I. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Matahari adalah pabrik tenaga nuklir yang dengan memakai proses fusi mengubah sejumlah empat ton massa hidrogen yang banyak terdapat di jagad raya menjadi helium tiap detiknya dan menghasilkan energi dengan laju 1020 kW-Jam/detik. Berbeda dengan proses fusi nuklir yang berbahaya, proses yang terjadi merupakan yang paling bersih dan gratis, selain itu energi ini tidak memerlukan sarana angkutan atau transmisi jarak jauh, tidak berisik serta memiliki potensi yang besar di berbagai lokasi untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi.
Energi yang berasal dari matahari merupakan potensi energi terbesar dan terjamin keberadaannya di muka bumi. Berbeda dengan sumber energi lainnya, energi matahari bisa dijumpai diseluruh permukaan bumi. Pemanfaatan radiasi matahari sama sekali tidak menimbulkan polusi ke atmosfer. Perlu diketahui bahwa berbagai sumber energi seperti tenaga angin, bio-fuel, tenaga air sesungguhnya juga berasal dari energi matahari. Pemanfaatan radiasi matahari umumnya terbagi dalam dua jenis, yaitu termal dan photovoltaic.
Dalam peningkatan produksi pertanian, salah satu faktor yang paling berpengaruh adalah faktor iklim, antara lain radiasi matahari dan Suhu. Cahaya matahari adalah salah satu syarat suatu tanaman dapat berfotosintesis. Radiasi matahari berpengaruh langsung terhadap sifat tanaman, yaitu terhadap kecepatan pertumbuhan, kecepatan transpirasi, dan dapat menyebabkan pembakaran, pada periode kritis tanaman. Radiasi matahari mempengaruhi pertumbuhan tanaman melalui tiga aspek. Pertama, intensitas cahaya yaitu jumlah cahaya yang diterima persatuan luas, karena semakin tinggi intensitas cahaya semakin tinggi laju fotosintesis. Kedua adalah kualitas cahaya yaitu mutu cahaya yang dicerminkan dari panjang gelombang cahaya. Ketiga, dipengaruhi oleh peiriodisitas yaitu lama penyinaran matahai atau panjang hari. Setiap tanaman membutuhkan intensitas, kualitas, dan lama penyinaran matahari yang berbeda-beda. Untuk mengetahui lama penyinaran matahari, perlu dilakukan pengukuran.
Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai setelah melaksanakan praktikum ini adalah adalah sebagai berikut :
Mengetahui alat-alat yang digunakan untuk mengukur radiasi matahari
Mengetahui fungsi dan prinsip kerja dari alat-alat pengukur radiasi matahari.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Radiasi Matahari
Radiasi adalah suatu istilah yang berlaku untuk banyak proses yang melibatkan pindahan tenaga oleh gejala gelombang elektromagnetik. Gaya radiatif pemindahan kalor dalam dua pengakuan penting dari yang memimpin dan konvektif gaya (1) tidak ada medium diperlukan dan (2) pindahan tenaga adalah sebanding kepada kuasa ke lima atau keempat dari temperatur menyangkut badan melibatkan(Pitts and Sissom, 2001).Pada waktu radiasi surya memasuki sistem atmosfer menuju permukaan bumi (darat dan laut), radiasi tersebut akan dipengaruhi oleh gas-gas aerosol, serta awan yang ada diatmosfer. Sebagian radiasi akan dipantulkan kembali keangkasa luar, sebagian akan diserap dan sisanya diteruskan kepermukaan bumi berupa radiasi langsung (dircet) maupun radiasi baur (diffuse). Jumlah kedua bentuk radiasi ini dikenal dengan "Radiasi Global". Alat pengukur radiasi surya yang terpasang pada station. Station klimatologi (Solarimeter atau Radiometer) untuk mengukur radiasi global. (Monteith, j. L. 1975)
