HIDROMETEOROLOGI Tatap Muka Kelima (SUHU UDARA)

HIDROMETEOROLOGI

Tat ap Muka Kelima

(SUHU UDARA)

Dosen :

DR. ERY SUHARTANTO, ST. MT. JADFAN SIDQI FIDARI, ST., MT

1. Perbedaan Suhu dan Panas

• Panas umumnya diukur dalam satuan joule (J) atau dalam satuan lama kalori (cal), adalah salah satu bentuk energi yg dikandung oleh suatu benda.

• Sedangkan suhu mencerminkan energi kinetik rata-rata dari gerakan molekul-molekul

1. Perbedaan Suhu dan Panas

Ek = ½ m v2_{= 3/2 NkT}

Dengan :

• Ek = energi kinetik rata-rata dari molekul gas • m = massa sebuah molekul

• v2_{= kecepatan kuadrat rata-rata dari gerakan}

molekul

• N = jumlah molekul per satuan volume • k = tetapan Boltzman

• T = suhu mutlak (K)

1. Perbedaan Suhu dan Panas

• Persamaan diatas menunjukkan hubungan yg linier antara energi kinetik dgn suhu.

• Berdasarkan hal ini, suhu merupakan gambaran umum keadaan energi suatu benda.

1. Perbedaan Suhu dan Panas

• Di atmosfer hal ini kita jumpai bahwa

peningkatanpan as laten akibat penguapan tidak menyebabkan kenaikan suhu udara, tetapi penguapan justru menurunkan suhu udara karena proporsi panas terasa (yg menyebabkan kenaikan suhu udara) menjadi berkurang.

2. Sat uan Suhu

• Satuan suhu yg umum dikenal ada empat macam yaitu : 1)Celcius, 2)Fahrenheit, 3)Reamur, 4)Kelvin.

• Perbandingan skala antara keempat satuan tersebut masing-masing adalah 5 (Celcius) : 9 (Fahrenheit) : 4 (Reamur) : 5 (Kelvin).

2. Sat uan Suhu

• Konversi dari satuan yg satu ke satuan yg lain harus memperhatikan titik awal serta skalanya. • Berikut adalah konversi dari Celcius menjadi

satuan yg lain :

x_˚C = (9/5 x + 32)_˚F = (4/5 x)_˚R = (x + 273)K

• Perhatikan bahwa untuk Kelvin tidak perlu diberi simbol derajat (_˚).

3. Kapasit as Panas dan Panas Jenis

• Jumlah panas yg dapat dikandung oleh suatu benda tergantung dari kapasitas panasnya. Makin besar kapasitas panas semakin banyak energi panas yg dikandung benda tsb. Kapasitas panas dapat dituliskan sbb:

C = ∆Q/∆T (pers. 2)

C = kapasitas panas (J C_˚-1_{= J K}-1₎

3. Kapasit as Panas dan Panas Jenis

• Kapasitas panas tergantung dari massa (m) atau jumlah mol (n) dan panas jenis (c atau c*) benda tsb. Berikut adalah pernyataan kapasitas panas yg dihitung dari panas jenis dan massa atau mol. C = m c (pers. 3a)

atau :

C = n c* (pers. 3b)

Untuk gas, panas jenisnya dibedakan atas panas jenis pada volume tetap (c_v) dan panas jenis pada tekanan tetap (c_p).

3. Kapasit as Panas dan Panas Jenis

• Berdasarkan persamaan diatas, maka untuk udara kapasitas panasnya menjadi :

C = m c_v (pers. 4a) atau :

C = n c_v* (pers. 4b)

Persamaan diatas bila digabungkan dgn persamaan 2, dapat digunakan untuk menghitung panas jenis udara sebagai :

3. Kapasit as Panas dan Panas Jenis

atau

c_v* = C/m = ∆Q/(n.∆T) (pers. 5b)

• Sedangkan hubungan antara penambahan/ pengurangan panas per satuan massa atau mol (∆Q/m atau∆Q/n) dgn perubahan suhu (∆T) dapat dituliskan sebagai :

∆Q/m = c_v. ∆T (pers. 6a) atau

∆Q/n = c_v*. ∆T (pers. 6b)

3. Kapasit as Panas dan Panas Jenis

• Dari sini terlihat bahwa per satuan massa (m) atau mol (n), penambahan/pengurangan panas yg sama (∆Q) akan menghasilkan perubahan (kenaikan/ penurunan) suhu yg lebih besar pada benda dgn panas jenis c (c_vutk gas) lebih rendah.

