Benda Hitam atau Putih yang Cepat Panas? Berikut Penjelasan yang Tepat

Mana yang lebih cepat panas antara benda hitam dan putih? Tentu, benda hitam lebih cepat panas. Dari pertanyaan tadi, kita sepakat bahwa kedua benda dilapisi oleh cat hitam dan putih, ia bukan kain, bulu, atau rambut. Berikut penjelasannya terkait masalah ini.

PENGARUH WARNA DALAM MENYERAP ENERGI

Kita dapat menggunakan set alat percobaan “termoskop”. Kita akan melapisi bohlam bekas pertama dengan cat hitam dan bohlam bekas kedua dengan cat putih. Masing-masing pangkal bohlam dihubungkan dengan pipa U berisi air. Perhatikan gambar 1.1.a.

Gambar 1.1.a. Termoskop Tipe A, dimana Bohlam Hitam-Putih Dijemur di bawah Sinar Matahari Langsung,
Gambar 1.1.b. Termoskop Tipe B, dimana Bohlam Hitam-Putih Dipanaskan Menggunakan Pemanas dalam Tabung.

Jika bohlam hitam dan putih memiliki perbedaan suhu saat terkena matahari, maka permukaan air pada pipa U akan berbeda. Permukaan yang tertekan pasti dimiliki oleh bohlam yang lebih panas karena udara di dalamnya akan memuai lebih besar.

Hasil dari percobaan di atas menunjukkan bohlam berlapis cat hitam lebih panas sehingga permukaan air pada kolomnya tertekan lebih kuat atau lebih rendah dari pada kolom air milik bohlam putih. Perhatikan gambar 1.1.b.

NB : sumber energi panas tidak harus matahari. Kita dapat menggunakan heater berupa kawat lilitan yang dialiri arus listrik.

ALASAN BOHLAM HITAM MENYERAP LEBIH BANYAK ENERGI

Dari kegiatan ini, kita hanya membuktikan saja. Analisis lebih lajut telah membuktikan bahwa emisivitas bahan yang dimiliki benda dengan black paint (cat hitam) memiliki nilai yang lebih besar daripada white paint (cat putih).

Hal ini menyebabkan benda dengan cat hitam menerima energi radiasi tiap waktu (daya) lebih besar daripada benda putih.

I = e.A.σ.T⁴

I adalah kalor yang merambat tiap detik, e adalah emisivitas bahan, σ adalah konstanta Stevan-Boltzman (5,627 x 10^-8 Watt/m²K⁴), T adalah suhu mutlak, dan A adalah luas penampang bahan yang terpapar radiasi.

Semakin besar nilai e, maka semakin besar kalor yang merambat tiap detik. Berdasarkan buku “Thermodynamics an Engineering Aproach” Cengel, Moran, nilai emisivitas bahan dari black paint sekitar 0,98 dan white paint 0,90 tanpa satuan.

EMISIVITAS WARNA LAIN

Jika lapisan bohlam dilapisi cat biru atau kuning, maka biru cepat panas karena memiliki emisivitas bahan lebih besar dibanding warna kuning. Kita dapat melihat grafik suhu dari masing-masing bohlam berwarna pada gambar 1.2.

Gambar 1.2. Grafik Bola Warna yang Dijemur pada Sinar Matahari terhadap Suhu
bola terdiri dari warna hitam, kuning, hijau, putih, merah, biru, coklat
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Kita akan lebih mudah membandingkan hitam dan putih karena memiliki perbedaan yang jauh. Nilai yang terukur akan terlihat signifikan. Hitam adalah warna yang gelap dan putih itu terang.

PENGERTIAN EMISIVITAS

Emisivitas sendiri adalah perbandingan energi yang dipancarkan (radiasikan) oleh material yang kita tentukan terhadap benda hitam (black body) yang kita jadikan acuan. Benda hitam yang kita jadikan acuan memiliki nilai emisivitas bahan sebesar satu, dimana satu adalah nilai maksimal.

Semakin benda tersebut hitam, buram, dan kasar, maka nilai emisivitas bahannya akan mendekati satu.

BAGAIMANA DENGAN BENDA HITAM YANG BERUPA KAIN, BATU, RAMBUT ATAU BULU

Kita dapat mencari nilai emisivitas dari masing-masing bahan berdasarkan percobaan.

BENDA HITAM YANG DIPANASKAN DENGAN KONDUKSI DAN KONVEKSI

Bagaimana jadinya jika bohlam tersebut dipanaskan dengan cara konduksi dan konveksi. Misal, kedua bohlam dipanaskan di atas api. Kita tidak akan mengenal emisivitas bahan lagi. Pembahasan di atas hanya berlaku pada kondisi perambatan kalor secara radiasi.

Selama kita membahas radiasi, emisivitas bahan akan kita gunakan sebagai penentu benda tersebut lebih cepat panas atau tidak.

KESIMPULAN

Bohlam hitam akan lebih cepat panas dibanding bohlam putih. Hal ini dibuktikan dengan percobaan termoskop. Itulah penjelasan terkait manakah yang lebih cepat panas antara benda hitam dan putih.