Dasar- dasar Radiasi

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 :

Energi photon juga ditunjukan sebagai fungsi dari frekuensi 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 insidenHukum KosinusHukum Kosinus Lambert:

o = kerapatan flux normal terhadap sinar = kerapatan flux pada permukaan = sudut antara sinar radiasi dan garis normal pada permukaan (sudut zenith)

Pelemahan RadiasiHukum Bouguer/Beer:

o =koef. Radiasi belum terlemahkanZ=jarak rambat sinar dalam medium K = koefisien musnah (m-1)

Distribusi Spektral pada Radiasi Benda HitamPendekatan 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 :

Spektra emitansi untuk 6000 K dan 288 K blackbody sources aproximating dari matahari ke bumi

Distribusi Spektral Radiasi Solar dan TermalEnergi 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 pancaranTotal energi radiasi yang dipancarkan untuk semua panjang gelombang

Energi yang dipancarkan oleh bukan benda-hitam diberi

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)

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

Ket:Ketika c bernilai nol, a(c)=acKetika c=1, a(c)=0.84+0.16acContoh 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:

BAB 11PERUBAHAN BERKALA RADIASI DI DALAM LINGKUNGAN ALAMIPERUBAHAN BERKALA RADIASI DI DALAM LINGKUNGAN ALAMIMemperlihatkan model-model untuk mengestimasi energi matahari dan radiasi termal flux dalam lingkungan yang alami atau tidak terpolusi dari suatu apapun.Arus yang dipancarkan/diradiasikan matahari diterima oleh suatu organisme dengan cara:1.Langsung diradiasikan secara langsung dari matahari.2.Dihamburkan radiasinya, dihalangi oleh awan dan langit/awan. 3.Dipantulkan radiasinya dari objek yang terrestrial.

Sudut matahari dan panjang hariBeberapa sistem koordinat sangat mungkin untuk menghitung sudut kritis:1.secara matematis : 0 derajat adalah selatan dan sudut meningkat dalam counter yang searah jarum jam.2.Kompas : 0 derajat adalah utara dan sudut meningkat dari 0 sampai 360 dalam arah jarum jam3.Secara astronomis : 0 derajat adalah selatan dan sudut positive meningkat dari 0 sampai 180 serajat dalam arah jarum jam; counter dalam arah jarum jam diberi label dengan sudut negative dari 0-180 derajat.Pengestimasian arah dan hamburan radiasi gelombang pendekPerhitungan matahari atau komponen gelombang pendek dari energy radiasi dari sebuah organism mensyaratkan estimasi dari sebuah densitas flux untuk sedikitnya aliran tiga radiasi:1.arah radiasi pada permukaan yang tegaklurus terhadap sorotan (SP)2.radiasi hamburan langit pada permukaan horizontal (Sd)3.cermin radiasi dari tanah (Sr).

Lintasan matahari dapat diplot untuk perbedaan latitude, waktu dalam setahun dan waktu dalam sehari. Gambar tersebut menunjukkan beberapa contoh untuk latitude dari 0,25,50, dan 75 derajat. CAtat bahwa skala sudut dalam gambar adalah berbeda dari perhitungan dari persamaan.Beberapa skala azimuth diberi label berdasarkan persetujuan,seperti matematis,astronomical atau geograpis jadi pembaca harus dipersiapkan untuk mengubah antara variasi persetujuan label. Liu dan Yordan (1960) mengukur di hari-hari yang udaranya jelas bersih, dan menemukan nilai-nilai berkisar antara 0.75 kepada di sekitar 0.45 pada dua lokasi. Ketika lebih rendah dari sekitar 0.4, orang akan mempertimbangkan atau menganggap langit menjadi seperti cuaca mendung. Gates (1980) menyarankan nilai-nilai dari antara 0.6 an 0.7 menjadi cirri khas untuk dari kondisi-kondisi langit yang udaranya jelas bersih. Nilai di hari-hari yang udaranya paling bersih jelas akan menjadi di sekitar 0.75. Peradiasian dimulai melalui atsmosfer pada bagian yang menjangkau bumi sebagai sorotan radiasi sehingga diserap oleh atsmosfer dan sebagian tersebar kembali ke atsmosfer yang mengarah ke bawah terhadap bumi yang disebut RADIASI BAUR LANGIT.Bauran radiasi relatif konstan sepanjang hari-hari yang udaranya bersih.Contoh:Ketika debu dan kabut tipis meningkat,pancaran radiasi berkurang dan meningkatkan hamburan radiasi.Radiasi matahari Di lapisan awan Koefisien pancaran empirik telah terpecahkan untuk berbagai awan mengetik dan digunakan untuk menentukan radiasi gelombang pendek di bawah lapisan awan. Total radiasi gelombang pendek yang ditunjukkan di dalam Gambar sebagai suatu fungsi elevasi matahari yang menyebabkan berbagai awan mengetik.

