap semua radiasi yang dactang padanya (tidak ada radiasi yang dipantulkan keluar dari benda hitam). ari pengamatan diperoleh bah&a semua benda hitam pada suhu yang sama memancarkan radiasi dengan spektrum yang sama.. %stilah benda hitam (black body) pertama kali dikenalkan oleh *isika&an +usta Robert !irchho$$ pada tahun 1-". Benda hitam memancarkan radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan benda hitam bergantung pada suhu benda hitam tersebut. !etika suhu permukaan benda hitam turun maka radiasi benda hitam bergeser ke arah intensitas yang lebih rendah dan panjang gelombangnya lebih panjang, demikian pula sebaliknya. Benda hitam adalah benda ideal yang sebenarnya tidak ada. !arakteristik benda hitam dapat didekati dengan menggunakan ruang tertutup berongga yang diberi sebuah lubang kecil. Perhatikan gambar di ba&ah

Gambar 1, /odel Radiasi Benda 'itam

Setiap radiasi yang masuk ke rongga akan terperangkap oleh pemantulan bolak#balik. 'al ini menyebabkan terjadinya penyerapan seluruh radiasi oleh dinding rongga. 0ubang rongga dapat diasumsikan sebagai pendekatan benda hitam. ika rongga dipanaskan maka spektrum yang dipancarkan lubang merupakan spektrum kontinu dan tidak bergantung pada bahan pembuat rongga. Besarnya energi radiasi per satuan &aktu per satuan luas permukaan disebut intensitas radiasi dan disimbolkan dengan %. %ntensitas radiasi oleh benda hitam bergantung pada suhu benda. C. Hukum Hukum Ste Stefan fan-- Boltzm Boltzman ann n


Perkembangan selanjutnya untuk memahami karakter uniersal dari radiasi benda hitam datang dari ahli $isika ustria, ose$ Ste$an (1-23#1-42) pada tahun 1-54. %a mendapatkan secara eksperimen bah&a daya total persatuan luas yang dipancarkan pada semua $rekuensi oleh suatu benda hitam panas, % total (intensitas radiasi total), adalah sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Berdasarkan hukum Ste$an#Bolt6mann, intensitas radiasi dinyatakan dengan persamaan7

!eterangan7 %

7 inte intens nsit itas as radi radias asii (&at (&att8 t8m m ")

9 7 suhu mutlak benda (!) σ

7 konstanta Ste$an#Bolt6mann : 3,5 . 1 #- &att8m".!;

e 7 koe$isien emisiitas (

e

1), untuk benda hitam e : 1

Contoh Soal N

SA!

1

Suatu permu rmukaan logam dengan emisiitas ,3 dipanaskan hingga ;

"A#ABAN

iketahui7

!. 9entukanlah 9entukanlah intensitas energi radiasi yang dipancarkan.

e : ,3 9 : ; ! < : ",-5- . 1 #2 m.! σ : 3,5 . 1 #2 Watt8m".!;

itanyakan7 % :...=


Penyelesaian 7 I : ,3 ⋅ 3,5 ⋅ 1#- ⋅ ;;

: 5"3,5 W8m" ".

Sebuah benda dengan luas permukaan 1 cm" bersuhu 5"5o<. ika koe$isien Ste$an#Bolt6man 3,5 > 1?- W8m!; dan emisiitas benda adalah , tentukan laju rata#rata energi radiasi benda tersebut@

iketahui 7 A : 3,5 > 1?- W8m!; 9 : 5"5o< : 1 ! e : ,  : 1 cm" : 1 > 1?; : 1?" 0aju energi rata#rata 7 P : eA 9 ;  P : (,)(3,5 > 1 ?- )(1);(1?") P : 2;," joule8s

2.

Sebuah benda memiliki permukaan hitam sempurna, "5 <. Berapa besarnya energi yang dipancarkan tiap satuan &aktu tiap satuan luas permukaan benda itu =

iketahui 7 e : 1 (benda hitam sempurna) 9 : "5  "52 : 2 ! σ : 3,5.1#- &att.m#".!#; itanyakan 7 C : D. = Penyelesaian 7 C : e . t . 9; : 1 > 3,5.1#; > (2); : 3,5.1#- > -1.1: ;34,"5.1#; &att8m"

$. Hukum Per%eseran #ien

%ntensitas radiasi benda hitam berbanding lurus dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Spektrum radiasi benda hitam pada a&alnya dipelajari oleh Rayleigh dan eans menggunakan pendekatan $isika klasik. /ereka meninjau radiasi dalam rongga bertemperatur 9 yang dindingnya merupakan pemantul sempurna sebagai sederetan gelombang elektromagnetik. kan tetapi, pada suhu ". ! bentuk gr a$ik hasil eksperimen berbeda dengan bentuk gra$ik yang dikemukakan Rayleigh dan eans, seperti ditunjukkan gambar.


