Mengapa Suhu Udara di Dataran Tinggi Lebih Dingin Dari Suhu Dataran Rendah?

Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang diproduksi setiap kali partikel bermuatan mengalami percepatan, dan gelombang ini kemudian dapat berinteraksi dengan partikel bermuatan lainnya. Gelombang EM membawa momentum energi, dan sudut momentum menjauh dari partikel sumbernya, dan dapat memberi jumlah momentum tersebut ke materi yang dengannya mereka berinteraksi.

Quanta gelombang EM disebut photon, yaitu suatu partikel yang tak memiliki massa. Radiasi elektromagnetik dikaitkan dengan gelombang EM, bebas untuk menebarkan dirinya (“memancarkan”) tanpa pengaruh terus-menerus dari muatan bergerak yang menghasilkannya, karena mereka telah mencapai jarak yang cukup jauh dari sumbernya. Dengan demikian, EMR kadang disebut dengan istilah “medan jauh”. Dalam bahasa ini, bidang dekat mengacu pada bidang EM di dekat muatan dan arus, yang secara langsung menghasilkan photon secara khusus, induksi elektromagnetik, dan fenomena induksi elektrostatik.

Photon adalah suatu jenis partikel elementer, sebuah kuantum medan elektromagnetik yang meliputi radiasi elektromagnetik seperti cahaya, dan pembawa gaya untuk gaya elektromagnetik (bahkan saat diam pada partikel virtual). Photon memiliki massa nol dan selalu bergerak pada kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa cahaya adalah kumpulan dari photon-photon yang berpropagasi, dimana photon merupakan suatu partikel yang tak memiliki massa. Karena photon adalah partikel, maka peristiwa tumbukan antara suatu materi dengan photon akan menghasilkan energi panas.

Photon memiliki kecepatan cahaya, dan akan diteruskan jika tak ada materi yang menghambatnya. Setiap kali terhambat oleh suatu partikel atau zat lain, tumbukan antara photon dan zat tersebut akan menghasilkan energi panas. Setiap tumbukan antara photon dan materi yang menghalanginya, kecepatan photon pun akan mengalami penurunan.

Pada peristiwa pancaran cahaya matahari, panas yang timbul akibat radiasi cahaya terjadi akibat adanya tumbukan antara photon dan zat-zat yang dilaluinya. Makin banyak tumbukan, makin banyak energi yang dihasilkan.

Kecepatan Cahaya, Indeks Bias, dan Kalor

 Kecepatan cahaya dalam ruang akum adalah 3 x 108 m/detik. Ruang vakum adalah ruang yang tak mengandung materi apapun di dalamnya, sehingga cahaya dapat melalui ruang ini tanpa hambatan apapun.

Udara kering memiliki indeks bias normal 1,00029 pada tekanan udara 1 atm. Indeks bias ini disebabkan adanya kandungan materi-materi dalam udara, seperti gas nitrogen (N2), gas oksigen (O2), gas CO2, dan sebagainya. Saat cahaya melewati udara, terjadi tumbukan antara photon-photon dan gas-gas tersebut, menyebabkan turunnya kecepatan cahaya dengan faktor 1,00029. Karena rendahnya indeks bias udara, maka tumbukan photon dan udara hanya menghasilkan sedikit panas.

Air memiliki indeks bias 1,333. Angka ini jauh lebih besar dari indeks bias udara, sehingga cahaya yang melalui permukaan air akan mengalami perlambatan dengan faktor pembagi sebesar 1,333. Tumbukan antara cahaya dan partikel-partikel air menghasilkan kalor yang jauh lebih besar daripada tumbukan antara cahaya dan udara.

Makin banyaknya kandungan air dalam udara menyebabkan makin naiknya indeks bias udara pada tempat tersebut ; indeks bias naik dari 1,00029 menuju 1,333. Sebaliknya, makin rendah kandungan air di udara, indeks bias menurun menuju 1,00029.

Pengaruh Rendahnya Tekanan Udara Sebagai Penyebab Rendahnya Kumpulan Air di Ketinggian

 Air sebagian besar terkonsentrasi di permukaan bumi. Konsentrasi ini disebabkan pengaruh gravitasi bumi, yang memiliki nilai terbesar di permukaan tanah. Penguapan adalah terlepasnya molekul-molekul air (H2O) dari kumpulannya, yang selanjutnya naik dibawa angin ke bagian atas atmosfir. Kandungan uap tertinggi berada tepat di atas lapisan air. Kandungan uap makin turun seiring makin tingginya suatu tempat.

Makin tinggi suatu tempat, makin rendah tekanan udaranya. Makin tinggi suatu tempat, makin renggang ikatan kohesi dari partikel-partikel air di tempat tersebut.

Kumpulan air yang makin renggang seiring naiknya ketinggian suatu tempat menyebabkan makin kurangnya jumlah partikel air pada tempat tersebut. Akibatnya, panas yang timbul akibat adanya tabrakan antara photon cahaya dan molekul air makin kecil, sehingga suhu udara setempat pun makin rendah.

Jadi dapat disimpulkan bahwa turunnya suhu akibat naiknya ketingggian suatu tempat disebabkan makin renggangnya jarak antar butir-butir udara pada tempat tersebut. Sebaliknya, suhu naik jika suatu tempat makin rendah, hal ini disebabkan makin banyaknya uap air di tempat yang lebih rendah.

Ilustrasi tabrakan antara cahaya dan butir-butir molekul air

 

Gbr 2. Ilustrasi 2 dimensi proses tumbukan cahaya pada butir-butir air di udara.

Dari gambar 1 di atas terlihat bahwa cahaya matahari yang masuk ke bumi makin sering menumbuk partikel air pada daerah yang makin rendah.

Tinggalkan Balasan