Radiasi benda-hitam: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
Add 2 books for Wikipedia:Pemastian (20210209)) #IABot (v2.0.8) (GreenC bot |
Mengganti Ilc_9yr_moll4096.png dengan WMAP_2012.png (berkas dipindahkan oleh CommonsDelinker; alasan: File renamed: Criterion 4 (harmonizing names of file set) · to ma |
||
| (35 revisi perantara oleh 14 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 4:
[[Berkas:PlanckianLocus.png|jmpl|303px|Warna ([[kromatisitas]]) radiasi benda-hitam tergantung dari suhu benda hitam; [[Lokus (matematika)|lokus]] warnanya ditunjukkan disini di [[CIE 1931 color space|CIE 1931 ''x,y'' space]], dikenal dengan [[Lokus Planck]].]]
'''Radiasi benda-hitam''' adalah salah satu jenis [[radiasi elektromagnetik]] [[Radiasi termal|termal]] yang terjadi di dalam atau di sekitar benda dalam keadaan [[kesetimbangan termodinamika]] dengan lingkungannya atau saat ada proses pelepasan dari [[benda hitam]]. Benda hitam merupakan benda yang buram dan tidak memantulkan cahaya. Diasumsikan demi perhitungan dan teori berada pada suhu konstan dan seragam.
Benda hitam merupakan penyerap dan pemancar kalor radiasi sempurna (efisiensi 100%). Besar energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan benda hitam dalam bentuk radiasi kalor setiap satuan waktu sebanding dengan [[luas permukaan]] dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak benda itu. Radiasi ini memiliki spektrum dan intensitas spesifik yang bergantung hanya benda temperatur benda.<ref>{{harvnb|Loudon|2000}}, Chapter 1.</ref><ref>{{harvnb|Mandel|Wolf|1995}}, Chapter 13.</ref><ref>{{harvnb|Kondepudi|Prigogine|1998}}, Chapter 11.</ref><ref name="Landsberg">{{harvnb|Landsberg|1990}}, Chapter 13.</ref> Radiasi panas yang dilepaskan spontan oleh banyak benda dapat diperkirakan sebagai radiasi benda hitam. Sebuah daerah terinsulasi sempurna yang berada pada kesetimbangan termal secara internal berisi radiasi benda-hitam dan akan melepaskannya melalui lubang yang dibuat pada dinding, lubang dibuat kecil sehingga tidak berpengaruh pada kesetimbangan.
Benda-hitam pada suhu ruang terlihat hitam, karena semua energi yang ia radiasikan adalah [[inframerah]] dan tak dapat dilihat mata manusia. Karena mata manusia tak dapat melihat warna pada [[intensitas cahaya]] sangat rendah, sebuah benda hitam jika dilihat dalam gelap terlihat berwarna [[abu-abu]] (namun ini hanya karena mata manusia hanya sensitif terhadap hitam dan putih pada intensitas cahaya sangat rendah- pada kenyataanya, frekuensi cahaya pada ''range'' terlihat tetaplah berwarna merah), meski spektrum puncaknya berada pada kisaran inframerah.<ref>[[J.R. Partington|Partington, J.R.]] (1949), p. 466.</ref> Jika sedikit dipanaskan, warnanya terlihat merah tua. Jika temperatur dinaikkan terus maka menjadi biru-putih.
