Transcript Fisika Lingkungan : Bab 10 Dasar

Bab 10.
Dasar- dasar Radiasi

Model- Model pemindahan radiasi di
diskusikan secara mendalam (konduksi,
konveksi, dan panas laten ) semua sedikit
banyak berdasarkan intuitive/gerak hati.
Pemindahan energi radiasi, pada sisi lain,
tidak semua intuitive.

. Energi radiasi adalah perpindahan photon,
yang mempunyai ciri-ciri tersendiri energi ikat
elektromagnetik yang mempunyai kecepatan
cahaya(c = dikeadaan vakum) dan keduanya
menunjukan sebagai partikel dan gelombang.
Photon ini memancarkan atau menyerap hasil
zat loncatan kuantum didalam tingkatan energi
elektronik atom, atau perubahan di getaran dan
tingkatan energi rotasi molekul.

persamaan planck :
e
hc


Energi photon juga ditunjukan sebagai
fungsi dari frekuensi v radiasi, karena
diberikan untuk Frekuensi, lebih baik
panjang gelombang digunakan di
beberapa perlakuan yang berhubungan
dengan lingkungan radiasi(Gates, 1980).

Keuntungan mengunakan frekuensi
adalah lebih simetri penyajian berkas
penyerapannya dan kemampuan
menunjukan kedua surya dan radiasi
termal pada satu grafik. Keuntungannya
diimbangi dengan beberapa kekuranganya
yaitu kurang detail diporsi panjang
gelombang spektrum dan tidak dikenal
alami bagian-bagian untuk dibanyak
biologi.

Photon di dalam lingkungan yang alami
mempunyai lebar jarak energi dan
panjang gelombang keseluruhan energi
photon yang disebut spektrum
elektromagnetik, kadang berubah – ubah,
membagi dalam bagian-bagian atau
berkas – berkas menurut sumber photon
yang lain atau hubungan dengan sesuatu .
Radiasi Benda Hitam





photon memancarkan atau menyerap karena energi
transisinya diskrit dalam memancarkan atau menyerap
medium.
Radian flux ( W ) : Jumlah energi radiasi yang
dipancarkan, dipindahkan, atau diterima per bagian.
Radian flux density() : Radian flux per bagian wilayah.
Irradiance() : Densitas radiasi flux yang terjadi di sebuah
permukaan.
Radian spectral flux density () : Radian flux per bagian
jarak panjang gelombang.




Radian Intensity ( I, W/sr ) :Fluk yang berasal
dari permukan bagian sigi yag keras.
Radiance () : Densitas radian flux yang berasal
dari permukaan per bagian segi yang keras.
Spectral radiance ( ) Radian perbagian wilayah
jarak panjang gelombang .
Radiant emittance ( ) : Radian flux perbagian
wilayah yang memancarkan pada sebuah
permukaan

Energi radiasi yang berhubungan dengan
zat yang memantulkan, transmisikan,
diserap, dan dipancarkan. Hubungan
antara bahan mungkin tergantung pada
arah radiasi yang terjadi, tinjauan arah dari
permukaan, dan panjang gelombang
radiasi. Panjang gelombang tergantung
mengenai definisi berikut.




Penyerapan : Kejadian gesekan radiant flux
yang diberikan panjang gelombang yang
diserap oleh suatu bahan.
Emisitas : Gesekan pancaran benda hitam yang
diberikan pemancaran panjang gelombang oleh
sebuah bahan.
Refleksi : Kejadian gesekan radiant flux yang
diberikan pemantulan panjang gelombang oleh
bahan.
Transmisi : Kejadian gesekan radiant flux yang
diberikan pergantian panjang gelombang oleh
bahan.




Beberapa informasi yang selalu diminta untuk
menggunakan hubungan interaksi antara radiasi
dan bahan.
Densitas panas pancaran flux (atau ukuran yang
lain panas pancaran) seperti fungsi panjang
gelombang yang digabungkan dengan sumber;
pengiriman atau koefisien pemantulan campur
tangan media.
Penyerapan sebagia fungsi panjang gelombang
untuk menerima dan menerima respon sebagai
fungsi panjang gelombang untuk penyerapan
radiasi.


