Mengenal Pergeseran Hukum Wien Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal Lengkapnya

Pendahuluan

Dalam dunia fisika, terutama dalam bidang radiasi termal dan astrofisika, terdapat salah satu hukum penting yang dikenal sebagai Hukum Pergeseran Wien atau Wien’s Displacement Law. Hukum ini menjelaskan hubungan antara temperatur suatu benda hitam dengan panjang gelombang maksimum radiasi yang dipancarkannya.

Secara sederhana, semakin tinggi suhu suatu benda, maka panjang gelombang maksimum radiasinya akan semakin pendek — artinya warna cahaya yang dipancarkan akan bergeser ke arah spektrum biru. Sebaliknya, semakin rendah suhu benda, warnanya akan bergeser ke arah merah.

Artikel ini akan membahas pengertian, rumus, penurunan konsep dasar, serta contoh soal pergeseran Wien lengkap dengan pembahasan langkah demi langkah agar mudah dipahami oleh siswa SMA dan mahasiswa fisika dasar.

Baca juga : Belajar Eksponen Jadi Gampang Lewat Contoh Soal yang Mudah dan Pembahasan Lengkap

Apa Itu Pergeseran Wien?

Hukum Pergeseran Wien (Wien’s Displacement Law) ditemukan oleh Wilhelm Wien pada tahun 1893. Ia menemukan bahwa ada hubungan antara temperatur benda hitam (T) dan panjang gelombang maksimum (λmax) dari radiasi yang dipancarkan oleh benda tersebut.

Benda hitam yang dimaksud adalah objek ideal yang menyerap semua radiasi dan memancarkan energi pada semua panjang gelombang. Dalam praktiknya, benda seperti matahari dan logam berpijar dapat mendekati karakteristik benda hitam.

Rumus Hukum Pergeseran Wien

Secara matematis, hukum ini dapat dituliskan sebagai: λmaks×T=b\lambda_{maks} \times T = bλmaks​×T=b

dengan keterangan:

• λmaks\lambda_{maks}λmaks​ = panjang gelombang maksimum (meter, m)
• TTT = suhu absolut (Kelvin, K)
• bbb = konstanta Wien = 2,898 × 10⁻³ m·K

Artinya, jika suhu suatu benda meningkat, maka nilai λmaks\lambda_{maks}λmaks​ (panjang gelombang maksimum radiasi) akan menurun. Hubungan ini berbanding terbalik.

Contoh Fenomena Pergeseran Wien dalam Kehidupan

1. Matahari dan Bintang:
   Suhu permukaan Matahari sekitar 5800 K, memancarkan cahaya tampak berwarna kuning keputihan. Sementara bintang yang lebih panas seperti Sirius memiliki suhu sekitar 10000 K dan tampak biru keputihan.
   Ini menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu bintang, semakin pendek panjang gelombang cahaya yang dipancarkan.
2. Logam yang Dipanaskan:
   Saat batang logam dipanaskan, mula-mula akan tampak merah tua, lalu oranye, kemudian kuning, dan akhirnya putih terang. Pergeseran warna ini menandakan perubahan panjang gelombang maksimum sesuai dengan kenaikan suhu.

Contoh Soal Pergeseran Wien dan Pembahasan

Soal 1

Sebuah benda hitam memiliki suhu 3000 K. Tentukan panjang gelombang maksimum yang dipancarkannya!
(Diketahui konstanta Wien b=2,898×10−3b = 2,898 \times 10^{-3}b=2,898×10−3 m·K)

Penyelesaian:
Gunakan rumus: λmaks=bT\lambda_{maks} = \frac{b}{T}λmaks​=Tb​ λmaks=2,898×10−33000\lambda_{maks} = \frac{2,898 \times 10^{-3}}{3000}λmaks​=30002,898×10−3​ λmaks=9,66×10−7 m=966 nm\lambda_{maks} = 9,66 \times 10^{-7} \, \text{m} = 966 \, \text{nm}λmaks​=9,66×10−7m=966nm

Jadi, panjang gelombang maksimum yang dipancarkan adalah 966 nm, berada pada spektrum inframerah dekat.

Soal 2

Suhu permukaan matahari adalah 5800 K. Tentukan panjang gelombang maksimum yang dipancarkan matahari!

Penyelesaian: λmaks=2,898×10−35800\lambda_{maks} = \frac{2,898 \times 10^{-3}}{5800}λmaks​=58002,898×10−3​ λmaks=5,00×10−7 m=500 nm\lambda_{maks} = 5,00 \times 10^{-7} \, \text{m} = 500 \, \text{nm}λmaks​=5,00×10−7m=500nm

Artinya, cahaya matahari memiliki panjang gelombang sekitar 500 nm, yaitu warna hijau kekuningan.
Inilah sebabnya matahari tampak berwarna putih kekuningan bagi mata manusia.