Meski [[planet]] dan [[bintang]] tidak berada pada kesetimbangan termal dengan sekitarnya dan juga bukanlah [[benda hitam]] sempurna, radiasi benda-hitam digunakan pertama kali sebagai perkiraan untuk energi yang mereka lepas.<ref name=Morison>
{{cite book |title=Introduction to Astronomy and Cosmology |author=Ian Morison |url=https://books.google.com/books?id=yrV8vvJzgWkC&pg=PA48 |page=48 |isbn=0-470-03333-9 |year=2008 |publisher=J Wiley & Sons}}
</ref>
Baris 20 ⟶ 24:
== Spektrum ==
Radiasi benda-hitam memiliki karakteristik yaitu [[distribusi energi spektrum|spektrum frekuensi]] kontinu yang bergantung hanya pada suhu benda,<ref name=Kogure>{{cite book |url=https://books.google.com/books?id=qt5sueHmtR4C&pg=PA41 |page=41 |chapter=§2.3: Thermodynamic equilibrium and black-body radiation |title=The astrophysics of emission-line stars |author1=Tomokazu Kogure |author2=Kam-Ching Leung |isbn=0-387-34500-0 |year=2007 |publisher=Springer}}</ref> disebut spektrum Planck atau [[Hukum Planck]]. Spektrum ini berpuncak pada frekuensi karakteristik yang bergeser ke frekuensi tinggi jika suhu naik, dan pada [[suhu kamar]] sebagian besar emisinya berada pada daerah [[inframerah]] pada [[spektrum elektromagnetik]].<ref>Wien, W. (1893). Eine neue Beziehung der Strahlung schwarzer Körper zum zweiten Hauptsatz der Wärmetheorie, ''Sitzungberichte der Königlich-Preußischen Akademie der Wissenschaften '' (Berlin), 1893, '''1''': 55–62.</ref><ref>Lummer, O., Pringsheim, E. (1899). Die Vertheilung der Energie im Spectrum des schwarzen Körpers, ''Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gessellschaft'' (Leipzig), 1899, '''1''': 23–41.</ref><ref name="Planck 1914">{{harvnb|Planck|1914}}</ref> Pada temperatur melewati 500 derajat [[Celsius]], benda hitam mulai melepas cahaya dalam jumlah besar sehingga dapat terlihat. Jika dilihat dalam gelap, sinar yang pertama terlihat seperti abu-abu. Jika suhu terus dinaikkan, cahaya menjadi merah gelap, kemudian kuning, dan akhirnya menjadi biru-putih.<ref>[[John William Draper|Draper, J.W.]] (1847). On the production of light by heat, ''London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science'', series 3, '''30''': 345–360. [https://archive.org/stream/londonedinburghp30lond#page/344/mode/2up]</ref><ref>{{harvnb|Partington|1949|pages = 466–467, 478}}.</ref> Ketika benda terlihat putih, ia melepas sebagian energinya sebagai [[radiasi ultraviolet]]. Matahari, dengan [[suhu efektif]] sekitar 5800 K,<ref>{{harvnb|Goody|Yung|1989|pages=482, 484}}</ref> adalah benda hitam dengan puncak spektrum emisi di tengah (warna kuning-hijau) pada [[spektrum terlihat]], tetapi kekuatannya di ultraviolet juga besar.{{butuh rujukan}}
Radiasi benda-hitam memberikan pencerahan kepada keadaan [[kesetimbangan termodinamika]] dari radiasi rongga. Jika setiap [[mode Fourier]] dari radiasi kesetimbangan pada rongga kosong dengan dinding yang memantul sempurna dianggap sebagai derajat kebebasan dimana energi dapat berpindah, maka menurut [[teorema ekuipartisi]] di fisika klasik, akan ada jumlah energi yang sama di tiap mode. Karena jumlah mode-nya tak terbatas maka berakibat pada [[kapasitas panas]] tak terbatas (energi tak terbatas pada suhu tidak nol berapapun), begitu juga dengan spektrum radiasi terlepas yang naik tanpa hubungan dengan naiknya frekuensi, masalah yang dikenal dengan [[bencana ultraungu]]. Namun, pada teori kuantum [[teori medan kuantum|bilangan okupasi]] mode dikuantisasi, memotong spektrum pada frekuensi tinggi sesuai dengan pengamatan eksperimen dan menyelesaikan masalah. Studi mengenai hukum benda hitam dan kegagalan fisika klasik untuk menjelaskannya menjadi dasar bagi [[sejarah mekanika kuantum|mekanika kuantum]].{{butuh rujukan}}
== Penjelasan ==
Baris 28 ⟶ 32:
[[Berkas:Color temperature black body 800-12200K.svg|jmpl|ka|512px|Warna benda hitam mulai 800K sampai 12200K.]]
