Isi
Landasan Teori
Dalam fisika, benda hitam (bahasa Inggris black body) adalah
obyek yang menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh
kepadanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya.
Namun, dalam fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga
memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang mungkin, karena
hanya dari sinilah energi benda itu dapat diukur.
Meskipun namanya benda hitam, dia tidaklah harus benar-benar
hitam karena dia juga memancarkan energi. Jumlah dan jenis radiasi
elektromagnetik yang dipancarkannya bergantung pada suhu benda
hitam tersebut. Benda hitam dengan suhu di bawah sekitar 700 Kelvin
hampir semua energinya dipancarkan dalam bentuk gelombang
inframerah, sangat sedikit dalam panjang gelombang tampak. Semakin
tinggi temperatur, semakin banyak energi yang dipancarkan dalam
panjang gelombang tampak dimulai dari merah, jingga, kuning dan
putih.
Istilah "benda hitam" pertama kali diperkenalkan oleh Gustav
Robert Kirchhoff pada tahun 1862. Cahaya yang dipancarkan oleh
benda hitam disebut radiasi benda hitam
Ketika temperatur berkurang, puncak dari kurva radiasi benda
hitam bergerak ke intensitas yang lebih rendah dan panjang
gelombang yang lebih panjang. Grafik radiasi benda hitam ini
dibandingkan dengan model klasik dari Rayleigh dan Jeans.
Dalam laboratorium, benda yang paling mendekati radiasi benda
hitam adalah radiasi dari sebuah lubang kecil pada sebuah rongga.
Cahaya apa pun yang memasuki lubang ini akan dipantulkan dan
energinya diserap oleh dinding-dinding rongga berulang kali, tanpa
memedulikan bahan dinding dan panjang gelombang radiasi yang masuk
(selama panjang gelombang tersebut lebih kecil dibandingkan dengan
diameter lubang). Lubang ini (bukan rongganya) adalah pendekatan
dari sebuah benda hitam. Jika rongga dipanaskan, spektrum yang
dipancarkan lubang akan merupakan spektrum kontinu dan tidak
bergantung pada bahan pembuat rongga. Pancaran radiasinya mengikuti
suatu kurva umum (lihat gambar). Berdasarkan hukum radiasi termal
dari Kirchhoff kurva ini hanya bergantung pada suhu dinding rongga,
dan setiap benda hitam akan mengikuti kurva ini.
Spektrum yang teramati tidak dapat dijelaskan dengan teori
elektromagnetik klasik dan mekanika statistik. Teori ini meramalkan
intensitasi yang tinggi pada panjang gelombang rendah (yaitu,
frekuensi tinggi); suatu ramalan yang dikenal sebagai bencana
ultraungu.
Masalah teoretis ini dipecahkan oleh Max Planck, yang menganggap
bahwa radiasi elektromagnetik dapat merambat hanya dalam
paket-paket, atau kuanta (lihat bencana ultraungu untuk
rinciannya). Gagasan ini belakangan digunakan oleh Einstein untuk
menjelaskan efek fotolistrik. Perkembangan teoretis ini akhirnya
menyebabkan digantikannya teori elektromagnetik klasik dengan
mekanika kuantum. Saat ini, paket-paket tersebut disebut foton.
Data Percobaan
Ikhwan Nur Rahman
No.
