Rabu, 01 Desember 2010

Matahari part 2-b

Spektrum matahari dan Spektrum Lampu

  1. Bagaimana spectrum cahaya matahari?
Spektrum cahaya matahari terdiri atas berbagai warna yaitu:
• Cahaya tampak:
-merah
-jingga
-kuning
-hijau
-biru
-nila
-ungu

• Infra merah
• Ultraviolet

Akan tetapi, tidak semua warna bisa terdeteksi oleh mata, retina menangkap berkas-berkas cahaya yang dapat dipantulkan benda. Retina bisa melihat warna-warna dalam rentang Me-Ji-Ku-Hi-Bi-Ni-U , sedangkan inframerah, dan ultraviolet tidak.





Spektrum elektromagnetik di atas menggambarkan cahaya sebagai gelombang yang memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda.
Bagaimana spectrum lampu?

• Lampu natrium tekanan rendah (LPS)
               Dikenal sebagai lampu natrium oksida (SOX), terdiri dari pelindung hampa luar dari gelas yang dilapisi dengan lapisan pemantul inframerah dari indium timah oksida, sebuah bahan semikonduktor yang memungkinkan cahaya tampak untuk lewat dan memantulkan kembali inframerah, menjaganya agar tidak lolos. Lampu mempunyai pipa-U borosilikat bagian dalam yang berisi natrium padat serta sedikit gas neon dan argon (campuran Penning) untuk memulai lucutan gas, jadi ketika lampu dihidupkan, lampu ini memancarkan cahaya merah kabur untuk memanaskan logam natrium dan dalam beberapa menit berubah menjadi oranye terang setelah logam natrium menguap.
Lampu ini menghasilkan cahaya hampir monokromatik pada panjang gelombang 589.3 nm (sebenarnya dua panjang gelombang pada 589.0 dan 589.6 nm). Sebagai hasilnya, warna dari benda yang disinari tidak dapat dibedakan dengan mudah.
Spektrum cahaya dari lampu natrium tekanan rendah. Pita oranye di sebelah kiri adalah pancaran atomik jalur-D natrium, membentuk kira-kira 90% dari pancaran bahaya lampu jenis ini


• Lampu natrium tekanan tinggi (HPS)



                 Lampu ini lebih kecil dan mengandung unsur tambahan seperti raksa, dan menghasilkan cahaya oranye kemerahjambuan. Beberapa bola lampu juga menghasilkan cahaya putih kebiruan. Ini mungkin dari cahaya raksa sebelum natrium menguap sempurna. Jalur-D natrium adalah sumber cahaya utama dari lampu HPS, dan spektrum sempit ini dilebarkan oleh natrium tekanan tinggi dalam lampu, karena pelebaran ini dan pancaran dari raksa, warna benda yang diterangi dapat dibedakan. Ini membuatnya digunakan di tempat yang diinginkan pembedaan warna yang baik.

Lampu HPS disukai untuk penyinaran tumbuhan dalam ruang karena lebarnya spektrum suhu warna yang dihasilkan dan efisiensinya yang relatif tinggi.
Lampu natrium tekanan tinggi a cukup efisien, kira-kira 100 lm/W.
Karena reaksi kimia dari busur natrium tekanan tinggi yang sangat tinggi, tabung lucutan biasanya dibuat dari alumina bening.
Spektrum cahaya dari lampu natrium tekanan tinggi


• Lampu Neon

Pada lampu neon, sekarang ada bermacam warna , hampir setiap warna selain merah, diproduksi oleh argon, fosfor dan merkuri.




Spectrum cahaya dari lampu neon


• Lampu Merkuri

Pada lampu merkuti, bagian luar secara internal dilapisi dengan lapisan tipis dari fosfor fluorescent yang mengubah UV ke dalam cahaya tampak, umumnya pada akhir merah spektrum di mana output merkuri yang kurang, untuk meningkatkan warna rendering sifat dari sumber cahaya.




          Spektrum cahaya dari lampu merkuri


3. Perbedaan spectrum cahaya matahari dengan spectrum lampu

Pada cahaya matahari spectrum warna yang dipancarkan lebih lengkap daripada spectrum pada lampu. Pada lampu terdapat spektrum yang tidak sempurna sehingga terkadang warna yang kita lihat juga tidak seperti yang seharusnya.

