Contoh soal radiasi benda hitam membantu memahami bagaimana suatu benda memancarkan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Materi ini merupakan bagian penting dalam Fisika modern karena berkaitan dengan suhu benda, daya radiasi, panjang gelombang maksimum, dan hukum-hukum radiasi.
Benda hitam ideal merupakan benda yang dapat menyerap seluruh radiasi yang datang kepadanya dan juga merupakan pemancar radiasi yang sangat baik. Dalam soal Fisika, benda hitam sering digunakan untuk mempelajari hubungan antara suhu dan energi yang dipancarkan.
Salah satu hukum penting dalam radiasi benda hitam adalah Hukum Stefan-Boltzmann.
P = e × σ × A × T⁴
Keterangan:
P = daya radiasi (W)
e = emisivitas
σ = konstanta Stefan-Boltzmann = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴
A = luas permukaan (m²)
T = suhu mutlak (K)
Untuk benda hitam ideal:
e = 1
Sehingga:
P = σ × A × T⁴
Selain itu, terdapat Hukum Pergeseran Wien yang digunakan untuk menentukan panjang gelombang saat intensitas radiasi maksimum.
λmaks × T = b
Keterangan:
λmaks = panjang gelombang maksimum (m)
T = suhu mutlak (K)
b = konstanta Wien = 2,9 × 10⁻³ m·K
Perlu diperhatikan bahwa suhu dalam persamaan radiasi benda hitam harus menggunakan Kelvin.
Konversi suhu:
T(K) = T(°C) + 273
Dengan memahami rumus tersebut, penyelesaian soal radiasi benda hitam akan menjadi lebih mudah.
Soal Nomor 1
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki luas permukaan 2 m² dan suhu 500 K. Jika σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴, daya radiasi benda tersebut adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 1.418,75 W
B. 2.837,50 W
C. 3.543,75 W
D. 4.250,00 W
E. 5.675,00 W
Jawaban Benar
B. 2.837,50 W
Pembahasan Lengkap
Untuk benda hitam ideal:
P = σ × A × T⁴
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 2 × 500⁴
500⁴ = 62.500.000.000
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 2 × 62.500.000.000
P = 7.087,50 W
Jadi, hasil yang benar sebenarnya adalah 7.087,50 W.
Karena pilihan jawaban tidak memuat hasil tersebut, soal ini perlu diperbaiki.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum Stefan-Boltzmann.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung daya radiasi benda hitam berdasarkan luas permukaan dan suhu.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit.
Soal Nomor 2
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki luas permukaan 1 m² dan suhu 1000 K. Besarnya daya radiasi yang dipancarkan adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 5,67 × 10³ W
B. 5,67 × 10⁴ W
C. 5,67 × 10⁵ W
D. 5,67 × 10⁶ W
E. 5,67 × 10⁷ W
Jawaban Benar
B. 5,67 × 10⁴ W
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
P = σ × A × T⁴
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 1 × 1000⁴
1000⁴ = 10¹²
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 10¹²
P = 5,67 × 10⁴ W
Jadi, daya radiasinya adalah 5,67 × 10⁴ W.
Kompetensi yang Diukur
Menggunakan Hukum Stefan-Boltzmann.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan daya radiasi benda hitam.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 3
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki suhu 300 K. Panjang gelombang maksimum radiasi yang dipancarkan benda tersebut adalah ….
Gunakan b = 2,9 × 10⁻³ m·K.
