Benda hitam adalah benda ideal yang mampu menyerap seluruh radiasi. Benda hitam memiliki sifat yang bergantung pada suhu, di mana intensitas radiasinya sebanding dengan keempat suhu mutlaknya. Teori radiasi benda hitam terus berkembang hingga ditemukannya hukum Planck yang menjelaskan sifat kuantisasi energi radiasi.

1. Radiasi Benda Hitam
&
Dualisme Cahaya
Sisca Septiyani, S.Pd

2. Pernahkah kamumemakai bajuwarna
gelapatauhitampadasiang hari yang
panas? Apa yang kamurasakanketika
memakai baju warna gelap atau hitam
tersebut? Tentunya kamu akancepat
merasakan gerahbukan? Mengapa
demikian?
BENDA HITAM

3. Permukaanbenda yang berwarnahitam akanmenyerap kalor lebih
cepat dari permukaanbenda yang berwarna cerah. Hal inilahyang
menyebabkankita merasa lebihcepat gerahjika memakai baju
berwarnagelap atauhitampada siang hari. Sebaliknya, kita akanlebih
nyaman memakai baju berwarna gelap atau hitampada malamhari.
Hal ini dikarenakanpermukaanbenda berwarnagelap atauhitam
mudah memancarkan kalor daripada benda yang berwarna lain.

4. Jadi, benda yang permukaannya gelap atau
hitamakan mudah menyerap kalor dan
mudah pula memancarkannya. Untuk
memahami sifat radiasipermukaan benda
hitam, mari kita bahas bersama-sama
uraianmateri berikutini!

5. Selain dapat memancarkan radiasi,
permukaan bahan juga dapat
menyerap radiasi. Kemampuan
bahan untuk menyerap radiasi tidak
sama. Semakin mudah bahan
menyerap radiasi, semakin mudah
pula bahan itumemancarkan
radiasi. Bahan yang mampu
menyerap seluruh radiasi disebut
sebagai benda hitam(Black Body).

6. Istilah benda hitam(blackbody)
pertamakali dikenalkan oleh Fisikawan
Gustav Robert Kirchhoff pada tahun
1862. Bendahitammemancarkan
radiasi dalambentuk gelombang
elektromagnetik. Radiasi gelombang
elektromagnetik yang dipancarkan
benda hitambergantung pada suhu
benda hitamtersebut.

7. Model Radiasi Benda Hitam
Bendahitamadalah benda
ideal yang sebenarnya tidak
ada. Karakteristik benda
hitamdapat didekati dengan
menggunakan ruang tertutup
beronggayang diberi sebuah
lubang kecil. Perhatikan
gambar berikut

8. Setiap radiasi yang masuk ke rongga akanterperangkap oleh
pemantulan bolak-balik. Hal ini menyebabkan terjadinya
penyerapan seluruhradiasi oleh dinding rongga. Lubang rongga
dapat diasumsikan sebagai pendekatan benda hitam. Jika
rongga dipanaskan maka spektrumyang dipancarkan lubang
merupakan spektrumkontinu dantidak bergantung pada
bahan pembuat rongga. Besarnya energi radiasi per satuan
waktu per satuan luas permukaan disebut intensitas radiasi dan
disimbolkan dengan I.

9. 4
T
e
I 

Intensitasradiasiolehbendahitambergantungpadasuhubenda.
BerdasarkanhukumStefan-Boltzmann, intensitas radiasi dinyatakandengan
persamaan:
Keterangan:
I : intensitasradiasi(watt/m2)
T : suhumutlakbenda(K)
σ: konstanta Stefan-Boltzmann= 5,67 . 10-8watt/m2.K4
e : koefisienemisivitas(0 ≤e ≤1),untukbendahitame = 1