Semua zat normal ([[barion]]ik) melepas radiasi elektromagnetik ketika suhunya diatas [[absolut nol]]. Radiasi ini melambangkan perubahan energi panas benda menjadi energi elektromagnetik, dan karena itu disebut [[radiasi termal]]. Proses ini merupakan [[proses spontan]] distribusi radiatif dari [[entropi]].{{butuh rujukan}}
Sebaliknya semua benda normal menyerap radiasi elektromagnetik sampai derajat tertentu. Benda yang menyerap semua radiasi yang jatuh padanya, pada semua [[panjang gelombang]], disebut benda hitam. Jika benda hitam berada pada suhu yang seragam, emisinya memiliki distribusi frekuensi karakteristik yang tergantung dari suhu. Emisinya disebut radiasi benda-hitam.{{butuh rujukan}}
Konsep benda hitam adalah idealisasi, karena benda hitam sempurna tidak ada di alam.<ref name="Planck 1914 42">{{harvnb|Planck|1914|page=42}}</ref> [[Grafit]] dan [[karbon hitam]], dengan emisivitas lebih dari 0.95, adalah perkiraan material hitam. Secara eksperimen, radiasi benda-hitam dapat muncul sempurna sebagai radiasi kesetimbangan ''steady-state'' stabil pada rongga dalam [[benda tegar]], pada suhu seragam, yang sepenuhnya buram dan hanya sedikit memantul (reflektif).<ref name="Planck 1914 42"/> Sebuah boks tertutup dengan dinding grafit pada suhu kontan dengan lubang kecil pada satu sisi menghasilkan perkiraan yang baik bagi radiasi benda-hitam memancar dari bukaannya.<ref>{{harvnb|Wien|1894}}</ref><ref>{{harvnb|Planck|1914|page=43}}</ref>
Radiasi benda hitam memiliki distribusi intensitas radiatif yang stabil, absolut, dan unik yang dapat bertahan dalam kesetimbangan termodinamika dalam rongga.<ref name="Planck 1914 42"/> Dalam kesetimbangan, untuk tiap frekuensi, total intensitas radiasi yang dilepas dan dipantulkan dari sebuah benda (jumlah radiasi bersih yang meninggalkan permukaan, disebut ''radiansi spektral'') ditentukan hanya dengan temperatur kesetimbangan, tidak tergatung dari bentuk, material, atau struktur benda.<ref name=Caniou>
{{cite book |url=https://books.google.com/books?id=X-aFGcf6pOEC&pg=PA107 |page=107 |chapter=§4.2.2: Calculation of Planck's law |title=Passive infrared detection: theory and applications |author=Joseph Caniou |isbn=0-7923-8532-2 |year=1999 |publisher=Springer}}
</ref> Untuk benda hitam (penyerap sempurna) tidak ada radiasi yang dipantulkan, maka radiansi spektral sepenuhnya akibat emisi. Selain itu, benda hitam adalah ''diffuse emitter'' (emisinya tidak tergantung arah). Akibatnya, radiasi benda-hitam dapat dilihat sebagai radiasi dari benda hitam pada kesetimbangan termal.{{butuh rujukan}}
Radiasi benda hitam akan memancarkan cahaya yang dapat dilihat jika suhu objek cukup tinggi. [[Titik Draper]] adalah temperatur dimana semua padatan memancarkan warna merah redup, berkisar 798 K.<ref>{{cite journal
Baris 55 ⟶ 59:
|page = 58
|url = https://books.google.com/?id=y9zUEzA7iN0C&pg=PA58&dq=draper-point+red
}}</ref> Pada 1000 K, bukaan kecil pada rongga dinding benda buram yang dipanaskan, dilihat dari luar, berwarna merah; pada 6000 K, akan terlihat putih. Tidak peduli bagaimana oven itu dibuat atau materialnya dari apa, selama semua cahaya diserap oleh dindingnya, maka dapat dianggap perkiraan yang baik untuk radiasi benda-hitam. Spektrum dan warna cahaya yang keluar menjadi gungsi temperatur rongga saja. Grafik yang berisi jumlah energi didalam oven per satuan volume dan per satuan interval frekuensi yang diplot vs frekuensi, disebut ''kurva benda-hitam''. Kurvanya berbeda-beda untuk tiap suhu.{{butuh rujukan}}
[[Berkas:Pahoehoe toe.jpg|jmpl|kiri|250px|Temperatur aliran lava [[Lava#Pāhoehoe|Pāhoehoe]] dapat diperkirakan berdasarkan warnanya. Hasilnya ternyata sesuai dengan pengukuran suhu lava yang berkisar {{Convert|1000|to|1200|C|F}}.]]
Baris 61 ⟶ 65:
Dua benda yang suhunya sama berada dalam kesetimbangan termal, maka benda pada temperatur T dikelilingi oleh awan cahaya pada temperatur T, rata-rata akan melepas cahaya ke awan sebanyak yang ia serap, mengikuti azas pertukaran Prevost yang merujuk ke [[kesetimbangan radiatif]]. Azas [[detailed balance|neraca terperinci]] mengatakan bahwa pada kesetimbangan termodinamik semua proses elementer dapat dipahami dengan akal sehat dilihat dari sisi depan maupun sisi belakang.<ref>de Groot, SR., Mazur, P. (1962). ''Non-equilibrium Thermodynamics'', North-Holland, Amsterdam.</ref><ref>{{harvnb|Kondepudi|Prigogine|1998}}, Section 9.4.</ref> Prevost juga membuktikan bahwa emisi dari sebuah benda secara logika ditentukan hanya dari keadaan internalnya. Efek sebab akibat absorpsi dalam emisi termodinamik (spontan) tidak secara langsung karena hanya berakibat pada keadaan internal benda. Hal ini berarti pada kesetimbangan termodinamik jumlah setiap panjang gelombang pada tiap arah radiasi termal dilepas oleh benda pada temperatur ''T'', hitam atau bukan, sama dengan jumlah yang diserap benda karena ia dikelilingi cahaya pada temperatur ''T''.<ref name="Stewart 1858">{{harvnb|Stewart|1858}}</ref>
Ketika benda adalah hitam, absorpsinya jelas: jumlah cahaya yang diserap adalah semua yang mengenai permukaan. Untuk benda hitam yang lebih besar daripada panjang gelombang, energi cahaya yang diserap pada panjang gelombang ''λ'' berapapun per satuan waktu adalah berbanding lurus dengan kurva benda-hitam. Hal ini berarti kurva benda-hitam adalah jumlah energi cahaya yang dilepas oleh benda hitam. Ini menjadi kondisi untuk pengaplikasian [[Hukum radiasi termal Kirchhoff]]: kurva benda-hitam adalah karakteristik cahaya termal, yang hanya tergantung pada [[temperatur]] dinding rongga, menyatakan bahwa dinding rongga adalah sepenuhnya buram dan sama sekali tak memantul, dan rongga berada dalam [[kesetimbangan termodinamik]].<ref name="Huang">{{cite book |last=Huang |first=Kerson|title=Statistical Mechanics |year=1967 |publisher=John Wiley & Sons |location=New York |isbn=0-471-81518-7}}</ref> Ketika benda hitam berukuran kecil, ukurannya sebanding dengan panjang gelombang cahaya, maka absorpsinya menjadi berbeda, karena objek kecil bukanlah penyerap yang efisien bagi cahaya dengan panjang gelombang besar, tetapi asas persamaan emisi dan absorpsi selalu digunakan pada kondisi kesetimbangan termodinamik.{{butuh rujukan}}
Di laboratorium, radiasi benda-hitam didekati dengan radiasi dari sebuah lubang kecil dalam rongga besar ([[hohlraum]]), dalam sebuah benda buram yang hanya memantul sebagian, yang dijaga pada suhu konstan. (Teknik ini mengarah pada istilah alternatif ''radiasi rongga''.) Tiap cahaya yang memasuki lubang harus memantulkan dinding rongga beberapa kali sebelum ia lolos, dimana pada proses tersebut ia hampir pasti diserap. Absorpsi muncul tidak peduli berapa [[panjang gelombang]] radiasi yang masuk (selama itu kecil bila dibandingkan dengan lubangnya). Lubang ini, adalah pendekatan dari sebuah benda hitam teoretis dan, jika rongga dipanaskan, [[densitas spektral daya]] dari radiasi lubang (jumlah cahaya yang dilepas dari lubang tiap panjang gelombang) akan kontinu, dan hanya akan tergantung dari suhu dan fakta bahwa dindingnya buram dan paling tidak menyerap sebagian, tapi tidak pada material tertentu dimana mereka dibuat atau pada material dalam rongga (bandingkan dengan [[spektrum emisi]]).{{butuh rujukan}}
Perhitungan kurva benda-hitam merupakan tantangan utama dalam [[fisika teoretis]] selama abad ke-19. Masalah ini diselesaikan tahun 1991 oleh [[Max Planck]] yang saat ini dikenal dengan [[Hukum Planck]] untuk radiasi benda-hitam.<ref>{{cite journal
Baris 78 ⟶ 82:
|bibcode=1901AnP...309..553P
}}</ref>
Dengan mengubah [[hukum radiasi Wien]] (tidak sama dengan [[hukum perpindahan Wien]]) konsisten dengan [[termodinamika]] dan [[elektromagnetisme]], ia menemukan persamaan matematika dengan mem-''fitting'' data percobaan dengan hasil yang lumayan baik. Planck harus mengasumsi bahwa energi osilator dalam rongga dikuantisasi, dengan kata lain ia ada pada kelipatan [[bilangan bulat]]. [[Albert Einstein|Einstein]] mengembangkan ide ini dan mengajukan kuantisasi radiasi elektromagnetik pada tahun 1905 untuk menjelaskan [[efek fotolistrik]]. Teori ini akhirnya menggantikan elektromagnetisme klasik dengan munculnya [[elektrodinamika kuantum]]. Kuanta ini disebut [[foton]] dan rongga benda-hitam disebut berisi [[gas foton]]. Kemudian, ia mengarahkan pada pengembangan distribusi probabilitas kuantum, disebut [[statistik Fermi–Dirac]] dan [[statistik Bose–Einstein]], tiap hukum diaplikasikan ke kelas partikel yang berbeda, [[fermion]] dan [[boson]].{{butuh rujukan}}
Panjang gelombang dimana radiasi pada posisi terkuat dinyatakan pada hukum perpindahan Wien, dan daya keseluruhan yang dilepas per satuan luas dinyatakan pada [[Hukum Stefan–Boltzmann]]. Maka, jika temperatur meningkat, warna terang berubah dari merah menjadi kuning, kemudian putih, dan menjadi biru. Meski jika puncak panjang gelombang menjadi ultra-violet, radiasi tetap dilepaskan pada panjang gelombang biru dan benda tetap terlihat biru. Benda tidak mungkin menjadi tak terlihat - radiasi cahaya terlihat meningkat [[fungsi monotonik|secara monotonik]] terhadap suhu.<ref name="Landau">{{cite book |last=Landau |first=L. D.|author2=E. M. Lifshitz|title=Statistical Physics |edition=3rd Edition Part 1 |year=1996|publisher=Butterworth–Heinemann |location=Oxford |isbn=0-521-65314-2}}</ref>
[[Radiansi]] atau intensitas teramati bukan merupakan fungsi arah. Maka, benda hitam adalah radiator [[Hukum kosinus Lambert|Lambertian]] sempurna.{{butuh rujukan}}
Benda real tidak pernah berperilaku seperti benda hitam ideal, dan radiasi yang dilepaskan pada frekuensi tersebut itu hanya sebagian dari emisi ideal seharusnya. [[Emisivitas]] material menspesifikasi seberapa baik sebuah benda meradiasikan energi jika dibandingkan dengan benda hitam. Emisivitas ini tergantung dari beberapa faktor seperti suhu, sudut emisi, dan panjang gelombang. Namun, pada ilmu rekayasa pada umumnya diasumsikan bahwa emisivitas dan absorpsivitas permukaan tidak tergantung pada panjang gelombang, sehingga besar emisivitas adalah konstan. Hal ini dikenal dengan asumsi "benda abu-abu".{{butuh rujukan}}
[[Berkas:
Dengan permukaan non-hitam, penyimpangan dari perilaku benda-hitam ideal ditentukan dari struktur permukaan, seperti kekasaran atau granularitas, dan komposisi kimia. Pada basis "per panjang gelombang", benda real dalam keadaan [[Kesetimbangan termodinamika#Kesetimbangan lokal dan global|kesetimbangan termodinamika lokal]] masih mengikuti [[Hukum Kirchhoff (termodinamika)|Hukum Kirchhoff]]: emisivitas sama dengan absorptivitas, maka objek yang tidak menyerap semua cahaya juga akan melepas radiasi lebih sedikit daripada benda hitam ideal; radiasi tak sempurna dapat disebabkan karena cahaya ditransmisikan melalui benda atau beberapa diantaranya dipantulkan pada permukaan benda.{{butuh rujukan}}
Dalam [[astronomi]], objek seperti [[bintang]] sering dianggap sebagai benda hitam meskipun pendekatannya masih tidak baik. Sebuah spektrum benda hitam yang nyaris sempurna ditunjukkan oleh [[radiasi latar gelombang mikro kosmik]]. [[Radiasi Hawking]] adalah radiasi benda-hitam hipotesis yang dilepas oleh [[lubang hitam]], pada temperatur yang tergantung dari massa, muatan, dan spin dari lubang. Jika prediksinya benar, lubang hitam secara bertahap akan menyusut dan menguap seiring waktu karena mereka kehilangan massa karena emisi foton dan partikel lainnya.{{butuh rujukan}}
Sebuah benda hitam meradiasikan energi pada semua frekuensi, tetapi intensitasnya dengan cepat cenderung ke nol pada frekuensi tinggi (panjang gelombang pendek). Contohnya, benda hitam pada suhu ruang (300 K) dengan luas permukaan 1 meter persegi akan melepas foton pada ''range'' terlihat (390–750 nm) dengan kecepatan rata-rata tiap 1 foton tiap 41 detik, berarti benda hitam tidak melepas pada ''range'' terlihat.<ref>Matematika:Intensitas planck (energi/det/area/solid angle/panjang gelombang) adalah:
Baris 118 ⟶ 122:
=== Hukum perpindahan Wien ===
[[Hukum perpindahan Wien]] menjelaskan bagaimana spektrum radiasi benda-hitam pada suhu berapapun berkorelasi dengan spektrum pada suhu lainnya. Jika diketahui bentuk spektrum pada suatu suhu, maka bentuk spektrum pada suhu lainnya dapat dihitung. Intensitas spektrum dapat dinyatakan sebagai fungsi panjang gelombang atau fungsi frekuensi.{{butuh rujukan}}
Akibat dari hukum perpindahan Wien adalah panjang gelombang saat intensitas ''per satuan panjang gelombang'' dari radiasi yang dihasilkan benda hitam ketika maksimum, <math>\lambda_\max</math>, hanya sebagai fungsi temperatur:
Baris 140 ⟶ 144:
=== Hukum Stefan–Boltzmann ===
[[Hukum Stefan–Boltzmann]] menyatakan bahwa daya yang dilepas per satuan luas dari permukaan benda hitam adalah berbanding lurus dengan pangkat empat suhu absolutnya:{{butuh rujukan}}
:<math>j^\star = \sigma T^4,</math>
dengan ''j*'' adalah total daya yang diradiasikan per satuan luas, ''T'' adalah [[temperatur absolut]] dan {{nowrap|''σ'' {{=}} {{val|5.67|e=-8|u=W m<sup>−2</sup> K<sup>−4</sup>}}}} adalah [[konstanta Stefan–Boltzmann]]. Hal ini didapat dengan mengintegralkan <math>I(\nu,T)</math> terhadap frekuensi dan ''solid angle'':
Baris 160 ⟶ 164:
|Banyak energi manusia diradiasi keluar dalam bentuk cahaya [[inframerah]]. Beberapa material menjadi transparan pada inframerah namun buram pada cahaya tampak, seperti kantong plastik pada pencitraan inframerah berikut (bawah). Material lainnya terlihat transparan pada cahaya terlihat, tetapi buram atau memantul pada inframerah, seperti pada kacamata yang dipakai.
|}
Seperti zat lainnya, tubuh manusia meradiasikan beberapa energi keluar sebagai cahaya [[inframerah]].<ref>{{Cite book|last=Noer|first=Zikri|last2=Dayana|first2=Indri|date=November 2021|url=https://www.google.co.id/books/edition/Buku_Fisika_Kuantum/_Z5OEAAAQBAJ?hl=id&gbpv=1&dq=Seperti+zat+lainnya,+tubuh+manusia+meradiasikan+beberapa+energi+keluar+sebagai+cahaya+inframerah&pg=PA33&printsec=frontcover|title=Buku Fisika Kuantum|publisher=Guepedia|isbn=978-623-5508-58-0|editor-last=Guepedia|pages=33|url-status=live}}</ref>
