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 :

hce

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-hemisferikalRasio radiansi terpantul-terintegrasi di seluruh hemisfer ke iradiansi insiden terratakan di seluruh radiasi datang hemisfer insiden

Hukum Kosinus

Hukum Kosinus Lambert:

Φo = kerapatan flux normal terhadap sinar Φ = kerapatan flux pada permukaan θ = sudut antara sinar radiasi dan garis

normal pada permukaan (sudut zenith)

cos0

Pelemahan Radiasi

Hukum Bouguer/Beer:

Φo =koef. Radiasi belum terlemahkan Z=jarak rambat sinar dalam medium K = koefisien musnah (m-1)

)exp( kzo

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 :

1)[exp(2),( 5

2

TkhchcTEb

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

Energi yang dipancarkan oleh bukan benda-hitam diberi

4TB

dttEb ,

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:

Emmisivas dari atmospir cerah lebih banyak yang rendaUntuk menghitung perkiraan dari emisivitas langit cerah teoritis yaitu (Brustsaetr, 1984)

B

71

72.1

a

aac T

e

Karena tekanan uap air dan temperatur yang minimum dihubungkan, korelasi antara temperatur dan emisivitas langit cerah. Swinbank (1963)

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

26102.9 aac Tx

cc aca 84.084.01

Ket:Ketika c bernilai nol, εa(c)=εacKetika 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 9.2x10-6x(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: 233141979.0 mWx240641997.0 mWx