Radiasi Benda Hitam

Dalam fisika, benda hitam (bahasa Inggris black body) adalah obyek yang menyerap seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh kepadanya. Tidak ada radiasi yang dapat keluar atau dipantulkannya. Namun demikian, dalam fisika klasik, secara teori benda hitam haruslah juga memancarkan seluruh panjang gelombang energi yang mungkin, karena hanya dari sinilah energi benda itu dapat diukur.
Setiap benda secara kontinu memancarkan radiasi panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Bahkan sebuah kubus es pun memancarkan radiasi panas, sebagian kecil dari radiasi panas ini ada dalam daerah cahaya tampak. Walaupun demikian kubus es ini tak dapat dilihat dalam ruang gelap. Serupa dengan kubus es, badan manusia pun memancarkan radiasi panas dalam daerah cahaya tampak, tetapi intensitasnya tidak cukup kuat untuk dapat dilihat dalam ruang gelap.
Setiap benda memancarkan radiasi panas, tetapi umunya benda terlihat oleh kita karena benda itu memantulkan cahaya yang dating padanya, bukan karena ia memacarkan radiasi panas. Benda baru terlihat karena meradiasikan panas jika suhunya melebihi 1000 K. Pada suhu ini benda mulai berpijar merah sepeti kumparan pemanas sebuah kompor listrik. Pada suhu di atas 2000 K benda berpijar kuning atau keputih-putihan, seperti besi berpijar putihatau pijar putih dari filamen lampu pijar. Begitu suhu benda terus ditingkatkan, intensitas relatif dari spectrum cahaya yang dipancarkannya berubah. Ini menyebabkan pergeseran dalam warnawarna
spektrum yang diamati, yang dapat digunakan untuk menaksir suhu suatu benda
Dalam laboratorium, benda yang paling mendekati radiasi benda hitam adalah radiasi dari sebuah lubang kecil pada sebuah rongga. Cahaya apa pun yang memasuki lubang ini akan dipantulkan dan energinya diserap oleh dinding-dinding rongga berulang kali, tanpa mempedulikan bahan dinding dan panjang gelombang radiasi yang masuk (selama panjang gelombang tersebut lebih kecil dibandingkan dengan diameter lubang). Lubang ini (bukan rongganya) adalah pendekatan dari sebuah benda hitam. Jika rongga dipanaskan, spektrum yang dipancarkan lubang akan merupakan spektrum kontinu dan tidak bergantung pada bahan pembuat rongga. Pancaran radiasinya mengikuti suatu kurva umum (lihat gambar). Berdasarkan hukum radiasi termal dari Kirchhoff kurva ini hanya bergantung pada suhu dinding rongga, dan setiap benda hitam akan mengikuti kurva ini.
Spektrum yang teramati tidak dapat dijelaskan dengan teori elektromagnetik klasik dan mekanika statistik. Teori ini meramalkan intensitasi yang tinggi pada panjang gelombang rendah (yaitu, frekuensi tinggi); suatu ramalan yang dikenal sebagai bencana ultraungu.
Masalah teoretis ini dipecahkan oleh Max Planck, yang menganggap bahwa radiasi elektromagnetik dapat merambat hanya dalam paket-paket, atau kuanta (lihat bencana ultraungu untuk rinciannya). Gagasan ini belakangan digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan efek fotolistrik. Perkembangan teoretis ini akhirnya menyebabkan digantikannya teori elektromagnetik klasik dengan mekanika kuantum. Saat ini, paket-paket tersebut disebut foton.
Benda Hitam dalam fisika bisa berwarna-warni. Warna apa saja. Karena definisinya beda. Inilah artikel pengantar kuliah astrofisika fakta ilmiah
Ketika gas berada dalam keseimbangan termodinamika (KT), laju penyerapan dan pemancaran gas itu seimbang. Nah, situasi ini dapat dibuat dengan memakai kotak yang memiliki dinding dalam bersuhu tetap, katakanlah suhunya T. Kalau gak ada materi atau radiasi atau materi yang keluar dari kotak, maka partikel gas, dan semua radiasi di dalamnya, ujung-ujungnya akan nyampe ke kondisi keseimbangan dalam suhu ini. Gak peduli apa jenis bahan pembuat kotak atau kayak apa bentuknya. Bisa ditunjukkan kalau medan radiasi yang dihasilkan akan bersifat isotropik dan kalau spektrumnya (pancaran yang merupakan fungsi dari frekuensi atau panjang gelombang) hanya tergantung pada T. Radiasi demikian disebut radiasi benda hitam (bisa juga disebut ‘radiasi rongga’ soalnya sejarah penelitian radiasi ini memakai ‘pemandian termal’ dalam sebuah rongga). Intensitas (kekuatan) khas yang dihasilkan dinyatakan oleh fungsi khusus yang disebut fungsi Planck atau Kurva Planck.
