Perpindahan Kalor secara Radiasi
Dalam kehidupan sehari-hari, jika pada saat sinar matahari mengenai tubuh kita maka kita merasakan panas atau artinya kita mendapat energi termal dari matahari.
Matahari memancarkan energinya yang sampai ke bumi dalam bentuk pancaran cahaya. Pancaran cahaya inilah yang disebut dengan radiasi.
Radiasi adalah perpindahan kalor dari permukaan suatu benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik.
Proses ketiga untuk transfer energi termal adalah radiasi dalam gelombang elektromagnetik.
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat tanpa memerlukan zat perantara atau medium. Hal inilah yang menyebabkan pancaran energi matahari dapat sampai ke bumi. Permukaan suatu benda dapat memancarkan dan menyerap energi.
Permukaan suatu benda yang berwarna hitam lebih banyak menyerap dan memancarkan energi dari pada permukaan benda yang berwarna putih.
Pada tahun 1879, laju perpindahan kalor termal yang dipancarkan secara radiasi oleh suatu benda secara empiris ditemukan oleh Josef Stefan.
Stefan mengatakan bahwa laju perpindahan kalor termal yang dipancarkan secara radiasi dari suatu benda sebanding dengan luas benda dan berpangkat empat suhu absolutnya.
Hasil empiris ini 5 tahun berikutnya diturunkan secara teoritis oleh Ludwig Boltzmann yang disebut dengan hukum Stefan-Boltzmann dan secara matematis dapat ditulis (Tipler, 1991)
P, adalah daya yang diradiasikan (watt/W)
e, adalah emisivitas benda atau koefisien pancaran suatu benda
σ, adalah konstanta Stefan (5,6703 x 10-8 W/m2.K4)
A, adalah luas benda yang memancarkan radiasi (m2)
Nilai emisivitas e suatu benda ditentukan dari warna permukaan benda tersebut. Permukaan benda yang berwarna hitam sempurna nilai e = 1, sedang untuk benda yang berwarna putih sempurna nilai e = 0. Jadi nilai emisivitas e secara umum adalah 0 ≤ e ≤ 1.
Contoh Soal Perpindahan Kalor Radiasi
Contoh Soal Pertama
Sebuah bola tembaga luasnya 20 cm2 dipanaskan hingga berpijar pada suhu 127°C. Jika emisivitasnya e adalah 0,4 dan tetapan Stefan adalah 5,67 x 10-8 W/m2.K4, tentukan energi radiasi yang dipancarkan oleh bola tersebut tiap sekonnya.Jawab
Diketahui
A = 20 cm2 = 2 x 10-3 m2
T = (127 + 273) = 400 K
e = 0,4
σ = 5,67 x 10-8 W/m2K4
Ditanyakan:
P = ...?
Jawab:
Energi radiasi per sekon yang dipancarkan oleh bola tersebut adalah laju energi yang dipancarkan, jadi dapat dihitung dengan persamaan berikut.
P = e σ AT4
P = 0,4 x (5,67 x 10-8) W/m2K4 (4 x 102 K)4
P = 0,4 x (5,67 x 10-8) (256 x 108)
P = 580,608 W = 580,608 J/s
Jadi, energi radiasi yang dipancarkan oleh bola tersebut tiap detik atau sekonnya adalah 580,608 J.
Contoh Soal Dua
Sebuah bola tembaga hitam dipadatkan berjari-jari 4 cm. Bola tersebut memancarkan energi tiap sekonnya adalah 400 J/s. Jika bola dianggap sebagai bola hitam sempurna dan tetapan Stefan adalah : 5,67 x 10-8 W/m2.K4 maka hitunglah suhu benda dalam °C.Jawab:
Diketahui:
Radius bola r = 4 cm = 0,04 m
P = 400 J/s
e = 1
V = 5,67 x 10-8 W/m2.K4
Ditanyakan: T = ... °C
Penyelesaian: Suhu bola yang memancarkan radiasi dapat dihitung dengan rumus berikut ini. P = e σ AT4
atau
T = √(P / (eσA))
T = √(400 / (1 x 5,67 x 10-8 x π x (0,04)2))
T = 1088 K
atau suhu bola tersebut adalah 1088-273 = 815°C
Materi Terkait
- 1 Mengenal Kalor dan Konservasi Energi
- 2 Mengenal Tentang Kalor Jenis
- 3 Mengenal Tentang Kapasitas Kalor
- 4 Perubahan Fasa dan Wujud Pada Zat
- 5 Mengenal Proses Pemuaian Panjang, Luas, dan Volume
- 6 Analisis Cara Perpindahan Kalor
- 7 Perpindahan Kalor secara Konveksi
- 8 Perpindahan Kalor secara Radiasi
- 9 Penerapan Asas Black dalam Pemecahan Masalah Keingintahuan