Radiasi Elektromagnetik

Tingkat di mana obyek memancarkan energi sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya. Dikenal sebagai Hukum Stefan, perilaku ini dinyatakan dalam bentuk persamaan sebagai

P =σAeT⁴                                                                                                                           (20.19)
di mana P adalah daya (dalam watt) gelombang elektromagnetik yang dipancarkan dari permukaan objek, σ adalah konstanta sebesar 5,669 6 X 10^-8 W/m².K⁴. A adalah luas permukaan obyek dalam meter persegi, e adalah emisivitas, dan T adalah suhu permukaan dalam kelvin. Nilai e dapat bervariasi antara nol dan kesatuan tergantung pada sifat dari permukaan objek. Emisivitas sama dengan absorptivity (daya serap), yang merupakan bagian kecil dari radiasi yang masuk, permukaan tersebut menyerapnya. Sebuah cermin memiliki daya serap yang sangat rendah karena memantulkan hampir semua cahaya datang. Oleh karena itu, permukaan cermin juga memiliki emisivitas yang sangat rendah. Namun di sisi lain, permukaan hitam memiliki absorptivitas tinggi dan emisivitas tinggi. Penyerap yang ideal didefinisikan sebagai objek yang menyerap semua energi yang datang di atasnya, dan untuk benda seperti ini, e = 1. Sebuah benda yang  memiliki nilai e = 1 sering disebut sebagai benda hitam. Kita akan menyelidiki pendekatan eksperimental dan teoritis untuk radiasi dari benda hitam dalam Bab 40.

Setiap detik, sekitar 1 370 J radiasi elektromagnetik dari Matahari melewati tegak lurus  setiap 1 m² di bagian atas atmosfer bumi. Radiasi ini terutama terdiri atas cahaya tampak dan inframerah disertai dengan sejumlah besar radiasi ultraviolet. Kita akan mempelajari jenis radiasi secara rinci dalam Bab 34. Energi yang cukup samapai di permukaan bumi setiap hari untuk menyediakan semua kebutuhan energi kita di planet ini ratusan kali lipat, jika hanya bisa ditangkap dan digunakan secara efisien. Pertumbuhan jumlah rumah yang sumber energinya  dari tenaga surya dibangun di Amerika Serikat mencerminkan meningkatnya upaya yang dilakukan untuk menggunakan energi yang melimpah.

Apa yang terjadi dengan suhu atmosfer di malam hari adalah contoh lain dari efek transfer energi oleh radiasi. Jika ada awan di atas bumi, uap air di awan menyerap sebagian radiasi infra merah yang dipancarkan oleh bumi dan memancarkannya kembali ke permukaan. Akibatnya, tingkat suhu di permukaan tetap sedang. Dengan tidak adanya awan ini yang menutupi, ada jalan yang kurang untuk mencegah radiasi ini lepas ke angkasa, sehingga suhu lebih menurun pada malam yang cerah dari pada malam yang berawan.

Ketika sebuah obyek memancarkan energi pada tingkat yang diberikan oleh Persamaan 20.19, juga menyerap radiasi elektromagnetik dari lingkungan, yang terdiri dari benda-benda lain yang memancarkan energi. Jika proses yang terakhir tidak terjadi, obyek akhirnya akan memancarkan semua energi dan suhu akan mencapai nol mutlak. Jika suatu benda berada pada suhu T dan sekitarnya berada pada suhu rata-rata T₀, total tingkat energi yang diperoleh atau hilang oleh obyek sebagai akibat dari radiasi adalah

P_net= σAe (T⁴- T₀⁴)                                                                                 (20.20)

Ketika sebuah benda berada dalam kesetimbangan dengan lingkungannya, ia memancarkan dan menyerap energi pada tingkat yang sama dan suhu tetap konstan. Ketika sebuah benda lebih panas dari sekitarnya, ia memancarkan energi yang lebih kemudian menyerap dan suhunya menurun.

The Dewar Flask

The Dewar flask (Termos Dewar) adalah wadah yang dirancang untuk meminimalkan transfer energi dengan konduksi, konveksi, dan radiasi. Wadah tersebut digunakan untuk menyimpan cairan dingin atau panas untuk jangka waktu yang lama. (Sebuah botol terisolasi, seperti termos, adalah setara rumah tangga biasa dari termos.Dewar) Standar konstruksi (Gambar 20.17) terdiri dari sebuah bejana gelas Pyrex berdinding ganda dengan dinding perak. Ruang antara dinding dievakuasi untuk meminimalkan transfer energi secara konduksi dan konveksi. Permukaan perak meminimalkan transfer energi oleh radiasi karena perak reflektor yang sangat baik dan memiliki emisivitas yang sangat rendah. Penurunan lebih lanjut dalam hal kehilangan energi diperoleh dengan mengurangi ukuran leher. Termos Dewar biasanya digunakan untuk menyimpan nitrogen cair (titik didih 77 K) dan oksigen cair (titik didih 90 K).

Untuk membatasi helium cair (titik didih 4.2 K), yang memiliki kaloruap yang sangat rendah, ia sering kali perlu untuk menggunakan sistem Dewar ganda di mana labu Dewar berisi cairan ini dikelilingi oleh termos Dewar kedua. Ruang antara dua termos diisi dengan nitrogen cair.

Desain baru dari wadah penyimpanan menggunakan "super isolasi" yang terdiri dari banyak lapisan yang mencerminkan materi dipisahkan oleh fiberglass. Semua bahan ini dalam ruang hampa, dan tidak ada nitrogen cair diperlukan dengan desain ini (Serway, 588-589 : 2010).