Bella Audrine – Dyastri Intan – Fadhlli Alamsyah – Robi

Salamunef – Ulama Andika

Hubungan Radiasi Benda Hitam dengan

Global Warming

Istilah benda hitam (black body) pertama kali dikenalkan oleh Fisikawan Gustav Robert Kirchhoff pada tahun 1862.

Benda hitam memancarkan radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan benda hitam bergantung pada suhu benda hitam tersebut.

Benda hitam adalah benda ideal yang sebenarnya tidak ada.

Karakteristik benda hitam dapat didekati dengan menggunakan ruang tertutup berongga yang diberi sebuah lubang kecil. Perhatikan gambar berikut:

Setiap radiasi yang masuk ke rongga akan terperangkap oleh pemantulan bolak-balik. Hal ini menyebabkan terjadinya penyerapan seluruh radiasi oleh dinding rongga. Lubang rongga dapat diasumsikan sebagai pendekatan benda hitam.

Jika rongga dipanaskan maka spektrum yang dipancarkan lubang merupakan spektrum kontinu dan tidak bergantung pada bahan pembuat rongga.

4TeI

Intensitas radiasi oleh benda hitam bergantung pada suhu benda. Berdasarkan hukum Stefan-Boltzmann, intensitas radiasi dinyatakan dengan persamaan:

Keterangan:I : intensitas radiasi (watt/m2)T : suhu mutlak benda (K)σ: konstanta Stefan-Boltzmann = 5,67 . 10-8watt/m2.K4e : koefisien emisivitas (0 ≤e ≤1), untuk benda hitam e = 1

Wilhelm Wien mempelajari hubungan antara suhu dan panjang gelombang pada intensitas maksimum. Perhatikan gambar di samping! Puncak-puncak kurva pada grafik menunjukkan intensitas radiasi pada tiap-tiap suhu.

Tampak bahwa puncak kurva bergeser ke arah panjang gelombang yang pendek jika suhu semakin tinggi.

4000 K

2000 K

3000 K

І

λ

Hukum Pergeseran Wien

Panjang gelombang pada intensitas maksimum ini disebut sebagai λmaks. Wien merumuskan hubungan antara suhu dan λmaks. sebagai berikut:

λmaks. . T = C

Hipotesa Planck

Planck berkesimpulan bahwa energi yang dipancarkan dan diserap tidaklah kontinu. Tetapi, energi dipancarkan dan diserap dalam bentuk paket-paket energi diskret yang disebut kuanta.

Dengan hipotesanya, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai dengan data hasil eksperimennya.

Persamaan Planck tersebut kemudian disebut hukum radiasi benda hitam Planck. Ia berpendapat bahwa ukuran energi kuantum sebanding dengan frekuensi radiasinya.

n : bilangan kuantum (n = 0, 1, 2, . . ., n)V : frekuensi radiasi (Hz)

..hnE Keterangan :

).10.136,4.10.626,6(.: 1534 seVsJPlanckkonsth

Kuantisasi energi osilator ini merupakan hal baru pada masa itu. Kuantisasi energi inilah yang mendasari teori fisika kuantum.

Rumusannya adalah:

Penerapan Radiasi Benda Hitam1. Penentuan Suhu Permukaan MatahariSuhu permukaan matahari atau bintang dapat ditentukan dengan mengukur daya radiasi matahari yang diterima bumi. Dengan menggunakan hukum Stefan-Boltzmann, total daya yang dipancarkan oleh matahari adalah:

AIPM .MRiaanmataharluaspermukA 4:

e = 1 maka :)4)(( 24

MMM RTP

Matahari memancarkan daya yang sama ke segala arah. Dengan demikian bumi hanya menyerap sebagian kecil.

Meskipun bumi hanya menyerap sebagian daya dari matahari, namun bumi mampu memancarkan daya ke segala arah. Besar daya yang dipancarkan bumi adalah:

)4)(( 24BBB RTP

Pemanasan global

adalah adanya proses peningkatan suhu rata-rata atmosfer, laut dan daratan bumi.

Segala sumber energi yang terdapat di Bumi berasal dari Matahari. Sebagian besar energi tersebut berbentuk radiasi gelombang pendek, termasuk cahaya tampak.

Ketika energi ini tiba permukaan Bumi, ia berubah dari cahaya menjadi panas yang menghangatkan Bumi. Permukaan Bumi, akan menyerap sebagian panas dan memantulkan kembali sisanya. Sebagian dari panas ini berwujud radiasi infra merah gelombang panjang ke angkasa luar.

EFEK RUMAH KACA

Namun sebagian panas tetap terperangkap di atmosfer bumi akibat menumpuknya jumlah gas rumah kaca antara lain uap air, karbon dioksida dan metana yang menjadi perangkap gelombang radiasi ini.

Gas-gas ini menyerap dan memantulkan kembali radiasi gelombang yang dipancarkan Bumi dan akibatnya panas tersebut akan tersimpan di permukaan Bumi. Keadaan ini terjadi terus menerus sehingga mengakibatkan suhu rata-rata tahunan bumi terus meningkat.

Gas-gas tersebut berfungsi sebagaimana gas dalam rumah kaca. Dengan semakin meningkatnya konsentrasi gas-gas ini di atmosfer, semakin banyak panas yang terperangkap di bawahnya.

Jika tidak ada efek rumah kaca suhu bumi hanya -18 °C sehingga es akan menutupi seluruh permukaan Bumi.

Akan tetapi sebaliknya, apabila gas-gas tersebut telah berlebihan di atmosfer, akan mengakibatkan pemanasan global.

Dampak Pemanasan Global

1. Iklim mulai tidak stabil2. Peningkatan permukaan laut3. Suhu global cenderung meningkat4. Gangguan ekologis5. Dampak sosial dan politik

Pengendalian Pemanasan Global

Tidak ada yang dapat mencegah pemanasan global di masa depan. Tantangan yang ada saat ini adalah mengatasi efek yang timbul sambil melakukan langkah-langkah untuk mencegah semakin berubahnya iklim di masa depan.

Ada dua pendekatan utama untuk memperlambat semakin bertambahnya gas rumah kaca.

Pertama, mencegah karbon dioksida dilepas ke atmosfer dengan menyimpan gas tersebut atau komponen karbon-nya di tempat lain. Cara ini disebut carbon sequestration (menghilangkan karbon).

Kedua, mengurangi produksi gas rumah kaca.

Cara yang paling mudah untuk menghilangkan karbon dioksida di udara adalah dengan memelihara pepohonan dan menanam pohon lebih banyak lagi.

Pohon, terutama yang muda dan cepat pertumbuhannya, menyerap karbon dioksida yang sangat banyak, memecahnya melalui fotosintesis, dan menyimpan karbon dalam kayunya. Penghutanan kembali berperan dalam mengurangi semakin bertambahnya gas rumah kaca.

Menghilangkan karbon

Gas karbon dioksida juga dapat dihilangkan secara langsung. Caranya dengan menyuntikkan (menginjeksikan) gas tersebut ke sumur-sumur minyak untuk mendorong agar minyak bumi keluar ke permukaan

Siswanto, Sukaryadi. 2009. Fisika untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Teguh Karya

I Made Astra dan Hilman Setiawan. 2007. Fisika Jilid 3 untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Piranti Darma Kalokatama

Supiyanto. 2006. Fisika SMA. Jakarta: Erlangga

Http://id.wikipedia.org

REFERENSI