HUKUM STEFAN BOLTZMANN 1
Faried Latief , 2Ibnu Mubarok
Departemen Fisika Universitas Padjadjaran Jl. Raya Bandung-Sumedang km. 21 Jatinangor Sumedang Jawa Barat 45363 Sesi 1 (08.00-10.00) WIB Selasa, 12 April 2016 Asisten : Heri Fernando Sembirng Abstrak Setiap benda memancarkan memancarkan radiasi panas dalam bentuk gelombang. Jika benda dipanaskan, dipanaskan, maka suhu benda akan meningkat.Peningkatan suhu ini menurut Hukum Stefan Boltzman akan berpengaruh terhadap daya persatuan luasnya. . Berdasarkan daya yang didapat dari percobaan ini dapat dihitung konstanta Stefan Boltzman. Hasil yang didapat menunjukan hasil yang jauh dari literatur yaitu sebesar 1,84 x 10-9 Wm-2T-4 sedangkan konstanta Stefan Boltzmann literatur yaitu sebesar 5,67 x 10-8 Wm-2T-4 sehingga nilai KSR yang didapat yaitu sebesar 97,23 %. Hubungan linier antara perubahan gaya terhad terhadap ap perubah perubahan an tempera temperatur tur pangkat pangkat empatny empatnyaa ditunj ditunjukan ukan oleh oleh grafik grafik.. Dan nilai nilai konsta konstanta nta emisivitas (e) yang didapat berbeda jauh dengan literatur yaitu hanya sebesar 0,03 dengan nilai KSR sebesar 97,23%.
Kata kunci: Radiasi
Panas, Hukum Stefan-Boltzman, konstanta, konstanta emisivitas
1. Pendahuluan Hukum Hukum radias radiasii benda benda hitam hitam atau atau Stefan Stefan Boltzman menerangkan emisi (pancaran) total mata radiasi benda hitam, yaitu baha energi radiasi total yang yang terpan terpancar carkan kan suatu suatu benda benda hitam hitam pada pada luas luas permukaan yang kena radiasi benda hitam tiap satuan satuan aktu aktu adalah adalah sebanding sebanding dengan dengan !"#. Jika temper temperatu aturr termok termokope opell absolu absolut, t, maka maka tegang tegangan an keluaran keluaran akan sebanding sebanding dengan dengan energi energi raadiasi raadiasi yang yang ter$ad ter$adii setiap setiap aktu aktu,, maka maka oleh oleh karena karena itu dimulai dimulai dari suhu kamar kamar baha tegangan tegangan output yang terukur oleh konstan dan relatif kecil.
2. Metode Penelitian Bend enda yang ang memilik ilikii arn arna hita itam semp sempur urna na akan akan meny menyra rap p selu seluru ruh h radi radias asii yang yang diterima diterima dan memancar memancarkan kan seluruh seluruh radiasi radiasi yang dikeluarkannya. %adiasi benda hitam adalah radiasi yang dihasilkan oleh benda hitam sempurna ketika dipana dipanaska skan, n, dapat dapat menye menyerap rap dan memanc memancark arkan an kembali energi&cahaya yang ada padanya. 'misifita 'misifitass adalah adalah rasio rasio besarnya besarnya radiasi radiasi panas permukaan bahan terhadap benda hitam sempurna (black body) pada temperatur yang sama.
ni ni adalah adalah ukuran ukuran dari dari kemam kemampua puan n suatu suatu benda benda untuk meradiasikan energi yang diserapnya. 'mis 'misi iit itas as berg bergan antu tung ng pada pada fakt faktor or diantarany diantaranyaa temperatur , sudut emis emisi, i, dan pan$ang gelombang radiasi. gelombang radiasi. Sering diasumsikan dalam dunia teknik baha emisiitas tidak bergantung pada pan$ang gelombang, sehingga emisiitas konstan. Hal ini dikenal dengan istilah asumsi benda abu" abu. *etik *etikaa menyin menyinggu ggung ng tentan tentang g permu permukaa kaan n benda benda yang tidak hitam, deiasi dari ciri khas benda hitam ditentukan ditentukan oleh struktur struktur geometri dan komposisi kimia,, dan mengikuti huk kimia hukum um *ir *ircho choff ff ten tentan tang g radiasi radi asi term termal al++ emis emisi iit itas as setar setaraa deng dengan an rasi rasio o penyerapan energi (untuk benda pada euilibrium termal), sehingga ob$ek yang tidak menyerap semua ener energi gi caha cahaya ya yang yang mera meradi dias asiny inyaa tida tidak k akan akan merad meradias iasika ikan n energ energii yang yang sama sama banyak banyak denga dengan n benda hitam ideal. Perc Percob obaa aan n ini ini dila dilaku kuka kan n deng dengan an cara cara melak melakuka ukan n pemana pemanasan san pada pada suatu suatu benda benda hitam hitam yaitu dengan dari suhu -⁰/ " 0⁰/ dan mencatat tegang tegangan an yang yang terdet terdeteks eksii pada pada mikro mikroolt oltme meter ter untu untuk k seti setiap ap kena kenaik ikan an suhu suhu sebe sebesa sarr 0⁰/, dan dan melakukan hal yang sama untuk penurunan suhu yaitu dari 0⁰/ " -⁰/. Hal ini dilakuakan untuk melihat melihat pengaruh pengaruh perubahan perubahan suhu terhadap terhadap 1aya persatuan luas yang dihasilkan. dihasilkan.