Cahaya matahari merupakan campuran semua warna violet sampai merah dengan intensitas yang sesuai dengan pola radiasi benda hitam, dengan sedikit perubahan: pada nilai-nilai panjang gelombang tertentu ada sedikit pelemahan, ini disebut garis Fraunhofer. Sedangkan pada lampu neon, cahaya putih lampu neon ternyata merupakan campuran tiga nilai panjang gelombang saja yang dominan, yaitu biru sekian nanometer, hijau sekian nm, dan jingga sekian nm.

Pada spectrum cahaya matahari, selain menghasilkan cahaya tampak, tetapi juga menghasilkan cahaya tak tampak, yaitu inframerah dan ultraviolet. Sedangkan, pada sebagian lampu, pada umumnya menghasilkan cahaya tampak, dan sebagian kecil yang menghasilkan ultraviolet, seperti lampu merkuri.



Susunan atau bagian-bagian matahari
                      Matahari terdiri dari bagian-bagian penting yaitu sebagai berikut:
    1. Bagian dalam matahari (solar interior)
    2. Fotosfer (permukaan matahari)
    3. Kromosfer
    4. Korona
1.      Inti matahari
·         Suhu inti = 15 juta 0k
·         Tekanannya = 200 miliar kali tekanan permukaan bumi
               Bagian dalam matahari (solar interior)
               Bagian dalam matahari terdiri dari inti matahari, daerah radiatif, lapisan antara (interface layer), dan daerah konvektif. Di bagian inti terjadi reaksi inti yang mengubah hidrogen menjadi helium. Reaksi ini menghasilkan energi yang nantinya akan dilepaskan oleh matahari. Temperatur di inti mencapai 15.000.000 °C dengan kerapatan yang sangat besar, yaitu mencapai 150 g/cm3.
Energi yang dihasilkan di inti secara radiasi dipancarkan melalui zona radiatif. Di akhir daerah ini kerapatan turun dengan drastis hingga mencapai 0.2 g/cm3 dan temperaturnya menjasi 2.000.000 °C. Setelah zona radiatif ini terjadi perubahan kecepatan aliran fluida yang akan memperkuat garis gaya medan magnetik. Penelitian memperlihatkan bahwa pada lapisan ini dibentuk medanmagnet yang ada di matahari. Lapisan ini disebut sebagai tachocline (lapisan antara).
Bagian paling luar dari interior matahari adalah zona konvektif. Di sini energi dibawa ke permukaan matahari secara konveksi. Di permukaan matahari suhunya turun menjadi 5700°K dan kerapatannyapun menjadi sangat rendah, yaitu 0,0000002 g/cm3. Profil kerapatan dan temperatur di bagian dalam matahari diperlihatkan pada gambar 2.1.


 
2.      Fotosfer
·         Merupakan sebuah daerah yang agak tipis dengan kedalaman + 500 km.
·         Cahaya fotosfer dapat terlihat dan berwarna kuning dari bumi karena gas-gas panas pada fotosfer memancarkan cahaya dengan intensitas sangat kuat.
·         Kira-kira disusun oleh 94% hidrogen, 5,9% helium, 0,1% elemen-elemen lebih berat.
Fotosfer adalah lapisan matahari yang kita lihat sehari-hari. Cahayanya yang sangat terang mengalahkan lapisan paling luar matahari yaitu korona, sehingga sinar dari korona tidak terlihat oleh mata kita. Disekeliling fotosfer adalah lapisan gas merah cemerlang yang disebut kromosfer.

Ciri umum

Fotosfer memiliki kedalaman sekitar 500 km. Cahaya fotosfer dapat terlihat dan berwarna kuning dari bumi karena gas-gas panas pada fotosfer memancarkan cahaya dengan intensitas sangat kuat. Fotosfer kira-kira disusun oleh 94% hidrogen, 5,9% helium, dan 0,1% elemen-elemen lebih bera

