7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
1/56
ELEKTRIFIKASI BADAI
PETIR
By:
Hanung Natendra S - 23210105
Widya Anggoro Putro - 23210106
Bambang Cahyono - 23210109
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
2/56
Referensi
The Institution of Energy andTechnology, London, United Kingdom.Power and Energy Series, TheLightning Flash
Chapter 1Charge Structure and GeographicalVariation of Thunderclouds by Earle
Williams
Chapter 2Thunderstorm Electrification Mechanismby Rohan Jayaratne
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
3/56
Thunderstorm
Petir, guruh, cumulonimbus
Hujan Es
Salju
Angin Kencang
Hujan Deras
Tidak Hujan sama sekali
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
4/56
Formasi Awan
Awan di atmosfer terdiri dari tetesanair dan kristal es.
Partikel padat dan cair > panjang
gelombang cahaya yang dapat dilihat.
Udara terkena sinar matahari
dipermukaan bumi dan naik ke atas
Udara mengalami supersaturasimenjadi uap air.
Lifted Condensation Level (1 km)
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
5/56
Awan Petir
Pemisahan muatan listrik :Tumbukan antara graupeldengan kristal es atau dengan
partikel graupel lainnya. Partikel graupel terbentuk
ketika butiran cairan yang superdingin ditambah dengan butiranes dan membeku sehinggaukurannya bertambah
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
6/56
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
7/56
Struktur Muatan Awan Petir
Metode pengindera jarak jauh
Teori G.C. Simpson (pengukuran muatanmenggunakan balon) dan C.T.R. Wilson
(mengukur jarak petir, perubahan medanelektrostatik saat terjadi petir, mengukurbesar dan polaritas muatan)
Simpson = Mengukur kerapatan muatanruang, Wilson = Menentukan besaranmuatan yang ditransfer oleh rangkaian petir
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
8/56
Struktur Muatan Awan Petir
wilson
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
9/56
Struktur Muatan Awan Petir
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
10/56
Variasi Geografis Awan Petir
Bentuk, ukuran, intensitas awan petir
bervariasi dipengaruhi oleh kondisi
lingkungan.
Pertimbangan kondisi lingkungan adalah:
Ketersediaan uap air
Ketidakstabilan atmosfer
Jarak vertikal dari awan apung
Ketinggian daerah fasa campuran
Konsentrasi aerosol
Efek daratan vs lautan
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
11/56
Variasi Geografis Awan Petir
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
12/56
Variasi Geografis Awan Petir
Ketersediaan uap air
Energi dari awan petir berasal dari energi laten
panas yang dilepas ketika uap air berubah
menjadi bentuk cair atau padat lewat proseskondensasi, deposisi uap dan pembekuan.
Perbedaan temperatur tergantung pada
konsentrasi uap air pada kondisi saturasi
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
13/56
Variasi Geografis Awan Petir
Ketidakstabilan atmosfer Gerakan vertikal dari udara disebabkan oleh gaya
awan apung akibat adanya perbedaan temperatur,konsentrasi uap air dan kondensasi antara udara
naik dan turun dan lingkungannya. CAPE yang besar atmosfer akan menghasilkan
updraft yang besar dan badai aktif elektrik yangkuat.
Updraft yang besar akan mengakibatkan endapanpada daerah fasa campuran di awan dan pengaruhdari pemisahan muatan menjadi besar.
CAPE yang besar diakibatkan pemanasanpermukaan, pada daratan lebih mudah panas.
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
14/56
Variasi Geografis Awan Petir
Panjang Vertikal dari awan apung Air parcels mengalami gaya apung ke atas
pada jarak vertikal yang lebih besar, sehinggakecepatannya meningkat dan akanmenghasilkan badai petir
Ketinggian dimana gaya apung ke atas samadengan nol dinamakan Level of NeutralBuoyancy (di bawah tropopause)
Ketinggian tropopause Tropik 17 km
Midlatitude summer 12-13 km
Midlatitude winter 6-7 km
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
15/56
Variasi Geografis Awan Petir
Ketinggian daerah fasacampuranDibatasi 0C dan -40C Tinggi pada musim panas 4-5 km
dan semakin dekat pada musim
dingin
Konsentrasi aerosol
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
16/56
Variasi Geografis Awan Petir
Efek Daratan vs LautanPemanasan daratan
CAPE
Updraft
Teori konvektif
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
17/56
Variasi Geografis Awan Petir
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
18/56
Mekanisme elektrifikasi badai
petir
Teori elektrifikasi muatan masih
menjadi misteri yang harus
dipecahkan.
