12102011 1 Pengantar Energi didefinsikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha Energi memiliki bentuknya energi kinetik energi potensial energi listrik panas nuklir dan lain sebagainya ID: 729053
Download Presentation The PPT/PDF document "PANAS Pertemuan ke-4 Oleh : Sonni Seti..." is the property of its rightful owner. Permission is granted to download and print the materials on this web site for personal, non-commercial use only, and to display it on your personal computer provided you do not modify the materials and that you retain all copyright notices contained in the materials. By downloading content from our website, you accept the terms of this agreement.
Slide1
PANAS
Pertemuan ke-4 Oleh : Sonni Setiawan
12/10/2011
1Slide2
Pengantar
Energi didefinsikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.
Energi memiliki bentuknya : energi kinetik, energi potensial, energi listrik, panas, nuklir dan lain sebagainya.
Dalam meteorologi, bentuk energi yang akan dikaji adalah panas. Mengapa ????
12/10/2011
2Slide3
Kekekalan energi mengatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, akan tetapi bentuk dari energi tersebut dapat diubah.
Hukum kekekalan energi dinyatakan oleh Hukum I Termodinamika yang meliputi semua bentuk energi untuk keseimbangan neraca panas.
Dalam studi neraca panas ini, kita akan menggunakan dua kerangka kerja : Lagrangian dan Eulerian.
12/10/2011
3Slide4
Kerangka kerja Langrangian
Kita mengkaji neraca panas dengan mengikuti gerak parsel udara ketika parsel udara tersebut bergerak mengikuti aliran udara di atmosfer.
Kerangka kerja ini bermanfaat dalam menentukan temperatur udara yang naik atau turun secara vertikal dan pembentukan awan-awan, dan lain sebagainya
12/10/2011
4Slide5
Kerangka kerja Eulerian
Kita mengkaji neraca panas pada sebuah volume elemen udara yang diam relatif dalam ruang.
Tinjauan ini sangat bermanfaat untuk peramalan variabel atmosferik pada waktu mendatang pada setiap lokasi.
Dalam metode Eulerian, maka kita harus meninjau transport energi yang ke atau dari volume elemen udara tersebut. Transport energi ini bisa melalui : konduksi, konveksi-adveksi, turbulen, dan radiasi
12/10/2011
5Slide6
1. Panas Sensible
dan Panas Laten
12/10/2011
6Slide7
1.1. Panas Sensible
Panas yang dapat dirasakan secara langsung oleh manusia
Panas ini merupakan bagian dari panas total (QH ) yang dihubungkan dengan perubahan temperatur (
T)
:
Dimana : q
H
: panas sensibel persatuan massa (J/kg)
C
p
: panas spesifik pada tekanan konstan (J/(kg.K))
12/10/2011
7Slide8
Soal-1
Berapa banyakah panas sensibel yang diperlukan untuk menghangatkan 2 kg udara kering sehingga suhunya naik sebesar 5
0 C ?
12/10/2011
8Slide9
1.2. Panas Latent
Merupakan panas tersembunyi yang terdapat dalam suatu zat dan akan mengalir jika zat tersebut mengalami perubahan fasa.
Es air
uap air
Karena kehadiran uap air dalam studi meteorologi merupakan hal yang penting, maka panas laten yang akan dikaji adalah panas laten dari substansi air.
12/10/2011
9Slide10
Kehadiran uap air dan air dalam sebuah parsel udara atau elemen volume udara dapat mengubah temperatur parsel udara atau elemen volume udara tersebut jika terjadi perubahan fasa dari air atau uap air meskipun tidak ada transfer panas antara parsel udara atau elemen volume udara dengan lingkungan disekitarnya.
Jumlah panas yang mengalir (QE
) persatuan massa udara (mudara) ketika terjadi perubahan fasa air adalah
12/10/2011
10Slide11
Soal-2
Berapakah panas laten yang dilepaskan ketika 2 kg uap air mengkondensasi menjadi air?
12/10/2011
11Slide12
2. Neraca Panas Lagrangian
12/10/2011
12Slide13
2.1. Hukum I Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa perubahan temperatur parsel udara dapat disebabkan karena adanya teransfer panas Q
H antara parsel udara dengan lingkungan disekitarnya, dan kerja yang dilakukan pada atau oleh parsel udara tersebut.
12/10/2011
13Slide14
Hukum ini dapat dikombinasikan dengan persamaan hidrostatik menghasilkan perubahan temperatur parsel udara ketika parsel udara tersebut bergerak naik atau turun
Berdasarkan persamaan ini, maka temperatur parsel udara tidak berubah jika tidak ada transfer panas antara parsel dengan lingkungannya dan parsel tidak bergerak vertikal.
12/10/2011
14Slide15
Suku
menyatakan perubahan temperatur parsel udara akibat parsel tersebut bergerak vertikal.
Mengapa harus gerak vertikal???
12/10/2011
15Slide16
Suku
menyatakan adanya transfer panas antara parsel dengan lingkungan yang dapat disebabkan
karena : Pemanasan radiatif
Panas laten
Disipasi energi turbulen
Panas reaksi kimia
12/10/2011
16Slide17
Soal-3
Berapakah
perubahan temperatur dari 10 kg parsel udara ketika dipanaskan pada laju 100 Watt selama 10 menit? Diketahui mixing rasio uap-air r = 0,01 dan parsel udara dalam keadaan stasioner
12/10/2011
17Slide18
2.2. Lapse rate
Didefinisikan sebagai
laju penurunan temperatur udara terhadap ketinggian
Lapse rate ada 2, yaitu
1. lapse rate lingkungan (ELR)
2. lapse-rate proses
Proses fisis yang biasanya digambarkan dalam studi meteorologi adalah proses adiabatik, sehingga lapse-rate-nya disebut lapse-rate adiabatik
12/10/2011
18Slide19
Untuk udara kering
, maka laju perubahan temperatur terhadap ketinggian adalah
12/10/2011
19Slide20
Soal-4
Andaikan bahwa parsel udara kering mempunyai temperatur awal 150
C di permukaan, kemudian parsel udara tersebut naik sejauh 2 km dari permukaan secara adiabatik. Berapakah temperatur parsel udara di ketinggian 2 km tersebut?