T
U (Volt) Naik
U (Volt) Turun
1
110
0.38
1.26
2
120
0.56
1.52
3
130
0.82
1.94
4
140
1.08
2.08
5
150
1.34
2.31
6
160
1.62
2.67
7
170
1.9
2.93
8
180
2.18
3.4
9
190
2.66
3.88
10
200
3.28
4.32
Ket : U dalam (x10-5)
Temperature reference T=100oC = 373 K
U Naik = 0.25 x10-5 V
U Turun= 1.14 x 10-5 V
Kenaikan Temperatur
T
M'
U (Volt)
Uo (Volt)
A
383
0.414013
0.38
0.25
0.314
393
0.987261
0.56
0.25
0.314
403
1.815287
0.82
0.25
0.314
413
2.643312
1.08
0.25
0.314
423
3.471338
1.34
0.25
0.314
433
4.363057
1.62
0.25
0.314
443
5.254777
1.9
0.25
0.314
453
6.146497
2.18
0.25
0.314
463
7.675159
2.66
0.25
0.314
473
9.649682
3.28
0.25
0.314
M'
Tn^4
To^4
0.414013
21517662721
19356878641
0.00000000019
0.987261
23854493601
19356878641
0.00000000022
1.815287
26376683281
19356878641
0.00000000026
2.643312
29093783761
19356878641
0.00000000027
3.471338
32015587041
19356878641
0.00000000027
4.363057
35152125121
19356878641
0.00000000028
5.254777
38513670001
19356878641
0.00000000027
6.146497
42110733681
19356878641
0.00000000027
7.675159
45954068161
19356878641
0.00000000029
9.649682
50054665441
19356878641
0.00000000031
Kesalahan Literatur = x 100% = 95,42 %
Penurunan Temperatur
T
M'
U (Volt)
Uo (Volt)
A
383
0.382166
1.26
1.14
0.314
393
1.210191
1.52
1.14
0.314
403
2.547771
1.94
1.14
0.314
413
2.993631
2.08
1.14
0.314
423
3.726115
2.31
1.14
0.314
433
4.872611
2.67
1.14
0.314
443
5.700637
2.93
1.14
0.314
453
7.197452
3.4
1.14
0.314
463
8.726115
3.88
1.14
0.314
473
10.12739
4.32
1.14
0.314
M'
Tn^4
To^4
0.414013
21517662721
19356878641
0.00000000019
0.987261
23854493601
19356878641
0.00000000022
1.815287
26376683281
19356878641
0.00000000026
2.643312
29093783761
19356878641
0.00000000027
3.471338
32015587041
19356878641
0.00000000027
4.363057
35152125121
19356878641
0.00000000028
5.254777
38513670001
19356878641
0.00000000027
6.146497
42110733681
19356878641
0.00000000027
7.675159
45954068161
19356878641
0.00000000029
9.649682
50054665441
19356878641
0.00000000031
Kesalahan Literatur = x 100% =95,41%
Grafik antara M dan T
Untuk kenaikan Temperatur
Untuk Penurunan Temperatur
Gayatri Wisik BM
DATA HASIL PERCOBAAN
A. Pengukuran Kenaikan Tempertaur
B. Pengukuran Penurunan Tempertatur
No
T ( )
U ( Volt )
1
100
2
110
3
120
4
130
5
140
6
150
7
160
8
170
9
180
10
190
11
200
No
T ( )
U ( Volt )
1
200
2
190
3
180
4
170
5
160
6
150
7
140
8
130
9
120
10
110
11
100
No
T ( )
U ( Volt )
1
100
2
110
3
120
4
130
5
140
6
150
7
160
8
170
9
180
10
190
11
200
Pengolahan Data
Persamaan
