PendahuluanProses dalam kehidupan bergantung pada transfer panas dan massa.Misalkan:– Pertukaran karbon dioksida antara daun dan

atmosfer– Kebutuhan oksigen oleh mikroorganisme– Pertukaran oksigen dengan karbon dioksida

pada paru-paru binatang– Kehilangan panas secara konduksi dari

permukaan kulit binatang Bagian penting dalam kajian ekologi biofisika

Tujuan

Kebergantungan yang kuat antara konduktivitas hidrolik pada potensial air dalam dalam tanah yang tidak jenuh diindikasikan dengan K (ψ) Difusivitas memiliki ukuran yang sama dan mereka memiliki kesamaan temperatur dan ketergantungan tekanan (dapat dituliskan dengan teori kinetik)Transfer panas dan massa dapat dianalogikan dengan hukum ohm dalam bentuk makroskopikResistansi digunakan untuk menghitung pertukaran panas dan massaKonduktansi menunjukkan nilai fluks

Hukum – Hukum Transfer Panas dan Massa:

Hukum Newton’s dari viskositas untuk perpindahan momentumHukum Fluks untuk perpindahan difusi dari materialHukum Fourier’s untuk perpindahan panasHukum Darcy untuk aliran fluida ( air ) pada medium serap ( tanah)

Resistor Seri

Konduktor Seri

tco rHrHrHrH

tca gHgHgH

gH111

1

Gambar 1:Gambar 1:Resistor seri : resistansi dan temperatur dari inti Resistor seri : resistansi dan temperatur dari inti hewan ke udara sekitar.hewan ke udara sekitar.

Rangkaian SeriContoh :Contoh :

Aliran panas dari inti hewan ke udara Aliran panas dari inti hewan ke udara sekitar. Resistansi aliran panas sekitar. Resistansi aliran panas ditunjukkan pada gambar 1. Disini ditunjukkan pada gambar 1. Disini TTaa adalah temperatur udara, adalah temperatur udara, TTss adalah adalah temperatur permukaan lapisan, temperatur permukaan lapisan, TToo adalah adalah temperatur permukaan kulit, dan temperatur permukaan kulit, dan TTbb adalah adalah temperatur inti tubuh. Resistansi temperatur inti tubuh. Resistansi ditunjukkan oleh lapisan pembatas dari ditunjukkan oleh lapisan pembatas dari udara, untuk lapisan, dan untuk jaringan. udara, untuk lapisan, dan untuk jaringan.

Resistor paralel

Konduktor paralel

vsvc

v

rr

r 111

vsvcv ggg

Contoh: Pada penguapan air dari permukaan daun. Air dapat menguap melalui stomata dan secara langsung melalui kultikula daun. Hal ini ditunjukkan secara paralel melalui penguapan, seperti pada gambar dibawah ini:

Konduktor dalam rangkaian paralel: penyebaran uap yang melewati permukaan daun

Dalam kasus untuk meghitung rata-rata dari pertukaran uap atau pertukaran kalor laten diantara kanopi tumbuhan dan atmosfir, atau diantara kehidupan organisme dan lingkungan menggunakan rumus :

j

jajsjajsjj r

CCCCgF

)()(

Hal yang perlu diketahui :Konsentrasi uap pada evaporasi

permukaanKonsentrasi uap dari udaraResistansi total untuk transfer uap

diantara evaporasi permukaan dan udara

Cari rata-rata dari penguapan tumbuhan. Asumsikan suhu kanopi adalah 30oC, tekanan uap air adalah 1.0 kPa, konduktansi kanopi adalah 1 mol m-2s-1, dan lapisan pambatas konduktansi adalah 0.5 mol m-2 s-1.

Kelembaban pada evaporasi permukaan di dalam daun adalah utamanya 1, (persamaan (4.13), dengan ψ = -1000 J/kg ), jadi

Konsentrasi uap Cva = 1,0 kPa/101kPa = 0,0099. Konduktansi total dari pertukaran uap adalah kombinasi seri dari kanopi dan konduktansi lapisan pembatas 1-2-

1-2-1-2-

sm mol 33,0

sm mol 5,01

sm mol 11

1

vg

./042,0101/24,41/ molmolkPakPapTehC assrsvs

Penguapan yang hilang adalah

Kerapatan massa fluksnya adalah

Untuk mendapatkan beberapa perkiraan magnitudo dari nomor ini, jika penguapan terus menerus dengan cara demikian selama satu jam,

1-2-1-2-

-1-2

sm mmol 71,10sm mol 10,0107

)009,0042,0(sm mol 331,0

E

smkg

molkg

smmol

24

2 1092.1018.00107.0

3600 s x 0,000192 kgm-2s-1 = 0,7 kg/m2

akan diuapkan. Satu adalah 1 mm kedalaman air di atas satu meter kuadrat. Oleh karena itu 1 kg/m2, 0.7 mm air akan menguap dalam satu jam. Panas yang diperlukan untuk menguapkan jumlah air ini adalah

satu joule per detik sama dengan satu watt

22 471440000107.0mW

molJ

smmolE

Penguapan dari permukaan lahan basah adalah serupa dengan penguapan dari suatu hasil.

