|
Radiasi Inframerah
|
|
Yulita Inayatus Shiddiqah, Farah Aulia
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Jl. Arief
Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: vivat.itsku@gmail.com |
Abstrak—Telah dilakukan percobaan Radiasi Inframerah dengan
tujuan untuk menentukan energi kalor yang diterima oleh air, untuk mengetahui
pengaruh suhu terhadap kalor, serta untuk mengertahui hubungan panjang
gelombang dengan energi kalor. Cara melakukan percobaan adalah; pertama semua
alat dan bahan dirangkai, kemudian air sebanyak 80ml dimasukkan kedalam tabung
polis/tabung putih. Lalu diukur suhu awal dan suhu ruangan menggunakan
termometer, Kemudian tabung ditutup dengan mika. setelah itu letakkan
termometer didalam tabung. Lalu letakkan tabung dan lampu pijar sejauh 15cm.
Lampu pijar yang digunakan adalah variasi 40 watt, 60 watt, dan 100 watt. Lalu
lampu pijar dinyalakan dan setiap kenaikan suhu selama 2 menit diukur
menggunakan termometer dan dicatat. Ulangi langkah tersebut untuk tabung
berwarna hitam.
Hasil percobaan menujukkan bahwa bahwa
energi kalor yang diterima oleh air adalah sebagai berikut ; pada tabung putih
dengan P 40 watt dan
rata-rata -2,6 oC adalah -208
joule, dengan P 60 watt dan
rata-rata 1,6 oC adalah 128 joule, dengan P 100 watt dan
rata-rata 2 oC adalah 160 joule, pada tabung hitam dengan P 40 watt dan
rata-rata 1oC adalah 80 joule, dengan P 60 watt dan
rata-rata 4,8 oC adalah 384 joule, dengan P 100 watt dan
rata-rata 3,8 oC adalah 304 joule. Pengaruh suhu terhadap kalor adalah berbanding lurus.
Dimana semakin tinggi suhu maka semakin tinggi pula kalor yang dihasilkan. Dan
hubungan panjang gelombang dengan energi kalor adalah berbanding terbalik.
Artinya semakin rendah panjang gelombang suatu sinar elektromagnetik maka
semakin tinggi pula energi yang dihasilkan.
|
|
Kata Kunci—radiasi,inframerah,elektromagnetik,kalor,panjang
gelombang.
|
|
I. PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari-hari trdapat banyak sekali aplikasi dari radiasi.
Radiasi adalah proses dimana energi bergerak melalui media atau ruang yang
akhirnya akan diserap oleh benda lain. Salah satu contoh radiasi adalah radiasi
inframerah. Radiasi inframerah adalah radiasi dari sinar elektromagnet yang
panjang gelombangnya lebih daripada cahaya nampak yaitu antara 700nm dan 1mm.
Energi radiasi yang
dipancarkan oleh suatu permukaan persatuan waktu dan persatuan luas, bergantung
dari sifat permukaan yang bersangkutan dan pada suhunya, pada suhu rendah,
banyaknya radiasi kecil dan panjang gelombangnya relatif panjang. [3]
Jika suatu zat ditempatkan
didalam sebuah pengurung (wadah yang mengurungnya) dan suhu dinding-dinding
pengurung lebih rendah daripada suhu benda, maka suhu benda tersebut akan turun
sekalipun ruang didalam kurungan tersebut hampa proses dengan mana perpindahan
panas dari suatu benda terjadi berdasarkan suhunya, tanpa bantuan dari suatu
zat antara (medium) yang dicampur tangan. Hal ini disebut radiasi termal.
Radiasi bergerak dengan kecepatan cahaya c yang sama dengan kurang lebih 3 x 108
m/s didalam ruang hampa. Dari titik pandang teori elektromagnetik, gelombang
radiai berjalan dengan kecepatan tersebut. Energi yang diangkut oleh
foton-foton yang bergerak dengan kecepatan cahaya. Energi yang berkaitan dengan
tiap foton adalah hv. Dimana h adalah suatu konstanta dan v adalah frekuensi
radiasi. Spektrum energi juga dapat diuraikan sebagai fungsi dari panjang
gelombang radiasi λ, yang hubungannya dengan kecepatan rambat dan frekuensi
diberikan oleh :
...............................................(1.1)
satuan termal didefinisikan sebagai energi radiasi yang dipancarkan oleh
suatu zat antara berdasar atas suhunya dengan kata lain. Pancaran radiasi
termal diatur suhu benda pemancarnya. Panjang gelombang yang dicangkup oleh
radiasi termalterletak kurang lebih antara 0,1 dan 100µ. Daerah ini biasanya
dibagi-bagi kedalam daerah ultraviolet, daerah yang tampak, dan daerah
inframerah. [2]
diketahui Energi kalor dapat
dihitung menggunakan persamaan :
..........................................(1.2)
Sedangkan energi foton dapat
dihitung menggunakan efek compton :
.................................................(1.3)
Karena energi yang digunakan dalam radiasi inframerah adalah energi kalor.
