Radiasi Benda Hitam : Contoh Soal dan Pembahasan Lengkap Materi Fisika

Radiasi Benda Hitam : Contoh Soal dan Pembahasan Lengkap Materi Fisika

Contoh Soal dan Pembahasan tentang Radiasi Benda Hitam, Materi Fisika kelas 3 (XII) SMA dengan kata kunci daya radiasi, energi radiasi, hukum pergeseran Wien.

Rumus - Rumus Minimal

Daya Radiasi (Laju energi rata-rata) 
P = eσ T 4A
Keterangan :
P = daya radiasi (watt = joule/s)
e = emisivitas benda 
e = 1 → benda hitam sempurna
A = luas permukaan benda (m2)
T = suhu (Kelvin)
σ = Konstanta Stefan-Boltzman = 5,67 x 10−8 W/mK4
 

Hukum Pergeseran Wien
λmaks T = C
Keterangan :
λmaks = panjang gelombang radiasi maksimum (m)
C = Konstanta Wien = 2,898 x 10−3 m.K
T = suhu mutlak benda (Kelvin)
 

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal No. 1
Sebuah benda memiliki suhu minimum 27oC dan suhu maksimum 227oC. 

 

Tentukan nilai perbandingan daya radiasi yang dipancarkan benda pada suhu maksimum dan minimumnya!

Pembahasan
Data :
T1 = 27oC = 300 K
T2 = 227oC = 500 K
P2/P1 = (T2/T1)4
P2/P1 = (500/300)4 = (5/3)4 = 625 : 81

Soal No. 2
Sebuah benda dengan luas permukaan 100 cm2 bersuhu 727oC. Jika koefisien Stefan-Boltzman 5,67 x 10−8 W/mK4 dan emisivitas benda adalah 0,6 tentukan laju rata-rata energi radiasi benda tersebut!

Pembahasan
Data :
σ = 5,67 x 10−8 W/mK4
T = 727oC = 1000 K
e = 0,6
A = 100 cm2 = 100 x 10−4 = 10−2

Laju energi rata-rata :
P = eσ T 4A
P = (0,6)(5,67 x 10−8 )(1000)4(10−2)
P = 340,2 joule/s 

Soal No. 3
Daya radiasi yang dipancarkan suatu benda pada suhu 227oC adalah 1200 J/s. Jika suhu benda naik hingga menjadi 727oC, tentukan daya radiasi yang dipancarkan sekarang!

Pembahasan
Data :
T1 = 227oC = 500 K
T2 = 727oC = 1000 K
P1 = 1200 watt

Daya radiasi yang dipancarkan sekarang :
P2/P1 = (T2/T1)4
P2/P1 = (1000/500)4 
P2 = (1000/500)4 x P1
P2 = (2)4 x 1200 = 16 x 1200 = 19200 watt

Soal No. 4
Permukaan benda pada suhu 37oC meradiasikan gelombang elektromagnetik. Bila konstanta Wien = 2,898 x 10−3 m.K maka panjang gelombang maksimum radiasi permukaan adalah.....
A. 8,898 x 10−6 m
B. 9,348 x 10−6 m
C. 9,752 x 10−6 m
D. 10,222 x 10−6 m
E. 11,212 x 10−6 m
(Sumber soal : UN Fisika SMA 2008)

Pembahasan
Data :
T = 37oC = 310 K
C = 2,898 x 10−3 m.K
λmaks = ....?

λmaks T = C
λmaks (310) = 2,898 x 10−3
λmaks = 9,348 x 10−6 m

Soal No. 5
Grafik menyatakan hubungan intensitas gelombang (I) terhadap panjang gelombang, pada saat intensitas maksimum (λm) dari radiasi suatu benda hitam sempurna. 

 

Jika konstanta Wien = 2,9 x 10−3 mK, maka panjang gelombang radiasi maksimum pada T1 adalah....
A. 5.000 Å
B. 10.000 Å
C. 14.500 Å
D. 20.000 Å
E. 25.000 Å
(Sumber soal: UN Fisika 2009)

Pembahasan
Data :
T = 1727oC = 2000 K
C = 2,9 x 10−3 m.K
λmaks = ....?

λmaks T = C
λmaks (2000) = 2,9 x 10−3
λmaks = 1,45 x 10−6 m = 14.500 Å

Soal No. 6
Panjang gelombang radiasi maksimum suatu benda pada suhu T Kelvin adalah 6000 Å. Jika suhu benda naik hingga menjadi 3/2 T Kelvin , tentukan panjang gelombang radiasi maksimum benda!

Pembahasan
Data :
T1 = T Kelvin
T2 = 3/2 T Kelvin
λmaks 1 = 6000 Å
λmaks 2 = ....?

λmaks 2 T2 = λmaks 1 T1
λmaks 2 (3/2 T) = 6000 Å (T)
λmaks 2 = (2/3) x 6000 Å = 4000 Å

Soal No. 7
Benda hitam pada suhu T memancarkan radiasi dengan daya sebesar 300 mW. Radiasi benda hitam tersebut pada suhu ½ T akan menghasilkan daya sebesar ....
(A) 300 mW 
(B) 150 mW 
(C) 75 mW 
(D) 37,5 mW 
(E) 18,75 mw 
(Sumber Soal : UM UGM 2009)

Pembahasan
Seperti soal no. 6 silahkan mencoba.




Materi Terkait:



Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel