Abstrak—Telah dilekukan
percobaan Radiasi Inframerah yang bertujuan untuk menentukan energy kalor yang
diterima oleh air, untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap kalor, dan untuk
mengetahui hubungan panjang gelombang dengan energi kalor. Percobaan ini dilakukan dengan cara
mengukur suhu air pada tabung yang terkena cahaya dari lampu pijar dengan jarak
tertentu. Data yang didapatkan pada percobaan ini adalah kenaikan suhu setiap
selang 30 detik sebanyak 10 kali. Setelah suhu didapatkan maka akan dilakukan
perhitungan untuk mencari nilai energi kalor dan panjang gelombang. Hasil dari percobaan ini adalah rata-rata
panjang gelombang saat menggunakan tabung hitam dan tabung dipolis. Ketika
menggunakan tabung dipolis, secara berurutan saat daya lampu 40, 60, dan 100
watt, rata-rata panjang gelombangnya adalah 4,3069 x10-24; 4,34831x10-24; 2,48475
x10-24 meter. Sedangkan ketika menggunakan tabung hitam, secara berurutan saat daya lampu
40, 60, dan 100 watt, rata-rata panjang gelombangnya adalah 4,65891 x10-24; 3,74369 x10-24; dan 3,34613 x10-24 meter.
Kata Kunci—radiasi inframerah, energi kalor, panjang gelombang, suhu.
I.
PENDAHULUAN
D
|
alam kehidupan sehari-hari, kita tidak dapat hidup
tanpa adanya cahaya. Di siang hari kita selalu disinari cahaya matahari
yang juga merupakan sumber kehidupan.
Bahkan di malam hari kita masih menggunakan cahaya seperti cahaya lampu,
senter, dan lilin. Kehidupan manusia
memang sangat bergantung dengan cahaya.
Cahaya lampu menimbulkan radiasi, yaitu pancaran
energy yang terus menerus dari permukaan semua benda.energi ini dinamakan
energy radian dan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Gelombang ini
bergerak secepat kecepatan cahaya dan dapat melewati ruang hampa, dan juga
melalui udara. Kalau melalui benda yang tak dapat dilewatinya, misal telapak
tangan atau dinding kamar, gelombang itu akan diserapnya.
Perpindahan panas secara radiasi (pancaran) berbeda
dari konduksi dan konveksi dalam bahwa tidak ada media yang diperlukan untuk
perambatan.[4]
Selain itu, untuk menghitung energi panas yang
dioancarkan oleh suatu benda dapat mengunakan persamaan
Q = m c ΔT………………….… (2.1)
Energi radian dipancarkan oleh suatu permukaan per
satuan waktu dan per satuan luas, bergantung dari sifat permukaaan yang
bersangkutan dan pada suhunya. Pada suhu rendah, panjang gelombangnya relative
lebih panjang. [3]
Radiasi termal didefinisika sebagai radiasi yang
dipancarkan oleh suatu zat antara berdasar atas suhunya. Dengan kata lain
pancaran radiasi termal diatur oleh suhu benda pemancarnya. Panjang gelombang
yang dicakup oleh radiasi termal terletak kurang lebih antara 0,1 dan 100 µ.
Daerah ini biasanya dibagi – bagi kedalam daerah ultraviolet, daerah yang
tampak, dan daerah inframerah.[2]
Panjang gelombang yang dimana masing – masing kurva
mencapai nilai meksimumnya, yang disebut dengan λ maks sebanding 1/T. didapati
bahwa nilai tetapan bandingnya adalah
λ maks . T =
2,898 . 10-3 .................... (2.2)
Hasil ini dikenal sebagai hukum pergeseran Wien.
Istilah pergeseran merujuk ke kenyataan behwa puncak kurva intensitas bergeser
jika suhu diubah.
Energi radiasi elektromagnetbuannya diserap dalam
bentuk aliran kontinu gelombang, melainkan dalam disket kecil yang disebut foton. Sebuah foton adalah
sebuah kuantum enargi electromagnet yang diserap atau dipancarkan. Tiap – tiap
foton dari radiasi mempunyai frekuensi v dan memiliki energi:
E = h . v….………………. (2.3)
Dengan
v = c / λ………….………. (2.4)
Sehingga
menjadi :
E = h . c / λ……….……… (2.5)
Dengan nilai h adalah tetapan planck yaitu :
h = 6,62618 x 10-34 J.s ………….… (2.6) [1]
Benda hitam adalah suatu benda yang pada suhu
berapapun memancarkan atau menyerap jumlah radiasi semaksimum mungkin pada
panjang gelombang tertentu. Radiasi yang dipancarka benda biasa tidak hanya
bergantung pada suhu, tetapi juga pada sifat – sifat lainnya. Seperti sifat
permukaannya dan bahan pembuatnya. Jika
sebuah benda sama sekali hitam, maka cahaya yang jatuh padanya tidak ada yang
ia pantulkan. Pengertian benda hitam adalah suatu idealisasi karena semua
permukaan memantulkan sebagian radiasi yang datang. Tetapi untuk keperluan
laboraturium, suatu benda hitam dapat di kira kirakan sebagai sebuah rongga, seperti
sebuah bola berongga yang dinding dalamnya dipertahankan pada suhu seragam T.
jika dindingnya dilengkapi lubang kecil, maka radiasi yang memasukinya sebagian
diserap dan sebagian dipantulkan pada permukaan dalamnya. Radiasi yang
terpantul tersebut tidak akan langsung meninggalkan rongga tetapi berkali –kali
membentur permukaan dalam rongga dahulu. Tiap kali berkas radiasi in terbentur,
sebagian diserap.[1]
II. METODE
Berikut
ini adalah skema kerja pada percobaan radiasi infra merah.
Gambar 2.1 : skema kerja percobaan radiasi inframerah
Pada percobaan kali ini, pertama – tama harus
disiapkan beberapa alat dan bahan, air es, kotak untuk tempat percobaan, lampu
pijar dengan 3 variasi daya, yaitu 40, 60, dan 100 watt, tabung hitam dan
tabung yang transparan, dan thetmometer untuk mengukur kenaikan suhu.
Setelah itu air es dimasukkan di tabung transparan dan
diukur 80 ml. Lalu tabung diletakkan didalam kotak. Kemudian lampu 40 watt
dipasang di dalam kotak. Kemudian kotak ditutup dan diletakkan thermometer
untuk mengukur suhu air. Setelah itu suhu air diukur sebelum lampu dinyalakan.
Kemudian lampu pijar dinyalakan dan kenaikan suhu pada air diukur setiap 30
detik hingga 10 kali pengambilan data.
Kemudian lampu diganti dengan 60 watt dan 100 watt,
dengan langkah yang sama pada percobaan sebelumnya. Setelah 3 variasi lampu
sudah dilakukan pengambilan data, maka tabung diganti dengan tabung yang hitam.
Sama dengan langkah sebelumnya yaitu menggunakan 3 variasi lampu.
Jadi data yang didapat pada percobaan radiasi
inframerah kali ini adalah kenaikan suhu air setiap selang waktu 30 detik
sebanyak 10 kali untuk setiap variasi tabung dan lampu pijar. Setelah kenaikan
suhu didapatkan, maka energi kalor dapat di hitung. Dan jika energi kalor telah
diperoleh, maka panjang gelombang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
plank.
Gambar 2.2: Flow chart metode percobaan radiasi
inframerah
III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Setelah dilakukan percobaan radiasi
inframerah,
maka dapat diperoleh data berupa kenaikan suhu air dalam tabung, dan dapat
diitung nilai energi kalor dan panjang gelombang sebagai berikut:
3.1.1
Tabel data panjang gelombang saat digunakan tabung transparan dan lampu 40
watt.
kenaikan suhu ke-
|
ΔT
|
Q
|
Λ
|
1
|
1,5
|
0,12
|
1,6565x10-24
|
2
|
0
|
0
|
|
3
|
0,5
|
1,04
|
4,9695 x10-24
|
4
|
0
|
0
|
|
5
|
0,5
|
1,04
|
4,9695 x10-24
|
6
|
0
|
0
|
|
7
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
8
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
9
|
0
|
0
|
|
10
|
0
|
0
|
3.1.2
Tabel data panjang gelombang saat
digunakan tabung hitam
dan lampu 40 watt.
kenaikan suhu ke-
|
ΔT
|
Q
|
Λ
|
1
|
0,5
|
0,04
|
4,9695
|
2
|
0
|
0
|
|
3
|
0,5
|
0,04
|
4,9695
|
4
|
0
|
0
|
|
5
|
0,5
|
0,04
|
4,9695
|
6
|
0,5
|
0,04
|
4,9695
|
7
|
1
|
0,08
|
2,4847
|
8
|
0,5
|
0,04
|
4,9695
|
9
|
0,5
|
0,04
|
4,9695
|
10
|
0,5
|
0,04
|
4,9695
|
3.1.3
Tabel data panjang gelombang saat
digunakan tabung transparan dan lampu 60
watt.
kenaikan suhu ke-
|
ΔT
|
Q
|
Λ
|
1
|
0
|
0
|
|
2
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
3
|
0
|
0
|
|
4
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
5
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
6
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
7
|
1
|
0,08
|
2,4847 x10-24
|
8
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
9
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
10
|
1
|
0,08
|
2,4847 x10-24
|
3.1.4
Tabel data panjang gelombang saat
digunakan tabung hitam
dan lampu 60
watt.
kenaikan suhu ke-
|
ΔT
|
Q
|
λ
|
1
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
2
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
3
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
4
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
5
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
6
|
1
|
0,08
|
2,4847 x10-24
|
7
|
2,5
|
0,2
|
9,939
x10-25
|
8
|
1,5
|
0,12
|
1,656
x10-24
|
9
|
1
|
0,08
|
2,4847 x10-24
|
10
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
3.1.5
Tabel data panjang gelombang saat
digunakan tabung transparan dan lampu 100 watt.
kenaikan suhu ke-
|
ΔT
|
Q
|
λ
|
1
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
2
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
3
|
1
|
0,08
|
2,4847 x10-24
|
4
|
1
|
0,08
|
2,4847 x10-24
|
5
|
1,5
|
0,12
|
1,6565 x10-24
|
6
|
2
|
0,16
|
1,2424 x10-24
|
7
|
1
|
0,08
|
2,4847 x10-24
|
8
|
1,5
|
0,12
|
1,6565 x10-24
|
9
|
2
|
0,16
|
1,2424 x10-24
|
10
|
1,5
|
0,12
|
1,6565 x10-24
|
3.1.6
Tabel data panjang gelombang saat
digunakan tabung hitam
dan lampu 100 watt.
kenaikan suhu ke-
|
ΔT
|
Q
|
λ
|
1
|
1
|
0,08
|
2,4847 x10-24
|
2
|
1
|
0,08
|
2,4847 x10-24
|
3
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
4
|
2,5
|
0,2
|
9,939
x10-25
|
5
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
6
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
7
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
8
|
2,5
|
0,2
|
9,939
x10-25
|
9
|
1,5
|
0,12
|
1,6565 x10-24
|
10
|
0,5
|
0,04
|
4,9695 x10-24
|
Dari
data yang telah didapatkan, terlihat bahwa terdapat variasi lampu yaitu dengan
daya 40, 60, dan 100 watt. Selain itu juga ada variasi tabung yaitu tabung
transparan dan tabubg hitam. Variasi lampu dengan daya yang berdeda ini untuk
mengetahui apakah intensitas cahaya yang diberikan oleh lampu berpengaruh
terhadap perubahan suhu air pada tabung. Sedangkan penggunaan variasi tabung
ini untuk mengetahui pengaruh penyerapan energy kalor yang dipancarkan oleh
tabung terhadap tabung. Karena jika menurut teori, ketika cahaya dipancarkan
pada benda yang permukaannya hitam, maka cahaya tidak dipantulkan melainkan
diserap pleh benda hitam tersebut. Jika energi kalor pada cahaya tersebut
diserap, maka air didalam tabung hitam tadi akan lebih panas dibandingkan
dengan air pada tabung transparan.
Data
hasil perhitungan yang didapatkan pada percobaan ini salah satunya adalah
panjang gelombang. Faktor – faktor yang mempengaruhi besar panjang gelombang
ini adalah besarnya energi kalor yang dipancarkan oleh lampu, yaitu berkaitan
dengan daya lampu, jarak antara lampu dan tabung, akan tetapi dalam percobaan
ini tidak ada variasi jarak lampu terhadap tabung.
Lampu
pijar juga mengeluarkan cahaya inframerah. Radiasi yang dipancarkan oleh lampu
tersebut diterima oleh tabung. Pada tabung yang transparan, sebagian cahaya
dipantulkan dan sebagian diserap. Sedangkan pada tabung hitam, cahaya yang
datang akan diserap semuanya karena termasuk benda yang permukaannya sama
sekali hitam. Jadi suhu air pada tabung hitam akan lebih tinggi dari pada air
di tabung transparan. Akan tetapi jika yang berlaku adalah persamaan (2.1) maka
seharusnya yang diukur adalah perubahan suhu tabung, bukan suhu air. Karena
yang terkena radiasi yang dipancarkan oleh lampu adalah tabung bukan air pada
tabung.
Dari
data yang telah didapatkan, dilakukan perhitungan untuk mencari nilai kalor
yang dipancarkan oleh lampu dengan menggunakan pesamaan (2.1). Setelah itu
dilakukan perhitungan untuk mencari nilai panjang gelombang dengan menggunakan
persamaan (2.5). Sehingga diperoleh hasil berupa nilai panjang gelombang untuk
setiap variasi lampu dan tabung. Ketika menggunakan tabung transparan, secara berurutan
saat daya lampu 40, 60, dan 100 watt, rata-rata panjang gelombangnya adalah 4,3069 x10-24; 4,34831x10-24;
2,48475 x10-24 meter. Sedangkan ketika menggunakan tabung hitam, secara
berurutan saat daya lampu 40, 60, dan 100 watt, rata-rata panjang gelombangnya
adalah 4,65891 x10-24; 3,74369 x10-24; dan 3,34613 x10-24 meter.
Dapat diilihat dari data tersebut, bahwa
untuk setiap kenaikan suhu, panjang gelombangnya akan semakin kecil. Sehingga
nilai panjang gelombang berbanding terbalik terhadap kenaikan suhu.
IV. KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan
kesimpulan bahwa energi kalor yang diterima oleh air ketika menggunakan tabung transparan
, secara berurutan saat daya lampu 40, 60, dan 100 watt, rata-rata energi kalornya adalah 0,056 J; 0,05 J; 0,1 J. Sedangkan ketika
menggunakan tabung hitam, secara berurutan saat daya lampu 40, 60, dan 100
watt, rata-rata 0,045 J; 0,072 J; 0,088 J. Pengaruh suhu terhadap kalor adalah
berbanding lurus. Sedangkan hubungan antara panjang gelombang dan energi kalor
adalah berbanding terbalik.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan
terima kasih kepada asisten, rekan – rekan praktikan radiasi inframerah, dan
semua pihak terkait praktikum radiasi inframerah dalam melakukan percobaan dan
penyelesaian laporan ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1].
Krane, Kennent S. 1992. Fisika Modern.
Universitas Indonesia. Jakarta.
[2]. Kreith, Frank. 1997. Prinsip-Prinsip Perpindahan Panas. Erlangga.
Jakarta
[3].
Sears Zemasnky. 1962. Fisika Untuk Universitas. Bina
Cipta. Bnadung.
[4]. Welty, Wick, and Wilson.1969.
Fundamental of Momentum, Heat, and Mass Transfer. Jonh Wiley and Sons. Canada.
Posting Komentar