Daya radiasi bersih adalah perbedaan antara daya yang dilepas dan daya yang diserap:
Baris 172 ⟶ 176:
| title=Emissivity Values for Common Materials
| url=http://infrared-thermography.com/material-1.htm
| accessdate=2007-06-24
| archive-date=2007-06-25
| archive-url=https://web.archive.org/web/20070625060223/http://infrared-thermography.com/material-1.htm
| dead-url=yes
}}</ref><ref>{{cite web
| author=Omega Engineering
| title=Emissivity of Common Materials
Baris 184 ⟶ 192:
| title=Theoretical Prediction and Measurement of the Fabric Surface Apparent Temperature in a Simulated Man/Fabric/Environment System
| url=http://www.dsto.defence.gov.au/publications/2135/DSTO-TR-0849.pdf
| accessdate=2007-06-24
| archive-date=2006-09-02
| archive-url=https://web.archive.org/web/20060902004410/http://www.dsto.defence.gov.au/publications/2135/DSTO-TR-0849.pdf
| dead-url=yes
}}</ref> Maka, hilangnya panas radiatif bersih sekitar
:<math>P_\text{net} = 100~\text{W}.</math>
Total energi yang diradiasi per hari sekitar 9 [[megajoule|MJ]], atau 2000 kcal ([[kalori]] makanan). [[Kecepatan metabolik basal]] untuk pria 40-tahun sekitar 35 kcal/(m<sup>2</sup>·h),<ref name="Harris1918">{{cite journal|author = Harris J, Benedict F|title = A Biometric Study of Human Basal Metabolism|journal = Proc Natl Acad Sci USA| volume = 4|issue = 12| pages = 370–3|year = 1918|pmid = 16576330|doi = 10.1073/pnas.4.12.370|pmc = 1091498
Baris 201 ⟶ 213:
== Hubungan temperatur antara sebuah planet dan bintangnya ==
Hukum benda-hitam dapat digunakan untuk memperkirakan temperatur sebuah planet yang mengorbit matahari.{{butuh rujukan}}
[[Berkas:Erbe.gif|jmpl|300px|Intensitas [[Earth's energy budget#Outgoing energy|radiasi]] termal gelombang panjang bumi, dari awan, atmosfer, dan tanah]]
Temperatur sebuah planet tergantung dari beberapa faktor:{{butuh rujukan}}
* Radiasi dari bintangnya
* Radiasi yang dilepas planet, seperti [[Earth's energy budget#Outgoing energy|cahaya inframerah bumi]]
Baris 211 ⟶ 223:
* Energi yang dihasilkan oleh planet itu sendiri akibat [[peluruhan radioaktif]], [[panas pasang surut]], dan [[mekanisme Kelvin–Helmholtz|kontraksi adiabatik akibat pendinginan]].
Analisis ini hanya menganggap panas matahari untuk planet-planet yang ada di [[Tata Surya|tata surya]].
[[Hukum Stefan–Boltzmann]] merumuskan total [[daya (fisika)|daya]] (energi/detik) yang dilepas oleh matahari:
Baris 241 ⟶ 253:
:<math>P_{\rm emt} = \overline{\epsilon}\,P_{\rm emt\,bb} \qquad \qquad (5)</math>
Untuk sebuah benda berada dalam [[Kesetimbangan radiatif#Definisi kesetimbangan radiatif#kesetimbangan pertukaran radiatif|kesetimbangan pertukaran radiatif]] dengan lingkungannya, kecepatan dimana ia melepas [[energi radiasi]] sama dengan kecepatan ia menyerapnya:<ref name="Prevost 1791">Prevost, P. (1791). Mémoire sur l'equilibre du feu. ''Journal de Physique'' (Paris), vol 38 pp. 314-322.</ref><ref>Iribarne, J.V., Godson, W.L. (1981). ''Atmospheric Thermodynamics'', second edition, D. Reidel Publishing, Dordrecht, ISBN 90-277-1296-4, page 227.</ref>
:<math>P_{\rm serap}=P_{\rm lepas} \qquad \qquad (6)</math>
Baris 265 ⟶ 277:
atau −18.8 °C.
