Filamen wolfram sebuah bola lampu panjangnya 10 cm dan garis tengahnya 0,01 mm. Bola lampu itu berpijar hingga suhu filamennya mencapai 2500 K. Jika emisivitas wolfram itu 0,3 , berapakah energi yang dipancarkan oleh filamen tersebut?

Kelas: XII

Mata Pelajaran: Fisika

Materi: Radiasi

Kata Kunci: Energi yang dipancarkan Filamen

Jawaban pendek:

Filamen wolfram sebuah bola lampu panjangnya 10 cm dan garis
tengahnya 0,01 mm. Bola lampu itu berpijar hingga suhu filamennya mencapai 2500
K.

Jika emisivitas wolfram itu 0,3 , maka energi yang dipancarkan
oleh filamen tersebutadalah sebesar 41,7 joule per detik.

Jawaban panjang:

Pada suatu filamen yang dialiri oleh arus listrik, misalnya
pada lampu pijar, akan timbul radiasi dimana energi listrik diubah menjadi
energi cahaya. Besar dari energi yang dipancarkan oleh filamen ini pada tiap
detiknya adalah dinyatakan dalam rumus berikut:

P = e σ A T⁴

Dimana:

P = daya atau energi yang dipancarkan oleh filamen tiap
detik (dalam satuan watt)

e = emisivitas dari filamen

σ = konstanta Stefan-Boltzman, sebesar 5,67 x 10⁻⁸ Wm⁻²K⁻⁴

A = luas penampang filamen (dalam satuan m²)

T = suhu mutlak dari filamen (dalam satuan Kelvin)

Pada soal filamen lampu tersebut memiliki bentuk kawat tipis
(tabung) dengan panjang 10 cm (setara dengan 0,1 m) dan garis tengah 0,1 mm
(setara dengan 10⁻⁴ m). Sehingga luas penampang (A) filamen lampu tersebut
adalah sebesar keliling lingkaran tabung dikalikan panjangnya. Atau sebesar:

A = 2πr L

    = 2(3,14)(0,1)(10⁻⁴)

    = 6,28 x 10⁻⁵ m²

Kemudian diketahui bahwa suhu filamen (T) adalah sebesar
2500 Kelvin, dan emisivitasnya (e) sebesar 0,3. Sehingga daya lampu tersebut
adalah:

P = e σ A T⁴

    = (0,3)( 5,67 x 10⁻⁸)(6,28
x 10⁻⁵)(2,5 x 10³)⁴

    = 41,7 watt

Karena daya adalah setara dengan energi per detik, (1 watt =
1 joule/s) maka energi yang dipancarkan dalam satuan detik adalah sebesar 41,7
joule per detik.