Untuk benda yang buram, jalur bebas rata-rata sebuah foton mestinya lebih kecil daripada ukuran benda. Pengamat yang melihat benda pada sebuah jarak yang kurang lebih sama dengan jarak bebas rata-rata. Kita dengan demikian tiba pada definisi benda hitam yang lebih formal, yaitu, benda hitam adalah benda yang merupakan penyerap sempurna. Kalau sebuah foton, tidak peduli frekuensinya, berada dalam benda hitam, ia tidak akan dipantulkan balik dan tidak juga akan melewatinya. Foton ini akan diserap, yang menunjukkan kalau jalur bebas rata-ratanya lebih kecil dari ukuran benda. Setiap benda buram non reflektif dalam satu suhu tertentu adalah benda hitam. Ini bisa jadi padatan, yaitu benda padat yang tidak memantulkan cahaya. Agar benda ini tetap berada dalam suhu yang sama, penyerapan dan pemancaran harus seimbang. Jadi, benda hitam pasti juga pemancar sempurna. Dan artinya, benda hitam bukanlah berwarna hitam dan bukan pula kata ‘hitam’ berarti tanpa pancaran. Sebaliknya, sebuah benda hitam memancarkan spektrum Planck yang bersinambung yang bentuknya ditentukan oleh suhunya.
Menemukan benda hitam sempurna di alam itu sulit. Namun ada contohnya, yaitu Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB). Spektrum Planck terukur di setiap posisi di peta ini. Ada sedikit ingsutan dalam suhu pada posisi berbeda menghasilkan sedikit perbedaan kurva Planck dalam posisi berbeda. Kurva Planck rata-rata global diberikan dalam gambar berikut dan sesuai dengan suhu 2.73 Kelvin.
Bintang juga contoh benda hitam, walaupun beberapa ingsutan dari kurva sempurna memang ada, sebagai contoh matahari.Walaupun keseluruhan bintang tidaklah berada dalam satu suhu yang sama, bagian dalamnya lebih panas dari permukaan, kita tidak dapat melihat ke dalam tubuhnya, dan dalam kedalaman yang dapat dilihat, suhunya hampir seragam. Karena bintang memiliki suhu yang sesuai dengan kurva Planck yang berpuncak dekat dengan bagian optik spektrum, sebagian besar radiasi astrofisika yang kita lihat dengan mata kita, baik itu tanpa alat ataupun lewat teleskop optik, adalah karena bintangnya. Ini termasuk juga matahari, dan bukan kebetulan kalau mata kita memiliki sensitivitas terbesar pada bagian dimana kurva Planck matahari berpuncak.
Bintang juga contoh benda hitam, walaupun beberapa ingsutan dari kurva sempurna memang ada, sebagai contoh matahari.Walaupun keseluruhan bintang tidaklah berada dalam satu suhu yang sama, bagian dalamnya lebih panas dari permukaan, kita tidak dapat melihat ke dalam tubuhnya, dan dalam kedalaman yang dapat dilihat, suhunya hampir seragam. Karena bintang memiliki suhu yang sesuai dengan kurva Planck yang berpuncak dekat dengan bagian optik spektrum, sebagian besar radiasi astrofisika yang kita lihat dengan mata kita, baik itu tanpa alat ataupun lewat teleskop optik, adalah karena bintangnya. Ini termasuk juga matahari, dan bukan kebetulan kalau mata kita memiliki sensitivitas terbesar pada bagian dimana kurva Planck matahari berpuncak.
SUMBER : http://labanursongo.blogspot.com