Permukaan matahari yang terlihat disebut sebagai fotosfer (gambar 2.2). Fotosfer in berupa gas dan tebalnya ‘hanya’ 100 km. Matahari berotasi dengan kecepatan yang tidak sama antara bagian kutub dan bagian ekuator, yang disebut dengan rotasi diferensial. Di bagian ekuator, matahari berotasi lebih cepat, yaitu dalam 27 hari, sedangkan di kutub periode rotasinya adalah sekitar 30 hari. Dengan menggunakan teleskop, fitur yang tampak di permukaan matahari ini antara lain adalah bintik matahari, fakula, granula, dan supergranula. Berikut in adalah beberapa fitur yang tampak di permukaan matahari.
Pada fotosfer dapat teramati fakula, granulasi, filament, prominensa, bintik matahari, dan flare.







a.       Fakula
Fakula tampak seperti benang-benang gelap di permukaan matahari, seperti halnya bintik, fakula juga merupakan manifestasi medan magnetik, akan tetapi lebih lemah dari 7pada medan magnetik di bintik matahari.
b.      Granula dan Supergranula
Granula tampak seperti sel-sel yang menutupi seluruh permukaan matahari (lihat gambar 2.4), kecuali di daerah bintik matahari. Lebih mudahnya ini seperti buih-buih yang muncul ke permukaan air yang sedang mendidih. Granula merupakan akibat dari proses konveksi. Fluida yang panas muncul ke matahari, kemudian mendingin dan kembali lagi ke bawah. Granula berdiameter sekitar 700-1000 km. Sedangkan supergranula mempunyai ukuran yang lebih besar, yaitu sekitar 35000 km, dan mempunyai umur yang lebih panjang, yaitu sekitar 1 atau 2 hari, dibandingkan dengan granula yang hanya sekitar 20 menit.
             Granulasi merupakan bukti hantaran energi dari dalam matahari yang berlangsung konvektif.




a.       Plages
Bagian terang pada piringan matahari jika di amati pada daerah panjang gelombang merah  (6563 Å)

b.      Filamen
Bagian gelap pada piringan matahari jika diamati pada daerah panjang gelombang merah (6563 Å)

c.       Prominensa
Filamen yang tampak di tepi proyeksi piringan matahari ke bidang langit. Diartikan sebagai lontaran membumnbung keluar dari permukaan matahari dan hanay dapat tampak dari bumi jika terjadi di tepi piringan matahari.

d.      Bintik matahari
Merupakan wilayah matahari yang memiliki bentuk tidak teratur dan lebih gelap, disebabkan karena terhalangnya aliran gas dari dalam inti matahari. Waktu timbul dan menghilangnya bintik matahari disebut siklus bintik matahari (rata-rata lamanya 11 tahun).

Bintik matahari merupakan bintik-bintik yang relatif gelap disbanding dengan rata-rata terang fotosfer. Temperatur pada bintik mataharikira-kira 2000 K lebih rendah dari fotosfer. Kala hidup bintik matahari ini dapat mencapai beberapa bulan. Jumlah bintik matahari bervariasi dengan siklus 11,2 tahun (solar cycle) dan diketahui berkaitan dengan tingkat aktivitas matahari. Babcock (1960) memberikan gagasan bahwa terpuntirnya medan magnet matahari akibat rotasi diferensial fotosfer melambatkan gerak ion dan electron. Akibat dari perlambatan tersebut, energy kinetic berkurang da menyebabkan turunnya temperatur pada bintik.

e.       Flare
Ledakan besar yang terjadi di permukaan matahari (ledakan atau letupan yang mendadak terjadi di sekitar daerah bintik matahari). Energi yang sangat besar
Energi dalam bentuk:
            - elektromagnetik (gamma rays dan x rays)
            - energetic particle (proton dan elektron)
            - mass flow
Kala ledakannya berkisar antar 20 menit hingga 3 jam. Ledakan ini melontarkan sejumlah besar materi dan energy dari permukaan matahari.       
                 3.      Kromosfer
Terletak di atas fotosfer, lapisan ini mempunyai temperatur yang lebih tinggi, sekitar 20000°C. Kromosfer umumnya diamati dalam panjang gelombang Hα. Pada kromosfer tampak adanya chromospheric network, plage, fakula dan prominens. Plage tampak sebagai daerah yang terang, sedangkan fakula tampak seperti benang-benang gelap di permukaan matahari, dan bila terdapat di tepi disebut sebagai prominens.
         Secara garis besar:
·         Lapisan bawah atau yang paling dekat dengan fotosfer (bola warna)
·         Lapisan kromosfer menjulang 12.000 km diatas fotosfer
·         Tebal + 2400 km
·         Suhu dibagian atasnya lebih dari 10.000 K