Bi-directional reflection () :Perbandingan
pemantulan radiasi sinar dari arah pandang
tunggal ke pancaran dari beberapa arah
kejadian bahwa jarak batas-batas sangat sempit
sudut kejadian.
Directional-hemispherical reflectance
:Perbandingan pemantulan sinar yang
tergabung diatas segala tinjauan hemisphere ke
pemancaran dari satu arah tinjauan bahwa
jarak batas-batasnya sangat sempit sudut
kejadian.
Reflektansi Hemisferikal:
Rasio radiansi terpantul dari satu arah
pandang ke iradiansi insiden terratakan di
seluruh radiasi datang hemisfer insiden.
 Reflektansi Bi-hemisferikal
Rasio radiansi terpantul-terintegrasi di
seluruh hemisfer ke iradiansi insiden
terratakan di seluruh radiasi datang
hemisfer insiden

Hukum Kosinus
Hukum Kosinus Lambert:
   0 cos
Φo = kerapatan flux normal terhadap sinar
 Φ = kerapatan flux pada permukaan
 θ = sudut antara sinar radiasi dan garis
normal pada permukaan (sudut zenith)

Pelemahan Radiasi
Hukum Bouguer/Beer:
   o exp(kz)
Φo =koef. Radiasi belum terlemahkan
 Z=jarak rambat sinar dalam medium
 K = koefisien musnah (m-1)

Distribusi Spektral pada Radiasi
Benda Hitam
Pendekatan fisika klasik memprediksi bahwa jumlah
energi terpancar dari permukaan akan meningkat tanpa
ikatan seiring panjang gelombang radiasi menurun. Ini
menyatakan bahwa seluruh energi alam semesta akan
diarahkan ke panjang gelombang pendek dan terpancar;
keadaan yang disebut bencana ultraviolet. Bencana
tersebut adalah kesalahan model, tentunya bukan
karena alam. Ini telah dipecahkan dengan hipotesis
kuantum Planck .

Model Planck untuk kerapatan flux
spektral radian dari benda hitam :
2hc
Eb ( , T )  5
 [exp(hc kT )  1
2
Spektra emitansi untuk 6000 K dan 288 K
blackbody sources aproximating dari
matahari ke bumi
Distribusi Spektral Radiasi Solar
dan Termal
Energi keseluruhan spectrum matahari
dijelaskan oleh Rayleigh (partikel kecil) dan Mie
(partikel besar) menyebar. Hamburan Rayleigh
berasal dari molekul udara dan dilafalkan
dengan panjang gelombang yang pendek
sehingga pancaran radiasinya biru.
Pancaran ini merupakan sumber dari warna
langit yang biru. Panjang gelombang biru
menyebar dari berkas cahaya matahari, hal ini
menyebabkan matahari kelihatan merah.
Hamburan Mie berasal dari asap dan,
aerosol di atmospir. Kondisi ini dapat
mengakibatkan penyebaran panjang gelombang
oleh Mie svatterers, tetapi secara umum ada
ketergantungan panjang gelombang yang kecil.
Emisitansi pancaran
Total energi radiasi yang dipancarkan untuk
semua panjang gelombang
B  T
4
Energi yang dipancarkan oleh bukan bendahitam diberi
      E  , t  dt
b
Contoh 10.5. Temukan rata-rata
emitans sinaran dari bumi dan
matahari.
Solusi. Bumi mendekati suatu radiator
benda-hitam memancar pada 288 K.
Rata-Rata daya pancar dari bumi
(5,67x10-8 W m-2 K-4) x (288 K)4 =
390 W/m2.
Yang tidak punya ketergantungan panjang
gelombang dari emissitivas sehingga hasil
pengintegrasian:
  B
Emmisivas dari atmospir cerah lebih
banyak yang renda
Untuk menghitung perkiraan dari emisivitas
langit cerah teoritis yaitu (Brustsaetr, 1984)
 ac
 ea
 1.7 2 
T
 a




1
7
Karena tekanan uap air dan temperatur yang
minimum dihubungkan, korelasi
antara
temperatur dan emisivitas langit cerah.
Swinbank (1963)
 ac  9.2 x10 Ta
6
2
Daya pancar angkasa pada waktu berawan
dapat diperkirakan dengan menambahkan
energi yang dipancarkan oleh langit cerah
pada bagian langit yang dipancarkan energi
awan. Monteith dan Unsworth (1990)
memberi hubungan yang sederhana
 a  1 0.84c ac  0.84c
Ket:
Ketika c bernilai nol, εa(c)=εac
Ketika c=1, εa(c)=0.84+0.16εac

Contoh 10.6. Bandingkan daya pancar langit cerah
dengan langit mendung ketika temperatur udara 20o C.
Solusi. Menggunakan Pers. (10.7) atau Tabel A.3 maka
daya pancar benda hitam dapat ditemukan.
Emisivitas langit cerah (pers. (10.11) yaitu 9.2x106x(273.16+20)2=0.79. Emisivitas untuk langit berawan
(pers (10.12), c=1) yaitu 0.16x0.79 + 0.48 = 0.97. Daya
pancar adalah
Langit cerah:

Langit berawan:
0.79 x 419 331W m
2
0.97 x 419 406 W m2