Dengan J f,T adalah suatu fungsi universal sama untuk semua benda yang bergantung hanya pada f , frekuensi cahaya, dan T, suhu mutlak benda.
Persaman tersebut menunjukkan bahwa daya yang dipancarkan persatuan luas persatuan frekuensi oleh suatu benda hitam bergantung hanya pada suhu dan
frekuensi cahaya dan tidak bergantung pada sifat fisika dan kimia yang menyusun benda hitam, dan ini sesuai dengan hasil pengamatan.
Perkembangan selanjutnya untuk memahami karakter universal dari radiasi benda hitam datang dari ahli fisika Austria, Josef Stefan 1835-1893 pada tahun
1879. Ia mendapatkan secara eksperimen bahwa daya total persatuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh suatu benda hitam panas, I
total
intensitas radiasi total, adalah sebanding dengan pangkat
pangkat empat dari suhu mutlaknya. Karena itu, bentuk persamaan empiris hukum Stefan ditulis sebagai:
I
total
= e
σ T
4
I
total
adalah intensitas daya persatuan luas radiasi pada permukaan benda hitam, T adalah suhu mutalak benda, dan
σ
adalah tetapan Stefan-Boltzmann, yaitu
σ
= 5,67 × 10
-8
Wm
-2
K
-4
, untuk benda panas yang bukan benda hitam akan memenuhi hukum yang sama hanya diberi tambahan koefisien emisivitas,
e
yang lebih kecil dari 1. Nilai
e
= 1 jika benda tersebut bewarna hitam. Persamaan diatas dikenal juga sebagai hukum Stefan-Boltzmann.
2.4 Prinsip Kerja Alat Ukur Radiasi Matahari Elektronik
Untuk pengukuran radiasi matahari dapat dilakukan dengan dua macam pendekatan. Pertama yang banyak dilakukan adalah menggunakan medium
pengubah energi radiasi menjadi energi termal.Cara lain adalah dengan mengukur energi foton yang jatuh pada semikonduktor yang peka foton.
Universitas Sumatera Utara
Pada prinsip termal, energi radiasi matahari harus diterima oleh suatu permukaanlempengan yang menyerap seluruh radiasi yang ada. Suatu
permukaan yang kita lihat berwarna hitam menandakan bahwa mata kita tidak menerima pantulan radiasi spektrum gelombang tampak maupun spektrum
gelombang elektromagnetik lainnya. Penyerapan energi radiasi oleh permukaan mengakibatkan peningkatan suhu permukaan dan tentunya peningkatan suhunya
berbanding lurus dengan jumlah energi radiasi yang jatuh dipermukaan.
Dengan me ngukur beda suhu antara permukaan yang berwarna “hitam”
dengan permukaan yang berwarna “putih” maka perbedaan suhu yang terukur adalah sebanding dengan jumlah energi radiasi matahari. Pengukuran radiasi
matahari dengan teknik ini biasa disebut sebagai solarimeter.
Teknik pengukuran suhu yang banyak dipakai untuk solarimeter adalah menggunakan termokopel yang dirangkaikan secara seri. Setiap termokopel
masing - masing mengukur permukaan yang berwarna hitam dan putih. Dengan menggabungkan puluhan termokopel yang dihubungkan seri disebut sebagai
termopil maka keluaran tegangan solarimeter sudah cukup tinggi tanpa menggunakan penguat sinyal.
Jenis alat pengukuran radiasi bermacam-macam, antara lain Kipp solarimeter, Eppley pyranometer, Stern pyranometer, tipe Rothamsted solarimeter
dan lain-lain. Kipp solarimeter ini merupakan buatan belanda, Eppley pyranometer merupakan buatan Amerika Serikat, dengan termopil emas
palladium-platina rhodium sebagai sensornya. Waktu tanggap respon time pada alat ini adalah empat detik. Demikian juga halnya dengan Stern pyranometer juga
menggunakan termopil sebagai sensor panas dan merupakan buatan Austria. Alat ini mempunya respon waktu yang lebih cepat dari Eppley, yaitu dua detik.
Rothamsted solarimeter mempunyai waktu respon yang lambat yaitu 20 detik.
Universitas Sumatera Utara
Sensor-sensor pengukur radiasi mempunyai salah satu dari prinsip-prinsip: 1.
Termoelektrik 2.
Photoelektrik 3.
Bimetalic distorsi 4.
Destilasi.
Photoelektrik terdiri dari tiga tipe utama, yaitu photo voltaic, photo emisi, dan photo resistor sel. Ketiga hal tersebut mempunyai sensitivitas spektral yang
berbeda, dan biasanya digunakan dalam biologi. Contoh dari photo voltaic adalah selenium. Selenium tersebut karena harganya murah dan output nya juga besar.
