RADIASI MATAHARI & BUMI

1. RADIASI MATAHARI & BUMI SEMESTER GASAL 2007 KULIAH KE-4 BY: SET

2. ENERGY • Energi didefinisikan sebagai kemampuan atau kapasitas untuk melakukan kerja (energy is defined as the ability or the capacity for doing work) • Energi alam di atmosfer terdiri dari 4 bentuk: energi radiasi, energi termal, energi potensial dan energi kinetik

3. BENTUK ENERGI • Energi radiasi adalah energi yang berhubungan dengan perambatan gelombang elektromagnetik dan foton dengan kecepatan cahaya sebesar 3 x 108 ms-1 • Energi termal adalah energi yang berkaitan dengan kemampuan benda atau subtansi untuk menaikkan suhunya

4. BENTUK ENERGI • Energi potensial merupakan energi yang timbul akibat posisi atau kedudukan suatu benda. Dirumuskan sebagai: m: massa benda; g:gaya gravitasi dan h: ketinggian benda dari permukaan • Energi kinetik merupakan energi yang timbul akibat gerakan, dirumuskan sebagai: m: massa benda, v: kecepatan

5. BENTUK ENERGI ENERGI RADIASI ENERGI TERMAL E. KINETIK E. POTENSIAL Gambar 1. Bentuk energi dan perubahannya di atmosfer Energy cannot be created nor can it be destroyed. It merely changes from one form to another in any ordinary physical or chemical process. Energy lost during one process must equal the energy gained during another. The statements is know asthe law of the conservation of energyand is also calledthe first law of thermodynamics

6. Perpindahan Energi • Ada 3 bentuk perpindahan energi:radiasi,konduksi dan konveksi • Radiasi merupakan perpindahan energi berupa rambatan gelombang elektromagnetik tanpa membutuhkan medium perantara. • Contoh perpindahan energi matahari ke bumi pada siang hari ditandai dengan menghangatnya bumi, dan kehilangan energi bumi melalui radiasi bumi ke angkasa yang intensif terjadi dari siang hingga malam hari dengan akibat makin mendinginnya bumi menjelang dini hari.

7. Perpindahan Energi . Konduksi merupakan perpindahan energi dari suatu benda melalui gerak molekul-molekul benda tersebut tanpa gerakan eksternal (rambatan melalui medium yang diam) • Contoh perpindahan panas dari ujung batang besi yang dipanaskan pada api ke ujung besi yang lain yang tidak dipanaskan.

8. Perpindahan Energi • Konveksi adalah proses perpindahan energi oleh gerakan massa melalui medium yang bergerak (fluida seperti udara (gas) dan cairan (air)). • Dengan kata lain konveksi adalah transportasi energi sesungguhnya (actual transport of energy). • Perambatan terjadi dari udara/air yang bersuhu tinggi ke udara/air yang bersuhu rendah.

9. Konsep Dasar Radiasi • Matahari adalah sumber energi utama bagi atmosfer, lautan dan semua benda hidup yang ada di bumi • Energi terbentuk oleh adanya proses termonuklir dimana hidrogen dikonversi menjadi helium (massa dikonversi menjadi energi) • Laju konversi sebesar 4 x 106 ton setiap detik terjadi di inti (core) matahari.

10. Konsep Dasar Radiasi • Radiasi yang dipancarkan berupa energi dengan osilasi medan elektromagnetik • Yang terpenting adalah karakteristik panjang gelombang yakni jarak antara dua puncak • Radiasi matahari berbentuk spektrum/gelombang elektromagnetik bergerak dari matahari ke segala arah dengan kecepatan cahaya berbentuk tiga spektrum:

11. Konsep Dasar Radiasi • Radiasi gelombang pendek ( < 0.4 mikro meter) : efek letal (mematikan) dengan komposisi sinar Gamma, Sinar X dan Sinar U.V. total 9 % dari keseluruhan • Radiasi tampak (visible light) pada panjang gelombang 0.4-0.7 μm dalam bentuk cahaya pelangi MJKHBNU (merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu) sebanyak 41 % mempunyai efek kehidupan terutama pada PAR (Photosynthetic Active Radiation) : yakni bagian radiasi yang menyebabkan aktifnya fotosintesis • Radiasi gelombang panjang (Infra Red) dengan panjang gelombang > 0.7 μm, mempunyai efek termal (panas) sebanyak 50 %.