Ketika permukaan lahan basah, air potensialnya adalah mendekati nol, dan tekanan uap di permukaannya adalah mendekati kejenuhan.

Bagian depan yang basah, atau ujung pada lahan di mana mundur ke dalam lahan, dan total (penjumlahan dari hambatan bauran melalui lapis batas dari udara di atas lahan) peningkatan-peningkatan

Satu cm lapisan tebal dari lahan yang kering mempunyai suatu konduktansi yang bersifat memencar untuk uap air kira-kira 0,03 mol m-2 s-1

Berapakah tingkat evaporasi dari suatu lahan lembab yang mempunyai ketebalan sebesar 5 cm pada lapisan tanah kering? Asumsikan suhu permukaan yang sama dan kondisi-kondisi tekanan uap air udara seperti pada contoh yang sebelumnya.

.

Konduktansi tanah adalah 0.03 mol mֿ² sֿ¹/5 = 0.006 mol mֿ² sֿ¹

Asumsikan bahwa suhu dari lahan yang basah di bawah lapisan yang kering adalah 30˚C, sama seperti di dalam contoh yang sebelumnya

Hitung fluks uap air seperti contoh yang sebelumnya, tetapi dengan konduktansi lahan secara urut dengan konduktansi lapis batas. Konduktansi keseluruhan uap air adalah 0.0059 mol mֿ² sֿ¹, dan tingkat evaporasinya adalah

E = 0.0059 mol mֿ² sֿ¹ (0.042-0.0099) = 0.2 mmol mֿ² sֿ¹

Contoh 3:Cari konduktansi uap air (lapis batas kulit lebih) dari suatu kentang, ketika menuju 12 jam pada ruang kerja laboratorium dan kehilangan 3 g air. Suhu Ubi dan laboratorium adalah 22˚C, dan kelembaban laboratorium adalah 0.53. Luas permukaan dari kentang itu adalah 310 cm².

Penyelesaian:Berdasarkan persamaan

vavsv CC

Eg

Nilai evaporasinya adalah

smmol

cmmcm

gmol

sjam

jamg

waktuluashilangyangmassaE 2

22

22

000124.0

1001310

181

36001

123

j

jajsjajsjj r

CCCCgF

)()(

maka didapat persamaan konduktansi :

Berdasarkan tabel A.3, tekanan uap jenuh pada suhu 22˚C adalah 2.64 kPa. Dari bab 3, perbedaan fraksi molnya adalah

molmol

kPakPa

PhTe

CCa

rasvavs 012.0

10153.0164.21

Konduktansinya adalah

smmmol

molmol

smmol

g v 2

23.10

012.0

00124.0

Contoh 4:Angin dengan kelembaban yang hangat dapat secara cepat melelehkan substansi bagian dalam dari salju. Perpindahan kalor ke salju dapat dideteksi dengan baik. Bandingkan kalor laten dan fluks kalor yang pantas pada salju yang mengapung dari udara jenuh pada suhu 5˚C, jika konduktansi lapis batas adalah 1 mol m ֿ² s ֿ¹!

Penyelesaian

Dari tabel A.3, tekanan uap jenuh pada 5˚C adalah 0.87 kPa, dan pada 0˚C (suhu permukaan dari pelelehan salju) adalah 0.61 kPa. Kerapatan fluks kalor yang pantas adalah

22 1475013.29mWCC

smmol

CmolJH

Kalor laten dari penguapan dikalikan dengan persamaan

22 114101

87.061.0144000mW

kPakPakPa

smmol

molJE

j

jajsjajsjj r

CCCCgF

)()(

Maka didapat kerapatan fluks kalor laten :

Tanda negatif menunjukkan bahwa fluks tersebut adalah untuk permukaan

Total fluks kalor untuk permukaan adalah 261 W/m²

Hal yang menarik tentang perhitungan ini yaitu bahwa fluks kalor laten hampir setengah dari total.

Contoh 5:Seseorang mempunyai sleeping bag yang

konduktansi termalnya sebesar 0.05 mol mֿ² sֿ¹. Daya hantar panas orang tersebut ketika sedang tidur adalah sekitar 0.5 mol mֿ² sֿ¹. Perpindahan panas melalui lingkungan dengan radiasi dan konveksi. Daya hantar konveksinya adalah 0.25 mol mֿ² sֿ¹ dan daya hantar radiasinya adalah 0.1 mol mֿ² sֿ¹. Berapa temperatur terdingin dari sleeping bag yang dapat digunakan ketika seseorang memiliki metabolis rata-rata 50 W/m² dan temperatur badannya 30˚C?

Jaringan konduktor dari sleeping bag dan lingkungan ditunjukkan pada diagram persamaan (6.10) dan (6.11) dapat digunakan untuk menghitung konduktansi total. Konduktansi keseluruhannya adalah

Penyelesaian:

1204.0

5.01

05.01

1.025.01

1

smmolgH