Jarak dari bumi ke matahari mencapai 149.600.000 km dan antara bumi dan matahari terdapat ruang hampa udara, sehingga tidak memungkinkan terjadinya perpindahan kalor (panas) secara konduksi maupun secara konveksi. Akan tetapi panas matahari jarak ratusan juta kilometer sanggup kita rasakan dari permukaan bumi. Dalam hal ini kalor mustahil berpindah dengan cara konduksi. Di mana pada proses perpindahan kalor secara konduksi harus ada mediator berupa zat padat. Selain itu, kalor yang dihasilkan oleh matahari mustahil juga berpindah dengan cara konveksi baik itu secara konveksi alamiah maupun konveksi paksa, alasannya yaitu harus ada zat cair atau gas untuk mengalirkan panas matahari. Lalu dengan cara apa panas matahari sanggup hingga ke permukaan bumi?
Perpindahan kalor dari matahari ke bumi terjadi secara radiasi (pancaran), di mana dalam proses ini kalor tidak memerlukan medium untuk hingga ke permukaan bumi. Makara radiasi yaitu perpindahan kalor tanpa zat mediator dan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Alat yang dipakai untuk mengetahui adanya radiasi (pancaran) kalor dinamakan termoskop. Untuk menciptakan termoskop sederhana sangatlah mudah. Berikut gambar termoskop sederhana menyerupai gambar di bawah ini.
Dua buah bola lampu pijar bekas (lampu A dan lampu B) yang dihilangkan filamen dengan cara melubangi di bab bawahnya. Bola lampu B dihitamkan, sedangkan bola lampu A tidak. Kedua lampu tersebut dihubungkan dengan pipa U berisi alkohol yang diberi warna. Bila pancaran kalor jatuh permukaan pada bola B, maka tekanan gas di dalam bola B akan bertambah besar dan permukaan alkohol di bawah A akan naik. Bila A dan B gotong royong diberi pancaran kalor, permukaan alkohol di bawah B tetap turun dan permukaan alkohol di bawah A naik. Hal ini mengatakan bahwa bola hitam menyerap kalor lebih banyak daripada bola lampu yang tidak dihitamkan. Jadi, sanggup disimpulkan bahwa benda yang permukaannya hitam kusam memancarkan atau menyerap kalor lebih baik dari pada benda yang permukaannya putih mengkilap.
Laju perpindahan kalor termal yang dipancarkan secara radiasi oleh suatu benda secara empiris ditemukan oleh Josef Stefan pada tahun 1879. Stefan menyatakan bahwa laju perpindahan kalor termal yang dipancarkan secara radiasi oleh suatu benda sebanding dengan luas permukaan benda dan pangkat empat suhu absolutnya. Hasil empiris diturunkan secara teoritis oleh Ludwig Boltzmann pada tahun 1884 yang dikenal dengan nama aturan Stefan-Boltzmann yang sanggup dinyatakan dengan persamaan:
P = eσAT4
dengan:
P = daya yang diradiasikan (watt)
e = emisivitas benda
σ = konstanta Stefan (5,6703 × 10-8 W/m2K4)
A = luas benda yang memancarkan radiasi (m2)
T = suhu mutlak (K)
Nilai emisivitas e suatu benda tergantung pada warna permukaan benda tersebut. Permukaan benda yang berwarna hitam tepat nilai e = 1, sedang untuk benda yang berwarna putih tepat nilai e = 0. Makara nilai emisivitas e secara umum yaitu 0 < e < 1.
Untuk memantapkan pemahaman Anda wacana perpindahan kalor secara radiasi (pancaran) silahkan simak rujukan soal di bawah ini.
Contoh Soal
Sebuah bola tembaga luasnya 20 cm2 dipanaskan hingga berpijar pada suhu 127°C. Jika emisivitas materi yaitu 0,4 dan tetapan Stefan yaitu 5,67 × 10-8 W/m2K4, hitunglah energi radiasi yang dipancarkan oleh bola tersebut tiap sekonnya.
Penyelesaian:
Diketahui:
A = 20 cm2 = 2 × 10-3 m2
T = (127 + 273) = 400 K
e = 0,4
σ = 5,67 × 10-8 W/m2K4
Ditanyakan: P = ...?
Penyelesaian:
P = eσAT4
P = (0,4).(5,67×10-8).(2×10-3).(400)4
P = (0,4).(5,67×10-8).(2×10-3).(256×108)
P = 1161,23×10-3 W
P = 1,16123 W ≈ 1,2 W
Jadi, energi radiasi yang dipancarkan oleh bola tersebut tiap sekonnya yaitu 1,2 watt.
Nah demikian materi wacana perpindahan kalor secara radiasi (pancaran), bila ada permasalahan atau hambatan dalam memahami materi ini, silahkan tanyakan pada kolom kometar. Kita niscaya bisa.