12. Konsep Dasar Radiasi

13. Karakteristik Matahari dan Bumi

14. Hubungan Bumi-Matahari • Bumi dalam sistem galaksi bima sakti mengelilingi matahari yang disebut sebagai revolusi bumidan berputar pada porosnya disebut rotasi bumi • Sistem seperti ini pertama kali ditemukan oleh Copernichus dan Galileo Galilei

15. Hubungan Bumi-Matahari • Revolusi bumi terjadi dalam bentuk elips mengelilingi surya selama 1 tahun setara dengan 365,25 hari. Akibat revolusi : • Terdapat 3 jarak matahari-bumi : • Jarak terdekat (perihelion) terjadi tanggal 1 Januari dengan jarak 1.47 x 108 km • Jarak terjauh (aphelion) pada tanggal 1 Juli : 1.52 x 108 km • Jarak rata-rata 1.50 x 108 km • Jumlah hari dalam setahun menurut kalender Syamsiah sebesar 365 hari dan pada tahun Kabisat = 366 hari • Ada empat posisi semu matahari terhadap bumi sehinga menimbulkan adanya fenomena 4 musim

16. Hubungan Bumi-Matahari

17. Hubungan Bumi-Matahari • Rotasi bumi adalah perputaran bumi pada poros dari arah timur ke barat yang akan menyebabkan: • Matahari terbit (sun rise) dari timur dan terbenam (sun set) di barat • Pergantian diurnal(fenomena siang dan malam) • Beda waktu 1 jam setiap 15o garis bujur (longitude): • Periode sejak terbit matahari hingga terbenam dikenal sengan istilah panjang hari. • Periode diurnal untuk wilayah tropis 12 jam siang dan 12 jam malam (relatif bergeser dalam hitungan menit). • Sementara di lintang tinggi hingga kutub pergantian siang dan malam dapat melampaui 12 jam, bahkan kutub 6 bulan siang dan 6 bulan malam.

18. Hukum-Hukum Radiasi Hukum Wien: Panjang gelombang rambatan energi radiasi tergantung dari tinggi atau rendahnya suhu, dituangkan dalam rumusan : • max= panjang gelombang maksimum (m = mikrometer=10-6 m) T = suhu mutlak (Kelvin) •  = tetapan 2897 m.K

19. Hukum-Hukum Radiasi • Hukum Stefan-Boltzmann: besarnya fluks radiasi yang dipancarkan suatu benda setara dengan pangkat empat suhu mutlak benda tersebut, dituangkan dalam rumusan sebagai berikut: R = εT4 R = fluks radiasi (Wm-2) ε = emisivity nilainya 0-1 : black body=1, white body=0 dan grey body=0-1 T = suhu mutlak (derajat Kelvin)  = tetapan Stefan Boltzman 5.67 x 10-8 Wm-2K-4

20. TUGAS 3 • What is the total radiation flux (Wm-2) emitted from the blackbody: a. Sun at T= 5780 K b. Earth at T=255 K • What is the maximum wavelength (μm) emitted from the blackbody: a. Sun at T= 6000 K b. Earth at T=300 K

21. TUGAS 3 • Find the duration time in minute if light from solar reached top of atmosphere in earth, if distance sun-earth: 1.50 x 108 km 4. Find the solar constant. If the solar constant can be calculated by E2; (E1:radiation flux from solar=6.328 x 107Wm-2), (R1 :solar radius=6.96x105 km) and (R2:earth orbit radius=1.495x108 km)

22. TUGAS 3 5. Find out Spring seasons period in: a. SYDNEY, AUSTRALIA b. MECCA, ARAB SAUDI c. TOKYO, JAPAN d. PERTH, AUSTRALIA

23. REFERENCES • AHRENS, C.D. 2007. METEOROLOGY TODAY. 8th An Introduction to Weather, Climate, and the Environment. International Student Edition. Thomson Brooks. United States. • AHRENS, C.D. 2005. ESSENTIAL OF METEOROLOGY. 4th. International Student Edition. Thomson Brooks. United States. • STULL, R.B. 1995. METEOROLOGY TODAY For Scientists and Enginners. West Publishing Company. USA.