Maka didapatkan :
..........................................(1.4)
Dimana m adalah massa zat, c adalah massa jenis zat,
adalah perubahan suhu akhir dan suhu awal, h
adalah konstanta planck yang bernilai 6,6261 x 10-34 j.s. c adalah
kecepatan cahaya sebesar 3 x 108 m/s. Dan λ adalah panjang
gelombang.
Pada suhu ruang, radiasi
termal ini paling banyak terdapat dalam daerah spektrum inframerah (λmaks
10 µm),
pada daerah mulai memancarkan cahaya nampak, bila T bertambah, maka λmaks
menurun, dan untuk suhu sedang, λmaks akan menurun kedaerah cahaya
tampak. [1]
II. METODE
Gambar 2.1 skema percobaan radiasi
inframerah
Pada percobaan radiasi inframerah hal
pertama yang dilakukan adalah semua alat dan bahan dirangkai, kemudian air
sebanyak 80ml dimasukkan kedalam tabung polis/tabung putih. Lalu diukur suhu
awal dan suhu ruangan menggunakan termometer, Kemudian tabung ditutup dengan
mika. setelah itu letakkan termometer didalam tabung. Lalu letakkan tabung dan
lampu pijar sejauh 15cm. Lampu pijar yang digunakan adalah variasi 40 watt, 60
watt, dan 100 watt. Lalu lampu pijar dinyalakan dan setiap kenaikan suhu selama
2 menit diukur menggunakan termometer dan dicatat. Ulangi langkah tersebut
untuk tabung berwarna hitam.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah dilakukan percobaan, maka diperoleh data suhu
pada saat P 40 watt dengan T0
= 15 oC , P 60 watt dengan T0
= 13 oC , dan P 100watt dengan T0
= 19 oC adalah sebagai berikut:
3.1 Tabel data suhu pada tabung putih/polis.
|
Suhu pada P 40 W (oC)
|
Suhu pada P 60 W (oC)
|
Suhu pada P 100 W (oC)
|
|
13,5
|
13
|
19
|
|
12,5
|
13,5
|
20
|
|
12
|
14,5
|
20,5
|
|
12
|
15,5
|
22
|
|
12
|
16,5
|
23,5
|
Sedangkan pada tabung hitam, diperoleh data suhu
pada saat P 40 watt dengan T0
= 14,5 oC , P 60 watt dengan T0
= 15 oC , dan P 100watt dengan T0
= 18,5 oC adalah sebagai berikut:
3.2 Tabel data suhu pada
tabung hitam.
|
Suhu pada P 40 W (oC)
|
Suhu pada P 60 W (oC)
|
Suhu pada P 100 W (oC)
|
|
14,5
|
17
|
19
|
|
15
|
19
|
20
|
|
15,5
|
20
|
21
|
|
16
|
21
|
22
|
|
16,5
|
22
|
29,5
|
Dari data diatas kemudian
kita dapat menghitung nilai λ dengan menggunakan persamaan (1.4). maka akan
didapatkan
3.3 Tabel perhitungan λ
pada tabung putih dengan P 40 watt
dan T0 = 15 oC.
|
Suhu pada P 40 W (oC)
|
(oC)
|
λ (dalam 10-24 nm)
|
|
13,5
|
-1,5
|
-1,65
|
|
12,5
|
-2,5
|
-0,99
|
|
12
|
-3
|
-0,82
|
|
12
|
-3
|
-0,82
|
|
12
|
-3
|
-0,82
|
3.4 Tabel perhitungan λ
pada tabung putih dengan P 60 watt
dan T0 = 13 oC.