Sir John Mason mengidentifikasikan
bahwa elektrifikasi badai petir sebagai
satu dari tiga problem yang belum
sempurna untuk dipecahkan dalamilmu fisika awan
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
19/56
Mekanisme pembentukan badai
petir(Contd)
Mason + Moore & Vonnegut : Ketinggian awan harus > 3-4 km.
Semakin tinggi awan memproduksi lebihbanyak frekuensi terjadinya petir.
Walaupun petir dapat terjadi di warmclouds, proses elektrifikasi yang kuatdiobservasi hanya jika awan melebihifreezing level
Daerah elektrifikasi awanbadai hampirselalu berhubungan dengan ice &supercooled water
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
20/56
Mekanisme pembentukan badai
petir(Contd)
Mason + Moore & Vonnegut (contd): Elektrifikasi yang kuat terjadi ketika awan
memperlihatkan aktivitas konveksisecara cepat dan vertikal
Pembentukan muatan dan prosespemisahannya erat berhubungandengan proses pembentukan hujan
Sambaran pertama petir sering terjadi
sekitar 12-20 min setelah penampakanpartikel hujan. Durasi rata-rata pembentukan petir dari
satu awan badai sekitar 30 min
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
21/56
Mekanisme pembentukan badai
petir(Contd)Mason + Moore & Vonnegut (contd): Lokasi pusat muatan ditentukan oleh
temperatur, bukannya ketinggian awan.
Nilai muatan yang terkandung sekitar 20-30C
Tahap awan matang , medan elektrik sebesar400 kV/m dapat terjadi.
Penjelasan diatas menyimpulkan bahwaproses elektrifikasi terjadi pada kondisi esdiawan walaupun beberapa kali pernahterjadi pada suhu yang lebih hangat (>0C)
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
22/56
Mekanisme pembentukan badai
petir(Contd)
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
23/56
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
24/56
Mekanisme Induksi
Salah satu teori lama yang palingpopuler
Bergantung pada medan listrik vertikal
yang ada untuk menginduksikanmuatan polarisasi dalam partikel
Partikel yang lebih kecil dibawah
partikel yang lebih besar, partikeldengan muatan yang berlawanan
terpisah dan muatannya menaikkan
medan listrik
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
25/56
Mekanisme Induksi (Pict)
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
26/56
Mekanisme Induksi (Contd)
Elster&Geitel : tetes air yang jatuh danmenumbuk droplet dan terpolarisasi akibatadanya medan listrik vertikal.
Muller-Hillebrand : menghitung magnitudedari muatan terpisah ketika 2 partikelberinteraksi dalam medan listrik (denganparameter : radius,waktu kontak,titikpertemuan)
Jennings : mekanisme induksi droplet hanya
menghasilkan medan pecahan dari medanlistrik keseluruhan (antara air-air)
Latham&Mason : menjelaskan tentangkemungkinan transfer muatan induksi ketikakristal es memantul antar es-es
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
27/56
Mekanisme Induksi (Contd)
Aufdermaur&Johnson : menunjukkan bahwadroplet yang sangat dingin dapat mengeluarkanmuatan dari butir es dalam medan listrik radial.Pada medan listrik radial, butir es memilikiperbedaan potensial terkait dengan lingkungan
sehingga tumbukan sesaat disetiap titikdipermukaan memisahkan sejumlah muatanyang sama.
Gaskell : menemukan bahwa droplet beku yangmemantul dari butir es dalam medan listrik
memisahkan muatan yang tidak dapat dijelaskansecara sederhana dalam bentuk muatan induktif
Illingworth&Caranti : Konduktivitas es terlalurendah untuk transfer muatan lengkap olehproses induktif selama waktu kontak partikel es
(secara tipikal,
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
28/56
Mekanisme Induksi (Contd)
Kesimpulan mekanisme induksi :
- Proses transfer muatan dapat
dipahami
- Magnitude transfer muatan bisadihitung
- Model yang digunakan oleh masing-
masing peneliti berbeda-beda danjuga hasil yang didapatkan, sehingga
kesulitan untuk menggabungkan antar
hasil uji.
