Praktikum Fisika Lanjut Radiasi Benda Hitam

Pada prisipnya semua benda dapat memancarkan panas. Intensitas panas yang dipancarkan dalam bentuk radiasi elektromagnetik, akan meningkat sesuai dengan suhu dan luas permukaan benda. Pada panjang gelombang tertentu, benda yang lebih panas memiliki daya serap radiasi yang lebih baik. 

Sebuah benda yang dapat menyerap seluruh radiasi panas dari semua panjang gelombang disebut benda hitam. Benda hitam memiliki faktor absorpsi yang paling besar, dengan demikian pada suhu dan panjang gelombang tertentu, sangat mungkin memiliki daya emisi yang baik. Hukum Stefan-Boltzmann menyatakan bahwa total radiasi yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam sebanding dengan kenaikan suhu mutlak 𝑇 pangkat empat. Tepatnya, radiasi yang keluar 𝑀, yaitu total daya yang dipancarkan pada salah satu sisi permukaan dari daerah yang memancarkan radiasi, didefinisikan sebagai: 

𝑀0 = 𝜎. 𝑇 4 .........................................................(1) 

dimana: 𝜎 = 5,67. 10−8 𝑊 𝑚2 𝐾 4 , konstanta Stefan-Boltzmann. Pada waktu yang bersamaan, benda hitam akan menyerap radiasi dari lingkungan. Dalam ekperimen ini radiasi total yang keluar 𝑀 tidak akan diukur, tetapi hanya mengukur radiasi keluar 𝑀′ yang dipancarkan dari benda hitam. Pancaran yang keluar diserap dari lingkungan adalah: 

𝑀0 = 𝜎. 𝑇0 4 .....................................................(2) 

dengan demikian: 

𝑀′ = 𝜎. (𝑇 4 − 𝑇0 4 ) .............................................(3)

Metode Eksperimen

Pada eksperimen ini, tungku listrik dengan aksesoris benda hitam yang terdiri dari sebuah silinder pembakar dari kuningan dan sebuah layar. Silinder kuningan dimasukan ke dalam tungku listrik kemudian dipanaskan pada suhu yang tertentu. Fungsi layar ini adalah untuk membatasi daerah radiasi sehingga hanya radiasi termal yang berasal dari silinder pembakar yang akan terukur, bukan daerah di sekitar tungku pemanas. Sensor suhu NiCr-Ni digunakan untuk mengukur suhu pada silinder kuningan

Radiasi panas diukur menggunakan thermopile Moll yang dihubungkan dengan mikrovoltmeter. Thermopile adalah sensor suhu yang terdiri dari sejumlah termokopel yang dihubungkan secara seri. Pada titik pengukuran semua radiasi yang datang akan diserap seluruhnya, sedangkan titik pembanding berada pada suhu ambang. Dengan demikian, tegangan output yang terukur pada thermopile merupakan hasil pengukuranrelatif dari radiasi keluar 𝑀.