Temperatur Virtual

Termodinamika Atmosfer: Menyelami Fisika Pada Proses di Atmosfer

Daftar Isi

1. Hukum Tentang Gas

2. Persamaan Hidrostatik

3. Hukum Pertama Termodinamika - Panas dan Kerja Sistem

4. Proses Adiabatik

5. Uap Air dalam Udara

6. Stabilitas Statis

7. Hukum Kedua Termodinamika

Referensi:

Diterjemahkan dan dikembangkan dari: Atmospheric Thermodynamics, Jeremy A. Gibbs, https://gibbs.science/ teaching/efd/handouts /wallace_hobbs_ch3.pdf.

I. Hukum Tentang Gas

1.6 Temperatur Virtual

Udara lembab memiliki berat molekul tampak yang lebih kecil daripada udara kering. Oleh karena itu, dari persamaan (11) dapat disimpulkan bahwa konstanta gas untuk 1 kg udara lembab lebih besar daripada untuk 1 kg udara kering.

Namun, dibanding menggunakan konstanta gas untuk udara lembab di mana nilai yang tepat akan bergantung pada jumlah uap air dalam udara (yang bervariasi cukup besar), akan lebih baik untuk tetap menggunakan konstanta gas udara kering dan menggunakan suhu fiktif (disebut sebagai suhu virtual) dalam persamaan gas ideal.

Kita dapat menuliskan persamaan untuk suhu virtual tersebut sebagai berikut.

Anggaplah suatu volume V udara lembab pada suhu T dan tekanan total p yang mengandung massa \(m_d\) udara kering dan massa \(m_v\) uap air. Densitas 𝜌 dari udara lembab diberikan oleh persamaan:

$$\rho =\frac{m_{d}+m_{v}}{V}= \rho'_{d}+\rho'_{v}$$

di mana \(ρ'_d\) adalah densitas yang sama dari udara kering jika hanya itu yang mengisi seluruh volume V dan \(ρ'_v\) adalah densitas yang sama dari uap air jika hanya itu pula yang mengisi seluruh volume V.

Kita dapat menyebutnya sebagai densitas parsial.

Karena 𝜌=\(ρ'_d\)+\(ρ'_v\), terlihat seolah-olah bahwa densitas udara lembab lebih besar daripada udara kering. Namun, hal ini tidak benar karena densitas parsial \(ρ'_v\) lebih kecil dibandingkan dengan densitas udara kering sebenarnya.

Dengan menerapkan persamaan gas ideal dalam persamaan (2) untuk uap air dan udara kering secara bergantian, kita dapatkan:

$$e=\rho'_{v}\ R_{v}\ T$$

dan

$$p'_{d}=\rho'_{d}\ R_{d}\ T$$

di mana e dan \(p'_d\) adalah tekanan parsial yang diberikan oleh masing-masing uap air dan udara kering. Juga, dari hukum tekanan parsial Dalton dinyatakan bahwa:

$$p=p'_{d}+e$$

Dengan menggabungkan empat persamaan terakhir di atas, diperoleh:

$$\rho = \frac{p-e}{R_{d}\ T}+\frac{e}{R_{v}\ T}$$

atau, 

$$\rho = \frac{p}{R_{d}\ T}[1-\frac{e}{p}(1-\varepsilon )]$$

di mana 𝜀 didefinisikan oleh  persamaan (14). Persamaan terakhir dapat dituliskan sebagai berikut:

$$p=\rho R_{d}\ T_{v} \tag {15}$$

di mana,

$$T_{v}=\frac{T}{1-\frac{e}{p}(1-\varepsilon )}  \tag {16}$$

Tv disebut sebagai suhu virtual. 

Jika suhu fiktif atau yang bukan suhu aktual ini digunakan untuk udara lembab, maka tekanan total p dan densitas 𝜌 udara lembab terkait oleh bentuk persamaan gas ideal (15), tetapi dengan konstanta gas yang sama dengan untuk massa unit udara kering \(R_d\)  dan suhu aktual T digantikan oleh suhu virtual  \(T_v\) .

Dengan demikian, suhu virtual adalah suhu yang harus dicapai udara kering agar memiliki densitas yang sama dengan udara lembab pada tekanan yang sama.

Karena udara lembab kurang padat daripada udara kering pada suhu dan tekanan yang sama, suhu virtual selalu lebih besar daripada suhu aktual. 

Namun, untuk udara yang sangat hangat dan lembab, suhu virtual besarnya melebihi beberapa derajat dibandingkan suhu aktual (lihat misalnya Latihan 7 di Bagian 5).

Dukung Kami

Climate4life.info mendapat sedikit keuntungan dari penayangan iklan yang ada dan digunakan untuk operasional blog ini.
Jika menurut anda artikel pada blog ini bermanfaat, maukah mentraktir kami secangkir kopi melalu "trakteer id"?