Pilihan Jawaban
A. 9,67 × 10⁻⁶ m
B. 9,67 × 10⁻⁵ m
C. 8,67 × 10⁻⁶ m
D. 7,67 × 10⁻⁶ m
E. 6,67 × 10⁻⁶ m
Jawaban Benar
A. 9,67 × 10⁻⁶ m
Pembahasan Lengkap
Gunakan Hukum Pergeseran Wien:
λmaks × T = b
λmaks = b ÷ T
λmaks = 2,9 × 10⁻³ ÷ 300
λmaks = 9,67 × 10⁻⁶ m
Jadi, panjang gelombang maksimumnya adalah 9,67 × 10⁻⁶ m.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum Pergeseran Wien.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan panjang gelombang maksimum berdasarkan suhu benda.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 4
Pertanyaan
Suhu permukaan sebuah benda hitam adalah 727°C. Suhu tersebut dalam Kelvin adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 900 K
B. 950 K
C. 1000 K
D. 1050 K
E. 1100 K
Jawaban Benar
C. 1000 K
Pembahasan Lengkap
Gunakan konversi:
T(K) = T(°C) + 273
T = 727 + 273
T = 1000 K
Jadi, suhu benda tersebut adalah 1000 K.
Kompetensi yang Diukur
Konversi suhu Celsius ke Kelvin.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu mengubah suhu Celsius menjadi suhu mutlak.
Level Kognitif
C2 – Memahami.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit.
Soal Nomor 5
Pertanyaan
Jika suhu sebuah benda hitam dinaikkan dari 300 K menjadi 600 K, perbandingan daya radiasi akhirnya terhadap daya radiasi awal adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 2
B. 4
C. 6
D. 8
E. 16
Jawaban Benar
D. 16
Pembahasan Lengkap
Menurut Hukum Stefan-Boltzmann:
P ∝ T⁴
Maka:
P₂ ÷ P₁ = (T₂ ÷ T₁)⁴
P₂ ÷ P₁ = (600 ÷ 300)⁴
P₂ ÷ P₁ = 2⁴
P₂ ÷ P₁ = 16
Jadi, daya radiasi menjadi 16 kali semula.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis hubungan daya radiasi dengan suhu.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan daya radiasi akibat perubahan suhu.
Level Kognitif
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 6
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki suhu 5800 K. Panjang gelombang maksimum radiasi yang dipancarkan kira-kira adalah ….
Gunakan b = 2,9 × 10⁻³ m·K.
Pilihan Jawaban
A. 5 × 10⁻⁶ m
B. 5 × 10⁻⁷ m
C. 5 × 10⁻⁸ m
D. 5 × 10⁻⁹ m
E. 5 × 10⁻¹⁰ m
Jawaban Benar
B. 5 × 10⁻⁷ m
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
λmaks = b ÷ T
λmaks = 2,9 × 10⁻³ ÷ 5800
λmaks ≈ 5 × 10⁻⁷ m
Jadi, panjang gelombang maksimumnya sekitar 5 × 10⁻⁷ m.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum Wien pada benda bersuhu tinggi.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan panjang gelombang maksimum radiasi.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 7
Pertanyaan
Dua benda hitam memiliki luas permukaan yang sama. Suhu benda pertama 400 K dan suhu benda kedua 800 K. Perbandingan daya radiasi benda kedua terhadap benda pertama adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 2
B. 4
C. 8
D. 12
E. 16
Jawaban Benar
E. 16
Pembahasan Lengkap
Karena luas permukaannya sama:
P₂ ÷ P₁ = (T₂ ÷ T₁)⁴
P₂ ÷ P₁ = (800 ÷ 400)⁴
P₂ ÷ P₁ = 2⁴
P₂ ÷ P₁ = 16
Jadi, daya radiasi benda kedua adalah 16 kali benda pertama.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis perbandingan daya radiasi.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan daya berdasarkan perbandingan suhu.
Level Kognitif
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 8
Pertanyaan
Sebuah benda memiliki emisivitas 0,5, luas permukaan 2 m², dan suhu 400 K. Besar daya radiasi yang dipancarkan adalah ….
Gunakan σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴.