dan
Kenaikan Temperatur
Untuk T = 100
V/m k
Penurunan Temperatur
Untuk T = 200
V/m k
HASIL PENGUKURAN LENGKAPNYA
Kenaikan Temperatur
No
T ( )
M ()
(V/m k)
1
100
2
110
3
120
4
130
5
140
6
150
7
160
8
170
9
180
10
190
11
200
Penurunan Temperatur
No
T ( )
M ()
(V/m k)
1
200
2
190
3
180
4
170
5
160
6
150
7
140
8
130
9
120
10
110
11
100
Grafik antar M dan T
Untuk kenaikan temperature
Untuk penurunan temperature
Tiara Adelia
I. Data Percobaan
A. Pengukuran Kenaikan Temperatur
No
T (C)
V ( volt ) x 10-5
1
100
0,59
2
110
0,50
3
120
0,42
4
130
0,28
5
140
0,17
6
150
0,02
7
160
-0,19
8
170
-0,34
9
180
-0,53
10
190
-0,74
11
200
-0,99
B. Pengukuran Penurunan Temperatur
No
T (C)
V (volt ) X 10-5
1
200
-1,83
2
190
-1,49
3
180
-1,27
4
170
-0,65
5
160
-0,24
6
150
0,02
7
140
0,25
8
130
0,42
9
120
0,48
10
110
0,68
11
100
0,81
II. Pengolahan Data
A. Pengukuran Kenaikan Temperatur
T = 110 C + 273 = 373k Unaik = 0,59 x 10-5
To4 = 1,94 x 104 k4 A = r2 = 3,14 x ( 1 x 10 -2 ) 2 = 3,14 x
10-4 m2
1) T = 110 C + 273 = 383k 6) T = 160 C + 273 = 433k
T4 = 2,15 X 1010 k4 T4 = 3,51 X 1010 k4
T4 - T04 =2,1 X 109 k4 T4- T04 = 15,7 X 109 k4
2) T = 120 C + 273 = 393k 7) T = 170 C + 273 = 443k
T4 = 2,38 X 1010 k4 T4 = 3,85 X 10 10k4
T4 - T04 = 2,1 X 109 k4 T4-T04 = 19,1 X 109k4
3) T = 130 C + 273 = 403k 8) T = 180C + 273 = 453k
T4 - T04 =7 X 109 k4 T4 = 4,21 X 1010 k4
T4-T04 = 7 X 109k4 T4-T04 = 22,7 X 1010 k4
4) T= 140 C + 273 = 403k 9) T= 190C + 273 = 463k
T4 = 2,91 X 1010 k4 T4 = 4,6 X 1010 k4
T4- T04 =9,7 X 109 k4 T4 T04 = 26,6 X 109 k4
5) T= 150 C + 273 = 423k 10) T= 200 C + 273 = 473k
T4 = 3,2 X 1010 k4 T4 = 5,01 X 1010 k4
T4 - T04 =12,6 X 109 k4 T4 T04 = 30,7 X 109 k4
MI =
1. MI =
2. MI =
3. MI =
4. MI =
5. MI =
6. MI =
7. MI =
8. MI =
9. MI =
10. MI =
No
T4-T04 ( x )
mI
x
xy
1
2,1 x 109 k4
-2,8 x 10 -3 v/m2
4,41 x 10 18 k8
-5,88 x 106k4/m2
2
4,4 x 109 k4
-5,4 x 10 -3 v/m2
19,36 x 10 18 k8
-23,76 x 106 k4/m2
3
7 x 109 k4
-9,8 x 10 -3 v/m2
49 x 1018 k8
-68,6 x 106 k4/m2
4
9,7 x 109 k4
-13,3 x 10-3 v/m2
94,09 x 1018 k8
-129,01x 106 k4/m2
5
12,6 x 109 k4
-18,1 x 10-3 v/m2
158,76 x 1018 k8
-228,06x106k4/m2
6
15,7 x 109 k4
-24,8x 10-3v/m2
246,49 x 1018 k8
-389,36x106 k4/m2
7
19,1 x 109 k4
-29,6 x 10-3 v/m2
364,81 x 1018 k8
-565,36x106k4/m2
8
22,7 x 109 k4
-35,6 x 10-3 v/m2
515,29 x 10 18 k8
-808,12x106k4/m2
9
26,6 x 109 k4
-42,3 x 10-3 v/m2
707,56 x 1018 k8
-1125,18x106k4/m2
10
30,7 x 109 k4
-50,3 x 10-3v/m2
942,49 x 1018k8
-1544,21x106k4/m2
Jumlah
15,06 x 109 k4