12/10/2011
20Slide21
2.3. Temperatur Potensial
Adalah suhu parsel udara seandainya parsel udara tersebut dipindahkan secara adiabatik ke level tekanan 1000 mb.
Temperatur potensial akan kekal jika proses yang berlangsung adalah adiabatik, dan akan berubah jika ada transfer panas antara parsel dengan lingkungan
12/10/2011
21Slide22
Soal 5
Berapakah
temperatur potensial udara pada ketinggian 15 km jika pada ketinggian tersebut temperatur udara adalah 100C
12/10/2011
22Slide23
Neraca Panas Eulerian
12/10/2011
23Slide24
3.1. Konsep Fluks
Merupakan konsep penting dalam studi neraca panas dalam persepektif Eulerian
Fluks didefinisikan sebagai transfer sebuah kuantitas fisis persatuan waktu dalam satuan luas.
Jika
Q
adalah sebuah kuantitas fisis,
dt adalah satuan waktu, dan dA adalah satuan luas, maka fluks dari
Q
adalah
12/10/2011
24Slide25
3.2. Hukum I Termodinamika
Tinjau sebuah elemen volume dan tinjau pula fluks panas yang masuk ke dalam satu sisi sebuah volume dan fluks panas yang keluar dari sisi yang lain.
Jika
in
<
out
maka sejumlah panas
Q
dilepaskan atau dibuang dari elemen volume tersebut, sehingga temperatur volume berkurang.
Jika
in
>
out
maka sejumlah panas
Q
diserap dari
elemen volume
tersebut, sehingga temperatur volume tersebut bertambah.
12/10/2011
25Slide26
Perhatikan bahwa pelepasan atau penyerapan panas dan kenaikan atau penurunan temperatur elemen volume udara bergantung pada perubahan fluks panas terhadap jarak, yaitu
Perubahan fluks panas tehadap jarak disebut sebagai gradien fluks panas , dimana
1. Nilai positif dari gradien fluks panas : divergensi fluks Panas
2. Nilai negatif dari gradien fluks panas :
konvergensi fluks Panas
12/10/2011
26Slide27
Berdasarkan konsep fluks panas ini, maka bentuk hukum I Termodinamika adalah
Dimana
S
0
adalah sumber energi internal persatuan massa (J/kg) dan bertanda negatif untuk netto pendinginan dan positif untuk netto pemanasan.
12/10/2011
27Slide28
Gradien fluks yang muncul dalam persamaan tersebut dapat disebabkan oleh
adveksi, turbulen, konduksi, dan
radiasi
12/10/2011
28Slide29
Soal - 6
Tinjau sebuah elemen volume udara kering berbentuk kubus dengan sisi 20 meter. Sebuah fluks panas sebesar 3 W/m
2 mengalir ke arah timur masuk ke sisi kiri, sedangkan pada sisi yang kanan mengalir fluks panas sebesar 4 W/m
2
ke arah barat. Jika tidak ada fluks lain dan tidak ada sumber internal dalam elemen volume udara tersebut, maka tentukan perubahan temperatur elemen volume udara tersebut
12/10/2011
29Slide30
3.2.1. Fluks Adveksi
Adveksi
berarti “ ditransportkan oleh angin”.
Jadi “
adveksi temperatur
“ berarti : panas yang ditransfer ke sebuah tempat atau dari sebuah tempat oleh angin.
Jumlah fluks panas advektif bertambah secara linier terhadap temperatur dan laju angin
12/10/2011
30Slide31
Maka gradien fluks panas advektif menjadi (abaikan variasi angin terhadap jarak)
12/10/2011
31Slide32
Soal - 7
Andaikan temperatur udara di ketinggian 200 meter adalah 15
0C dan di ketinggian 1000 m adalah 100C dimana variasi temperatur terhadap ketinggian adalah linier. Jika kecepatan vertikal gerak udara bergerak dari atas ke bawah dengan laju 0,1 m/s , maka berapakah laju pendinginan di ketinggian 600 meter ? Asumsi tidak ada proses transfer panas yang lain.
12/10/2011
32Slide33
3.2.2. Fluks Konduksi
Dalam meteorologi, konduksi panas ini penting dalam transfer panas antara permukaan bumi dengan udara diatasnya, sehingga fluks panas akibat konduksi hanya terjadi dalam arah vertikal.
12/10/2011
33Slide34
3.3.3. Turbulen
Turbulent merupakan gerak semi-acak dari parsel udara. Gerak turbulen ini mendominasi di lapisan batas atmosfer (ABL).
Gerak turbulen ini mampu mentransferkan panas dari satu tempat ke tempat lain. Gradien fluks panas akibat turbulen di ABL diberikan oleh
12/10/2011
34Slide35
Soal - 8
Berapakah gradien fluks turbulen dalam keadaan ada badai di ketinggian 2 km jika lapse-rate udara sebelum badai adalah 10 C/km.
12/10/2011
35Slide36
3.3.4. Radiasi
Udara di troposfer dapat menyerap radiasi IR, sehingga radiasi ini dapat diemisikan ulang oleh lapisan udara ke atas maupun ke bawah melalui proses yang sangat kompleks
Gradien fluks panas akibat radiasi ini adalah
12/10/2011
36