                  4.      Korona
Lapisan terluar dari atmosfer matahari adalah korona. Temperatur dilapisan ini mencapai lebih dari satu juta derajat. Perbedaan panas yang sedemikian besar dengan kromosfer merupakan pertanyaan yang sampai sekarang belum terjawab seluruhnya. Pada korona juga terdapat lubang korona (coronal hole) yang merupakan tempat medan magnetik yang terbuka. Angin matahari yang berkecepatan tinggi berasal dari lubang korona.
        Secara garis besar:
·         Atmosfer matahari sbelah luar atau lapisan yang terdapat diatas kromosfer.
·         Suhunya 2 juta0K
·         Korona disebut juga mahkota matahari
·         Untuk melihat korona kita dapat menggunakan teleskop khusus yaitu koronagraf.
Lara Edryan
                Cedits:
Diposting oleh di Tidak ada komentar:

Matahari part 2-a


Ok! Postingan kali ini  akan  membahas tentang hukum Kepler, suhu  matahari, Spektrum radiasi matahari, dan  bagian-bagian fotosfer.
Well, pada postingan sebelumnya, tampaknya aku terlalu bernafsu untuk memaparkan materi tentang matahari. Harusnya aku menjelaskan beberapa teori dulu. Tak usah berlama-lama, aku akan menjelaskan teori yang mempengaruhi postingan ini.
Ptolemaeus, sekitar 125 M, mengemukakan bahwa bumi adalah pusat jagad raya atau alam semesta. Paling terkenal dengan sebutan ‘Geosentris’. Dari kata Geo yang berarti bumi dan sentris berarti pusat. Pemahaman ini mengemukakan bahwa bumi adalah pusat segalanya, dimana bumi diam (nggak kemana-mana, gitu) dan benda lainnya mengelilingi bumi.
Lalu, muncullah Copernicus (1473-1543), membuat pembaruan dengan pandangannya bahwa matahari adalah pusat peredaran planet-planet, termasuk bumi. Dan terkenal dengan nama Heliosentris. Namun, teori Copernicus ini tak serta merta diterima begitu saja. Butuh waktu yang cukup lama sampai hukum gravitasi newtown muncul yang mampu memperkuat teori Copernicus ini.
So, akhir kita saat ini kita tahu bahwa memang teori si Copernicus ini yang benar.
Lebih lanjut mengenai lintasan dan pergerakan planet dijelaskan oleh Johannes Kepler (1571-1630). Setelah dengan teliti mengamati lintasan Mars, Kepler pada tahun 1609 merumuskan Hukum I dan II Kepler yang bunyinya:
Hukum I Kepler atau hukum elips berbunyi:
Lintasan setiap planet menyerupai sebuah elips dan matahari menempuh salah satu titik api elips tersebut.
Dengan hukum I Kepler dijelaskan bahwa jarak antara planet dengan matahari dalam lintasan elipsnya itu selalu berubah.
Hukum Kepler II atau hukum tentang luas yang sama berbunyi:
Dalam selang waktu yang sama, garis hubung planet-matahari menyapu bidang yang sama luasnya.
Dalam hukum ini dijelaskan bahwa kecepatan gerak planet dalam menempuh lintasannya mempunyai kecepatan yang bervariasi.
Makin kecil jarak antara planet-matahari, makin tinggi kecepatannya  di sebut dengan istilah di sekitar perihelium atau jarak terdekat dengan matahari. Makin besar jarak antara planet-matahari, makin kecil kecepatannya. Sebutannya  adalah aphelium atau jarak terjauh dari matahari.
Untuk memahaminya sederhana saja. Ini karena gravitasi matahari dan jarak yang berperan antara matahari dan planet. Semakin dekat sebuah planet, maka gravitasi matahari semakin kuat menariknya dan berputar lebih cepat dari pada planet yang jauh dari matahari.
Baru pada tahun 1681, Kepler menemukan Hukum III Kepler. Hukum III Kepler atau hukum harmonis berbunyi: Kuadrat kala edar planet berbanding lurus dengan pangkat tiga jarak rata-rata planet ke matahari.
Ini berarti, bahwa planet yang jaraknya lebih besar, memiliki kala edar yang lebih lama, hal itu juga menunjukkan bahwa gravitasi matahari terhadap planet berkurang jika jaraknya bertambah.
Nah, menurutku karena gravitasinya kurang atau lemah, matahari agak payah dalam mengikat planet jauh ini, sehingga membutuhkan waktu yang cukup lama dalam mengelilingi si bola api raksasa.
 