Soal 3

Jika suhu suatu bintang adalah dua kali suhu bintang lain, bagaimana perbandingan panjang gelombang maksimum yang dipancarkan keduanya?

Penyelesaian:
Gunakan hubungan: λmaks∝1T\lambda_{maks} \propto \frac{1}{T}λmaks​∝T1​

Misalkan bintang A memiliki suhu 2T, dan bintang B memiliki suhu T.
Maka perbandingan panjang gelombang: λAλB=TBTA=T2T=12\frac{\lambda_A}{\lambda_B} = \frac{T_B}{T_A} = \frac{T}{2T} = \frac{1}{2}λB​λA​​=TA​TB​​=2TT​=21​

Jadi, bintang yang suhunya dua kali lebih panas akan memiliki panjang gelombang maksimum setengah dari bintang yang lebih dingin.

Soal 4

Sebuah logam berpijar pada suhu 1200 K memancarkan cahaya merah. Jika suhu dinaikkan menjadi 2400 K, warna cahaya yang tampak akan bergeser ke arah mana pada spektrum?

Pembahasan:
Ketika suhu meningkat dua kali lipat, panjang gelombang maksimum akan menurun setengahnya, karena hubungan λ∝1/T\lambda \propto 1/Tλ∝1/T.
Artinya, warna akan bergeser dari merah ke arah biru, atau menjadi kuning keputihan.

Analisis: Hubungan Suhu dan Warna Radiasi

Hukum Wien menjelaskan perubahan warna benda berdasarkan suhunya. Berikut tabel ringkasnya:

Dengan kata lain, semakin panas benda, semakin pendek panjang gelombang yang dipancarkan, dan warna cahayanya bergeser ke arah biru atau ungu.

Aplikasi Hukum Pergeseran Wien

Hukum ini memiliki banyak aplikasi, terutama dalam bidang astronomi dan fisika modern, di antaranya:

1. Menentukan suhu bintang.
   Astronom dapat memperkirakan suhu permukaan bintang hanya dengan menganalisis panjang gelombang cahaya yang dipancarkannya.
2. Menentukan suhu planet dan benda langit.
   Planet atau bintang redup dapat diketahui suhunya berdasarkan spektrum radiasi inframerahnya.
3. Teknologi kamera termal (thermal imaging).
   Kamera infra merah bekerja berdasarkan deteksi panjang gelombang yang dipancarkan oleh benda, sesuai dengan hukum Wien.
4. Penelitian radiasi panas dan material.
   Hukum ini digunakan dalam analisis material dan desain sensor suhu berbasis radiasi termal.

Perbandingan Hukum Wien dan Hukum Planck

Hukum Wien adalah penyederhanaan dari Hukum Radiasi Planck, yang menjelaskan distribusi intensitas energi radiasi terhadap panjang gelombang pada suhu tertentu.

Namun, perbedaan utamanya:

• Wien hanya menjelaskan panjang gelombang maksimum dari distribusi radiasi.
• Planck menjelaskan seluruh spektrum energi radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam.

Dengan kata lain, hukum Wien adalah bentuk praktis dan sederhana dari hasil yang lebih lengkap menurut teori kuantum Planck.

Baca juga : Ketua Aptisi M Budi Djatmiko Paparkan Kunci Bangun Peradaban, Nasrullah Yusuf Moderator

Kesimpulan

Hukum Pergeseran Wien merupakan salah satu hukum dasar dalam fisika radiasi termal yang menggambarkan hubungan antara suhu benda hitam dan panjang gelombang maksimum radiasi yang dipancarkan.

Melalui rumus sederhana λmaks×T=b\lambda_{maks} \times T = bλmaks​×T=b, kita dapat memahami mengapa bintang panas berwarna biru, sementara bintang dingin berwarna merah.

Selain penting secara teoritis, hukum ini juga memiliki aplikasi luas dalam dunia ilmiah dan teknologi modern, seperti astronomi, kamera termal, dan pengukuran suhu non-kontak.

Dengan mempelajari contoh soal dan pembahasan di atas, diharapkan kamu semakin memahami konsep pergeseran Wien serta dapat menerapkannya dalam analisis fenomena alam maupun teknologi yang berkaitan dengan radiasi panas.

Penulis : adilah az-zhara