Gambar, Perbandingan gra$ik % E λ antara gra$ik

Rayleigh#eans dan gra$ik hasil eksperimen

Rayleigh dan eans meramalkan bah&a benda hitam ideal pada kesetimbangan termal akan memancarkan radiasi dengan daya tak terhingga. kan tetapi, ramalan Rayleigh dan eans tidak terbukti secara eksperimental. Ramalan ini dikenal sebagai bencana ultraungu. %lmu&an lain yang mempelajari spektrum radiasi benda hitam adalah Wilhelm Wien. Wien mempelajari hubungan antara suhu dan panjang gelombang pada intensitas maksimum. Perhatikan gambar .


Gambar, %ntensitas energi radiasi benda

hitam pada berbagai suhu Puncak#puncak kura pada gra$ik diatas menunjukkan i ntensitas radiasi pada tiap#tiap suhu. ari gambar kura diatas tampak bah&a puncak kura bergeser ke arah panjang gelombang yang pendek jika suhu semakin tinggi. Panjang gelombang pada intensitas maksimum ini disebut sebagai maks. . Wien merumuskan antara suhu dan maks sebagai berikut.

!eterangan7 < 7 konstanta Wien (",-5- . 1 #2 m.!) Persamaan ini dikenal sebagai hukum pergeseran Wien.


Contoh Soal N

SA!

1

Permukaan benda pada suhu 25o< meradiasikan gelombang elektromagnetik. Bila konstanta Wien : ",-4- > 1?2 m.! maka panjang gelombang maksimum radiasi permukaan adalah.....

".

Sebuah benda hitam memiliki suhu ". !. 9entukanlah panjang gelombang radiasinya pada saat intensitasnya maksimum.

"A#ABAN

ik 7 9 : 25 o< : 21 ! < : ",-4- > 1?2 m.! itanyakan 7 Fmaks : ....= Penyelesaian 7 Fmaks 9 : < Fmaks (21) : ",-4- > 1 ?2 Fmaks : 4,2;- > 1? m iketahui 7 9 : ". ! : " × 12 ! itanyakan 7 λmaks :D=

Penyelesaian 7 ⇒ λmaks 9 : ",4 × 1#2 m!

⇒ λmaks :

,

: 1,;3 × 1# m 2.

Suatu permukaan logam dengan

: 1,;3 µm. iketahui7

emisiitas ,3 dipanaskan hingga ;

e : ,3

!. 9entukanlah panjang gelombang

9 : ; !

pada intensitas maksimumnya.

< : ",-5- . 1 #2 m.! σ : 3,5 . 1#2 Watt8m".!;

itanyakan7 λmaks :...=

Penyelesaian 7


λmaks :

,

: 5,143 ⋅ 1# m

&. Hi'otesa Plan(k

9eori Wien cocok dengan spektrum radaisi benda hitam untuk panjang gelombang yang pendek, dan menyimpang untuk panjang gelombang yang panjang. 9eori Rayleigh#eans cocok dengan spektrum radiasi benda hitam untuk panjang gelombnag yang panjang, dan menyimpang untuk panjang gelombang yang pendek. elas bah&a $isika klasik gagal menjelaskan tentang radiasi benda hitam. %nilah dilema $isika klasik di mana /a> Planck mencurahkan seluruh perhatiannya.

9eori spektrum radiasi benda hitam Rayleigh dan eans yang meramalkan intensitas yang tinggi pada panjang gelombang rendah (atau dikenal dengan ramalan bencana ultraungu). Ramalan bencana ultraungu dapat dipecahkan oleh teori Planck yang menganggap bah&a radiasi elektromagnetik dapat merambat hanya dalam paket#paket atau kuanta. Pada tahun 14 /a> Planck mengemukakan teorinya tentang radiasi benda hitam yang sesuai dengan hasil eksperimen. Planck menganggap bah&a gelombang elektromagnetik berperilaku sebagai osilator di rongga. +etaran yang ditimbulkan osilator kemudian diserap dan dipancarkan kembali oleh atom#atom. Planck sampai pada kesimpulan bah&a energy yang dipancarkan dan diserap tidaklah kontinu. 9etapi, energi dipancarkan dan diserap dalam bentuk paket#paket energi diskret yang disebut kuanta.


