Radiasi Tubuh Hitam: Definisi Karakteristik dan Aplikasi

Sebuah black body didefinisikan sebagai objek ideal yang menyerap semua radiasi elektromagnetik yang jatuh padanya dan memancarkan radiasi dengan spektrum kontinu yang hanya bergantung pada suhunya. Radiasi black body adalah radiasi termal yang dipancarkan oleh black body dalam kesetimbangan termodinamis dengan lingkungannya. Radiasi black body memiliki banyak aplikasi di bidang fisika, astronomi, teknik, dan bidang lainnya.

Apa itu Black Body?

Black body adalah konsep teoritis yang mewakili penyerap dan pemancar radiasi yang ideal.

Tidak ada objek nyata yang merupakan black body sempurna, tetapi beberapa objek dapat mendekati kondisi tersebut dalam situasi tertentu. Misalnya, rongga dengan lubang kecil dapat berperilaku seperti black body, karena setiap radiasi yang masuk melalui lubang tersebut akan terperangkap di dalamnya dan dipantulkan berkali-kali hingga diserap oleh dinding rongga. Radiasi yang dipancarkan oleh lubang tersebut kemudian menjadi karakteristik dari black body.

Black body tidak memantulkan atau mentransmisikan radiasi apapun; ia hanya menyerap dan memancarkan radiasi. Oleh karena itu, black body tampak hitam ketika dingin dan tidak memancarkan cahaya terlihat. Namun, seiring kenaikan suhu black body, ia memancarkan lebih banyak radiasi dan spektrumnya bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek. Pada suhu tinggi, black body dapat memancarkan cahaya terlihat dan tampak merah, oranye, kuning, putih, atau biru tergantung pada suhunya.

Ciri-ciri Radiasi Black Body

Spektrum radiasi black body bersifat kontinu dan hanya bergantung pada suhu black body. Spektrum ini dapat dijelaskan oleh dua hukum penting: Hukum Penyimpangan Wien dan Hukum Stefan-Boltzmann.

Hukum Penyimpangan Wien

Hukum Penyimpangan Wien menyatakan bahwa panjang gelombang di mana intensitas radiasi black body mencapai maksimum berbanding terbalik dengan suhu black body. Secara matematis, hal ini dapat dinyatakan sebagai:

di mana λmax adalah panjang gelombang puncak, T adalah suhu absolut black body, dan b adalah konstanta yang dikenal sebagai konstanta penyimpangan Wien, yang memiliki nilai 2,898×10−3 m K.

Hukum Penyimpangan Wien menjelaskan mengapa warna black body berubah dengan suhu.

Seiring kenaikan suhu, panjang gelombang puncak berkurang, dan spektrum bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek. Misalnya, pada suhu ruangan (sekitar 300 K), black body memancarkan sebagian besar radiasi inframerah dengan panjang gelombang puncak sekitar 10 μm. Pada 1000 K, black body memancarkan sebagian besar cahaya merah dengan panjang gelombang puncak sekitar 3 μm. Pada 6000 K, black body memancarkan sebagian besar cahaya putih dengan panjang gelombang puncak sekitar 0,5 μm.

Hukum Stefan-Boltzmann

Hukum Stefan-Boltzmann menyatakan bahwa total daya yang dipancarkan per unit area oleh black body berbanding lurus dengan pangkat empat suhu absolutnya.

Secara matematis, hal ini dapat dinyatakan sebagai:

di mana Me adalah total daya per unit area (juga dikenal sebagai daya emisi atau exitansi radiatif), T adalah suhu absolut black body, dan σ adalah konstanta yang dikenal sebagai konstanta Stefan-Boltzmann, yang memiliki nilai 5,670×10−8 W m⁻²K⁻⁴.

Hukum Stefan-Boltzmann menjelaskan mengapa black body memancarkan lebih banyak radiasi seiring kenaikan suhunya. Misalnya, jika suhu black body berlipat ganda, daya emisinya meningkat 16 kali lipat.

Aplikasi Radiasi Black Body

Radiasi black body memiliki banyak aplikasi di berbagai bidang sains dan teknologi. Beberapa contohnya adalah:

• Dalam astronomi, bintang dapat dihampiri sebagai black body, dan suhunya dapat diperkirakan dari spektrum mereka menggunakan Hukum Penyimpangan Wien.

   

• Matahari, misalnya, memiliki suhu permukaan efektif sekitar 5800 K dan memancarkan sebagian besar cahaya terlihat dengan panjang gelombang puncak sekitar 0,5 μm.

• Dalam teknik, perangkat pencitraan termal menggunakan kamera inframerah untuk mendeteksi panas yang dipancarkan oleh objek berdasarkan suhunya menggunakan Hukum Stefan-Boltzmann.

   

• Pencitraan termal dapat digunakan untuk keamanan, pengawasan, pemadam kebakaran, diagnosis medis, dan tujuan lainnya.

• Dalam fisika, radiasi black body adalah salah satu fenomena yang menyebabkan perkembangan teori kuantum pada awal abad ke-20.

   

• Fisika klasik tidak dapat menjelaskan mengapa spektrum radiasi black body menyimpang dari Hukum Rayleigh-Jeans pada frekuensi tinggi dan menghasilkan energi tak terbatas yang dikenal sebagai krisis ultraviolet. Max Planck mengusulkan bahwa energi terkuantisasi dan dipancarkan dalam unit diskrit yang disebut kuantum atau foton untuk menyelesaikan masalah ini. Hukum Planck menggambarkan spektrum radiasi black body menggunakan teori kuantum.

Ringkasan

• Black body adalah objek ideal yang menyerap semua radiasi insiden dan memancarkan radiasi dengan spektrum kontinu yang hanya bergantung pada suhunya.

• Radiasi black body adalah radiasi termal yang dipancarkan oleh black body dalam kesetimbangan termodinamis dengan lingkungannya.

• Hukum Penyimpangan Wien menyatakan bahwa panjang gelombang puncak radiasi black body berbanding terbalik dengan suhunya.

• Hukum Stefan-Boltzmann menyatakan bahwa total daya yang dipancarkan per unit area oleh black body berbanding lurus dengan pangkat empat suhunya.

• Radiasi black body memiliki banyak aplikasi di bidang fisika, astronomi, teknik, dan bidang lainnya.

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang baik layak dibagikan, jika terdapat pelanggaran hak cipta silakan hubungi untuk dihapus.