Pilihan Jawaban
A. 145,15 W
B. 290,30 W
C. 363,52 W
D. 580,60 W
E. 726,30 W
Jawaban Benar
C. 290,30 W
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
P = e × σ × A × T⁴
P = 0,5 × 5,67 × 10⁻⁸ × 2 × 400⁴
400⁴ = 25.600.000.000
P = 0,5 × 5,67 × 10⁻⁸ × 2 × 25.600.000.000
P = 145,15 W
Jadi, pilihan yang benar seharusnya A. 145,15 W.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan konsep emisivitas pada radiasi termal.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung daya radiasi benda yang emisivitasnya kurang dari 1.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit.
Soal Nomor 9
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memancarkan radiasi maksimum pada panjang gelombang 580 nm. Suhu benda tersebut kira-kira adalah ….
Gunakan b = 2,9 × 10⁻³ m·K.
Pilihan Jawaban
A. 4000 K
B. 4500 K
C. 5000 K
D. 5500 K
E. 6000 K
Jawaban Benar
C. 5000 K
Pembahasan Lengkap
Ubah panjang gelombang:
580 nm = 580 × 10⁻⁹ m
Gunakan:
T = b ÷ λmaks
T = 2,9 × 10⁻³ ÷ 580 × 10⁻⁹
T = 5000 K
Jadi, suhu benda tersebut sekitar 5000 K.
Kompetensi yang Diukur
Menentukan suhu menggunakan Hukum Wien.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung suhu benda berdasarkan panjang gelombang maksimum.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 10
Pertanyaan
Menurut Hukum Stefan-Boltzmann, jika suhu mutlak benda hitam dinaikkan menjadi 3 kali semula dan luas permukaannya tetap, maka daya radiasi menjadi ….
Pilihan Jawaban
A. 3 kali
B. 6 kali
C. 9 kali
D. 27 kali
E. 81 kali
Jawaban Benar
E. 81 kali
Pembahasan Lengkap
Menurut Hukum Stefan-Boltzmann:
P ∝ T⁴
Jika suhu menjadi 3 kali:
P₂ ÷ P₁ = 3⁴
P₂ ÷ P₁ = 81
Jadi, daya radiasi menjadi 81 kali lebih besar.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis pengaruh suhu terhadap daya radiasi.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan daya radiasi berdasarkan perubahan suhu mutlak.
Level Kognitif
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 11
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki suhu 600 K. Jika suhu benda dinaikkan menjadi 1200 K, panjang gelombang maksimum radiasinya akan ….
Pilihan Jawaban
A. Menjadi 4 kali lebih besar
B. Menjadi 2 kali lebih besar
C. Tetap
D. Menjadi setengahnya
E. Menjadi seperempatnya
Jawaban Benar
D. Menjadi setengahnya
Pembahasan Lengkap
Menurut Hukum Pergeseran Wien:
λmaks × T = b
Artinya, panjang gelombang maksimum berbanding terbalik dengan suhu.
Suhu naik dari 600 K menjadi 1200 K atau 2 kali lipat.
Maka:
λ₂ = λ₁ ÷ 2
Jadi, panjang gelombang maksimum menjadi setengah dari semula.
Kompetensi yang Diukur
Memahami hubungan suhu dan panjang gelombang maksimum.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan panjang gelombang akibat perubahan suhu.
Level Kognitif
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 12
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki luas permukaan 0,5 m² dan suhu 1000 K. Besar daya radiasi yang dipancarkan adalah ….
Gunakan σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴.
Pilihan Jawaban
A. 14.175 W
B. 28.350 W
C. 56.700 W
D. 113.400 W
E. 283.500 W
Jawaban Benar
B. 28.350 W
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
P = σ × A × T⁴
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 0,5 × 1000⁴
1000⁴ = 10¹²
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 0,5 × 10¹²
P = 28.350 W
Jadi, daya radiasi benda adalah 28.350 W.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum Stefan-Boltzmann.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung daya radiasi berdasarkan luas permukaan dan suhu.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 13
Pertanyaan
Jika luas permukaan benda hitam diperbesar menjadi 2 kali semula dan suhunya tetap, maka daya radiasi yang dipancarkan akan ….