engan hipotesanya, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar#benar sesuai dengan data hasil eksperimennya. Persamaan Planck tersebut kemudian disebut hukum radiasi benda hitam Planck. %a berpendapat bah&a ukuran energi kuantum ($oton) sebanding dengan $rekuensi radiasinya. Rumusannya adalah7 tau !eterangan7 C 7 Cnergi *oton (joule) h 7 konstanta Planck (," . 1#2; .s : ;,12 . 1 #13 eG.s) n 7 bilangan kuantum (n : , 1, ", . . ., n) υ8$ 7 $rekuensi radiasi ('6)

Cnergi minimum (hf ) yang diradiasikan osilator disebut dengan kuantum energi.

Contoh Soal N

SA!

1.

9entukan kuanta energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang  H jika kecepatan cahaya adalah 2 > 1- m8s dan tetapan Planck adalah , > 1?2; s @

"A#ABAN

ik 7 h : , > 1?2; s c : 2 > 1?- m8s itanyakan 7 C : ....= Penyelesaian 7 C : h(c8F)

C : (, > 1 ?2; )

−


: 2 > 1?14 joule

".

Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh lampu monokromatis 1 &att adalah 3,3.1?5 m. jika kecepatan cahaya adalah 2 > 1- m8s. /aka cacah $oton (partikel cahaya) per sekon yang dipancarkan sekitarD.

iketahui 7 P : 1 &att I Cnergi yang dipancarkan tiap sekon adalah 1 joule. Cnergi 1 $oton itanyakan 7 n : D..= Penyelesaian 7 C : h(c8F) C : (, > 1 ?2; )

joule

− umlah $oton (n)

n : 1 j 7

2.

Benda hitam meradiasikan cahaya dengan $rekuensi 3 × 11; '6.

(6,6 x 10 − 34 )

−7

j

: ",- > 1" $oton. iketahui 7 f : 3 × 11; '6

9entukanlah energy minimum osilator

itanyakan 7

yang memancarkan cahaya tersebut.

C :D= Penyelesaian 7 C : hf : (,2 × 1#2; s) (3 × 11; '6) : 2,2" × 1#" .

). Penera'an Radiasi Benda Hitam


Setelah kita membahas konsep radiasi benda hitam, kali ini kita akan mempelajari penerapannya. engan menggunakan prinsip radiasi benda hitam, kita dapat menentukan daya yang dipancarkan oleh matahari, suhu matahari, dan radiasi yang dipancarkan oleh tubuh manusia. 1. Penentuan Suhu Permukaan /atahari Suhu permukaan matahari atau bintang dapat ditentukan dengan mengukur daya radiasi matahari yang diterima bumi. engan menggunakan hukum Ste$an#Bolt6mann, tota l daya yang dipancarkan oleh matahari adalah7

atau ika diketahui7 I

 e

: e⋅σ⋅ : luas permukaan matahari : ;π R/ :1

maka P/ : (σ

)(;π

)

/atahari memancarkan daya yang sama ke segala arah. engan demikian bumi hanya menyerap sebagian kecil. /eskipun bumi hanya menyerap sebagian daya dari matahari, namun bumi mampu memancarkan daya ke segala arah. Besar daya yang dipancarkan bumi adalah7

ika bumi berada dalam kesetimbangan termal maka daya yang diserap bumi sama dengan daya yang dipancarkan.


Contoh Soal N

SA!

1.

ika 1 kg benda setara dengan energi 4 > 11 joule, hitung massa matahari yang hilang tiap tahun jika matahari dianggap benda hitam sempurna. r : ,43 > 1 - m, suhu : 3 !elin.

"A#ABAN

iketahui 7 P : e A 9⁴  : ; π rJ e A 9⁴ P : ;π (.43 C-)J (1) (3.5" C#-)(3)⁴ P : ".13" C " &att itanyakan 7 m : D= Penyelesaian 7 Cnergi dalam 1 tahun (: 23,"3 ⋅ -; : 2.13 C5 detik) adalah 7 W : P ⋅ t : ".13" C " (2.13 C5) W : .54" C22 joule menurut Cinstein, 1 kg benda setara dengan energi 4 C1 joule. Sehingga massa matahari yang hilang setiap tahun adalah 7 m : .54" C228(4 C1)

".

m : 5.3;5 C1 kg iketahui 7

dengan laju 52.; kW8m". 9entukan

GP : 52.; kW8m " : 5,2; ⋅ 15 W8m"

berapa suhu permukaan matahari @

σ : 3,5 ⋅ 1#- W8m".!;

itanyakan 7 9/ :D= Penyelesaian 7 GP : σ

9/ :


9/ :

, −

9/ : 3.44- ! ≈ . ! 2.

