Transport Energi melalui Radiasi
Energy Transport by Radiation
Kami menyimpulkan Bagian I dari buku ini dengan bab tentang fluida yang tidak dapat dijelaskan oleh hukum viskositas Newton, tetapi memerlukan berbagai jenis ekspresi nonlinier dan bergantung pada waktu. Sekarang kami mengakhiri Bagian II dengan diskusi singkat tentang transportasi energi radiasi, yang tidak dapat dijelaskan oleh hukum Fourier.
Dalam Bab 9 hingga 15, transportasi energi melalui konduksi dan konveksi telah dibahas. Kedua mode transportasi ini bergantung pada adanya medium material. Agar konduksi panas dapat terjadi, harus ada ketidaksamaan suhu antara titik-titik yang berdekatan. Agar konveksi panas dapat terjadi, harus ada fluida yang bebas bergerak dan mengangkut energi bersamanya. Dalam bab ini, kami akan membahas mekanisme ketiga untuk transportasi energi—yaitu radiasi.
Radiasi pada dasarnya adalah mekanisme elektromagnetik yang memungkinkan energi dipindahkan dengan kecepatan cahaya melalui daerah ruang yang tidak mengandung materi. Laju transportasi energi antara dua “badan hitam” dalam vakum berbanding lurus dengan perbedaan pangkat empat suhu mutlak mereka. Mekanisme ini sangat berbeda secara kualitatif dari tiga mekanisme transportasi yang dibahas di tempat lain dalam buku ini: transportasi momentum dalam fluida Newtonian, berbanding lurus dengan gradien kecepatan; transportasi energi melalui konduksi panas, berbanding lurus dengan gradien suhu; dan transportasi massa melalui difusi, berbanding lurus dengan gradien konsentrasi.
Karena keunikan radiasi sebagai sarana transportasi dan karena pentingnya transfer panas radian dalam perhitungan industri, kami telah mengabdikan bab terpisah untuk subjek ini.
Pemahaman menyeluruh tentang fisika transportasi radiasi memerlukan penggunaan beberapa disiplin ilmu yang berbeda: teori elektromagnetik diperlukan untuk menggambarkan sifat radiasi yang pada dasarnya menyerupai gelombang, khususnya energi dan tekanan yang terkait dengan gelombang elektromagnetik; termodinamika berguna untuk memperoleh beberapa hubungan antara “properti massal” dari ruang tertutup yang mengandung radiasi; mekanika kuantum diperlukan untuk menggambarkan secara rinci proses atom dan molekuler yang terjadi saat radiasi dihasilkan dalam materi dan saat diserap oleh materi; dan mekanika statistik diperlukan untuk menggambarkan cara energi radiasi didistribusikan di seluruh spektrum panjang gelombang.
Semua yang dapat kami lakukan dalam diskusi dasar ini adalah mendefinisikan kuantitas kunci dan menyajikan hasil teori dan eksperimen. Kami kemudian menunjukkan bagaimana beberapa hasil ini dapat digunakan untuk menghitung laju transfer panas melalui proses radiasi dalam sistem sederhana.
Dalam bagian 16.1 dan 16.2, kami memperkenalkan konsep dan definisi dasar. Kemudian dalam bagian 16.3, beberapa hasil fisik utama terkait radiasi badan hitam diberikan. Di bagian berikutnya, 16.4, laju pertukaran panas antara dua badan hitam dibahas. Bagian ini tidak memperkenalkan prinsip fisik baru, masalah dasar adalah masalah geometri. Selanjutnya, bagian 16.5 didedikasikan untuk perpanjangan bagian sebelumnya ke permukaan non-hitam. Akhirnya, di bagian terakhir, terdapat diskusi singkat tentang proses radiasi dalam media yang menyerap.
Sub-bab yang akan dibahas pada bab 16 antara lain, sebagai berikut;
- 16.1 Spektrum Radiasi Elektromagnetik
- 16.2 Penyerapan dan Emisi pada Permukaan Padat
- 16.3 Hukum Distribusi Planck, Hukum Pergeseran Wien, dan Hukum Stefan-Boltzmann
- 16.4 Radiasi Langsung antara Badan Hitam dalam Vakum pada Suhu Berbeda
- 16.5 Radiasi antara Permukaan Non-Hitam pada Suhu Berbeda
- 16.6 Transportasi Energi Radiasi dalam Media yang Menyerap