-23,2 x 10-3 v/m2
310,226 x 1018k8
-488,754X106k4/m2
b. n =
=
= = 1,58 x 10 v/km
Kesalahan literature
Xlit : = 5,672 x 10 w/m k = 56.720 x 10 w/m.k
X 100% = 100%
B. Pengukuran Penurunan Temperatur
T0= 100C + 273 = 373 k U turun= 0,81 x 10-5 v
T04 = 1,94 x 1010 k4 A= 3,14 X 1004m2
MI =
1) mI =-
2) mI = -
3) mI = -
4) mI = -
5) mI = -
6) mI =
7) mI =
8) mI =
9) mI =
10) mI =
No
T4 T04 ( x )
mI ( y)
X2
xy
1
30,7 x 109 k4
-84,07 x 10-3v/m2
942,49 x 1018 k8
-2580,94 x 106 k4v/m2
2
26,6 x 109 k4
-73,24 x 10-3 v/m2
707,56 x 1018 k8
-1948,18 x 106 k4v/m2
3
22,7 x 109 k4
-66,24 x 10-3v/m2
515,29x 1018k8
-1503,64x106k4v/m2
4
19,1 x 109k4
-46,49 x 10-3 v/m2
364,81x1018k8
-887,95 x 106k4v/m2
5
15,7 x 109k4
-33,43 x 10-3 v/m2
264,49x1018k8
-524,85x106k4v/m2
6
12,6 x 109k4
-25,15x10-3 v/m2
158,76x1018k8
-316,89 x 106k4v/m2
7
9,7 x 109k4
-17,83 x 10-3 v/m2
94,09x1018k8
-172,95x106k4v/m2
8
7x109k4
-12,42x 10-3v/m2
49x1018k8
-84,94x106k4v/m2
9
4,4x109k4
-10,50 x 10-3v/m2
19,36x 1018k8
-46,2 x 106k4v/m2
10
2,1x109k4
-4,14x 10-3 v/m2
4,41x1018k8
-8,69 x106k4v/m2
Jumlah
15,06x109k4
-37,357 x 10-3 v/m2
310,226x1018k8
-807,52 x 106k4v/m2
b= n
=
=
kesalahan literature
Xlit = 5,672x10 w/m k = 56.720 x 10 w/m k
Grafik antara M dan T
Untuk kenaikan temperature
Untuk penurunan Temperatur
Alfandi Ali Akbar
Radiasi realtif:
M =
a) Kenaikan temperature
A =
= . 3,14 .
=
1. M = 0,0076
2. M = 0,0073
3. M = 0,0085
4. M = 0,0095
5. M = 0,0095
6. M = 0,0079
7. M = 0,0047
8. M = 0,006
9. M = 0,0073
10. M = 0,0089
11. M = 0,0127
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
b) Penurunan temperature
1. M = 0,0060
2. M = 0,071
3. M = 0,0187
4. M = 0,0242
5. M = 0,0222
6. M = 0,0232
7. M = 0,0159
8. M = 0,0238
9. M = 0,0184
10. M = 0,0098
11. M = 0,0054
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
kenaikan suhu
suhu
tegangan output
100
2.8
110
3.15
120
3.2
130
3.37
140
3.31
150
3.34
160
3.11
170
3.36
180
3.19
190
2.92
200
2.78
Penurunan suhu
suhu
Tegangan output
200
2.80
190
3.15
180
3.20
170
3.37
160
3.31
150
3.34
140
3.11
130
3.36
120
3.19
110
2.92
100
2.78
Grafik antara M dan T
Untuk kenaikan temperature
Untuk penurunan temperature
Pembahasan
Percobaan radiasi benda hitam ini bertujuan menentukan
konduktifitas relative dari intensitas radian open listrik dengan
peralatn benda hitam pada suhu 373 kelvin hingga 473 kelvin, benda
hitam ini menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh
kepadanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya.