9/ : . ! iketahui 7

dengan laju 2.5 kW8m". 9entukan

GP : 2.5 kW8m " : 2,5 ⋅ 15 W8m"

berapa suhu permukaan matahari @

σ : 3,5 ⋅ 1#- W8m".!;

itanyakan 7 9/ :D= Penyelesaian 7 GP : σ

9/ :

9/ :

, −

9/ : 3.2; ! ≈ 3. ! 9/ : 3. !

". Radiasi Cnergi yang ipancarkan /anusia Penerapan radiasi benda hitam juga dapat diterapkan pada benda#benda yang tidak berada dalam kesetimbangan radiasi. Sebagian besar energi manusia diradiasikan dalam bentuk radiasi elektromagnetik, khususnya in$ramerah. Kntuk dapat memancarkan suatu energi, tubuh manusia harus menyerap energi dari lingkungan


sekitarnya. 9otal energi yang dipancarkan oleh manusia adalah selisih antara energi yang diserap dengan energi yang dipancarkan.


1. Soa !" Fisi#a S$A 2012%2013 SA 55 "o.38 &an'an( )enda di*#*+ oe -en(amat diam  12 m. Be+a-a#a -an'an( )enda it* )ia di*#*+ oe -en(amat /an( )e+(e+a# den(an #ee-atan 0,8    #ee-atan aa/a +eati te+ada- )enda  A. 12,6 m B. 12,2 m . 9,6 m . 7,2 m . 6,0 m Pembahasan Diketahui : Lo = 12 meter v = 0,8 c Ditanya : Panjang benda bila diukur oleh engamat yang bergerak !L" #a$ab : %umus kontraksi anjang :

Kete+an(an  Lo = Panjang benda ketika diukur oleh pengamat diam L = Panjang benda ketika diukur pengamat yang bergerak v = Kecepatan gerak pengamat c = Kecepatan cahaya

&an'an( )enda )ia di*#*+ oe -en(amat /an( )e+(e+a# 

a:a)an /an( )ena+ adaa . 2. Soa !" Fisi#a S$A 2012%2013 SA 60 "o.38 S*at* -e+isti:a te+'adi seama 3 s men*+*t -en(amat /an( )e+(e+a# men'a*i -e+isti:a it* den(an #ee-atan 0,8    #ee-atan aa/a. $en*+*t -en(amat /an( diam, -e+isti:a it* te+'adi daam sean( :a#t*; A. 5,0 s B. 4,8 s . 3,0 s . 1,8 s . 1,2 s


Pembahasan Diketahui : tm = & sekon v = 0,8 c Ditanya : 'elang $aktu kejadian menurut engamat yang diam !tm" #a$ab : %umus dilatasi $aktu :

Keterangan : t m = Selang waktu kejadian menurut pengamat yang bergerak t s = Selang waktu kejadian menurut pengamat yang diam

'elang $aktu kejadian menurut engamat yang diam :

#a$aban yang benar adalah D( 3. Soa !" Fisi#a S$A 2012%2013 SA 65 "o.38 &an'an( )enda di*#*+ saat )e+(e+a# men/*s*t 20 m da+i -an'an(n/a saat di*#*+ daam #eadaan diam. Bia -an'an( )enda di*#*+ daam #eadaan diam -an'an(n/a 1 m dan   #ee-atan aa/a, ma#a #ee-atan (e+a# )enda te+se)*t adaa; A. 0,2  B. 0,3  . 0,4  . 0,6  . 0,8 


Pembahasan Diketahui : Lo = 1 meter L = 1 meter ) 0,2 meter = 0,8 meter Ditanya : *eceatan gerak benda !v" #a$ab : %umus kontraksi anjang :

Keterangan : = Konstanta c = Kecepatan cahaya Lo = Panjang benda ketika diam L = Panjang benda ketika bergerak

*eceatan gerak benda :