Berikut rumus hukum III Kepler:

 4π2r3  / T2     =   G(Mm+Mp)

Keterangan:
Mm : Massa matahari
Mp : Massa planet
G   : Tetapan gravitasi, yaitu 6,67 x 10-11 Nm2/kg2
T    : kala edar planet mengelilingi matahari
r    : jarak planet ke matahari

Mugkin kalian bertanya-tanya, mengapa matahari bisa menjadi pusat tata surya kita?
Itu karena massa benda-benda langit sangat bervariasi. Jika kalian membandingkan massa matahari dengan kompen-komponen tata surya, maka 99,86% massa tata surya terkumpul di matahari, yang menjadikan percepatan gravitasi matahari memdominasi tata surya. Inilah yang membuat planet-planet tetap dalam garis edarnya mengelilingi si tuan bola api raksasa ini.

 
Perlu diketahui bahwa pada rumus hukum III Kepler, dengan mengingat tabel dibawah;



Kembali kepada rumus hukum III Kepler. Rumus tersebut dapat kita tulis:



r3   / T2  =  GMm / 4π2  


Pada suku di ruas kanan  :

             GMm / 4π2 


, bernilai konstan  dan berlaku untuk semua planet. Kita dapat menerapkan rumus ini, dengan mengandaikan orbit lingkaran, untuk menghitung jarak atau kala edar planet lain terhadap Bumi dengan mengingat bahwa kala edar planet lain terhadap Bumi dengan mengingat kala edar Bumi = 1 tahun, dan jarak rata-rata Bumi terhadap matahari  = 1 SA.

       r3bumi  /  T2bumi    =       r3planet  /  T2planet



Dengan rumus ini, kita dapat menghitung kala edar planet lain, jika diketahui jarak rata-ratanya, dan sebaliknya kita dapat menghitung jarak rata-ratanya jika diketahui kala edarnya.
Dari pemaparan diatas, bahwa pada dasarnya hukum-hukum Kepler merupakan uraian dari gerak antara dua benda, relatif satu sama lain, dan dapat diterapkan kepada system gerak dua benda apa saja. Khususnya dalam astronomi, hukum ini sangat penting untuk mempelajari gerak benda-benda langit. Misalnya di tata surya, gerak suatu planet dengan “induknya” matahari. Atau dapat juga diterapkan untuk gerak antara planet dengan satelitnyaa, misalnya bulan Ganymede dengan induknya Jupiter, dsb. Masih banyak lagi manfaat dari hukum ini. Menakjubkan, bukan? Hehehehe.
Karakteristik Matahari
Mass (kg) =  1.989e+30
Mass (Earth = 1) =  332,830
Equatorial radius (km) =  695,000
Equatorial radius (Earth = 1)  =  108.97
 Mean density (gm/cm^3) )  =  1.410
Rotational period (days = 25-36*
Escape velocity (km/sec) =  618.02
Luminosity (ergs/sec)  =  3.827e33
 Magnitude (Vo) =  -26.8
Mean surface temperature  =  6,000°C
 Age (billion years) =  4.5

