Energi pancaran matahari mencapai bumi dengan cara radiasi. Energi pancaran matahari terdiri dari berbagai macam gelombang elektromagnetik, dengan panjang gelombang () yang berbeda-beda. diukur dengan satuan angstrom (Å)
1 m = 1010 Å 1 Å = 10-10 m ; 1 cm = 108 Å 1 Å = 10-8 m
Keseluruhan gelombang elektromagnetik tersebut dinamakan Spektrum Matahari.
Tabel 10.1. spektrum matahari / gelombang-gelombang elektromagnetik
No Jenis Gelombang Panjang Gelombang/ (Å) % Energi Matahari
1 Sinar Gamma () 0,0005 - 1
2 Sinar X 1 - 500 9%
3 Sinar Ultraungu/ultraviolet 500 - 4000
4 Sinar Cahaya Tampak 4000 - 7000
Terdiri dari : - Sinar Ungu 4000 - 4300
- Sinar Biru 4300 - 4900
- Sinar Hijau 4900 - 5300 41%
- Sinar Kuning 5300 - 5800
- Sinar Jingga 5800 - 6300
- Sinar Merah 6300 - 7000
5 Sinar Inframerah 7000 - 7000000
6 Gelombang-gelombang Pendek/ 7.106 - 5.109
Mikro (Microwave) 50%
Terdiri dari : - Gelombang Radar 7.106 - 8.108
- Gelombang TV 8.108 - 5.109
7 Gelombang Radio 5.109 - 7.1014
• Matahari merupakan tempat proses ledakan nuklir yang sangat dasyat disebut fusi nuklir. Di pusat matahari suhu sekitar 35 juta derajad Celcius. Dipermukaannya tercatat 6000 derajad Celcius.
• Mengukur suhu matahari menggunakan metode pengamatan dan teori penyusutan Helmholtz. Suhu di pusat matahari mencapai 15 juta K dipercaya dalam inti matahari berlangsung reaksi fusi Inti. Suhu fotosfer diperoleh dari hukum pergeseran Wien, menunjukkan 5700 K.
Skema reaksi fusi sebagai berikut.
+ + + + 0,42 MeV
+ + + 5,49 MeV X 2
+ + 2 + 12,42 MeV
+
+ + + + 2 + 2 + 2 + 26,7 MeV
atau
4 + 2 + 2 + 2 + 26,7 MeV
Massa defek berubah menjadi energi sesuai dengan rumus Einstein sebagai berikut.
E = m c2
• Akibat perubahan H2 menjadi He, setiap 1 menit matahari kehilangan 1,59 x 108 atom Hidrogen (H2). Padahal tiap 1 atom H2 bermassa 1,67 x 10-27 kg, sehingga tiap 1 menit matahari kehilangan massa sebasar,
m = 1,59 . 108 x 1,67 . 10-27 kg
m = 2,6553 x 1011
m = 2,65 x 1011 kg
atau m = 2,65 x 1014 gram
• Jika kecepatan sahaya c = 3 x 108 m/s2 , maka energi pancaran matahari tiap 1 menit adalah sebagai berikut.
E = m c2
E = 2,65 . 1011 kg x (3 x 108)2
E = 2,65 . 1011 x 9 . 1016
E = 23,85 . 1027
E = 2,38 . 1028 Joule
Karena
1 joule = 0,24 kalori,
maka E = 2,38 . 1028 x 0,24 = 0,5612 . 1028 = 5,6 . 1027 kalori
Perhitungan energi yang dihasilkan setiap terjadi reaksi fusi sebagai berikut.
m1 H2
He M
m2 H2
Menurut hukum kekekalan massa sebelum reaksi dan sesudah reaksi, seharusnya
m1 + m2 = M
tetapi pada kenyataannya m1 + m2 > M ; berarti ada selisih massa sebesar m = (m1 + m2 - M.
Selisih massa yang dianggap hilang itu sebenarnya berubah menjadi energi. Setiap 1 gram atom hydrogen berubah menjadi atom helium, maka massa atom hydrogen hilang sebanyak 0,0072 gram atau 7,2 . 10-6 kg dan berubah menjadi energi sebesar
E = m . c2
= 7,2 . 10-6 x (3 . 108)2
= 7,2 . 10-6 x 9 . 1016
E = 64,8 . 1010 Joule = 64,8 . 1010 x 0,24 kalori = 15,552 . 1010
E = 1,5 . 1011 kalori
• Pendapat tentang asal sumber energi matahari dari reaksi fusi dapat diterima sebab bahan-bahan gas di matahari memungkinkan yaitu terdiri dari 70% hydrogen, 25 % helium, dan 5 % unsur-unsur lain (oksigen, nitrogen, carbon, sulfur, silikon, ferrum dan magnesium).