#a$aban yang benar adalah D(

4. 'ebuah +lektron bergerak dengan kelajuan 0,8 c( #ika masa diam elektron ,1 - 10.&1 kg, tentukan +nergi *inetik elektron !c = & - 108" / #a$ab : + = +k  +0 +k = + . +0


5. Soal No. 37 ( UN fsika 2011 paket 12) Seo+an( -en(amat di stasi*n +*an( an(#asa men(amati adan/a d*a -esa:at anta+i#sa A dan B /an( datan( men*'* stasi*n te+se)*t da+i a+a /an( )e+a:anan den(an a'* < A 
&en'*maan #ee-atan +eati
$as*##an data soa


6. Soal No. 38 (UN fsika 2011 paket 12) &e+ati#an dia(+am -e+(ese+an >ien )e+i#*t ini?

i#a s** )enda dinai##an, ma#a /an( te+'adi adaa ; A. &an'an( (eom)an( tetaB. &an'an( (eom)an( )e+tam)a . &an'an( (eom)an( )e+#*+an( . F+e#*ensi teta. +e#*ensi )e+#*+an( Pembahasan

a+i >ien @ma#s   #onstan i#a s**  di-e+)esa+, a(a+ teta- #onstan ma#a -an'an( (eom)an( @ men'adi #ei niain/a % )e+#*+an(. 7. a+i )tanas 1986 Se)*a -a+ti#e )e+(e+a# den(an a'*   1%2 C3   a'* aa/a. i#a m o  massa diam, m  massa )e+(e+a#, #  ene+(i,  o  ene+(i diam, ma#a )e+a#*.... A. m  1%2 moD #  1%2o B. m  4%3 moD #  o . m  3%2 moD #  o . m  2 moD #  2 o . m  2 moD #  o Pembahasan

ent*#an niai E te+e)i da** den(an den(an a+a se-e+ti d*a onto di atas


H*)*n(an anta+a massa diam den(an massa )e+(e+a# adaa  m  E mo Sein((a  m  2 mo H*)*n(an anta+a ne+(i #ineti# dan ene+(i diam adaa se)a(ai )e+i#*t #  E  1  o sein((a #  2  1  o #  o adi 'a:a)ann/a  8. a+i )tanas 1989 Se)*a )enda daam #eadaan diam -an'an(n/a Go, #em*dian di(e+a##an den(an #ee-atan  mende#ati #ee-atan aa/a, ma#a -an'an( )enda men*+*t -en(amat diam /an( )e+ada se'a'a+ a+a -an'an( )enda adaa ;

Pembahasan

H*)*n(an -an'an( )enda saat diam den(an )enda saat )e+(e+a# den(an #ee-atan < /an( mende#ati #ee-atan aa/a adaa G  Go%E 'i#a #ita mas*##an niai E ma#a a#an dida-at#an se-e+ti -iian A 9. a+i )tanas 1991 $assa )enda /an( )e+(e+a# den(an #ee-atan 0,6    #ee-atan aa/a


a#an )e+*)a men'adi n #ai massa diamn/a, ma#a n adaa ; A. 0,80 B. 1,25 . C2 . C3 . 3 Pembahasan

Saatn/a di-a#ai a-a /an( tea diaa tadi, i#a   0,6  ma#a E  10%8 sein((a m  E mo m  10%8 mo  1,25 m o 10.a+i Soa )tanas 1992 Benda )e+(e+a# den(an a'* 0,6  den(an a+a ses*ai den(an -an'an( )enda. Ba(i -en(amat /an( diam te+iat -an'an( )enda it* men(aami -en/*s*tan se)esa+ ; A. 6  B. 20  . 36  . 64  . 80  Pembahasan

  0,6  J E  10%8 H*)*n(an anta+a -an'an( saat )enda diam dan saat )e+(e+a# 'i#a #ita -a#ai istia o dan  adaa   o % E   o % 10%8  8%10 o  80 o adi s*s*t -an'an(n/a adaa 20 11.a+i Soa )tanas 1994 *a )enda )e+(e+a# den(an #ee-atan masin(Lmasin( 1%2  dan 1%4 , a+a )e+a:anan. Bia   #ee-atan aa/a, ma#a #ee-atan )enda -e+tama te+ada- )enda #ed*a se)esa+ ; A. 0,125  B. 0,250  . 0,500  . 0,666  . 0,75  Pembahasan