Pada selenium ini, cahaya yang jatuh di atas lapisan selenium menghasilkan energi untuk membebaskan elektron-elektron di mana aliran dan akumulasi pada
metal film transparan disimpan diatas permukaan sel. Dalam photo emisi, elektron-elektron dibebaskan dari permukaan sensitif pada katoda menuju
sekeliling atau sekitar gas dan dikumpulkan pada anoda. Dengan digunakan tegangan yang tetap, alirannya proporsional untuk intensitas cahaya. Dalam photo
resistor, tahanan listrik pada sel berubah dengan intensitas cahaya sebagai elektron-elektron yang digerakkan dari keadaan non aktif dan siap sedia, untuk
menjadi elektron-elektron bebas, mengurangi resistansitahanan listrik pada material.
Alat yang menggunakan prinsip distorsi bimetalic adalah aktinograph dwi logam. alat ini dikembangkan oleh observatorium Kew. Prinsip kerja alat ini
terdiri dari dua buah lempengan logam yang berbeda warnanya sebagai sensor, dimana lempengan yang satu deberi warna putih dan pada bagian lain diberi
warna hitam. Alat yang menggunakan prinsip destilasi adalah Gun Bellani pyranometer. Alat ini mengukur radiasi surya selama sehari sejak dari matahari
terbit hingga terbenam. Alat ini mengukur radiasi surya melalui proses penguapan zat cair terlebih dahulu. Jumlah zat cair yang diuapkan berbanding lurus dengan
total radiasi surya yang diterima. Bagian alat ini terdiri dari sensor yang berbentuk bulat dan berwarna hitam pekat. Bola hitam ini berisi zat cair yang dihubungkan
Universitas Sumatera Utara
dengan tabung buret yang diberi skala dalam satuan mililiter cc. Radiasi yang diterima oleh sensor mengakibatkan sensor menjadi panas sehingga zat cair yang
ada dalam sensor menguap. Kemudian uap air ini akan mengkondensasi dibagian bawah tabung buret.
Terdapat dua macam alat sejenis yang dibedakan dalam penggunaan zat cair pengisi sensor. Sensor ada yang menggunakan alkohol n-propyl alcohol dan air.
Sensor yang diisi oleh alkohol mempunyai kemampuan daya ukur maksimum 900 calcm2 dan banyak dipakai untuk daerah-daerah lintang tinggi dimana radiasi
surya rendah. Sedangkan sensor yang diisi dengan air mempunyai kemampuan daya ukur 1800 calcm2 dan banyak dipakai di daerah tropis. Kedua zat cair ini
kurang peka terhadap radiasi kurang dari 150 calcm2 Julia Lasmahati 1991. Menurut Visala Oyj, sensor solarimeter memiliki sensitivitas berkisar antara 9
μVWm-2 hingga 15 μVWm-2. Apabila dilakukan perhitungan dengan mengkonversi satuan dari μVWm-2 menjadi wattm2 dengan menggunakan
sensitivitas sensor solarimeter sebesar 15 μVwattm2, maka 1 mV akan setara
dengan 66,7 wattm2. Sensitivitas sensor solarimeter tersebut dapat diperoleh dari perhitungan sebagai berikut:
Sensitivity =9...15 μVWm-2 15 mV =1000 Wm-2
1 mV =66,7 Wm-2
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Alat ukur radiasi matahari jenis solarimeter
Adapun cara kerja dari sensor solarimeter adalah sinar matahari atau radiasi yang datang secara langsung maupun yang dipancarkan oleh atmosphere serta
yang dihamburkan oleh langit akan menembus glass dome. Radiasi dengan panjang gelombang sampai dengan 3.0 μm akan diteruskan ke lempeng logam
hitam dan putih. Lempeng logam hitam akan mengabsorbsi panas radiasi, sementara lempeng putih akan memantulkan radiasi sehingga terjadi perbedaan
temperatur diantara kedua jenis lempeng logam ini. Perbedaan temperatur dari kedua lempeng ini dihubungkan ke circuit thermojunctions yang mengubah
besaran panas menjadi perbedaan tegangan potensial diantara kedua ujung lempeng. Selanjutnya Perbedaan potensial ini dianologikan sebagai besaran
intensitas radiasi global Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika 2007.
Teknik pengukuran radiasi matahari dengan semikonduktor dapat dilakukan dengan LDR light dependent resistor, solar cell maupun CdSe cell.
Komponen-komponen tersebut peka terhadap radiasi surya tetapi kepekaannya terbatas untuk selang spektrum panjang gelombang tertentu. Untuk LDR nilai
resistansinya sebanding dengan cahaya yang jatuh pada sensor. Untuk Solar cell dan CdSe cell arus listrik yang timbul berbanding lurus dengan energi foton yang
Universitas Sumatera Utara
jatuh pada sensor. Dengan demikian untuk pengukuran total radiasi matahari penggunaanya perlu perhatian lebih. Kondisi pengkalibrasian sensor ini dengan
alat yang mempunyai kepekaan spektrum panjang gelombangnya yang lebih lebar harus diperhatikan. Apabila terjadi modifikasi spektrum panjang gelombang
yang diterima sensor maka nilai kalibrasi alat tidak lagi berlaku. Misalnya untuk pengukuran di bawah tajuk tanaman dimana spektrum gelombang hijau banyak
berkurang maka pengukuran dengan alat jenis ini kurang sempurna.
2.5 Karakteristik IC LM 35
