Hukum Rayleigh - Jeans

Lord Rayleigh dan Sir James Jeans menyatakan bahwa muatan pada permukaan dinding benda berongga dihubungkan oleh semacam pegas. Jika suhu naik, muatan benda tersebut mendapat energi kinetik untuk bergetar, hingga menyebabkan kecepatan muatan benda tersebut berubah setiap waktu.

Menurut Rayleigh – Jeans, dinding rongga benda tersebut bersifat konduktor, sehingga jika dipanaskan elektron-elektron yang terkandung di dalamnya akan tereksitasi secara termal, hingga terosilasi (bergetar).

Eksitasi adalah penyerahan energi radiasi kepada atom atau molekul tanpa menyebabkan ionisasi.

Osiasi elektron menyebabkan radiasi elektromagnetik yang terkurung dalam rongga dalam bentuk gelombang-gelombang tegak, hingga terbentuk simpul-simpul gelombang.

Pada kesetimbangan termal, suhu benda hitam hanya ditentukan oleh jumlah energi yang diserap per detik. Kesetimbangan termal adalah peristiwa saat dua buah benda yang mana benda yang memiliki energi panas berlebih akan kehilangan energi, sedangkan benda yang memiliki energi panas lebih sedikit akan menyerap energi dari benda yang memiliki energi berlebih tersebut, hingga kedua benda mencapai suhu yang sama.

Menurut Rayleigh – Jeans, benda hitam ideal pada kesetimbangan termal akan memancarkan energi radiasi yang tak terhingga. Tetapi, hal ini tidak terbukti secara eksperimental. Hipotesis ini dikenal dengan sebutan bencana ultraungu.

Bintang termasuk benda hitam. Oleh karena itu, sifat-sifat benda hitam terdapat pada bintang. Bintang dengan suhu lebih tinggi akan berwarna biru, sedangkan yang bersuhu rendah akan berwarna merah.

Rumus :

I_λ = 2πKTC/λ⁴

Keterangan :

I_λ adalah distribusi intensitas (W/m²)

K adalah tetapan Boltzmann (1,38 x 10^-23 J/K)

C adalah kecepatan cahaya di ruang hampa (3 x 10⁸ m/s)

T adalah suhu mutlak benda (K)

λ adalah panjang gelombang yang dipancarkan (m)

Fulks Pancaran Dan Fulks Energi

Fulks pancaran dan fulks energi memiliki pengertian yang sama, yaitu transfer atau perpindahan energi ke permukaan kolektor per satuan luas per waktu. Energi yang ditransfer merupakan energi panas. Perpindahan panas terjadi dari tempat atau benda dengan tingkat energi lebih tinggi ke tingkat energi lebih rendah.

Rumus Fulks Pancaran:

F = σ . T⁴

atau

F = L /4.π.R²

Rumus Fulks Energi :

E = L/4.π.d²

Keterangan :

F adalah fulks pancaran (Watt/m² atau J/m².s)

E adalah fulks energi  (Watt/m² atau J/m².s)

T adalah suhu (K)

R adalah radius/jari-jari bintang (m²)

σ adalah konstanta Stefan – Boltzmann (5,67 x 10^-8 W/mK⁴)

d adalah diameter benda hitam/bintang (m²)

Luminolitas

Luminolitas adalah total energi/cahaya yang dipancarkan sebuah benda hitam (bintang) ke segala arah per waktu.

Rumus :

L = A . σ . T⁴

Rumus Luminolitas Bintang :

L = 4 . π . R² . σ . T⁴

atau

L = 4 . π . R² . F

Rumus Luas Permukaan Pemancar Radiasi :

A = 4 . π . R²

Keterangan :

A adalah luas permukaan pemancar radiasi (m²)

Contoh :

Sebuah benda berada pada suhu 127 ^oC. Jika panjang gelombang yang dipancarkan 2 x 10^-5 m, berapa distribusi intensitas radiasinya?

Jawab :

I_λ = 2πKTC/λ⁴

   = 2.3,14.1,38 x 10^-23.127. 3 x 10⁸/(2 x 10^-5)⁴

   = 3302 x 10^-15/1,6 x 10^-19

   = 2064 x 10⁴ W/m²