• Sebagai contoh : air c = 4200 J kg-1_K-1_{, dan tanah c}

= 800 J kg-1_K-1_{, sehingga tanah akan lebih cepat}

3. Kapasit as Panas dan Panas Jenis

• Sebaliknya, pada malam hari saat terjadi

pengurangan panas akibat pancaran gelombang panjang dari permukaan bumi, tanah akan cepat dingin dibandingkan air.

• Sehingga laut yg mempunyai panas jenis dan massa yg jauh lebih besar dari daratan merupakan

penyimpan panas yg lebih baik daripada daratan.

• Oleh sebab itu, udara merupakan penyimpan panas terburuk (paling cepat panas dan dingin)

dibandingkan daratan dan lautan.

3. Kapasit as Panas dan Panas Jenis

• Karena kapasitas panas udara yg sangat rendah, suhu udara sangat peka terhadap perubahan energi di permukaan bumi. Permukaan bumi (daratan dan lautan) merupakan bidang yg paling aktif dalam hal penerimaan energi radiasi surya.

4. Proses Pemindahan Panas di

Permukaan Bumi

• Pemindahan panas terjadi dari tempat/benda yg mempunyai tingkat energi lebih tinggi ke tingkat yg lebih rendah.

• Proses pemindahan energi secara umum dapat dibagi menjadi tiga macam, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.

• Kedua proses pertama memerlukan media, untuk proses pemindahan energi sedangkan proses ketiga tidak perlu medium.

a. Konduksi

• Proses pemindahan panas pada benda-benda padat seperti tanah terjadi secara konduksi.

• Pada proses ini, sebagian energi kinetik molekul

benda/medium yg bersuhu lebih tinggi dipindahkan ke molekul benda yg bersuhu lebih rendah melalui

tumbukan molekul-molekul tsb. Energi panas seolah-olah merambat melalui medium tsb.

a. Konduksi

• Proses pemindahan panas ini dapat dijabarkan pada persamaan berikut, tanda negatif

menunjukkan arah perpindahan panas ke tempat yg bersuhu lebih rendah :

G = -k dT/dz dengan :

G = fluks panas (Wm-2₎

k = konduktivitas panas (Wm-2_K-1₎

dT/dz = gradien suhu (Km-1₎

a. Konduksi

• Diantara udara, tanah dan air, udara merupakan konduktor terburuk (nilai k terendah) sedangkan tanah merupakan konduktor terbaik.

• Oleh sebab itu proses konduksi ini hanya efektif untuk pemanasan tanah dan tidak efektif untuk pemanasan udara.

b. Konveksi

• Proses pemindahan panas secara konveksi ini terjadi pada fluida (cairan dan gas).

• Jika pada proses konduksi medium dari aliran panas berada dalam keadaan “diam”, pada proses konveksi panas dipindahkan bersama-sama dgn fluida yg bergerak.

• Proses ini dapat terjadi melalui : a)konveksi paksa (forced con v ection) atau turbulensi dan b)konveksi bebas (free con v ection).

b. Konveksi

• Pada konveksi paksa, udara bergerak melalui lapisan perbatas (boundary layer) pada

permukaan yg kasar sehingga timbul gerak edit yg acak. Pengaruh angin sangat nyata pada proses ini terutama dekat permukaan. • Sedangkan pada konveksi bebas, udara

dipanaskan oleh permukaan bumi akibat

b. Konveksi

• Proses pemanasan udara melalui konveksi lebih efektif dibandingkan dgn konduksi dan radiasi.

• Oleh sebab itu proses pemanasan udara dalam neraca energi hanya diwakili oleh proses konveksi.

• Fluks panas dapat diukur berdasarkan pengukuran profil suhu secara vertikal menggunakan

termometer yg sensitif sampai 2 desimal dalam˚C serta bila diketahui nilai tahanan aerodinamik r_a. Nilai r_adapat diturunkan dari pengukuran profil kecepatan angin.

c. Radiasi

• Seperti telah dijelaskan pada Bab Radiasi Surya, radiasi yg dipancarkan oleh suatu permukaan berbanding lurus dgn pangkat empat suhu mutlak permukaan tsb (Hukum Stefan-Boltzman).

• Energi radiasi gelombang panjang yg

c. Radiasi

• Seperti telah disinggung di muka bahwa

penyerap radiasi gelombang panjang di atmosfer yg efektif adalah uap air (dan juga butir-butir air berupa awan) dan CO2.

• Adanya awan pada malam hari dapat menahan jumlah radiasi bumi yg dipancarkan ke angkasa, sehingga akan mengurangi penurunan suhu udara yg ekstrim.

c. Radiasi

• Sebaliknya pada siang hari hal ini dapat menimbulkan fenomena “pengaruh rumah kaca”, khususnya bila pembentukan awan tsb terjadi pada sore hari.