Soa ini tentan( &en'*maan Kee-atan Reati

12.a+i Soa )tanas 1996 $assa diam s*at* )enda mo dan massa )e+(e+a#n/a m. A-a)ia )enda it* )e+(e+a# den(an #ee-atan 0,6  dimana   a'* aa/a daam +*an( am-a, ma#a *)*n(an mo dan m /an( )ena+ adaa ; A. mo  1,25 m B. mo  0,8 m . mo  1,0 m . mo  0,5 m . mo  0,6 m Pembahasan

en(an e-at #ita ta* E  10%8 H*)*n(an m den(an mo adaa m  E mo m  10%8 mo ata* mo  8%10 m  0,8 m 13.Bao# daam #eadaan diam -an'an(n/a 2 mete+. &an'an( )ao# men*+*t -en(amat /an( )e+(e+a# te+ada- )ao# den(an #ee-atan 0,8   a'* aa/a adaa ... A. 0,7m B. 1,2m . 1,3m . 1,6m . 2,0m &em)aasan

  o

1−


2

1−

,

 2. 0,6 1,2m 14.-ada saat )e+(e+a# -an'an( se)*a -esa:at men'adi seten(a da+i -an'an( -esa:at it* daam #eadaan diam, 'i#a  adaa #ee-atan aa/a ma#a #ee-atan -esa:at it* +eati te+ada- -en(amat /( diam adaa.. A.



B.



.



.



.



&em)aasan


  o

M  o

1−

1−

<  M  C3 15.Soa !" 2011%2012 Se)*a +o#et /an( -an'an(n/a o )e+(e+a# den(an #ee-atan M C 3    #ee-atan aa/a. A-a)ia diiat oe -en(amat /an( diam, -an'an( +o#et a#an men'adi;.. A. 0,25 o B. 0,5 o . 0,8 o . 1,0 o . 1,5 o Pembahasan

Reati
16.)*a )oa se'enis ta-i )e+)eda *#*+an memana+#an ene+(i +adiasi /an( sama )esa+ #e se#ita+n/a. i#a )oa A )e+'a+iL'a+i + )e+s** , ma#a )oa B /an( )e+'a+iL'a+i 2 + a#an )e+s** ;. a. 0,3  ). 0,5  . 0,7  d. 0,9  e. 1,1  &em)aasan 


17.Kemam-*an se)*a )enda *nt*# mee-as +adiasi san(at )e+de#atan den(an #emam-*ann/a *nt*# men/e+a- +adiasi. &e+n/ataan te+se)*t men((am)a+#an (e'aa Nsis /an( oo# den(an saa sat* -e+isti:a )e+i#*tn/a /ait* .. A. e# otoist+i# B. e# om-ton . &+od*#si &asan(an . &+od*#si sina+LG E. Radiasi benda hitam

Pembahasan: *emamuan ermukaan suatu benda terhada meleas dan menyera radiasi disebut emisivitas !e"( Pada radiasi benda hitam berlaku :

18.am-* -i'a+ da-at dian((a- )e+)ent*# )oa. a+iL'a+i am-* -i'a+ -e+tama 3 #ai am-* -i'a+ #ed*a. S** am-* -i'a+ -e+tama 67  dan s** am-* -i'a+ #ed*a 407 . ent*#an -e+)andin(an (a/a +adiasi am-* -e+tama te+ada- am-* #ed*a Diketahui: #ari.jari lamu ijar ertama r 1 = &r 2 'uhu ijar ertama, 1 = 3 o4 = !32&3"* = &50 * 'uhu lamu ijar kedua, 2 = 503o4 = 80* Perbandingan daya radiasi lamu ertama terhada lamu kedua adalah P16P2


1( 7esarnya erbandingan energi radiasi yang diancarkan oleh benda yang sama ada suhu 123 o4 dan suhu 23 o4 adalah 9( a( 1:2 b( 1:5 c( 1:8 d( 1:10 e( 1:1


20.Se)*a )enda memii#i s** minim*m 27 o dan s** ma#sim*m 227 o. ent*#an niai -e+)andin(an da/a +adiasi /an( di-ana+#an )enda -ada s** ma#sim*m dan minim*mn/a? &em)aasan ata  1  27o  300 K 2  227o  500 K &  4 2%&1   2% 1 & 500 %3004  5%34  625  81 2%&1   21.Se)*a )enda den(an *as -e+m*#aan 100 m 2 )e+s** 727 o. i#a #oeNsien SteanLBotOman 5,67 P 10 8 >%mK 4 dan emisi%mK 4   727o  1000 K e  0,6 A  100 m2  100 P 104  102 a'* ene+(i +ataL+ata  &  eQ  4A