Penerimaan radiasi surya dipermukaan Bumi sangat bervariasi menurut tempat dan waktu. Menurut tempat khususnya disebabkan oleh perbedaan letak lintang serta keadaan atmosfir terutama awan. Pada skala mikro arah lereng sangat menentukan jumlah radiasi yang diterima. Menurut waktu perbedaan radiasi terjadi dalam sehari (dari pagi sampai sore hari) maupun secara musiman (dari hari ke hari), karena sebaran energi radiasi menurut panjang gelombang sekitar λm, maka secara umum dapat dikatakan bahwa panjang gelombang semakin pendek bila suhu permukaan yang memancarkan radiasi tersebut lebih tinggi. (Handoko, 1993)
Radiasi matahari merupakan proses penyinaran matahari sampai kepermukaan bumi dengan intensitas yang berbeda-beda sesuai dengan keadaan sekitarnya. Radiasi matahari yang diterima dipermukaan bumi lebih rendah dari konstanta mataharinya. Radiasi matahari yang terjadi diatmosfer mengalami berbagai penyimpangan, sehingga kekuatannya menuju bumi lebih kecil. Bagian dari radiasi matahari yang dihisap (absorbsi) akan berubah sama sekali sifatnya. Perubahan dari sudut jatuhnya sinar dapat menyebabkan perubahan dari panjangnya jalan yang dilalui oleh sinar tersebut (Nasir, A, 1990).
Lama penyinaran akan berpengaruh terhadap aktivitas makhluk hidup misalnya pada manusia dan hewan. Juga akan berpengaruh pada metabolisme yang berlangsung pada tubuh makhluk hidup, misalnya pada tumbuhan. Penyinaran yang lebih lama akan memberi kesempatan yang lebih besar bagi tumbuha tersebut untuk memanfaatkanya melalui proses fotosintesis ( Benyamin Lakitan, 1994 ) .
Pergeseran garis edar matahari menyebabkan perubahan panjang hari ( lama penyinaran ) yang diterima pada lokasi-lokasi di permukaan bumi. Perubahan panjang hari tidak begitu besar pada daerah tropis yang dekat dengan garis ekuator. Semakin jauh letak tempat dari garis ekuator maka fluktuasi lama penyinaran akan semakin besar ( Benyamin Lakitan, 1994).
Radiasi matahari yang diterima permukaan bumi persatun luas dan satuan waktu disebut isolasi atau kadang-kadang disebut radiasi global, yaitu radiasi langsung dari matahari dan radiasi yang tidak langsung ( dari langit ) yang disebabkan oleh hamburan dari partikel atmosfer. ( Bayong Tjasyono, 2004 ).
Radiasi matahari yang diterima oleh bumi akan diterima dengan cara diserap dan tidak tertangkis oleh atmosfer sampai ke permukaan bumi, karena bumi sangat padat, maka radiasi ini bukan ditangkis, melainkan dikembalikan satu arah ke atmosfer (proses ini biasanya disebut refleksi). Es dan salju merefleksi hamper kebanyakan dari radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi, sedangkan laut merefleksi sangat sedikit.Pada waktu radiasi surya memasuki system atmosfer menuju permukaan bumi (daratan dan lautan), radiasi tersebut akan dipengaruhi oleh gas-gas, aerosol, serta awan yang ada di atmosfer. Sebagian akan diserap dan sisanya diteruskan ke permukaan bumi berupa radiasi langsung (direct) maupun radiasi baur (diffuse). Radiasi langsung adalah radiasi yang tidak mengalami proses pembauran oleh molekul-molekul udara, uap dan butir-butir air serta debu di atmosfer seperti yang terjadi pada radiasi baur. Jumlah kedua bentuk radiasi ini dikenal dengan "radiasi global". Alat pengukur radiasi surya yang terpasang pada stasiun-stasiun klimatologi (Handoko, 2003).