|
Suhu pada P 60 W (oC)
|
(oC)
|
λ (dalam 10-24 nm)
|
|
13
|
0
|
~
|
|
13,5
|
0,5
|
4,96
|
|
14,5
|
1,5
|
1,65
|
|
15,5
|
2,5
|
0,99
|
|
16,5
|
3,5
|
0,71
|
3.5 Tabel perhitungan λ
pada tabung putih dengan P 100 watt
dan T0 = 19 oC
|
Suhu pada P 40 W (oC)
|
(oC)
|
λ (dalam 10-24 nm)
|
|
19
|
0
|
~
|
|
20
|
1
|
2,48
|
|
20,5
|
1,5
|
1,65
|
|
22
|
3
|
0,82
|
|
23,5
|
4,5
|
0,55
|
3.6 Tabel perhitungan λ
pada tabung hitam dengan P 40 watt
dan T0 = 14,5 oC
|
Suhu pada P 40 W (oC)
|
(oC)
|
λ (dalam 10-24 nm)
|
|
14,5
|
0
|
~
|
|
15
|
0,5
|
4,96
|
|
15,5
|
1
|
2,48
|
|
16
|
1,5
|
1,65
|
|
16,5
|
2
|
1,24
|
3.7 Tabel perhitungan λ
pada tabung putih dengan P 60 watt
dan T0 = 15 oC
|
Suhu pada P 40 W (oC)
|
(oC)
|
λ (dalam 10-24 nm)
|
|
17
|
2
|
1,24
|
|
19
|
4
|
0,62
|
|
20
|
5
|
0,49
|
|
21
|
6
|
0,41
|
|
22
|
7
|
0,35
|
3.8 Tabel perhitungan λ
pada tabung putih dengan P 100 watt
dan T0 = 18,5 oC
|
Suhu pada P 40 W (oC)
|
(oC)
|
λ (dalam 10-24 nm)
|
|
19
|
0,5
|
4,96
|
|
20
|
1,5
|
1,65
|
|
21
|
2,5
|
0,99
|
|
22
|
3,5
|
0,71
|
|
29,5
|
11
|
0,22
|
Dari data diatas kita dapatkan range panjang gelombang dari sinar yg kita
gunakan adalah dari 0,22 x 10-24 nm hingga pada angka tak terhingga.
Maka dapat disimpulkan bahwa sinar yang kita gunakan adalah sinar inframerah.
Karena sinar inframerah memiliki panjang gelombang yang lebih besar
dibandingkan cahaya tampak yaitu 700nm hingga 1 mm. Nilai λ yang didapatkan
dari percobaan tidak sama dengan nilai λ dari referensi disebabkan karena
partikel foton yang dialirkan oleh lampu pijar tidak diserap langsung oleh
atom-atom pada air melainkan masih terhalang oleh tabung hitam dan tabung polis
yang pengaruhnya sangat besar sehingga nilai λ yang didapat dari percobaan
tidak sama dengan nilai λ inframerah dari referensi.
III. KESIMPULAN
Dari percobaan radiasi inframerah maka
dapat ditarik kesimpulan bahwa energi kalor yang
diterima oleh air dapat dihitung menggunakan persamaan (1.2) adalah sebagai
berikut ; pada tabung putih dengan P 40 watt dan
rata-rata -2,6 oC adalah -208
joule, dengan P 60 watt dan
rata-rata 1,6 oC adalah 128 joule, dengan P 100 watt dan
rata-rata 2 oC adalah 160 joule, pada tabung hitam dengan P 40 watt dan
rata-rata 1oC adalah 80 joule, dengan P 60 watt dan
rata-rata 4,8 oC adalah 384 joule, dengan P 100 watt dan
rata-rata 3,8 oC adalah 304 joule. Pengaruh suhu terhadap kalor adalah berbanding lurus.
Dimana semakin tinggi suhu maka semakin tinggi pula kalor yang dihasilkan. Dan
hubungan panjang gelombang dengan energi kalor adalah berbanding terbalik.
Artinya semakin rendah panjang gelombang suatu sinar elektromagnetik maka
semakin tinggi pula energi yang dihasilkan.
UCAPAN TERIMA KASIH
penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten Farah Aulia, Umi maslakah, Ayu
Ningsih, dan Fitriana. rekan-rekan praktikan dan semua pihak terkait praktikum
spektrometer dalam melakukan percobaan dan penyelesaian laporan ini
DAFTAR
PUSTAKA
[1] Krane, Kenneth,S. 1992.
“Fisika Modern”. Universitas Indonesia.Jakarta
[2] Kreith,Frank. 1997.
“Prinsip-prinsip perpindahan panas”. Erlangga, Jakarta.
[3] Sears dan Zemansky. 1962.
“Fisika Untuk Universitas I.” Binacipta, Bandung.
[4] Welty,Wick, and Wilson.
1969. “Fundamental of momentum, heat, and mass transfer”. John wiley and sons,
Canada.
0 komentar:
Posting Komentar