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
29/56
Mekanisme Konveksi
Pertama kali diteliti oleh Grenet, dilanjutkanoleh Vonnegut
Teorinya berdasarkan pergerakan partikel iondi atmosfir secara kuat ke arah atas didalam
awan badai dan dengan kompensasi iondiluar awan yang bergerak turun
Ion Positif yang dihasilkan oleh muatanditanah bergerak naik hingga ke permukaan
awan bagian atas. Kemudian menyebabkansedikit ion negatif menyisip di bagian atasdan banyak ion negatif bergerak turunkebawah untuk menghasilkan kembali ionpositif di tanah.
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
30/56
Mekanisme Konveksi (Pict)
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
31/56
Mekanisme Konveksi
Kesimpulan mekanisme konveksi :- Ada pertanyaan dari Chalmers bahwa ion negatif
seharusnya juga ikut terbawa bersamaan dengan ionpositif saat pergerakan keatas.
- Standler & Winn juga menunjukkan total point dischargecurrent terlalu kecil untuk menghasilkan petir.
- Wormell juga menunjukkan bahwa konsentrasi ion tidakcukup untuk meng generate ion berikut untuk siklusselanjutnya.
- Ada juga yang meragukan mengenai proses waktudimana point discharge tidak terjadi jika medan yang
menginduksi tanah tidak mencapai 800 V/m dan lebihjauh lagi, ion positif butuh waktu untuk mencapai bagianatas awan.
- Sehingga : Teori konveksi gagal untuk menjelaskanproses awal elektrifikasi awan badai petir.
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
32/56
Teori Selective Ion Capture
Diperkenalkan oleh Wilson Tetes hujan yang turun terpolarisasi
akibat adanya medan listrik vertikal ke
arah bawah. Menghasilkan muatan sisa yang
menentukan jenis muatan awan badaipetir
Wormell menyanggahnya bahwakonsentrasi ion di atmosfer tidakcukup untuk menyebabkan adanya
muatan sisa.
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
33/56
Teori Drop Breakup
Tetes air jatuh yang tidak bermuatan dalam medanlistrik vertikal kearah bawah akan terpolarisasi menjadiion positif di bawah hemisphere dan ion negatif diatashemisphere.
Jika tetes air yang jatuh tersebut pecah sepanjangequator, akan menghasilkan fragmen sebesar 0,3 nC
masing-masing droplet. Matthews dan Mason menunjukkan bahwa muatan
yang terpisah meningkatkan medan listrik dan fragmenyang lebih besar bermuatan positif. Merekaberkesimpulan bahwa muatan positif yang lebih kecilberada dalam titik engah awan badai.
Problem utama mengenai teori ini bahwa tetes air yangbesar tidak dapat pecah dengan mudah hanya jika haltersebut bersinggungan dengan tetes yang lain.Selanjutnya, tetes air jatuh tidak selalu pecah di equatorsehingga mengurangi jumlah muatan yang terpisah.
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
34/56
Teori Melting of Ice
Dinger&Gunn + Drake : Ketika esmencair, menghasilkan muatan positifnetto
Iribane + Mason : Muatan dipisahkanoleh gelembung udara kecil padabagian permukaan saat prosespeleburan es
Akan tetapi, polaritas dari muatanpositif dalam proses peleburan estidak dijelaskan yang membuat teoriini susah diterima oleh para ahli yanglain
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
35/56
Percobaan Pengembunan (Riming
Experiment)
Hipotesa Baker dkk mampu menjelaskantanda transfer muatan yang terjadi antara 2partikel es yang berinteraksi sehubungandengan laju pertumbuhan relatif tanpa adanyapengembunan.
Percobaan dilakukan pertama kali olehReynolds dkk memutar sebuah bola logamtertutup es melalui awan yang sangat dingin dankristal es dalam freezer yang dapat didinginkan
ke -25 C. Bola memperoleh: Muatan listrik negatif ketika kadar air awan tinggi
Muatan positif ketika kadar air awan rendah. Dalamkasus terakhir, tanda bisa dibalik untuk negatif
dengan memanaskan bola dengan lampu.