Radiasi cahaya dari permukaan benda tersebut akan dipancarkan ke segala arah. Jika radiasi yang dipancarkan oleh benda ini menerpa suatu permukaan lain, maka energi cahaya tersebut dapat diserap, dipantulkan, atau diteruskan oleh permukaan penerima tersebut. Cahaya dapat bergerak melintasi benda padat (misalnya kaca, plastic), cair (misalnya air, minyak), gas (misalnya udara), dan ruang hampa udara atau vakum (misalnya pada ruang angkasa luar). Salah satu ciri cahaya adalah panjang gelombang. Panjang gelombang adalah jarak per siklus gelombang cahaya, biasanya diberi symbol λ (Benyamin Lakitan, 1994).
Actinograph
Penyinaran matahari mempunyai peranan penting dalam bidang meteorologi. Dalam hal ini alat yang sering di gunakan oleh pengamat cuaca untuk mengukur intensitas radiasi matahari total adalah actinograph. Actinograph termasuk alat pengukur intensitas radiasi matahari yang di pancarkan. Pada alat actinograph menggunakan alat dua buah logam bimetal sebagai sensor. Logam ini akan bertambah panjang seiring dengan meningkatnya intensitas radiasi matahari. Radiasi matahari adalah energi yang di keluarkan, di pancarkan atau di terima berupa gelombang atau partikel-partikel elektromagnetik. Berdasarkan asal sumbernya radiasi dapat di bedakan kedalam 3 klasifikasi yaitu:
Radiasi solar langsung yaitu radiasi yang di keluarkan oleh matahari
Radiasi Terrestrial adalah radiasi yang di keluarkan oleh pelanet bumi termasuk atmosfernya
Radiasi total yaitu jumlah radiasi solar dan terrestrial
2.3 Campbell Stokes
Campbell Stokes adalah alat yang digunakan untuk mengukur intensitas dan lama penyinaran matahari. Satuan dari intensitas dan lama penyinaran matahari adalah persen. Campbell Stokes dilengkapi dengan kartu khusus. Kartu ini adalah kartu yang berperan sebagai pencatat data. Kartu Campbell Stokes ini dipasang dibawah lensa pada alat, kemudian diletakkan di tempat terbuka. Pencatat waktu pada kartu akan mencatat bekas bakaran kartu. Bagian yang hangus itulah yang menunjukkan intensitas sinar matahari selama satu hari. Bekas bagian hangus yang berwarna coklat, dicocokkan oleh satuan waktu dan lamanya penyinaran. Lamanya penyinaran yang diukur adalah penyinaran terus-menerus dan penyinaran yang tertutup awan (Anonim, 2008).
Secara khusus Campbell Stokes dipergunakan untuk mengukur waktu dan lama matahari bersinar dalam satu hari dimana alat tersebut dipasang. Campbell Stokes terdiri dari beberapa bagian yaitu Bola kaca pejal (umumnya berdiameter 96 mm). Plat logam berbentuk mangkuk, sisi bagian dalamnya bercelah-celah sebagai tempat kartupencatat dan penyanggah tempat bola kaca pejal dilengkapi skala dalam derajat yang sesuai dengan derajat lintang bumi. Bagian Pendiri (stand), Bagian dasar terbuat dari logam yang dapat di-leveling. Kertas pias terdiri dari 3 (tiga) jenis menurut letak matahari. Prinsip kerja Sinar matahari yang datang menuju permukaan bumi, khususnya yang tepat jatuh pada sekeliling permukaan bola kaca pejal akan dipokuskan ke atas permukaan kertas pias yang telah dimasukkan ke celah mangkuk dan meninggalkan jejak bakar sesuai posisi matahari saat itu. Jumlah kumulatif dari jejak titik bakar inilah yang disebut sebagai lamanya matahari bersinar dalam satu hari (satuan jam/menit) (Anonim, 2009).
