Pada tahun 1879, seorang fisikawan Austria bernama Josef Stefan melakukan eksperimen yang menunjukkan bahwa daya total yang dipancarkan oleh semua benda hitam panas pada semua frekuensi, sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Beberapa tahun kemudian, Ludwig Boltzmann menggunakan teori gelombang elektromagnetik cahaya untuk mengembangkan persamaan Stefan dan mendapatkan persamaan baru yang dikenal sebagai Hukum Stefan-Boltzmann, yang menghubungkan daya yang dipancarkan oleh benda hitam dengan suhu mutlaknya.
Hukum Stefan-Boltzmann menyatakan bahwa jumlah energi yang dipancarkan per satuan waktu dari setiap satuan luas permukaan benda hitam yang ideal meningkat sebanding dengan keempat kuasa dari suhu absolut benda hitam tersebut. Dengan kata lain, semakin tinggi suhu absolut suatu benda hitam ideal, semakin banyak energi yang dipancarkan per satuan waktu dari setiap satuan luas permukaannya.
Selanjutnya dari bunyi Hukum Stefan-Boltzmann di atas dapat dirumuskan sebagai berikut:
Rumus tersebut berfungsi untuk menghitung daya radiasi atau laju energi rata-rata yang dipancarkan oleh suatu benda hitam. Jika benda tersebut panas tetapi bukan benda hitam, maka hukum yang sama tetap berlaku, namun nilai emisivitasnya akan lebih kecil dari satu. Benda hitam ideal adalah benda yang dapat menyerap semua radiasi tanpa memantulkannya, sehingga dapat memanaskan dirinya sendiri dan melepaskan semua energinya tergantung pada suhu benda tersebut.
Mari kita mencoba untuk mengerjakan contoh soal berikut agar dapat lebih memahami konsep yang telah dibahas, Warstekholic.
Contoh Soal:
Diketahui:
σ = 5,67 x 10-8 (W/m2K4)
A = 200 cm2 = 200 x 10-4 = 2 x 10-2 m2
e = 0,6
T = 727ºC + 273 K = 1000 K
Ditanya: P?
Jawab:
P = e A T4
P = 0,6 x 5,67 x 10-8 x 2 x 10-2 x 10004
P = 6,804 x 102 = 680,4 W
Jadi, besarnya daya radiasi atau laju energi rata-rata pada benda tersebut sebesar 680,4 Watt.
Diketahui:
T1 = 227ºC = 500 K
T2 = 727ºC = 1000 K
P1 = 1000 J/s = 1000 W
Ditanya: P2?
Jawab:
Jadi, besar daya radiasi benda yang dipancarkan sekarang yaitu 16000 Watt.
Sekarang kamu telah mempelajari cara menghitung daya radiasi suatu benda menggunakan Hukum Stefan-Boltzmann, tidak sulit bukan? Teruslah berlatih dengan menyelesaikan berbagai contoh soal agar semakin terampil dalam mengaplikasikan rumus tersebut. Jangan lupa untuk terus berlatih dan meningkatkan kemampuanmu!
Referensi
Majakelas, https://mejakelas.com/radiasi-benda-hitam/ Diakses pada 23 Maret, 2023.
Tanya-tanya, https://tanya-tanya.com/rangkuman-contoh-soal-pembahasan-radiasi-benda-hitam/ Diakses pada 23 Maret, 2023.
Zenius, https://www.zenius.net/zenbot/fisika/jawaban/WB36SxGj-F/ Diakses pada 23 Maret, 2023.
Pakdosen, https://pakdosen.co.id/radiasi-benda-hitam/ Diakses pada 23 Maret, 2023.
Untan, https://jurnal.untan.ac.id/index.php/semirata2015/article/view/13465 Diakses pada 23 Maret, 2023.