10. Jikasuatubendameradiasikankalorpadatemperaturtinggi(maksimum)puncakspektrum
radiasiakanbergeserkearahpanjanggelombangyangmakinkecil
Pada kondisi radiasi maksimum panjang gelombangnya
lm T= C
lm = Panjang gelombang pada energi pancar maksimum (m)
T = suhu dalam K
C = 2,898 x 10-3 m.K
HUKUM
PERGESERAN WIEN
Kelemahandari teori ini yaitutidakdapat
digunakan untukseluruhbagian
spektrum (tidak cocok untuk panjang
gelombang panjang)

11. Rayleigh-Jeans mengoreksi teori Wienmelalui eksperimennya akan
tetapi hasil eksperimen hanya cocok pada daerah spektrumcahaya
tampaksedangkan untuk daerah panjang gelombang pendektidak
cocok. Kegagalan ini dikenal dengan bencana ultraviolet

13. E = e . t . T4
P
E =
A
P = E . A = e . t . T4 . A
 m . T = C

15. KESIMPULAN TEORI WIEN
 BENDAYANGBERADIASI MEMANCARKANENERGI DALAM
BENTUK GELOMBANG

16. Hukum Radiasi Planck
Planck menemukan rumus dengan menginterpolasikanrumus weindan rumus Rayleigh-
Jeans dengan mengasumsikan bahwaterbentuknyaradiasi bendahitamadalahdalam
paket-paketenergi.
Konsep paket energi atauenergi terkuantisasi ini merupakanhipotesis MaxPlanck yang
merupakanrumus yangbenartentang kerapatan energi radiasi bendahitam.
hf
E 
s
J
h /
10
*
626
.
6 23



17. Efekfotolistrik adalahperistiwalepasnya
elektron dari permukaan logamyang
tembaki olehfoton.jika logammengkilat di
iradiasi, maka akan terjadi pancaran
electron padalogamtersebut.
Cahayadengan frekuensi lebihbesardari
frekuensi ambangyangakan menghasilkan
arus elektron Foton.
Energi maksimumyang terlepas dari logam
akibat peristiwafotolistrikadalah

18.  Efek Compton
Menurut Compton radiasi yang terhambur mempunyai frekuensilebih kecil
dari pada radiasi yang datang dan juga tergantung pada suduthamburan.
Dari analisis Compton, hamburan radiasi elektromagnetikdari partikel
merupakansuatutumbukanelastik.
 



 cos
1
' 




c
m
h
o

19. Perbandingan Teori Partikel
Cahaya dan Gelombang Cahaya

20. FenomenaCahaya TeoriGelombang TeoriPartikel
1. Rambatanliniercahaya Rambatanliniercahayadapat
dijelaskanolehrambatanlinier
gelombangair
Rambatanliniercahayadapat
dijelaskanolehkecepatantinggi
partikel-partikelyangmunculdari
sumbercahaya
2. Bayangangambardalam
cermindatar
Gelombangbundarmemantuldari
bidangpembatasseolahdihasilkan
darisebuahtitikyangsimetrisdari
sumber
Pantulanpartikel-partikelyang
datangke atasdindingpembatas
terjadiseolah-olahperluasan
partikel-partikelyangdipantulkan
menyatudi titikyg simetrisdari
sumber
3. Pantulancahaya Gelombanglinieryangdipantulkan
mematuhihukumpemantulan
Bolayangmelambungsedemikian
rupadengansudutdatangnya
samadengansudutpantulannya
4. Pembiasancahaya Gelombangtegaklurusdibiaskan
ketikamerekamelewatimedia
dengankedalamanberbeda
Bolayangmenggelindingdari
bidangtinggike rendahmengubah
arahnyasetelahmelewatidaerha
menurun.Namun, hubungan
antarakecepatan-kecepatantidak

