Praktikum Virtual Radiasi Inframerah: Kubus Leslie

Praktikum virtual radiasi inframerah ini sesuai dengan praktikum wajib AQA GCSE Physics tentang bagaimana sifat suatu permukaan memengaruhi inframerah yang dipancarkan dan diserapnya. Pada bagian A, siswa memutar setiap sisi kubus Leslie berisi air panas ke arah detektor inframerah dan mencatat bacaannya. Pada bagian B, pemanas menghangatkan pelat hitam kusam dan pelat perak mengilap, dan siswa mengukur waktu sampai paku payung yang ditempel lilin jatuh dari setiap pelat. Hasil akhirnya diagram batang emisi, dua waktu absorpsi, dan diskusi tentang uji yang adil.

Keterkaitan dengan kurikulum

• AQA GCSE Physics (8463) 4.6.2.2 dan praktikum wajib 10: bagaimana jenis permukaan memengaruhi banyaknya radiasi inframerah yang dipancarkan dan diserap. Dalam Combined Science: Trilogy, materi yang sama adalah 6.6.2.2.
• Praktikum ini juga mendukung gagasan dalam Physics saja bahwa penyerap yang baik juga pemancar yang baik (4.6.3.1).

Simulic tidak berafiliasi dengan AQA dan tidak didukung oleh AQA.

Sebelum praktikum (5 menit)

Minta siswa menetapkan prediksi, di kertas atau sebagai pertanyaan 1 pada tautan kelas:

"Keempat sisi kubus bersuhu sama. Bagaimana perbandingan bacaan detektor untuk hitam kusam, putih kusam, perak kusam, dan perak mengilap?"

Sebagian besar siswa mengira putih memancar sesedikit perak mengilap.

Langkah kerja dalam simulasi

1. Buka tab A. Emisi – kubus Leslie. Biarkan Suhu ruangan pada 20 °C, Air panas pada 80 °C, Jarak detektor pada 10 cm, dan Kecepatan waktu pada ×5.
2. Tekan Nolkan detektor. Label pada alat ukur berubah menjadi "sudah dinolkan".
3. Pilih Hitam kusam. Tekan Isi ulang air panas, tunggu sekitar 5 detik sampai bacaan stabil, lalu tekan Catat hasil.
4. Ulangi langkah 3 untuk Putih kusam, Perak kusam, dan Perak mengilap. Ukur otomatis 4 sisi melakukan hal yang sama untuk Anda. Setiap baris di panel uji yang adil seharusnya bertanda centang.
5. Buka tab B. Absorpsi – paku payung dan lilin. Atur Pemanas ke 1500 W dan Jarak pelat–pemanas ke 6 cm. Pilih ×20 jika waktunya sempit. Tekan Nyalakan pemanas dan tunggu sampai kedua paku payung jatuh. Tabel mencatat kedua waktunya.
6. Tekan Percobaan baru dan ulangi pada 2000 W dengan 4 cm, lalu pada 1000 W dengan 6 cm.

Sisi (80 °C, 10 cm, dinolkan)	Hitam kusam	Putih kusam	Perak kusam	Perak mengilap
Bacaan detektor (mV)
% dari hitam kusam	100

Pemanas (W)	Jarak (cm)	Paku jatuh, hitam kusam (s)	Paku jatuh, perak mengilap (s)
1500	6
2000	4
1000	6

Hasil yang diharapkan

Semua bacaan berasal dari simulasi, yang emisivitas dan angka pemanasnya adalah nilai untuk pembelajaran. Angka terakhir pada alat ukur berkedip sekitar 0,01 mV.

• Emisi pada 80 °C dan 10 cm: hitam kusam 2,12 mV, putih kusam 2,01 mV, perak kusam 0,56 mV, perak mengilap 0,15–0,16 mV. Perak mengilap memberi sekitar 7 % dari bacaan hitam, putih kusam 95 %.
• Menolkan itu penting. Tanpa menolkan, setiap bacaan membawa tambahan 0,35 mV: hitam terbaca 2,48 dan mengilap 0,51, sehingga mengilap tampak memberi 21 % dari hitam, bukan 7 %.
• Air mendingin sekitar 0,4 °C per menit simulasi pada 80 °C. Panel uji yang adil menandai selisih lebih dari 2 °C.
• Absorpsi: pada 1500 W dan 6 cm, paku payung hitam jatuh setelah 23 s dan paku payung mengilap setelah 243 s, sekitar 10 kali lebih lama. Pada 2000 W dan 4 cm: 14 s dan 90 s. Pada 1000 W dan 6 cm, paku payung hitam jatuh setelah 32 s, tetapi suhu pelat mengilap mendatar pada 54,6 °C, tepat di bawah titik leleh lilin 55 °C, sehingga paku payungnya tidak pernah jatuh.

