Perpindahan Kalor Secara Radiasi (Pancaran)

Jarak dari bumi ke matahari mencapai 149.600.000 km dan antara bumi dan matahari terdapat ruang hampa udara, sehingga tidak memungkinkan terjadinya perpindahan kalor (panas) secara konduksi maupun secara konveksi. Akan tetapi panas matahari jarak ratusan juta kilometer dapat kita rasakan dari permukaan bumi. Dalam hal ini kalor tidak mungkin berpindah dengan cara konduksi. Di mana pada proses perpindahan kalor secara konduksi harus ada perantara berupa zat padat. Selain itu, kalor yang dihasilkan oleh matahari tidak mungkin juga berpindah dengan cara konveksi baik itu secara konveksi alamiah maupun konveksi paksa, karena harus ada zat cair atau gas untuk mengalirkan panas matahari. Lalu dengan cara apa panas matahari bisa sampai ke permukaan bumi?

Perpindahan kalor dari matahari ke bumi terjadi secara radiasi (pancaran), di mana dalam proses ini kalor tidak memerlukan medium untuk sampai ke permukaan bumi. Jadi radiasi adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara dan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Alat yang digunakan untuk mengetahui adanya radiasi (pancaran) kalor dinamakan termoskop. Untuk membuat termoskop sederhana sangatlah mudah. Berikut gambar termoskop sederhana seperti gambar di bawah ini.

Dua buah bola lampu pijar bekas (lampu A dan lampu B) yang dihilangkan filamen dengan cara melubangi di bagian bawahnya. Bola lampu B dihitamkan, sedangkan bola lampu A tidak. Kedua lampu tersebut dihubungkan dengan pipa U berisi alkohol yang diberi warna. Bila pancaran kalor jatuh permukaan pada bola B, maka tekanan gas di dalam bola B akan bertambah besar dan permukaan alkohol di bawah A akan naik. Bila A dan B bersama-sama diberi pancaran kalor, permukaan alkohol di bawah B tetap turun dan permukaan alkohol di bawah A naik. Hal ini menunjukkan bahwa bola hitam menyerap kalor lebih banyak daripada bola lampu yang tidak dihitamkan. Jadi, dapat disimpulkan bahwa benda yang permukaannya hitam kusam memancarkan atau menyerap kalor lebih baik dari pada benda yang permukaannya putih mengkilap.

Laju perpindahan kalor termal yang dipancarkan secara radiasi oleh suatu benda secara empiris ditemukan oleh Josef Stefan pada tahun 1879. Stefan menyatakan bahwa laju perpindahan kalor termal yang dipancarkan secara radiasi oleh suatu benda sebanding dengan luas permukaan benda dan pangkat empat suhu absolutnya. Hasil empiris diturunkan secara teoritis oleh Ludwig Boltzmann pada tahun 1884 yang dikenal dengan nama hukum Stefan-Boltzmann yang dapat dinyatakan dengan persamaan:

P = eσAT⁴

dengan:

P = daya yang diradiasikan (watt)

e = emisivitas benda

σ = konstanta Stefan (5,6703 × 10^-8 W/m²K⁴)

A = luas benda yang memancarkan radiasi (m²)

T = suhu mutlak (K)

Nilai emisivitas e suatu benda tergantung pada 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.

Untuk memantapkan pemahaman Anda tentang perpindahan kalor secara radiasi (pancaran) silahkan simak contoh soal di bawah ini.

Contoh Soal

Sebuah bola tembaga luasnya 20 cm² dipanaskan hingga berpijar pada suhu 127°C. Jika emisivitas bahan adalah 0,4 dan tetapan Stefan adalah 5,67 × 10^-8 W/m²K⁴, hitunglah energi radiasi yang dipancarkan oleh bola tersebut tiap sekonnya.

Penyelesaian:

Diketahui:

A = 20 cm² = 2 × 10^-3 m²

T = (127 + 273) = 400 K

e = 0,4

σ = 5,67 × 10^-8 W/m²K⁴

Ditanyakan: P = ...?

Penyelesaian:

P = eσAT⁴

P = (0,4).(5,67×10^-8).(2×10^-3).(400)⁴

P = (0,4).(5,67×10^-8).(2×10^-3).(256×10⁸)

P = 1161,23×10^-3 W

P = 1,16123 W ≈ 1,2 W

Jadi, energi radiasi yang dipancarkan oleh bola tersebut tiap sekonnya adalah 1,2 watt.

Nah demikian materi tentang perpindahan kalor secara radiasi (pancaran), jika ada permasalahan atau kendala dalam memahami materi ini, silahkan tanyakan pada kolom kometar. Kita pasti bisa.

TOLONG DIBAGIKAN YA :