Keseimbangan RadiasiBagian dari peristiwa radiasi suatu daun,suatubinatang,suatu kanopi tanaman permukaan lahan yang diserap dipermukaan.Tenaga ini dapat menghangatkan permukaan ke lingkungan oleh hantaran evaporasi atau radiasiJumlah diserap dihitung dari:Rabs = s(Fp Sp + FdSd+FrSr)+L(FaLa+FgLg) Di mana s dan L adalah absorptivitas-absorptivitas di dalam matahari dan riak gelombang yang berkenaan dengan panas, Sp,Sd,Sr, adalah komponen-komponen radiasi matahari Rapat fluks yang netto energy radiasi pada suatu permukaan, sering kali menyebut radiasi netto dihitung dari ;Rn = Rabs - Fes

Faktor Pandangan adalah suatu istilah biasanya digunakan di dalam alih bahan yang rancang-bangun dan mengacu pada pecahan sisa-sisa radiasi satu benda dari beberapa bentuk yang diinterupsi oleh benda yang lain dari sebangun atau bentuk yang berbeda. Contoh:Dengan demikian jika satu benda A sedang menyebarkan radiasi dan satu benda B sedang menerima sebagian dari radiasi itu, lalu faktor pandangan akan dinyatakan sebagai FA-B. Faktor untuk radiasi meninggalkan objek B dan diterima oleh objek A-Fb-a. dalam model koseptual yang sederhana dari sumber radiasi di luar ruangan adalah matahari, langit dan tanah.Didalam mesin beberapa factor dihitung diantara objek-objek, dimana lingkungan biofisik berdasarkan kepentingan biasanya dilihat antara factor-faktor objek dan sumber radiasi. Secara kontras factor melihat dari area besar ke area kecil. Diberikan berdasarkan rasio tersebut(Asmall/Alarge) jadi semua radiasi meninggalkan area yang besar tidak diterima dari area kecil tetapi diterima oleh area yang besar itu sendiri.

Bagian dari radiasi meninggalkan area besar yang merupakan gangguan dari area lain di satu area adalah view factor antara area besar dan dirinya (1-Asmall/Alarge). Viewfactor merupakan satu-satunya yang digunakan untuk radiasi difus.Dalam lingkungan biofisik untuk penghantar dan radiasi difus.

Viewfactor sebagai rata-rata fluks densitas pada permukaan penyerapan yang datar yang dihadapi oleh sumber. Permukaan yang digunakan adalah tanah, kanopi, daun-daun, dan binatang.

Untuk tanah/tumbuhan kanopi Fp= cos, Fd= Fa=Fe = 1Fr= Fg= 0 :sudut antara sinar matahari dan normal untuk permukaan yang datar permukaan. yang mendatar =(sudut tertinggi):sudut terluar:sudut tertinggi dari sinar(matahari)AZ:sudut azimuth dari matahari ke selatanAS:sudut aspek( sudut antara selatan dan proyeksi searah horizontal ke normal) diluar lingkup.Contoh:Temukan radiasi bersih dari permukaan rumput dari contoh 11.2 jika suhu udara adalah 30oC dan temperature rumput adalah 35oC.Solusi:Sp = 938 Wm-2, Sd= 110 Wm-2 dan Sr=240 Wm-2. Dari tabel A.3, bagian hitam dari 30oC dan 35oC adalah 479 dan 511 Wm-2 dan langit cerah emisitity pada Ta=30oC adalah 0.85. Panas langit adalah La = 0.85 x 479 = 407Wm-2. Panas tanah adalah Ts4 =0.97 x 511 = 496 Wm-2. Penyerapan gelompang jarak pendek sama dengan 1 s. Sedangkan untuk rumput s adalah 0.26 sehingga s = 0.74.