Mengapa setiap naik 100 m suhu udara turun 1 derajat Celcius

Climate4life.info - Artikel Mengapa setiap naik 100 m suhu udara turun 1 derajat Celcius berkaitan dengan sifat fisis atmosfer dan keberadaan uap air di atmosfer.

Udara yang naik vertikal suhunya akan turun dan sebaliknya |

Gambar: https://s2.studylib.net/store/data/005322007_1-86b1f9582a9cdd0fc65c96a7574fedaa.png

Hal ini bisa kita rasakan jika kita pergi ke tempat yang lebih tinggi, misalnya ke pegunungan. Semakin ke atas akan terasa makin dingin.

• Sifat Fisis Atmosfer, Uap Air dan Laju Penurunan Suhu Udara di Atmosfer
• Menentukan suhu udara suatu tempat berdasarkan ketinggiannya 

Untuk membahas mengapa setiap naik 100 m suhu udara turun 1 derajat Celcius, kita mulai dengan prinsip dasar gas ideal.

Jika kita anggap atmosfer memiliki sifat seperti gas ideal maka akan berlaku persamaan:

     \[PV = nRT \tag{1} \]

di mana:

• \(P\) = tekanan, 
• \(V\) = volume, 
• \(n\) = jumlah mol, 
• \(R\) = tetapan gas,
• \(T\) = temperatur mutlak

Persamaan di atas menggambarkan hubungan suhu, tekanan, volume dan kerapatan udara pada atmosfer bumi (Neiburger, et. al., 1995), yang dapat dijabarkan sebagai berikut:

• Pada suhu tetap, kerapatan gas sebanding dengan tekanan, volume berbanding terbalik dengan tekanan.
• Pada volume tetap, tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya.
• Pada tekanan tetap, volume gas gas sebanding dengan suhu mutlaknya.

Jika \(V\) diganti dengan volume spesifik \(v = V/n\) maka persamaan (1) menjadi:

\[Pv = RT \tag{2}\]

Persamaan (2) dapat dituliskan dalam bentuk diferensial:

     \[R\ dT = v\ dP + P\ dv \tag{3} \]

Dengan mempertimbangkan:

• Kapasitas panas pada tekanan tetap:

     \(dQ = Cp\ dT\)

• Kapasitas panas pada volume tetap:

    \(dQ = Cv\ dT\)

Pada akhirnya akan diperoleh konsep pertukaran panas di atmosfer yaitu:

\[dQ = Cv\ dT + P\ dv \tag{4}\]

atau:

\[dQ = Cp\ dT - v\ dP \tag{5}\]

Selanjutnya kita menggunakan persamaan (5) saja.

Jika tidak ada pertukaran panas antara sistem dan lingkungan (antara paket udara dan udara di sekitarnya) maka \(dQ\) = 0, sehingga persamaan (5) menjadi:

\[Cp\ dT = v\ dP \tag{6}\]

atau:

\[Cp\ dT = \frac{1}{\rho }\ dP \tag{7}\]

Dimisalkan paket ini adalah udara kering yang naik vertikal dengan jarak \(dz\). Udara sekeliling dianggap diam, sehingga untuk keadaan udara disekelilingnya berlaku persamaan hidrostatik:

\[dP = - g\ \rho\ dz \tag{8}\]

di mana \(g\) adalah gravitasi.

Ilustrasi paket udara kering yang bergerak vertikal

Dengan mensubstitusi persamaan (8) pada persamaan (7) akan diperoleh:

\begin{align*} \require{cancel} Cp\ dT &= \frac{1}{\bcancel {\rho }}\ \cdot - g \bcancel {\rho}\ dz \\ Cp\ dT &=-g\ dz \\ \frac{dT}{dz} &=-\frac{g}{Cp} \tag{9} \end{align*}

Persamaan (9) menyatakan besarnya laju penurunan temperatur terhadap ketinggian ketinggian di mana:

• Jika paket bergerak ke atas, \(dz\) positif dan \(dT\) akan negatif

• Jika paket bergerak ke bawah, \(dz\) negatif dan \(dT\) akan positif.

Pada persamaan (9) jika nilai:

• \(g=9.8\ m.s^{-2}\)
• \(Cp=0.24\ kcal.kg^{-1}.\ ^{0}C^{-1}\)
• \(Cp=1005\ J.kg^{-1}.\ ^{0}C^{-1}\)

dimasukkan pada persamaan (9) tersebut maka akan diperoleh:

\begin{align*} \require{cancel} \frac{dT}{dz} &=-\frac{g}{Cp}\\ &=-\frac{9.8\ m.s^{-2}}{0.24\ cal\ gr^{-1}\ ^{0}C^{-1}} \\ &=-\frac{9.8\ m.s^{-2}}{1.005\ J\ gr^{-1}\ ^{0}C^{-1}} \\ &=-\frac{9.8\ m.s^{-2}}{1.005\ kg.m^{2}.s^{-2}\ gr^{-1}\ ^{0}C^{-1}} \\ &=-\frac{9.8\ \bcancel{m}. \bcancel{s}^{-2} }{1005\ \bcancel {gr}.m^{\bcancel{2}}. \bcancel{s}^{-2}\ \bcancel {gr}^{-1}\ ^{0}C^{-1}} \\ &=-\frac{9.8\ ^{0}C}{1.005\ m } \\ &=-\frac{0.98\ ^{0}C}{100.5\ m } \\\\ \frac{dT}{dz} &\simeq -\frac{1\ ^{0}C}{100\ m } \\ \end{align*}

Berarti bahwa:

• Paket udara kering yang naik ke atas mengalami pendinginan 1 ⁰C setiap kenaikan 100 m.
• Paket udara kering yang turun mengalami pemanasan 1  ⁰C setiap penurunan 100 m.

alert-success

Demikian sobat artikel tentang mengapa setiap naik 100 m suhu udara turun 1 derajat Celcius, semoga bermanfaat.

Referensi:

Referensi artikel "Mengapa setiap naik 100 m suhu udara turun 1 derajat Celcius" bersumber dari:

• Pawitan, H., 1989,  Termodinamika Atmosfer, Pusat Antar Ilmu Hayat, Institut Pertanian Bogor.
• Prawirowardoyo, S., 1996,  Meteorologi, Penerbit ITB, Bandung.
• Sears, F, W., Zemansky, M, W., 1983, Fisika Untuk Universitas 1, Mekanika, Panas dan Bunyi, Bina Cipta, Bandung

Climate4life.info mendapat sedikit keuntungan dari penayangan iklan dan digunakan untuk operasional blog ini.

Jika menurut anda artikel ini bermanfaat, maukah mentraktir kami secangkir kopi melalu "trakteer id"?