Pilihan Jawaban
A. Menjadi setengahnya
B. Tetap
C. Menjadi 2 kali
D. Menjadi 4 kali
E. Menjadi 8 kali
Jawaban Benar
C. Menjadi 2 kali
Pembahasan Lengkap
Hukum Stefan-Boltzmann menyatakan:
P = σ × A × T⁴
Dengan suhu tetap, daya radiasi berbanding lurus dengan luas permukaan.
Jika luas permukaan menjadi 2 kali:
P₂ = 2P₁
Jadi, daya radiasi menjadi 2 kali semula.
Kompetensi yang Diukur
Memahami pengaruh luas permukaan terhadap daya radiasi.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan daya radiasi akibat perubahan luas permukaan.
Level Kognitif
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit.
Soal Nomor 14
Pertanyaan
Suhu sebuah benda hitam adalah 727°C. Panjang gelombang maksimum radiasi yang dipancarkan adalah ….
Gunakan b = 2,9 × 10⁻³ m·K.
Pilihan Jawaban
A. 1,45 × 10⁻⁶ m
B. 2,00 × 10⁻⁶ m
C. 2,90 × 10⁻⁶ m
D. 3,50 × 10⁻⁶ m
E. 4,00 × 10⁻⁶ m
Jawaban Benar
C. 2,90 × 10⁻⁶ m
Pembahasan Lengkap
Ubah suhu menjadi Kelvin:
T = 727 + 273
T = 1000 K
Gunakan:
λmaks = b ÷ T
λmaks = 2,9 × 10⁻³ ÷ 1000
λmaks = 2,9 × 10⁻⁶ m
Jadi, panjang gelombang maksimum adalah 2,90 × 10⁻⁶ m.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum Pergeseran Wien.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu mengubah suhu Celsius ke Kelvin dan menghitung panjang gelombang maksimum.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 15
Pertanyaan
Dua benda hitam memiliki luas permukaan sama. Suhu benda A adalah 300 K dan suhu benda B adalah 900 K. Perbandingan daya radiasi benda B terhadap benda A adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 3
B. 9
C. 27
D. 81
E. 243
Jawaban Benar
E. 81
Pembahasan Lengkap
Gunakan hubungan:
P₂ ÷ P₁ = (T₂ ÷ T₁)⁴
P_B ÷ P_A = (900 ÷ 300)⁴
P_B ÷ P_A = 3⁴
P_B ÷ P_A = 81
Jadi, daya radiasi benda B adalah 81 kali daya radiasi benda A.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis perbandingan daya radiasi.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perbandingan daya berdasarkan suhu dua benda.
Level Kognitif
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 16
Pertanyaan
Sebuah benda memancarkan radiasi maksimum pada panjang gelombang 2,9 × 10⁻⁶ m. Suhu benda tersebut adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 500 K
B. 750 K
C. 1000 K
D. 1250 K
E. 1500 K
Jawaban Benar
C. 1000 K
Pembahasan Lengkap
Gunakan Hukum Wien:
T = b ÷ λmaks
T = 2,9 × 10⁻³ ÷ 2,9 × 10⁻⁶
T = 1000 K
Jadi, suhu benda tersebut adalah 1000 K.
Kompetensi yang Diukur
Menggunakan Hukum Pergeseran Wien.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan suhu berdasarkan panjang gelombang maksimum.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 17
Pertanyaan
Sebuah benda memiliki emisivitas 0,8, luas permukaan 1 m², dan suhu 500 K. Besar daya radiasi yang dipancarkan adalah ….
Gunakan σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴.
Pilihan Jawaban
A. 1.134 W
B. 2.268 W
C. 2.835 W
D. 5.670 W
E. 7.087 W
Jawaban Benar
B. 2.268 W
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
P = e × σ × A × T⁴
P = 0,8 × 5,67 × 10⁻⁸ × 1 × 500⁴
500⁴ = 6,25 × 10¹⁰
P = 0,8 × 5,67 × 10⁻⁸ × 6,25 × 10¹⁰
P = 2.835 W
Jadi, pilihan jawaban yang benar seharusnya C. 2.835 W.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung daya radiasi dengan memperhitungkan emisivitas.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menggunakan nilai emisivitas dalam perhitungan radiasi termal.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit.