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
36/56
Percobaan Pengembunan (Riming
Experiment)
Takahashi memutarbatang berdiameter 3mmmelalui suatu tetesanawan yang sangat dingindan kristal es pada
kecepatan 9m/dtk,menunjukkan bahwa tandadan besar muatan yangdiperoleh di batangdipengaruhi olehtemperatur dan kadar airdi awan. Temperatur sekitar -10C
muatan di batang (+) disemua kadar air awan
Temperatur lebih rendah
muatan(+) pada kadar airtin i dan rendah ta i
Percobaan Pengembunan (Riming
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
37/56
Studi serupa dilakukan olehJayaratne, menunjukkanbahwa butir graupel mengikutiinteraksi kristal es:
Memberikan muatan positifpada temperatur dan kadar airtinggi di awan
Muatan negatif padatemperatur dan kadar air lebihrendah
Pada kadar air 1gr/m3perubahan tanda muatanterjadi di temperatur20C.
Gambar di samping jugamenjelaskan bahwatemperatur pembalikanmuatan akan tinggi pada kadarair rendah.
Kadar air 0.2g/m3 temperatur
pembalikan muatan 10C.
Percobaan Pengembunan (Riming
Experiment)
Muatan yang diperoleh dari kejadian
pemantulan kristal es dengan butir
graupel yang bergerak pada
kecepatan 3m/detik melalui mixedcloud.
Percobaan Pengembunan (Riming
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
38/56
Penelitian Jayaratne tersebut juga
digunakan untuk menjelaskan kehadiranstruktur muatan tripolar klasik di awan petir. Pada temperatur di atas temperatur pembalikan
tanda muatan graupel akan memiliki muatan
(+) dan kristal reboundakan membawa muatannegatif pada updraughts.
Di bagian atas awan, pada temperatur rendah kristal akan membawa muatan (+)
membentuk pusat muatan (+) di bagian atasawan.
Butiran yang jatuh membawa muatan (-) danditambah dengan kristal es dari bawah,membentuk pusat muatan (-) pada temperaturpembalikan tanda.
Percobaan Pengembunan (Riming
Experiment)
Percobaan Pengembunan (Riming
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
39/56
Baker dkkmengembangkan studi
Jayaratne sampai suhu -
35C perubahan tanda
terjadi pada suhu 18C Kadar air di awan = 0.3
gr/m3
Rata-rata ukuran kristal = 40m
Konsentrasi kristal = 50/ml
Kecepatan = 3m/detik
Percobaan Pengembunan (Riming
Experiment)
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
40/56
Pertumbuhan Rata-Rata Relatif dan
Lapisan Air (liquid like layer)
Percobaan charging kristal es/graupel,
Baker (1987)
menjelaskan muatan dengan tanda terbalik
dalam faktor pertumbuhan relatif rata-rata
partikel yang berinteraksi.
Target pengembunan :
menangkap butiran air yang sangat dingin
Butiran air juga bertambah akibat proses
diffusi dari penguapan lingkungan.
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
41/56
Pertumbuhan Rata-Rata Relatif dan
Lapisan Air (liquid like layer)
Kristal es kecil dalam awan yangtumbuh terjadi karena proses diffusi dari
penguapan lingkungan Waktu proses pembekuan butiran air
pada permukaan embun tergantungpada suhu; pada suhu yang rendah: pembekuan
butiran cepat, hanya ada sedikit uap yangterlepas
pada suhu yang lebih tinggi lebih banyakua terle as
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
42/56
Baker dan Dash (1989) : mencari mekanisme yang menyebabkan
bertambahnya tingkat pertumbuhan rata-ratamuatan yang berpindah
mendapatkan bahwa orientasi molekuldipermukaan menyebabkan kelebihan ion negatifdalam lapisan yang mengalami pencairan yangkacau pada permukaan es.
Muatan dipermukaan tergantung pada
pertumbuhan rata-rata;partikel yang tumbuh dengan cepat
mempunyai lapisan dengan permukaan yanglebih tipis
mempunyai lebih banyak muatan negatif saat
Pertumbuhan Rata-Rata Relatif dan
Lapisan Air (liquid like layer)
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
43/56
Potensial Kontak Charging
Caranti dan Illingworth pengembunanpada permukaan es mempunyai potentialyang lebih negatifdibandingkan denganpermukaan yang tidak mengalami
pengembunan. Potensial kontak menjadi lebih negatif dengan
menurunnya suhu hingga mencapai harga yangsebenarnya sekitar -400 mV pada suhu sekitar -20 0C.
Hipotesa mereka kristal es bertumbukandengan permukaan yang mengembunmenyebabkan charging negatif pada awankarena perbedaan potensial kontak antara kristaldan permukaan yang mengembun.
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
44/56
Caranti (1985) menemukan perubahanpada potential kontak berhubungandengan perubahan penguapan.