• Karena selalu memancarkan energi terus menerus, tentunya massa matahari selalu berkurang. Kapankah matahari kehabisan energi ? Masih berapa lama usia matahari ? Matahari akan mati jika persediaan bahan bakarnya / hidrogen habis, sehingga tidak memungkinkan lagi terjadinya reaksi inti. Tiap 1 menit matahari kehilangan massanya 2,65 . 1014 gram (dalam bentuk atom hidrogen hilang). Massa matahari saat ini adalah 1,99 . 1033 gr atau 1,99 . 1030 kg dibulatkan menjadi 2 . 1030 kg.
Seandainya 70% sebagai cadangan energi, maka m = x 2 . 1030 kg = 1,4 . 1030 kg
Energinya : E = m . c2 = 1,4 . 1030 x (3 . 108)2 = 1,4 . 1030 x 9 . 1016
E = 12,6 . 1046 joule
E = 12,6 . 1046 x 0,24 kalori = 3,024 . 1046 kalori
E = 3 . 1046 kalori
Padahal setiap 1 menit matahari memancarkan energi 5,6 . 1027 kalori.
Maka sisa umur matahari = = 5,4 . 1018 menit
= = 1,3 . 1012 tahun
Jadi sisa umur matahari masih 1.300 milyar tahun.
• Perhitungan energi dapat juga dilakukan menurut hasil pengamatan pancaran energi matahari.
Permukaan matahari setiap 1 cm2 memancarkan energi sebanyak 90.000 kalori dalam 1 menit. Permukaan atmosfer bumi setiap 1 cm2 menerima energi pancaran matahari sebanyak 2 kalori dalam 1 menit, dinamakan Konstanta Matahari. Jadi harga konstanta matahari 2 kalori/cm2.menit. Ternyata dari 90.000 kalori/cm2.menit yang dipancarkan matahari hanya 2 kalori/cm2.menit yang diterima atmosfir bumi.Energi pancaran lainnya hilang di ruang antar planet, karena sangat jauhnya jarak antara bumi dan matahari. Coba hitunglah jumlah pancaran energi dari seluruh permukaan matahari dalam 1 menit!
Jawaban :
E = 6,16 . 1022 x 90.000
= 6,2 . 1022 x 9 . 104
= 55,8 . 1026
E = 5,6 . 1027 kalori
Coba hitung pula energi pancarannya dalam 1 hari!
Jawaban :
E = 5,6 . 1027 x 24 x 60
= 5,6 . 1027 x 1440
= 8064 . 1027
E = 8,1 . 1030 kalori
Hitung pula energi pancarannya dalam 1 tahun!
Jawaban :
E = 8,1 . 1030 x 365
= 2956,56,2 . 1030
E = 2,9 . 1033 kalori
• Berapa umur matahari ? Berdasarkan umur fosil tertua yang diketemukan di bumi yaitu 3 . 109 tahun, dianggap matahari sudah ada sejak itu. Sebenarnya diperkirakan umur matahari 10 x 109 tahun. Fosil artinya sisa-sisa makhluk hidup yang sudah membatu selama berjuta-juta tahun yang lalu. Jika dianggap matahari seumur fosil tertua itu, coba hitung energi pancaran matahari selama itu!
Jawaban :
E = 2,9 . 1033 x 3 . 109
E = 8,7 . 1042 kalori
Coba hitung pula setiap 1 gram massa matahari memancarkan berapa kalori selama itu!
Jawaban :
E = = 4,3 . 109 kalori
• Energi potensial elastic
Energi potensial elastis adalah energi potensial dari sebuah benda elastis (contohnya adalah busur panah) yang mengalami perubahan bentuk karena adanya tekanan atau kompresi. Akibatnya adalah akan ditimbulkannya gaya yang akan berusaha untuk mengembalikan bentuk benda tersebut ke bentuk awalnya. Jika tekanan/renggangan ini dilepas, maka energi ini akan berpindah menjadi energi kinetik.
• Energi potensial elastis tersimpan di dalam pegas yang direnggangkan dapat dihitung dengan menemukan usaha yang diperlukan untuk merenggangkan pegas tersebut sejauh x dari panjang asli pegas sebelum direnggangkan:
sebuah pegas ideal akan mengikuti aturan Hukum Hooke:
Usaha yang dilakukan (dan energi potensial yang tersimpan) dapat dinyatakan dalam:
Satuannya adalah Joule.
Persamaan ini sering digunakan dalam perhitungan posisi kesetimbangan mekanis. Persamaan lainnya dapat dilihat di energi potensial elastis.