Benda hitam, dia tidaklah harus benar-benar hitam karena dia juga
memancarkan energi. Jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang
dipancarkannya bergantung pada suhu benda hitam tersebut. Benda
hitam dengan suhu di bawah sekitar 700 Kelvin hampir semua
energinya dipancarkan dalam bentuk gelombang inframerah, sangat
sedikit dalam panjang gelombang tampak. Semakin tinggi temperatur,
semakin banyak energi yang dipancarkan dalam panjang gelombang
tampak dimulai dari merah, jingga, kuning dan putih.
Dalam pembahasan praktikum ini, kami dari kelompok enam memiliki
data yang berbeda-beda, akan tetapi dari 4 data yang ada, 3
diantaranya memiliki kemiripan, yaitu membentuk grafik yang
linier,hal ini menunjukan bahwa apabila terjadi kenaikan suhu maka
hal ini akan dibarengi dengan kenaikan intensitas radiasinya, dalam
kata lain keduanya berbanding lurus. Akan tetapi data yang di
kelola sangat jauh dari ekspektasi, pada pengolahan data, dalam
kelompok ini ada dua data yang mencari kesalahan literature yang
mana konstanta Stefan-boltzmann sebagai acuan, dari kedua data
tersebut, kesalahan literature nya mendekati 100%, hal ini bias
terjadi karena pembacaan data yang kurang tepat, dikarenakan
thermometer yang digunakan merupakan temperature digital yang
memungkinkan keslahan dalam pembacaan, saat suhu menunjukan
nilainya, maka nilai U pada indicator tidak dalam tampilan yang
stabil, dan hal ini bias saja terjadi dikarenakan ada kesalahan
pada praktikan ataupun yang disebabkan oleh alat-alat
praktikum.
Kesimpulan
Dari beberapa data yang kami kumpulkan dapat disimpulkan
bahwa:
1. Intensitas radiasi itu berbanding lurus dengan suhu yang
dipangkatkan empat. Sehingga, semakin besar temperature, akan
semakin besar pula intensitas radiasinya, berlaku sebaliknya,
apabila temperature kecil, maka intensitas radiasinya juga akan
kecil.
2. Grafik intensitas radiasi haruslah linier ke atas dikarenakan
hubungan antara intensitas radiasi dan temperature tadi, yang
berbanding lurus.
Daftar Pustaka
http://rustamhafid.blogspot.com/2014/11/laporan-fisika-modern-pengukuran.html
diakses pada tanggal 30 nopember 2014, pada pukul 7.42
http://blogfisikarinialjambi.blogspot.com/2012/12/makalah-radiasi-benda-hitam.html
diakses pada tanggal 30 nopember 2014, pada pukul 7.42
http://id.wikipedia.org/wiki/Benda_hitam diakses pada tanggal 30
nopeber 2014, pada pukul 7.44
Pendahuluan
Latar Belakang
Telah diektahui bahwa perpindahan kalor ( panas ) dari Matahari
ke Bumi melalui gelombang elektromagnetik terjadi secara radiasi (
pancaran ). Dalam Materi ini akan dijelaskan intensitas radiasi
benda hitam yang melibatkan : Gustav Kirchhoff, Stefan dan
Boltzmann, Wilhelm Wien, Rayleigh dan Jeans, dan Max Planck.
Pada makalah ini akan dibahas radiasi benda hitam dan
hubungannya dengan konstanta Stefan-boltzmann, yang mana seperti
persamaan intensitas radisi benda hita, bahwa intensitas radiasi
benda hitam ditentukan oleh temperature yang dipangkat empat dan
dikalikan oleh konstanta Stefan Boltzmann tersebut.
Percobaan Pengukuran Radiasi Intentitas benda hitam, bertujuan
untuk mengukur intentitas radiasi (relatif) dari benda hitam pada
suhu 300 - 7000 dan menentukan hubungan antara intentitas radiasi
dengan suhu mutlak (Hukum Stefan Boltzmann).
