soal dan pembahasan : radiasi benda hitam

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
λ_maks T = C
Keterangan :
λ_maks = 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 27^oC dan suhu maksimum 227^oC.



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

Pembahasan
Data :
T₁ = 27^oC = 300 K
T₂ = 227^oC = 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 727^oC. 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 = 727^oC = 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 227^oC adalah 1200 J/s. Jika suhu benda naik hingga menjadi 727^oC, tentukan daya radiasi yang dipancarkan sekarang!

Pembahasan
Data :
T₁ = 227^oC = 500 K
T₂ = 727^oC = 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 37^oC 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 = 37^oC = 310 K
C = 2,898 x 10⁻³ m.K
λ_maks = ....?

λ_maks T = C
λ_maks (310) = 2,898 x 10⁻³
λ_maks = 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 = 1727^oC = 2000 K
C = 2,9 x 10⁻³ m.K
λ_maks = ....?

λ_maks T = C
λ_maks (2000) = 2,9 x 10⁻³
λ_maks = 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
λ_{maks 1} = 6000 Å
λ_{maks 2} = ....?

λ_{maks 2} T₂ = λ_{maks 1} T₁
λ_{maks 2} (³/₂ T) = 6000 Å (T)
λ_{maks 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.

Posted by Unknown on - Rating: 4.5

Title : soal dan pembahasan : radiasi benda hitam
Description : Contoh Soal dan Pembahasan tentang Radiasi Benda Hitam, Materi Fisika kelas 3 (XII) SMA dengan kata kunci daya radiasi, energi radiasi, hu...

Share to

Google+ Twitter