&  0,65,67 P 108 10004102 &  340,2 'o*e%s 22.a/a +adiasi /an( di-ana+#an s*at* )enda -ada s** 227 o adaa 1200 %s. i#a s** )enda nai# in((a men'adi 727o, tent*#an da/a +adiasi /an( di-ana+#an se#a+an(? Pembahasan

ata  1  227o  500 K 2  727o  1000 K &1  1200 :att a/a +adiasi /an( di-ana+#an se#a+an(  &  4 2%&1   2% 1 & 1000 %5004 2%&1   &2  1000%5004 P &1 &2  24 P 1200  16 P 1200  19200 :att 23.&e+m*#aan )enda -ada s** 37 o me+adiasi#an (eom)an( ee#t+oma(neti#. Bia #onstanta >ien  2,898 P 10 3 m.K ma#a -an'an( (eom)an( ma#sim*m +adiasi -e+m*#aan adaa..... A. 8,898 P 106 m B. 9,348 P 106 m . 9,752 P 106 m . 10,222 P 106 m . 11,212 P 106 m S*m)e+ soa  !" Fisi#a S$A 2008 Pembahasan

ata    37o  310 K   2,898 P 10 3 m.K @ma#s  .... @ma#s    @ma#s 310  2,898 P 10 3 @ma#s  9,348 P 10 6 m 24.&an'an( (eom)an( +adiasi ma#sim*m s*at* )enda -ada s**  Ke
ata  1   Ke

@ma#s 1  6000  @ma#s 2  .... @ma#s 2 2  @ma#s 1 1 @ma#s 2 3%2   6000   @ma#s 2  2%3 P 6000   4000  25.+aN# men/ata#an *)*n(an intensitas (eom)an( I te+ada- -an'an( (eom)an(, -ada saat intensitas ma#sim*m @m da+i +adiasi s*at* )enda itam sem-*+na.

i#a #onstanta >ien  2,9 P 103 m.K, ma#a -an'an( (eom)an( +adiasi ma#sim*m -ada 1 adaa..... A. 5.000  B. 10.000  . 14.500  . 20.000  . 25.000  &em)aasan ata    1727o  2000 K   2,9 P 10 3 m.K @ma#s  .... @ma#s    @ma#s 2000  2,9 P 10 3 @ma#s  1,45 P 106 m  14.500  26.'ebuah 7ola memunyai suhu 323 4 ( 7eraa energi yang diancarkan benda er satuan luas tia detiknya, jika bola diangga benda hitam semurna  o

! *onstanta 'te;an 7olt
4

-2

-4

2


27.'ebuah benda memiliki suhu minimum 23o4 dan suhu maksimum 223o4( entukan nilai erbandingan daya radiasi yang diancarkan benda ada suhu maksimum dan minimumnya/ Pembahasan

Data : 1 = 23o4 = &00 * 2 = 223o4 = 00 * P  5 26P1 = ! 261" P 00 5  5 26P1 = ! 6&00" = ! 6&" = 2 : 81 28( 'ebuah benda dengan luas ermukaan 100 cm2 bersuhu 323o4( #ika koe;isien 'te;an. 7olt8 6m* 5 dan emisivitas benda adalah 0, tentukan laju rata.rata energi radiasi benda tersebut/ Pembahasan

Data : ? = ,3 - 10>8 6m* 5  = 323o4 = 1000 * e = 0, @ = 100 cm2 = 100 - 10>5 = 10>2 Laju energi rata.rata : P = e?  5@ P = !0,"!,3 - 10>8 "!1000"5!10>2" P = &50,2 joule6s 2( Daya radiasi yang diancarkan suatu benda ada suhu 223o4 adalah 1200 #6s( #ika suhu benda naik hingga menjadi 323o4, tentukan daya radiasi yang diancarkan sekarang/ Pembahasan

Data : 1 = 223o4 = 00 * 2 = 323o4 = 1000 * P1 = 1200 $att Daya radiasi yang diancarkan sekarang : P  5 26P1 = ! 261" P 1000 600"5 26P1 = ! P2 = !1000600"5 - P1


P2 = !2"5 - 1200 = 1 - 1200 = 1200 $att

30.