A : luas permukaan benda (m9) e : koefisien emisiitas T : suhu mutlak (*)
Gambar 1. Skema alat percobaan Hukum Stefan Boltzman
Secara matematis. persamaan Boltzmann dituliskan sebagai berikut+
Stefan"
“Jumlah energi yang dipancarkan per satuan permukaan sebuah benda hitam dalam satuan waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur termodinamikanya”
4
E= σ T
(2)
3ntuk pancaran radiasi termal benda hitam, nilai emisiitasnya sama dengan 2. 1engan E adalah daya radiasi rata"rata (att), Q/t adalah la$u energi kalor radiasi (att), r adalah konstanta Stefan"Boltzmnann dengan nilai -.4562"78&m9. * #, A adalah luas permukaan (m9), ! adalah suhu mutlak (*). dan e adalah emisiitas benda dari nilal sampal 2. 3ntuk kasus benda panas yang bukan benda hitam, akan memenuhi hukum yang sama, hanya diberi tambahan koefisien emisiitas yang lebih kecil daripada 2, sehingga +
4
I total =e . σ . T
(9)
ntensitas merupakan daya per satuan luas, maka persamaan diatas dapat ditulis sebagai+
P =eσ T 4 A (0) dengan: P : daya radiasi (8)
Beberapa tahun kemudian, berdasarkan teori gelombang elektromagnetik cahaya, ;udig Boltzmann (27## < 2=4) secara teoritis menurunkan hukum yang diungkapkan oleh Joseph Stefan (27-0 < 27=0) dari gabungan termodinamika dan persamaan"persamaan >a6ell. ?leh karena itu, persamaan diatas dikenal $uga sebagai Hukum Stefan"Boltzmann, yang berbunyi+
3. Hasil dan Pembahasan Tabel l. Data hasil pengamatan Hukum Stefan Boltzmann untuk kenaikan suhu
Tabel 2. Data hasil pengamatan percobaan Frank Hertz untuk penurunan suhu
3.1 Menghitung daya P
P= kV
´= P
1 1,16
( 0,007 )
´ =0,006 Watt
P
3.2 Mengkonversi Suhu
T =C + 273⁰
=50 + 273
T
⁰
T =323⁰ K 3.3 Mengitung konstanta Stefan Boltzmann
=
σ
P 4
(
Ae T
−T 04)
−9
−2
−4
σ =1,84 x 10 W / m T
3.4 Menghitung emisifitas benda hitam e
=
P
( 4−T 40 )
A σ T e=
0,03
3.5 Membandingkan e dengan literatur
KSR =[
epercobaan − eliteratur ] eliteratur KSR = 96,76%
Grafik
konversi suhu dari derajat Celcius ke derajat Kelvin. Kemudian dicari nilai Daya hasil dari percobaan dengan cara mengalikan tegangan yang didapat dengan faktor konversi k, sehingga didapat nilai Ppercobaannya. Berdasarkan daya yang didapat kita dapat menghitung konstanta Stefan Boltzman. Hasil yang didapat menunjukan hasil yang jauh dari literatur yaitu sebesar 1,84 x 10 -9 Wm-2T-4 sedangkan konstanta Stefan Boltzmann literatur yaitu sebesar 5,67 x 10-8 Wm -2T-4 sehingga nilai KSR yang didapat yaitu sebesar 97,23 %. Namun grafik yang dihasilkan menunjukan bahwa hukum Stefan Boltzman yaitu jumlah energi persatuan permukaan benda hitam itu berbanding lurus dengan pangkat empat temperaturnya itu berlaku. Grafik tersebut menunjukan hubungan linier antara perubahan gaya terhadap perubahan temperatur pangkat empatnya. Namun untuk nilai konstanta emisivitas (e) yang didapat terdapat hasil yang berbeda jauh dengan literatur yaitu hanya sebesar 0,03 dengan nilai KSR sebesar 97,23%. Dari hasil tersebut kemungkinan terdapat kesalahan dalam pengambilan datanya.
4. Kesimpulan Berdasarkan tujuan dari percobaan ini. Dapat disimpukan bahwa: -
-
-
Teori radiasi Stefan-Boltzman mengenai jumlah energi persatuan permukaan benda hitam itu berbanding lurus denga =n pangkat empat temperaturnya terbukti dari percobaan ini melalui grafik yang dihasilkan. Didapat konstanta Stefan-Boltzmann berdasarkan percobaan yaitu sebesar 1,84 x 10-9 Wm-2T-4. Didapat nilai konstanta emisivitas (e)yaitu sebesar 0,03.
Daftar Acuan Buku [1] Arthur, Beiser.1999.Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga [2] Siregar, Rustam E. Fisika Kuantum. Bandung, Widya Pustaka (2010) Pembahasan Berdasarkan hasil percobaan antara perubahan suhu dan tegangan. Pertama dilakukan
