Radiasi Benda Hitam

Benda hitam merupakan istilah untuk suatu benda yang memiliki emisivitas 1. Benda hitam adalah benda yang akan menyerap semua energi yang datang dan akan memancarkan energi dengan baik. Teori Fisika klasik yang menganggap bahwa cahaya merupakan gelombang ternyata tidak dapat menerangkan spektrum radiasi benda hitam. Max Plank, beranggapan bahwa cahaya dapat dianggap sebagai partikel. Teori ini diperkuat dengan adanya fenomena efek fotolistrik dan efek Compton. Sampai saat ini para ilmuwan masih beranggapan bahwa cahaya mempunyai sifat dualisme yaitu sebagai gelombang dan partikel.

Radiasi Benda Hitam

Apabila sepotong besi kita panaskan, maka suhu logam tersebut akan mengalami kenaikan. Makin lama dipanaskan, suhunya semakin tinggi. Makin tinggi suhu benda akan menimbulkan ruangan di sekitar benda itu menjadi panas. Hal ini menunjukkan bahwa benda memancarkan energi kalor ke sekitarnya. Energi yang dipancarkan benda ke sekitarnya disebut energi radiasi. Energi radiasi yang dipancarkan sebuah benda dalam bentuk gelombang, yaitu gelombang elektromagnetik.

Faktor apa saja yang memengaruhi radiasi suatu benda? Jika kita berada di dekat benda yang panas, pada tubuh kita akan terasa panas. Tubuh akan terasa semakin panas apabila kita berada di dekat benda yang suhunya lebih tinggi. Serta panas yang kita rasakan akan semakin kuat jika benda yang berada di dekat kita berwarna gelap, di samping itu juga makin luas permukaan benda, semakin terasa panas yang kita rasakan. Di samping benda memancarkan panas, benda pun dapat menyerap panas (energi). Hal ini tergantung pada suhu antara benda dengan ruangan di sekitar benda. Apabila suhu benda lebih tinggi daripada suhu ruangan, benda akan memancarkan panas dan sebaliknya jika suhu benda lebih rendah, maka benda tersebut akan menyerap energi (panas).

Energi yang dipancarkan oleh suatu benda tidak tergantung pada jenis bendanya. Akan tetapi tergantung pada suhu benda itu dan sifat permukaan benda. Benda yang mudah menyerap panas sekaligus merupakan benda yang memancarkan panas dengan baik. Makin tinggi suhu benda semakin besar energi yang dipancarkan. Tabel di bawah ini menunjukkan hubungan antara suhu benda dengan warna benda dari hasil eksperimen.

Hubungan Antara Suhu Benda Dengan Warna Benda

Ekperimen tentang radiasi kalor benda pertama kali dilakukan oleh Joseph Stefan dan Ludwig Boltzmann, diperoleh kesimpulan yang dinyatakan dalam rumus :

dengan:

W = intensitas radiasi kalor yang dipancarkan benda tiap detiknya (watt)
e = emisivitas benda
σ = kontante Stefans – Boltzmann (5,670 x 10^-8Wm^-2K^-4)
A = luas permukaan benda (m²)
T = suhu benda (K)

Persamaan diatas  disebut dengan Hukum Stefan – Boltzmann. Emisivitas adalah konstanta yang besarnya tergantung pada sifat permukaan benda yang mempunyai nilai antara 0 hingga 1.

Untuk benda yang mempunyai emisivitas 1 dinamakan benda hitam, yaitu suatu benda yang mempunyai sifat menyerap semua kalor. Benda hitam diidentikkan dengan benda berongga yang memiliki lubang kecil.

Model Radiasi Benda Hitam

Model benda hitam sempurna yang menyerap radiasi melalui pemantulan berulang

Apabila dilihat lubang itu berwarna hitam karena jika ada cahaya yang masuk ke lubang tersebut kemungkinan kecil bisa keluar lagi, cahaya itu akan dipantulkan oleh dinding bagian dalam benda berongga sehingga akhirnya energi habis terserap. Sebaliknya jika benda tersebut dipanaskan, maka lubang itu akan menyala lebih terang dibandingkan dengan daerah sekitarnya, yang berarti memancarkan energi lebih besar dibandingkan dengan yang lain.

Di sini diartikan bahwa benda hitam adalah benda yang akan menyerap semua energi yang datang dan akan memancarkan energi dengan baik. Dalam hal ini benda hitam sebenarnya hanya suatu model untuk menggambarkan benda hitam sempurna yang kenyataannya benda itu tidak ada. Benda yang mempunyai sifat menyerap semua energi yang mengenainya disebut benda hitam. Benda hitam jika dipanaskan akan memancarkan energi radiasi. Energi radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam disebut radiasi benda hitam.