Perrcobaan pertama kali dilakukan oleh Josef Stefan (1835 -
1893) di Wina pada tahun 1879 olyang menemukan bahwa seluruh
spektrum energi sebanding dengan empat dari suhu benda hitam. Lima
tahun kemudian, Ludwiq Boltzmann (1844 - 1906) salah satu pelopor
yang memperkenalkan konsep mekanika statistik tekanan radiasi,
menunjukkan bahwa persamaan empiris Stefan dapat diperoleh dari
hukum kedua teori termodinamika. Kolaborasi dari dua tokoh
tersebut, Stefan dan Boltzmann, yang memulai langkah pertama dalam
upaya untuk menemukan fungsi Kirchoof.
Tujuan
1. Mengukur konduktifitas relative dari intensitas radian open
listrik dengan peralatan benda hitam pada suhu 300-700 k
menggunakan thermopile moll
2. Membuat grafik hubungan antara intensitas radian dan suhu
mutlak untuk membuktikan hokum Stefan Boltzmann
3. Membandingkan hasil percobaan dari masing-masing anggota
kelompok.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur atas rahmat Allah SWT yang telah memberikan kita
nikmat sampai hari ini sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah
yang berjudul Radiasi Benda Hitam, untuk itu penulis juga
mengucapkan terima kasih kepada Bapak Priambodo sebagai dosen
pengampu mata kuliah Eksperimen Fisika 1 yang telah membimbing
penulis untuk menyelesaikan makalah ini. Tak lupa pula kepada
teman-teman seperjuangan mahasiswa fisika 2012, yang memberikan
semangat kepada penulis dalam menyelesaikan makalah ini.
Terakhir, kami penulis sangat sadar akan kurang sempurnanya
makalah ini, dalam pribahasa Indonesia Tak ada gading yang tak
retak , sehingga kami penulis sangat berterima kasih apabila ada
kritik dan saran demi menyempurnakan makalah ini, demikian lebih
dan kurang kami ucapka terima kasih.
Jakarta, 28 November 2014
Pemakalah
EKSPERIMEN FISIKA I
RADIASI BENDA HITAM
PEMAKALAH
ALFANDI ALI AKBAR
GAYATRI WISIK BM
IKHWAN NUR RAHMAN
TIARA ADELIA
DOSEN PENGAMPU
PRIAMBODO, S.SI.
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI (UIN) SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2014 M/ 1436 H
3833934034134234334434534634730.414012738853503260.98726114649681541.81528662420382172.64331210191082813.47133757961783524.36305732484076545.25477707006369426.14649681528662577.67515923566878929.6496815286624198
T
M'
3833934034134234334434534634730.382165605095541871.21019108280254792.54777070063694392.99363057324840833.72611464968152944.87261146496815295.70063694267516047.19745222929936198.726114649681528910.127388535031848
T
M'
3833934034134234334434534634736.6810.20000000000000112.116.8725.15000000000000230.253645.5450.30999999999999561.8
T
M'
47346345344343342341340339338390.7682.1675.866.90000000000000658.650.3240.4439.80000000000001134.428.979999999999997
T
M'
3833934034134234334434534634732.85.49.800000000000000713.318.10000000000000124.82.9635.642.350.3
T
M'
47346345344343342341340339338384.0173.23999999999999566.23999999999999546.4933.4325.15000000000000217.82999999999999512.4210.54.1399999999999997
T
M'
3833934034134234334434534634737.6000000000000009E-37.3000000000000009E-38.5000000000000006E-39.5000000000000032E-39.5000000000000032E-37.9000000000000025E-34.7000000000000011E-36.000000000000001E-37.3000000000000009E-38.9000000000000051E-3
T
M'
4734634534434334234134033933836.000000000000001E-37.0999999999999994E-21.8700000000000005E-22.4199999999999996E-22.2200000000000004E-22.3199999999999995E-21.5900000000000001E-22.3800000000000002E-21.8400000000000003E-29.8000000000000032E-3
T
M'