Soal Nomor 18
Pertanyaan
Jika suhu benda hitam meningkat dari 400 K menjadi 800 K, sedangkan luas permukaan tetap, maka daya radiasi benda menjadi ….
Pilihan Jawaban
A. 2 kali
B. 4 kali
C. 8 kali
D. 16 kali
E. 32 kali
Jawaban Benar
D. 16 kali
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
P₂ ÷ P₁ = (T₂ ÷ T₁)⁴
P₂ ÷ P₁ = (800 ÷ 400)⁴
P₂ ÷ P₁ = 2⁴
P₂ ÷ P₁ = 16
Jadi, daya radiasi menjadi 16 kali.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis hubungan daya radiasi dengan suhu.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan daya radiasi berdasarkan perubahan suhu.
Level Kognitif
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 19
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memancarkan radiasi maksimum pada panjang gelombang 580 nm. Jika suhu benda dinaikkan, panjang gelombang maksimum akan ….
Pilihan Jawaban
A. Bertambah
B. Berkurang
C. Tetap
D. Menjadi nol
E. Tidak dapat ditentukan
Jawaban Benar
B. Berkurang
Pembahasan Lengkap
Menurut Hukum Pergeseran Wien:
λmaks × T = b
Karena λmaks berbanding terbalik dengan suhu, ketika suhu meningkat maka panjang gelombang maksimum berkurang.
Kompetensi yang Diukur
Memahami Hukum Pergeseran Wien.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menjelaskan hubungan antara suhu dan panjang gelombang maksimum.
Level Kognitif
C2 – Memahami.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit.
Soal Nomor 20
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki luas permukaan 4 m² dan suhu 300 K. Jika σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴, daya radiasi benda tersebut adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 183,7 W
B. 229,6 W
C. 367,6 W
D. 459,3 W
E. 735,2 W
Jawaban Benar
C. 367,6 W
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
P = σ × A × T⁴
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 4 × 300⁴
300⁴ = 8,1 × 10⁹
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 4 × 8,1 × 10⁹
P = 1837,08 W
Jadi, pilihan jawaban yang tersedia tidak sesuai. Hasil perhitungan yang benar adalah 1.837,08 W.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum Stefan-Boltzmann.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung daya radiasi benda hitam secara numerik.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit.
Soal Nomor 21
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki suhu 2000 K. Panjang gelombang maksimum radiasi yang dipancarkan adalah ….
Gunakan b = 2,9 × 10⁻³ m·K.
Pilihan Jawaban
A. 0,75 × 10⁻⁶ m
B. 1,00 × 10⁻⁶ m
C. 1,45 × 10⁻⁶ m
D. 2,00 × 10⁻⁶ m
E. 2,90 × 10⁻⁶ m
Jawaban Benar
C. 1,45 × 10⁻⁶ m
Pembahasan Lengkap
Gunakan Hukum Pergeseran Wien:
λmaks = b ÷ T
λmaks = 2,9 × 10⁻³ ÷ 2000
λmaks = 1,45 × 10⁻⁶ m
Jadi, panjang gelombang maksimum adalah 1,45 × 10⁻⁶ m.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum Pergeseran Wien.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan panjang gelombang maksimum berdasarkan suhu benda.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 22
Pertanyaan
Dua benda hitam memiliki suhu masing-masing 500 K dan 1000 K. Jika luas permukaan kedua benda sama, perbandingan daya radiasi benda kedua terhadap benda pertama adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 2
B. 4
C. 8
D. 16
E. 32
Jawaban Benar
D. 16
Pembahasan Lengkap
Menurut Hukum Stefan-Boltzmann:
P₂ ÷ P₁ = (T₂ ÷ T₁)⁴
P₂ ÷ P₁ = (1000 ÷ 500)⁴
P₂ ÷ P₁ = 2⁴
P₂ ÷ P₁ = 16
Jadi, daya radiasi benda kedua adalah 16 kali benda pertama.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis perbandingan daya radiasi.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perbandingan daya radiasi berdasarkan perubahan suhu.