Avila dan Caranti (1991, 1992)
percobaan yang menggunakan butiranes yang berinteraksi dengan permukaanyang mengalami pengembunan mekanisme potensial kontak tidak dapat aktif
karena kedua permukaan yang berinteraksiyang mempunyai potensial kontak yangsama telah dibentuk akibat prosespembekuan yang cepat dari air yang sangatdingin.
Potensial Kontak Charging
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
45/56
Pengaruh ukuran droplet Percobaan Jayaratne and Saundersspektrum ukuran droplet
berperan penting dalam menentukan tanda muatan yang terpisah
selama tabrakan antara graupel dan kristal es (percobaan
dilakukan dengan rata-rata diameter droplet awan 10 m
diperbesar sampai 30 m). Jayaratne dan Saunders
mengulangi percobaan
menggunakan ukuran dropletlebih kecil ( diameter kurang dari
4m)
Diperoleh hasil, pada suhu 10C
graupel bermuatan (-).
Dengan spektrum ini, maka pengaruh
muatan-temperatur pembalikan muatanakan berubah dibandingkan dengan
menggunakan ukuran sebelumnya
Dari percobaan Avila dkk, menunjukkan hal yang berbeda.
Muatan graupel negatif pada semua temperatur jika ukuran spektrum droplet dibuat jauh
lebih besar dari 30 m
Pengaruh ukuran droplet
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
46/56
Droplet besarmemerlukan waktu lebih
lama untuk membeku
memberikan kristal waktu
lebih lama untuk
menemukan area
pertubuhan yang cepat di
permukaan graupel Efek ini dapat
memprediksi tanda
pengisian muatan graupel
dengan ukuran droplet
Pengaruh ukuran dropletTerhadap laju pertumbuhan relatif partikel (1)
Pengaruh ukuran droplet
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
47/56
Droplet dengan ukuran lebih besarlebih menyebar dan membekuseperti hemispheres;, sementaradroplet ukuran lebih kecil lebihterkonsentrasi dan membekuseperti spheres dan sering
membentuk struktur seperti rantai. Area pertemuan graupel dan
droplet meningkat seiring ukurandroplet droplet lebih besarmemberikan kondukti panas lebihbesar
Pada ambient temperatur sama,droplet lebih besar akan membuatpartikel graupel lebih hangat
Efek ini dapat memprediksi tandapengisian muatan graupel denganukuran droplet besar/kecil
Pengaruh ukuran dropletTerhadap laju pertumbuhan relatif partikel (2)
Schematic diagram showing the structure of rime formed by smalldroplets.
Pengaruh ukuran droplet
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
48/56
Pada jumlah yang sama, droplet ukuran kecil akanmenghasilkan area pertumbuhan lebih besar dipermukaan graupel. Pada temperatur dan laju pertambahan pengembunan
yang sama, kristal akan memiliki kesempatan lebihbesar untuk menemukan area pertumbuhan
Droplet ukuran besar mempunyai area permukaan lebihkecil dibandingkan droplet kecil pada massa yang sama.
Pada temperatur dan laju pertambahan pengembunanyang sama, droplet besar menyediakan uap kepermukaan graupel lebih sedikit.
Efek ini dapat memprediksi tanda pengisian muatangraupel (-)/(+)dengan ukuran droplet besar/kecil
Pengaruh ukuran dropletTerhadap laju pertumbuhan relatif partikel (3-4)
Pengaruh ukuran droplet
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
49/56
Efek ukuran droplet awan terhadap lajupertumbuhan kristal es (lebih kecil, lebih cepat): Laju pertumbuhan kristalmeningkat jika droplet
lebih banyak
Pada kadar air yang sama, flux penguapan lebih
besar pada droplet kecil (karena mempunyai arealebih besar)
Pertumbuhan kristallebih cepat di awan dengandroplet kecil
Laju pertambahan embun sama
(droplet kecil memiliki efisiensi tabrakan lebih kecil)
Pertumbuhan kristal yang lebih cepatmemberikan muatan lebih (-) berdasarkanhipotesa laju pertumbuhan relatif
Pengaruh ukuran dropletTerhadap laju pertumbuhan relatif partikel (5)
P h Ch i l I iti
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
50/56
Kotoran kimia mempunyaiefek yang besar pada tandatransfer muatan saattabrakan antar es: NaCl pada embun graupel
bermuatan (-)
Garam amonium graupelbermuatan (+)
Investigasi Jayaratne dkk : Besarnya pengisian
meningkat tajam seiringpenurunan temperatur.