Suhu
Menurut perhitungan para ahli, temperatur di permukaan matahari sekitar 6.000 °C namun ada juga yang menyebutkan suhu permukaan sebesar 5.500 °C. Jenis batuan atau logam apapun yang ada di Bumi ini akan lebur pada suhu setinggi itu. Temperatur tertinggi terletak di bagian tengahnya yang diperkirakan tidak kurang dari 25 juta derajat Celsius namun disebutkan juga kalau suhu pada intinya 15 juta derajat Celsius. Ada pula yang menyebutkan temperatur di inti matahari kira kira sekitar 13.889.000 °C. Menurut JR Meyer, panas matahari berasal dari batu meteor yang berjatuhan dengan kecepatan tinggi pada permukaan matahari. Sedangkan menurut teori kontraksi H Helmholz, panas itu berasal dari menyusutnya bola gas. Ahli lain, Dr Bothe menyatakan bahwa panas tersebut berasal dari reaksi-reaksi termonuklir yang juga disebut reaksi hidrogen helium sintetis. Bila Bumi dimasukkan dalam Matahari, Matahari bisa menampung sebanyak 109 Bumi. Well… sungguh besar si bola api raksasa ini, ya?
Energi yang memancar dari inti matahari memanaskan permukaan luarnya (fotosfer), kira-kira suhu fotosfer +57000k.
Bagaimana? Lumayan amat sangat panaskan? Hahahaha. Seram!
Spektrum radiasi matahari
Energi yang dipancarkan oleh matahari setiap detiknya disebut luminositas matahari dan dapat dihitung dengan rumus:
Lʘ =4π Rʘ2 σTeff4
Keterangan:
Rʘ     =  Jari-jari matahari
Teff    = temperature permukaan matahari
σ      = konstanta Stefan-Bolztman, yaitu 5,67 x 10-8 W/m2.K4

sehingga dapat dihitung Lʘ = 3,82 x 1033 erg/detik atau setara dengan  3,82 x 1026 Watt. Bumi pada kedudukan 1 SA dari matahari dapat dibayangkan berada pada suatu kulit bola yang menerima pancaran energy tersebut. Besar pancaran yang diterima tentunya telah diperlemah dengan factor (Rʘ/d )2 .
Perhitungan ini memberikan nilai konstanta matahari, E = 1,37 x 1-6 erg/detik/cm2

Dari penyelidikan astronomi, pengamatan maupun teoritis, struktur matahari terdiri:
1.      Interior: inti ( 90-0,25 Rʘ ) yang panasnya hingga sekitar 15 juta Kelvin dan tempat berlangsungnya reaksi termonuklir yang mengubah 4 atom hydrogen menjadi atom helium, zona radiatif  (0,25-0,83 Rʘ) dan zona konveksi (0,83-1,0 Rʘ).
2.               Angkasa : tersusun atas fotosfer (tebal sekitar 500 km), kromosfer (tebal hingga 8000 km) dan korona (jutaan km). Temperatur permukaan matahari 5/70 K diukur di fotosfer.
Mengamati struktur interior matahari tidak dapat langsung diamati dari bumi, tetapi dapat dibangun landasan fisis dan matematika melalui permodelan yang melibatkan perhitungan rumit dengan bantuan komputer besar. Dari informasi fisis bagian luar matahari, misalnya temperarur permukaan 5770 K, luminositas, tekanan dan kerapatan permukaan yang hampir mendekati nol, maka proses perhitungan dilakukan lapis demi lapis ke bagian dalam tubuh matahari. 




Garis-garis Fraunhofer yang penting, dan elemen-elemen yang berasosiasi dengannya, digambarkan dalam tabel berikut:


Garis-garis C-, F-, G'-, dan h- berhubungan dengan garis-garis alpha, beta, gamma dan delta dari deret Balmer yang berasal dari garis-garis emisi atom hidrogen. Garis D1 dan D2 adalah bentuk yang dikenal sebagai "doublet natrium", dimana panjang-gelombang pusatnya (589.29 nm) diberi tanda "D".

Korelasi spektrum cahaya matahari, penyaring bumi dan bagaimana kita bisa melihat. ditinjau dari ilmu fisika:

                                  
Spektrum cahaya matahari terdiri dari berbagai warna, yakni Me-Ji-Ku-Hi-Bi-Ni-U plus gelombang inframerah dan UV.
Atmosfer bumi dengan lapisan ozonnya menyaring sebagian besar UV.

Kita bisa melihat karena retina menangkap berkas2 cahaya yang dipantulkan benda. Retina kita bisa melihat warna2 dalam rentang Me-Ji-Ku-Hi-Bi-Ni-U. Inframerah dan UV tidak termasuk.


:: bersambung ::
Diposting oleh di Tidak ada komentar:
Label: , , ,
Langganan: Postingan (Atom)