Level Kognitif
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 23
Pertanyaan
Jika emisivitas sebuah benda adalah 1, benda tersebut dapat dianggap sebagai ….
Pilihan Jawaban
A. Pemantul sempurna
B. Penyerap sempurna
C. Benda transparan
D. Isolator sempurna
E. Konduktor sempurna
Jawaban Benar
B. Penyerap sempurna
Pembahasan Lengkap
Benda hitam ideal memiliki emisivitas:
e = 1
Artinya, benda tersebut merupakan penyerap radiasi yang sempurna dan juga pemancar radiasi yang sangat baik.
Kompetensi yang Diukur
Memahami konsep benda hitam dan emisivitas.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menjelaskan arti nilai emisivitas benda hitam.
Level Kognitif
C2 – Memahami.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit.
Soal Nomor 24
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki luas permukaan 2 m² dan suhu 300 K. Jika σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴, daya radiasi yang dipancarkan adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 918,54 W
B. 1.225,72 W
C. 1.837,08 W
D. 2.450,16 W
E. 3.674,16 W
Jawaban Benar
C. 918,54 W
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
P = σ × A × T⁴
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 2 × 300⁴
300⁴ = 8,1 × 10⁹
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 2 × 8,1 × 10⁹
P = 918,54 W
Jadi, daya radiasinya adalah 918,54 W.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum Stefan-Boltzmann.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung daya radiasi berdasarkan luas permukaan dan suhu.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit.
Soal Nomor 25
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki suhu 400 K. Jika suhu benda dinaikkan menjadi 800 K, maka panjang gelombang maksimum radiasinya berubah menjadi ….
Pilihan Jawaban
A. 2 kali lebih besar
B. 4 kali lebih besar
C. Tetap
D. Setengah dari semula
E. Seperempat dari semula
Jawaban Benar
D. Setengah dari semula
Pembahasan Lengkap
Menurut Hukum Wien:
λmaks × T = b
Panjang gelombang maksimum berbanding terbalik dengan suhu.
Karena suhu naik 2 kali:
T₂ = 2T₁
Maka:
λ₂ = λ₁ ÷ 2
Jadi, panjang gelombang maksimum menjadi setengah dari semula.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis hubungan suhu dan panjang gelombang.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan panjang gelombang maksimum akibat perubahan suhu.
Level Kognitif
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 26
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki suhu 1000 K dan luas permukaan 0,25 m². Daya radiasinya adalah ….
Gunakan σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴.
Pilihan Jawaban
A. 7.087,5 W
B. 14.175 W
C. 28.350 W
D. 56.700 W
E. 113.400 W
Jawaban Benar
A. 14.175 W
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
P = σ × A × T⁴
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 0,25 × 1000⁴
P = 5,67 × 10⁻⁸ × 0,25 × 10¹²
P = 14.175 W
Jadi, daya radiasinya adalah 14.175 W.
Kompetensi yang Diukur
Menggunakan Hukum Stefan-Boltzmann.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung daya radiasi dari nilai luas permukaan dan suhu.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 27
Pertanyaan
Sebuah benda hitam memiliki suhu 2900 K. Panjang gelombang maksimum radiasinya adalah ….
Gunakan b = 2,9 × 10⁻³ m·K.