21. FenomenaCahaya Teori Gelombang Teori Partikel
5. Interferensi cahaya Gelombangbulatyang
dihasilkandaridua sumbertitik
padatangkiriak menghasilkan
bentuk interferensi
Interferensi cahayatidakdapat
dijelaskanolehteoripartikel
6. Difraksi cahaya Gelombangair linier
melengkungdan menjadi bulat
serayamelewatijarak celahyang
lebihsempitdariatausebanding
denganpanjanggelombangnya
Difraksi cahayatidak dapat
dijelaskanolehteoripartikel
7. Efek fotolistrik Efek fotolistriktidakdapat
dijelaskanolehteorigelombang
Saat cahayaUV masuk pada
permukaanplat seng,elektron-
elektrondikeluarkandari plat
8. Efek Compton Efek Comptontidak dapat
dijelaskanolehteorigelombang
Ketikafoton-fotonsinar-X
menghantamelektron-elektron
bebaspadaatomgrafit,baik
foton-fotondanelektron-
elektrondihamburkan

22. FenomenaCahaya Teori Gelombang Teori Partikel
5. Interferensi cahaya Gelombangbulatyang
dihasilkandaridua sumbertitik
padatangkiriak menghasilkan
bentuk interferensi
Interferensi cahayatidakdapat
dijelaskanolehteoripartikel
6. Difraksi cahaya Gelombangair linier
melengkungdan menjadi bulat
serayamelewatijarak celahyang
lebihsempitdariatausebanding
denganpanjanggelombangnya
Difraksi cahayatidak dapat
dijelaskanolehteoripartikel
7. Efek fotolistrik Efek fotolistriktidakdapat
dijelaskanolehteorigelombang
Saat cahayaUV masuk pada
permukaanplat seng,elektron-
elektrondikeluarkandari plat
8. Efek Compton Efek Comptontidak dapat
dijelaskanolehteorigelombang
Ketikafoton-fotonsinar-X
menghantamelektron-elektron
bebaspadaatomgrafit,baik
foton-fotondanelektron-
elektrondihamburkan

23. CONTOH SOAL
1. Berapa panjang gelombang yang bersesuaiandengan energi
radiasi maksimumsuatubenda yang bersuhu57ºC?
Suhumutlak T = 57 + 273 = 330 K
C = tetapanpergeseran Wien= 2,90 x 10-3 m K
Jawab;

24. CONTOH SOAL
2. Sebuah bendadengan luas permukaan 100cm² bersuhu727ºCJika koefisien Stefan-
Boltzman 5,67x 10−8W/mK4 dan emisivitas bendaadalah0,6 tentukanlaju rata-rata
energi radiasi benda tersebut!
Diketahui :
σ = 5,67 x 10−8 W/mK4
T = 727ºC= 1000 K
e = 0,6
A = 100cm² = 100 x 10‾4= 10‾²
Jawab : LajuEnergi Rata-rata

25. LATIHAN SOAL
1. Kuantaenergi yang terkandung di dalamsinar ultraungu dengan
panjang gelombangnya 3300 A, konstanta Planck6,6 x 10‾34 Js dan
kecepatancahaya 3 x 108 m/ssebesar..
2. Sebuahpelat baja tipis berbentukpersegi panjang dengan sisi 10 cm,
dipanaskan dalamsuatutungkusehingga suhunya mencapai 727ºC.
Tentukanlaju rata-rata energi radiasi dalamsatuanwatt jika pelat
baja dapat dianggap benda hitam.
3. Sebuahbenda memiliki suhuminimum27oC dan suhumaksimum
227oC. Tentukannilaiperbandingandaya radiasiyang dipancarkan
benda pada suhumaksimumdan minimumnya!

26. LATIHAN SOAL
4. Grafikmenyatakanhubunganintensitas gelombang (I) terhadap
panjang gelombang, padasaat intensitas maksimum(λm) dari
radiasi suatubendahitamsempurna. Jika konstanta Wien= 2,9 x
10−3 mK, maka panjang gelombang radiasimaksimum pada T1
adalah....

27. LATIHAN SOAL