Sinar-sinar dengan gelombang lebih panjang dari sinar yang lebih tampak disebut sinar-sinar infra merah dan sinar-sinar ini sebagian besar mengalami penyerapan diatmosfer. Sinar-sinar dengan panjang gelombang lebih pendek dalam spectrum matahari adalah sinar-sinar ultraviolet yang mampu menghasilkan suatu efek fotokimia tertentu. Diantara dua macam berkas radiasi yang tidak kelihatan ini merupakan bagian ynag kelihatan dari spektrum yang diketahui sebagai cahaya matahari dan paling efektif memanasi bumi. Jika sinar-sinar spektrum matahari mencapai bumi sebagian diserap dan dirubah dari gelombang pendek menjadi gelombang panjang yang dikenal sebgai panas. Tenaga yang diperoleh dari cara ini merupakan bahan bakar untuk prose-proses cuaca dan iklim, dan di-transfer baik vertikal maupuan horizontal menimbulkan variasi keadaan temperatur. Akhirnya ini, hilang dengan cara radiasi dari atmosfer keruang angkasa (Wisnubroto, dkk : 1981).
III. METODE KERJA
3.1. Waktu dan tempat praktikum
Praktikum agroklimat ini dilaksanakan pada tanggal 19 November 2014 di BMKG Karangploso, Kab. Malang pada pagi hari pukul 07.30 WIB dan laboratorium agroteknologi Fakultas Pertanian Peternakan, Universitas Muhammadiyah Malang.
3.2. Alat dan Bahan Praktikum
Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah alat tulis , kamera,actinograph dan campbell stokes
3.3. Prosedur kerja
Adapun cara kerja dalam praktikum ini adalah sebagai berikut :
Melakukan fieldtrip ke BMKG Karangploso Kab. Malang
Mengamati alat-alat yang digunakan untuk mengamati radiasi matahari.
Mendokumentasi alat-alat tersebut
Mencatat prinsip kerja dan fungsi alat tersebut
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil dan Pembahasan
Campbell Stokes
Campbell stokes secara khusus dipergunakan untuk mengukur waktu dan lama matahari bersinar dalam satu hari dimana alat tersebut dipasang.
4.1.1.1 Komponen-Komponen Campbell stokes
a. Bola kaca pejal ( umumnya berdiameter 96 mm).
b. Plat logam berbentuk mangkuk, sisi bagian dalamnya bercelah – celah sebagai tempat kartu pencatat dan penyanggah tempat bola kaca pejal dilengkapi skala dalam derajat yang sesuai dengan derajat lintang bumi .
c. Bagian Pendiri (stand),
d. Bagian dasar terbuat dari logam yang dapat di-leveling.
e. Kertas pias terdiri dari 3 (tiga) jenis menurut letak matahari.
4.1.1.2Prinsip Kerja
Sinar matahari yang datang menuju permukaan bumi, khususnya yang tepat jatuh pada sekeliling permukaan bola kaca pejal akan dipokuskan ke atas permukaan kertas pias yang telah dimasukkan ke celah mangkuk dan meninggalkan jejak bakar sesuai posisi matahari saat itu. Jumlah kumulatif dari jejak titik bakar inilah yang disebut sebagai lamanya matahari bersinar dalam satu hari (satuan jam/menit).
Actinograf
Actinograph adalah alat untuk mengukur total intensitas dari radiasi matahari langsung. Maksud dari pengukuran intensitas radiasi matahari ini adalah untuk mengetahui total intensitas radiasi yang jatuh pada permukaan bumi baik yang langsung maupun yang dibaurkan oleh atmosfer.
komponen-komponen utama dari actinograph
1. Sensor, yang terdiri dari masing-masing 2 strip bimetal yang bercat hitam dan putih
2. Glass dome (bulatan bola gelas), mentransmisikan 90% energi elektromagnetik
3. Plat pengatur bimetal
4. Mekanik pembesar
5. Tangkai dan pena pencatat
6. Drum clock / silinder berputar yang dilengkapi dengan kertas pias
7. Pengatur atau perata-rata air
8. Kontainer silica gel, menyerap uap air agar tidak terjadi kondensasi pada permukaan glassdome
9. Bagian dasar
10.Penutup atau cover
Prinsip Kerja
Prinsip kerja alat tersebut adalah perbedaan panjang akibat adanya perbedaan temperatur. Kemudian bimetal diatur sedemikian rupa sehingga bila kedua lempengan logam berada pada temperatur yang sama maka pena akan menunjukkan angka nol. Kemudian jika terdapat radiasi matahari yang mengenai lempengan - lempengan tersebut, lempengan yang berwarna hitam akan menyerap panas lebih banyak sehingga logam hitam tersebut lebih panjang dibandingkan dengan logam berwarna putih yang sifatnya kurang menyerap panas.