Saat ini, belum adapenjelasan yang masukakal tentang perbedaanpengisian muatan tersebut
Pengaruh Chemical Impurities
Pengisian muatan setiap tabrakan kristal sebagai fungsi
temperatur. Awam mengandung cairan asam sulfat dan
NaCl
P h Ch i l I iti
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
51/56
Mobilitas ion di air dan es
berbeda-beda. Contoh: ion Cl- lebih mudah
berdifusi ke es dibandingkan ion
Na+.
Sehingga pemukaan es yangterkontaminasi NaCl, akan bermuatan
(+) di sekitar lapisan kuasi-cair.
Hal ini berdampak kristal es akan
menghilangkan muatan (+) pada
lapisan ini sehingga graupel bermuatan(-)
Demikian juga dengan ion NH4+
yang bergabung di dalam es
memberikan muatan positif selama
interaksi kristal es.
Pengaruh Chemical Impurities
P h Ch i l I iti
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
52/56
Pengaruh chemical impurities dalam menentukan tandadan besar muatan yang terpisah saat terjadi tabrakanantar partikel es : masih merupakan suatu misteri
belum dapat dijelaskan dengan suatu hipotesa.
Sangat masuk akal apabila membayangkan badai petirdi beberapa lokasi geografis yang berbeda akanmengandung inti kondensasi awan berupa macam-macam zat kimia, seperti kelebihan garam di awandaerah pantai dan maupun laut.
Badai petir di seluruh dunia menunjukkan struktur
muatan yang mirip. Pertanyaan-pertanyaan ini menimbulkan kesulitan
besar untuk menjelaskan elektrifikasi badai dalam halmekanisme pengisian es-es non-konduktif.
Pengaruh Chemical Impurities
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
53/56
Efek-Efek Medan Listrik Thunderstorm
Medan listrik yang berkembang dalamthunderstorm (hujan angin disertai petirdan guruh) mencapai orde 100 kV/m Medan ini cukup tinggi untuk mempengaruhi
perilaku awan dan partikel-partikel endapan(precipitation particles).
Richards dan Dawson (1971) menaikkantetes air pada terowongan angin (windtunnel) dan menerapkan medan listrik
vertikal yang menyebabkan distorsitetesan. Untuk tetes radius 3mm, medan kritis sekitar
900 kV/m.
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
54/56
Griffith dan Latham (1972) menunjukkanbahwa pada level tekanan 500-mbar, medankritis turun menjadi 550 kV/m.
Medan kritis paling rendah dicatat oleh Crabb
dan Latham (1974), yang menumbukanpasangan tetes air radius 2,7 mm dan 0,65mm dengan kecepatan relatif 5,8 m/s.
Mendeteksi corona pada medan sampaiserendah 250 kV/mmenunjukkan bahwainteraksi partikel dapat memulai petir.
Medan listrik pada thunderstorm dapatmengubah kecepatan jatuh partikel-partikelbermuatan
Efek-Efek Medan Listrik Thunderstorm
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
55/56
Penutup
Masih ada masalah-masalahmengenai elektrifikasi thunderstormyang belum terungkap, misalnya: Apakah jelas bahwa materi permukaan,
yang bisa mengangkut muatan, dialihkanselama proses kontak?
Masalah lain yang perlu dijelaskanadalah pengamatan Curran dan Rust(1992) bahwa thunderstorm pengendapanrendah menghasilkan pukulan petir positifke tanah (ground).
7/29/2019 Bab 3 Elektrifikasi Badai Petir_FINAL
56/56
Usaha Yang Dilakukan
Eksperimen untuk simulasi situasi awal riilsedekat mungkinpenting untuk mengisiinformasi dari studi-studi lapangan.
Penggunaan model-model numerik, misalnya,Dye et. al. (1986), Lantham dan Dye (1989), dan
Norville et. al (1991) menggunakan awanCCOPE yang diteliti secara cermat di Montanauntuk menguji elektrifikasi melalui cara tumbukankristal/graupel dengan model satu-dimensi.
Helsdon dan Farley (1987) menggunakan awan
yang sama dalam model dinamis tiga-dimensiyang meliputi pemuatan dengan banyak proses.
Studi-studi dengan radar Doppler pesawat danbalon selanjutnya dibutuhkan, bersama denganteknik penginderaan jarak jauh berbasis-ground .