Soal Essay Fisika (Radiasi Dan Benda Hitam)

Berikut ini , Soal Essay LKS Fisika tentang (Radiasi dan Benda Hitam) Kurikulum2013, beserta kunci Jawabannya, untuk siswa SMA/SMK/MA/Sederajat.

Rumus – Rumus Minimal

Daya Radiasi (Laju energi rata-rata)
P = eσ T 4A
Keterangan :
P = daya radiasi (watt = joule/s)
e = emisivitas benda
e = 1 → benda hitam sempurna
A = luas permukaan benda (m2)
T = suhu (Kelvin)
σ = Konstanta Stefan-Boltzman = 5,67 x 10−8 W/mK4
Hukum Pergeseran Wien
λmaks T = C
Keterangan :
λmaks = panjang gelombang radiasi maksimum (m)
C = Konstanta Wien = 2,898 x 10−3 m.K
T = suhu mutlak benda (Kelvin)
1. Sebuah benda dengan luas permukaan 100 cm2 bersuhu 727oC. Jika koefisien Stefan-Boltzman 5,67 x 10−8 W/mK4 dan emisivitas benda adalah 0,6 tentukan laju rata-rata energi radiasi benda tersebut!

Pembahasan
Data :
σ = 5,67 x 10−8 W/mK4
T = 727oC = 1000 K
e = 0,6
A = 100 cm2 = 100 x 10−4 = 10−2

Laju energi rata-rata :
P = eσ T 4A
P = (0,6)(5,67 x 10−8 )(1000)4(10−2)
P = 340,2 joule/s

 

2. Permukaan benda pada suhu 37oC meradiasikan gelombang elektromagnetik. Bila konstanta Wien = 2,898 x 10−3 m.K maka panjang gelombang maksimum radiasi permukaan adalah…..
A. 8,898 x 10−6 m
B. 9,348 x 10−6 m
C. 9,752 x 10−6 m
D. 10,222 x 10−6 m
E. 11,212 x 10−6 m

Pembahasan
Data :
T = 37oC = 310 K
C = 2,898 x 10−3 m.K
λmaks = ….?

λmaks T = C
λmaks (310) = 2,898 x 10−3
λmaks = 9,348 x 10−6 m

 

3. Panjang gelombang radiasi maksimum suatu benda pada suhu T Kelvin adalah 6000 Å. Jika suhu benda naik hingga menjadi 3/2 T Kelvin , tentukan panjang gelombang radiasi maksimum benda!

Pembahasan
Data :
T1 = T Kelvin
T2 = 3/2 T Kelvin
λmaks 1 = 6000 Å
λmaks 2 = ….?

λmaks 2 T2 = λmaks 1 T1
λmaks 2 (3/2 T) = 6000 Å (T)
λmaks 2 = (2/3) x 6000 Å = 4000 Å

 

4. Benda hitam pada suhu T memancarkan radiasi dengan daya sebesar 300 mW. Radiasi benda hitam tersebut pada suhu ½ T akan menghasilkan daya sebesar ….
(A) 300 mW
(B) 150 mW
(C) 75 mW
(D) 37,5 mW
(E) 18,75 mw

Pembahasan

Data :
T1 = T Kelvin
T2 = 3/2 T Kelvin
λmaks 1 = 6000 Å
λmaks 2 = ….?

λmaks 2 T2 = λmaks 1 T1
λmaks 2 (3/2 T) = 6000 Å (T)
λmaks 2 = (2/3) x 6000 Å = 4000 Å

 

5. Sebuah benda memiliki suhu minimum 27oC dan suhu maksimum 227oC. 

Tentukan nilai perbandingan daya radiasi yang dipancarkan benda pada suhu maksimum dan minimumnya!

Pembahasan
Data :
T1 = 27oC = 300 K
T2 = 227oC = 500 K
P2/P1 = (T2/T1)4
P2/P1 = (500/300)4 = (5/3)4 = 625 : 81

 

6. Daya radiasi yang dipancarkan suatu benda pada suhu 227oC adalah 1200 J/s. Jika suhu benda naik hingga menjadi 727oC, tentukan daya radiasi yang dipancarkan sekarang!

Pembahasan
Data :
T1 = 227oC = 500 K
T2 = 727oC = 1000 K
P1 = 1200 watt

Daya radiasi yang dipancarkan sekarang :
P2/P1 = (T2/T1)4
P2/P1 = (1000/500)4
P2 = (1000/500)4 x P1
P2 = (2)4 x 1200 = 16 x 1200 = 19200 watt

 

7. Grafik menyatakan hubungan intensitas gelombang (I) terhadap panjang gelombang, pada saat intensitas maksimum (λm) dari radiasi suatu benda hitam sempurna. 

Jika konstanta Wien = 2,9 x 10−3 mK, maka panjang gelombang radiasi maksimum pada T1 adalah….
A. 5.000 Å
B. 10.000 Å
C. 14.500 Å
D. 20.000 Å
E. 25.000 Å

Pembahasan
Data :
T = 1727oC = 2000 K
C = 2,9 x 10−3 m.K
λmaks = ….?

λmaks T = C
λmaks (2000) = 2,9 x 10−3
λmaks = 1,45 x 10−6 m = 14.500 Å