Diantara lempengan tersebut disambung dengan pena yang apabila terjadi perubahan temperatur menyebabkan perubahan panjang sehingga potongan lempeng logam tersebut akan menggerakkan pena. Pena tersebut bergerak naik turun. Makin besar intensitas radiasi matahari yang mengenai lempengan logam maka makin besar pula perbedaan temperatur kedua logam tadi. Semakin besar perbedaan temperatur semakain besar pula perbedaan panjang sehingga pena bergerak semakin tinggi.
Sistem pencatatan pena pada pias dilakukan secara mekanis. Pena bergerak naik turun pada pias yang yang digulung pada silinder jam sehingga dapat membuat jejak (grafik) pada kertas pias yang direkatkan pada silinder yang berputar. Kertas pias tersebut terdapat skala waktu dan satuan luas Dari kertas pias tersebut dapat kita peroleh hasil rekaman intensitas radiasi matahari total di suatu tempat selama waktu tertentu ( harian atau mingguan)
V. KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasilpembahasan yang telah dijelaskan, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut
Ada dua alat utama yang dipakai untuk mengukur radiasi matahari di stasiun BMKG Karangploso, yaitu Campbell Stokes dan Actinograf.
Prinsip kerja dari Campbell Stokes adalah sinar matahari jatuh pada sekeliling permukaan bola kaca pejal akan difokuskan ke atas permukaan kertas pias yang telah dimasukkan ke celah mangkuk dan meninggalkan jejak bakar sesuai posisi matahari saat itu. Jumlah kumulatif dari jejak titik bakar inilah yang disebut sebagai lamanya matahari bersinar dalam satu hari (satuan jam/menit).
Prinsip kerja dari Actinograf adalah radiasi matahari yang mengenai lempengan - lempengan tersebut, lempengan yang berwarna hitam akan menyerap panas lebih banyak sehingga logam hitam tersebut lebih panjang dibandingkan dengan logam berwarna putih yang sifatnya kurang menyerap panas. Diantara lempengan tersebut disambung dengan pena yang apabila terjadi perubahan temperatur menyebabkan perubahan panjang sehingga potongan lempeng logam tersebut akan menggerakkan pena.
DAFTAR PUSTAKA
G. H. Trewartha, dan L. H. Horn, 1999. Pengantar Iklim. Edisi Kelima, GajahMada University Press, Yogyakarta.
Lakitan,Benyamin, 1994. Dasar-dasar Klimatologi. PT. Rajagrafindo Persada, Jakarta.
Lakitan, Benyamin,1994, Dasar-Dasar Klimatologi, Jakarta: PT. Rajawali Grafindo Persada.
Petterssen, S., 1997. Introduction To Meteorology. Second Edition. Mc-Graw Hill Book Company, Inc., New York.
Nurmuin, S. 2008. Penuntun Praktikum Agroklimatologi. Laboratorium Agroklimatologi. UNIB. Bengkul
Hoesin, Haslizen. (1983). "Simulasi Matematis Radiasi Matahari di Indonesia". LFN-LIPI, Bandung. Agustus.
Hoesin, Haslizen. (2000). "Model Matematis Radiasi Matahari Langit Bening dan Langit Sembarang". Teknik Industri – Tak Teknik, Universitas ARS Internasional, Bandung, November.
LAMPIRAN
Gambar
Keterangan
Alat Aktinograf Binetal Untuk mengukur intensitas radiasi matahari dalam satuan watt/m
Alat Campbell Stokes Untuk mengukur lamanya penyinaran matahari