Ini adalah temperatur bumi jika bumi meradiasi sebagai benda hitam ideal pada inframerah, mengabaikan [[efek rumah kaca]] (yang dapat meningkatkan suhu bumi lebih daripada semestinya pada semua spektrum<ref>''Principles of Planetary Climate'' by Raymond T. Peirrehumbert, Cambridge University Press (2011), p. 146. From Chapter 3 which is available online [http://www-das.uwyo.edu/~deshler/Atsc4400_5400_Climate/PierreHumbert_Climate_Ch3.pdf here] {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20120328102328/http://www-das.uwyo.edu/~deshler/Atsc4400_5400_Climate/PierreHumbert_Climate_Ch3.pdf |date=March 28, 2012 }}, p. 12 mentions that Venus' black-body temperature would be 330 K "in the zero albedo case", but that due to atmospheric warming, its actual surface temperature is 740 K.</ref>), dan diasumsikan albedo tetap. Bumi pada nyatanya tidak meradiasikan seperti benda hitam ideal dalam inframerah sehingga meningkatkan nilai temperatur beberapa derajat diatas suhu efektif yang diperkirakan. Jika kita ingin memperkirakan berapa suhu bumi jika tanpa atmosfer, maka kita dapat mengambil albedo dan emisivitas bulan sebagai perkiraan yang baik. Albedo dan emisivitas bulan secara berurutan sekitar 0.1054<ref name="Saari">{{cite journal |last1=Saari |first1=J. M. |last2=Shorthill |first2= R. W.|year=1972 |title=The Sunlit Lunar Surface. I. Albedo Studies and Full Moon |journal=The Moon |volume=5 |issue=1–2 |pages=161–178 |bibcode=1972Moon....5..161S |doi=10.1007/BF00562111 }}</ref> dan 0.95,<ref>Lunar and Planetary Science XXXVII (2006) 2406</ref>
Perkiraan rata-rata albedo bumi berkisar antara 0.3–0.4, sehingga perkiraan temperatur efektif juga berbeda-beda. Perkiraan sering didasarkan pada [[konstanta surya]] (total rapat daya insolasi) dan bukan suhu, ukuran, dan jarak matahari. Sebagai contoh, menggunakan 0.4 untuk albedo, dan insolasi 1400 W m<sup>−2</sup>, maka ditemukan suhu efektif adalah 245 K.<ref>{{cite book
Baris 303 ⟶ 315:
Melalui Hukum Planck spektrum temperatur benda hitam berbanding lurus dengan frekuensi cahaya dan dapat saling disubstitusikan ke temperatur (''T'') dari frekuensi di persamaan ini.
Untuk kasus dimana sumber
:<math>T' = T \sqrt{\frac{c-v}{c+v}}.</math>
Disini ''v'' > 0 menunjukkan sumber menjauh, dan ''v'' < 0 menunjukkan sumber mendekati.
Hal ini merupakan efek penting dalam astronomi, dimana kecepatan bintang dan galaksi dapat mencapai kecepatan yang mendekati ''c''. Contohnya adalah [[radiasi latar gelombang mikro kosmik]], yang menunjukkan dipol anisotropi dari gerak bumi relatiif terhadap medan radiasi benda hitam.{{butuh rujukan}}
== Lihat juga ==
Baris 342 ⟶ 354:
|year=1989
|title=Atmospheric Radiation: Theoretical Basis
|url=https://archive.org/details/atmosphericradia0000good_2nded |edition=2nd
|publisher=[[Oxford University Press]]
|isbn=978-0-19-510291-8
Baris 440 ⟶ 452:
|year=1978
|title=Black–Body Theory and the Quantum Discontinuity
|url=https://archive.org/details/blackbodytheoryq0000kuhn |publisher=[[Oxford University Press]]
|isbn=0-19-502383-8
|ref=harv
Baris 459 ⟶ 471:
|year=1991
|title=Statistical Physics: A Probabilistic Approach
|url=https://archive.org/details/statisticalphysi0000lave |publisher=[[John Wiley & Sons]]
|isbn=978-0-471-54607-8
|pages=[https://archive.org/details/statisticalphysi0000lave/page/41 41]–42
|ref=harv
}}
Baris 482 ⟶ 494:
|year=1995
|title=Optical Coherence and Quantum Optics
|url=https://archive.org/details/opticalcoherence0000mand |publisher=[[Cambridge University Press]]
|isbn=0-521-41711-2
|ref=harv
Baris 534 ⟶ 546:
|year=1914
|title=The Theory of Heat Radiation
|url=https://archive.org/details/theoryofheatradi0000plan |publisher=[[P. Blakiston's Sons & Co.]]
|ref=harv
}}
Baris 590 ⟶ 602:
== Pranala luar ==
* [http://www.spectralcalc.com/blackbody/blackbody.html Calculating Black-body Radiation] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100412201754/http://www.spectralcalc.com/blackbody/blackbody.html |date=2010-04-12 }} Interactive calculator with Doppler Effect. Includes most systems of units.
* [http://academo.org/demos/colour-temperature-relationship/ Color-to-Temperature demonstration] at Academo.org
* [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/thermo/coobod.html#c1 Cooling Mechanisms for Human Body] – From Hyperphysics
* [https://web.archive.org/web/20120103021555/http://www.x20.org
* [http://webphysics.davidson.edu/Applets/java11_Archive.html Black-Body Emission Applet] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100609050537/http://webphysics.davidson.edu/Applets/java11_Archive.html |date=2010-06-09 }}
* [http://demonstrations.wolfram.com/BlackbodySpectrum/ "Blackbody Spectrum"] by Jeff Bryant, [[Wolfram Demonstrations Project]], 2007.
| |||