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Bagaimana perbandingan bacaan untuk keempat sisi?
2. Besaran mana yang harus tetap sama saat Anda membandingkan keempat sisi?
3. Pada 80 °C dan 10 cm, dengan detektor dinolkan dan air diisi ulang, berapa bacaan detektor untuk sisi hitam kusam?
4. Pada 1500 W dan 6 cm, berapa kali lebih lama paku payung perak mengilap jatuh dibandingkan paku payung hitam kusam?
5. Seorang siswa mencatat sisi hitam kusam lebih dulu dan sisi perak mengilap sepuluh menit kemudian tanpa mengisi ulang air. Mengapa ini tidak adil, dan bagaimana Anda memperbaikinya?

Jawaban untuk guru: (1) Hitam kusam paling tinggi, putih kusam hampir setinggi itu, perak kusam jauh lebih rendah, perak mengilap paling rendah. (2) Suhu air dan jarak dari sisi kubus ke detektor (serta suhu ruangan). (3) 2,12 mV (terima 2,05–2,16). (4) 243 ÷ 23 ≈ 10,6 (terima 9,5–11). (5) Air mendingin sekitar 4 °C, sehingga bacaan mengilap terlalu rendah karena alasan yang tidak berkaitan dengan permukaan. Isi ulang air atau catat semua sisi dengan cepat, periksa suhu air setiap kali, dan jaga jaraknya tetap.

Miskonsepsi umum

• "Permukaan putih adalah pemancar yang buruk." Pada panjang gelombang inframerah panjang yang dipancarkan air hangat, cat putih berperilaku hampir seperti cat hitam: 2,01 mV dibandingkan 2,12 mV. Logam mengilaplah pemancar yang buruk.
• "Perak mengilap tidak menyerap apa pun." Perak mengilap tetap menyerap sekitar sepersepuluh radiasi pemanas, jadi paku payungnya tetap jatuh pada 1500 W, hanya sepuluh kali lebih lama.

Pengayaan

• Jarak. Dengan sisi hitam kusam, bacaannya 4,93 mV pada 5 cm, 2,12 pada 10 cm, dan 0,65 pada 20 cm. Menggandakan jarak dari 10 ke 20 cm menyisakan sekitar 31 %, bukan 25 % seperti hukum kuadrat terbalik. Tanyakan mengapa sisi yang besar dan dekat dengan detektor tidak tepat mengikuti hukum itu.
• Uji ambang. Cari daya pemanas terendah pada 6 cm yang masih menjatuhkan paku payung mengilap dalam 1200 s (dalam simulasi: 1100 W, setelah sekitar 527 s). Siswa menjelaskan mengapa suhu pelat mendatar: inframerah yang diserap seimbang dengan kalor yang hilang.

Pertanyaan umum

Mengapa simulasi memiliki tombol "Nolkan detektor"?

Termopil sungguhan bergeser bacaannya dan menangkap radiasi dari ruangan. Tanpa menolkan, sisi mengilap tampak tiga kali lebih baik daripada sebenarnya.

Bisakah siswa memakai hasil putih kusam dalam ujian?

Ajarkan dulu poin ujiannya: hitam kusam adalah pemancar dan penyerap terbaik, perak mengilap yang terburuk. Lalu pakai hasil putih untuk membahas panjang gelombang, seperti catatan di bawah simulasi.

Apakah ini menggantikan praktikum nyata?

Tidak untuk AQA: praktikum wajib tetap harus dikerjakan langsung. Pakai simulasi untuk merencanakan, berlatih, atau menganalisis hasil. Lihat laboratorium virtual vs laboratorium fisik.

Simulasi dan panduan terkait

Radiasi benda hitam – kurva Planck, hukum Wien, dan warna Perpindahan Kalor dan Insulasi – menjaga rumah tetap hangat

Untuk kegiatan fisika lainnya, lihat ide pelajaran fisika interaktif. Untuk menjalankan tahap prediksi dengan baik, lihat Predict–Observe–Explain dengan simulasi.