Permukaan benda ada suhu &3o4 meradiasikan gelombang elektromagnetik( 7ila konstanta ien = 2,88 - 10>& m(* maka anjang gelombang maksimum radiasi ermukaan adalah((((( @( 8,88 - 10> m 7( ,&58 - 10> m 4( ,32 - 10> m D( 10,222 - 10> m +( 11,212 - 10> m !'umber soal : AB Cisika '@ 2008" Pembahasan

Data :  = &3o4 = &10 * 4 = 2,88 - 10>& m(* Emaks = (((( Emaks  = 4 Emaks !&10" = 2,88 - 10>& Emaks = ,&58 - 10> m

31.

Fra;ik menyatakan hubungan intensitas gelombang !G" terhada anjang gelombang, ada saat intensitas maksimum !Em" dari radiasi suatu benda hitam semurna(

#ika konstanta ien = 2, - 10>& m*, maka anjang gelombang radiasi maksimum ada 1 adalah(((( @( (000 H 7( 10(000 H 4( 15(00 H D( 20(000 H +( 2(000 H !'umber soal: AB Cisika 200" Pembahasan

Data :


 = 1323o4 = 2000 * 4 = 2, - 10>& m(* Emaks = (((( Emaks  = 4 Emaks !2000" = 2, - 10>& Emaks = 1,5 - 10> m = 15(00 H

32. Panjang gelombang radiasi maksimum suatu benda ada suhu  *elvin adalah 000 H( #ika suhu benda naik hingga menjadi &62  *elvin , tentukan anjang gelombang radiasi maksimum benda/ Pembahasan

Data : 1 =  *elvin 2 = &62  *elvin Emaks 1 = 000 H Emaks 2 = (((( Emaks 2 2 = Emaks 1 1 Emaks 2 !&62 " = 000 H !" Emaks 2 = !26&" - 000 H = 5000 H Soal UMPTN

1( 'oal benda hitam ada suhu 23 4 memancarkan energi % #oule6detik( 7enda hitam tersebut dianasi hingga suhunya menjadi &23 4( +nergi yang diancarkan menjadi((((( #a$aban : 1 % o

o

2( 7eraakah energi yang diancarkan tia sekon dari logam besi yang luasnya 0, cm dan bersuhu 2000 * jika besi diangga benda hitam semurna ! *onstanta 'te;an 7olt
-8

-2

-4

&( 'ebuah benda hitam semurna memunyai luas ermukaan 10 cm dengan suhu 323 4( 7eraakah energi yang diancarkan selama dua menit  ! *onstanta 'te;an 7olt
2

o

-8

-2

-4

4


5( 'uatu ermukaan logam dengan luas 1000 cm meradiasikan energi sebesar  10 #oule er menit( 'uhu ermukaan logam tersebut 1323 4( 7eraakah energi radasi tia detik dari ermukaan logam tersebut jika logam diangga benda hitam semurna ! *onstanta 'te;an 7olt
5

o

-8

-2

-4

( 7eraakah anjang gelombang yang sesuai dengan energi radiasi maksimum dari suatu benda bersuhu 23 4  !konstanta ien = 2,88 - 10 m(*" #a$aban : , 10 m o

-3

-6

( enaga radiasi suatu benda hitam 000 $att( #ika anjang gelombang yang sesuai dengan energi radiasi maksimum adalah 0,00& mm( 7eraakah luas ermukaan radiasi benda  !konstanta ien= 2,8810 m(*" -3

#a$aban : 0,1 m

2

3( 7eraa besar energi yang diancarkan oleh ermukaan seluas 20 cm dalam $aktu 1 detik dari suatu benda hitam, jika anjang gelombang yang sesuai dengan energi ancar maksimum adalah 5 - 10 m( !konstanta ien = 2,88 - 10 m(*" #a$aban : &12,55 *# 2

-7

-3

8. am-* -i'a+ da-at dian((a- )e+)ent*# )oa. a+iL'a+i am-* -i'a+ -e+tama 3 #ai 'a+iL'a+i am-* -i'a+ #ed*a. S** am-* -i'a+ -e+tama 67 o  dan s** am-* -i'a+ #ed*a 407 o . ent*#an -e+)andin(an da/a +adiasi am-* -e+tama te+ada- am-* #ed*a? Besa+an /an( di#eta*i T 1  67 T 273 K  340 K T 2  407 T 273 K  680 K R1  3 R2 &e+)andin(an da/a +adiasi am-* -e+tama te+ada- am-* #ed*a


Materi & Soal Latihan Benda Hitam

Recommend Documents