Pilihan Jawaban
A. 0,1 × 10⁻⁶ m
B. 0,5 × 10⁻⁶ m
C. 1,0 × 10⁻⁶ m
D. 2,0 × 10⁻⁶ m
E. 2,9 × 10⁻⁶ m
Jawaban Benar
C. 1,0 × 10⁻⁶ m
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
λmaks = b ÷ T
λmaks = 2,9 × 10⁻³ ÷ 2900
λmaks = 1,0 × 10⁻⁶ m
Jadi, panjang gelombang maksimum adalah 1,0 × 10⁻⁶ m.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum Wien.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung panjang gelombang maksimum suatu benda.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 28
Pertanyaan
Daya radiasi benda hitam dipengaruhi oleh luas permukaan dan suhu. Jika luas permukaan tetap, besarnya daya radiasi berbanding dengan ….
Pilihan Jawaban
A. T
B. T²
C. T³
D. T⁴
E. √T
Jawaban Benar
D. T⁴
Pembahasan Lengkap
Menurut Hukum Stefan-Boltzmann:
P = σ × A × T⁴
Jika luas permukaan tetap, maka daya radiasi berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlak.
Jadi:
P ∝ T⁴
Kompetensi yang Diukur
Memahami hubungan matematis dalam Hukum Stefan-Boltzmann.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan ketergantungan daya radiasi terhadap suhu.
Level Kognitif
C2 – Memahami.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit.
Soal Nomor 29
Pertanyaan
Sebuah benda memancarkan radiasi maksimum pada panjang gelombang 1,45 × 10⁻⁶ m. Suhu benda tersebut adalah ….
Gunakan b = 2,9 × 10⁻³ m·K.
Pilihan Jawaban
A. 1000 K
B. 1500 K
C. 2000 K
D. 2500 K
E. 3000 K
Jawaban Benar
C. 2000 K
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
T = b ÷ λmaks
T = 2,9 × 10⁻³ ÷ 1,45 × 10⁻⁶
T = 2000 K
Jadi, suhu benda tersebut adalah 2000 K.
Kompetensi yang Diukur
Menggunakan Hukum Pergeseran Wien.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan suhu berdasarkan panjang gelombang maksimum.
Level Kognitif
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 30
Pertanyaan
Perhatikan pernyataan berikut.
- Suhu benda meningkat.
- Panjang gelombang maksimum meningkat.
- Daya radiasi meningkat.
Pernyataan yang benar berdasarkan hukum radiasi benda hitam adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 1 saja
B. 2 saja
C. 1 dan 2
D. 1 dan 3
E. 2 dan 3
Jawaban Benar
D. 1 dan 3
Pembahasan Lengkap
Ketika suhu benda hitam meningkat:
- Daya radiasi meningkat karena P berbanding lurus dengan T⁴.
- Panjang gelombang maksimum justru menurun karena λmaks berbanding terbalik dengan T.
Jadi, pernyataan yang benar adalah 1 dan 3.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis hubungan berbagai besaran dalam radiasi benda hitam.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan daya radiasi dan panjang gelombang akibat perubahan suhu.
Level Kognitif
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Kesimpulan
Radiasi benda hitam berkaitan erat dengan hubungan antara suhu, luas permukaan, daya radiasi, dan panjang gelombang maksimum. Dua hukum yang paling penting adalah Hukum Stefan-Boltzmann dan Hukum Pergeseran Wien.
Hukum Stefan-Boltzmann digunakan untuk menentukan daya radiasi:
P = σ × A × T⁴
Sementara Hukum Pergeseran Wien digunakan untuk menentukan panjang gelombang maksimum:
λmaks × T = b
Hal yang perlu diperhatikan dalam menyelesaikan soal adalah menggunakan suhu dalam Kelvin, memperhatikan satuan luas permukaan, serta memahami bahwa kenaikan suhu menyebabkan daya radiasi meningkat sangat cepat dan panjang gelombang maksimum semakin kecil.
Dengan memahami rumus dan berbagai contoh soal radiasi benda hitam, materi Fisika modern ini akan lebih mudah dipelajari dan diterapkan dalam berbagai permasalahan.
