PROSES TERJADINYA MUATAN LISTRIK PADA AWAN CUMULONIMBUS

Awan Cumulonimbus (Cb) adalah sebuah awan vertikal menjulang (keluarga D2) yang sangat tinggi, padat, dan terlibat dalam badai petir dan cuaca dingin lainnya. Cumulonimbus berasal dari bahasa Latin, "cumulus" berarti terakumulasi dan "nimbus" berarti hujan. Awan ini terbentuk sebagai hasil dari ketidakstabilan atmosfer. Awan-awan kecil (kumulus) berarak menuju daerah pertemuan di dekat cakrawala, di mana kita bisa melihat sebuah awan cumulonimbus yang besar (Clouds and Storms, Ludlam, plate 7.4.)

(A) Awan-awan kecil yang terpisah-pisah. (B) Ketika awan-awan kecil ini bergabung bersama, dorongan ke atas pada bagian tengah awan yang lebih besar semakin meningkat sehingga, awan ini tumbuh ke atas. Butiran air diberikan tanda bintik-bintik hitam. (The Atmosphere, Anthes and others, hal. 269.)

 

 Awan cumulonimbus. Setelah ditumpuk ke atas, air hujan turun darinya.(Weather and Climate, Bodin, hal. 123.)

Salah satu awan pembawa hujan adalah awam CUMULONIMBUS. Ahli cuaca telah mempelajari pembentukan jenis awan ini dan bagaimana ia menghasilkan hujan, es, serta petir. Mereka menemukan bahwa awan cumulonimbus melewati urutan berikut ini untuk menghasilkan hujan:

1.         Awan didorong oleh angin: Awan cumulonimbus mulai terbentuk ketika angin mendorong beberapa awan kecil (awan cumulus) ke daerah tempat berkumpulnya awan-awan ini.

2.         Penyatuan: Kemudian awan-awan kecil ini bergabung, menyatu dan membentuk awan yang lebih besar.

3.         Penumpukan: Ketika awan-awan kecil ini bersatu, dorongan ke atas pada bagian dalam awan yang semakin besar ini meningkat. Dorongan ke atas pada bagian tengah awan lebih kuat dibandingkan dengan pada bagian pinggir. Alhasil tubuh awan ini tumbuh semakin besar secara vertikal, sehingga seolah-olah awan ini ditumpuk-tumpuk. Pertumbuhan ke atas ini menjadikan tubuh awan mencapai daerah yang lebih dingin pada lapisan atmosfer atas. Di sanalah tetesan-tetesan air dan butiran es terbentuk dan mulai tumbuh semakin besar. Ketika butiran air dan es ini telah lebih besar dan berat dibandingkan dengan dorongan ke atas yang menyangga mereka, jatuhlah air dan es ini sebagai gerimis, hujan ataupun hujan es.

·           Pengosongan Muatan Listrik

Timbulnya petir akibat loncatan muatan listrik statis di ionosfir. Loncatan muatan listrik terjadi pada saat muatan listrik bergerak secara bersama-sama. Kejadian ini disebut pengosongan listrik statis. Dari mana asal muatan listrik di ionosfir? Kalau pada lapisan ionosfir tidak terdapat awan, mungkinkah petir itu terjadi?

Ionosfer / Ionosfir Ketebalannya ionosfer : 50 – 100 km Adalah lapisan yang bersifat memantulkan gelombang radio. Karena ada penyerapan radiasi dan sinar ultra violet maka menyebabkan timbul lapisan bermuatan listrik yang suhunya menjadi tinggi. Tidak, karena petir itu terjadi karena adanya awan bermuatan. dan ketika awan yang bermuatan itu melepaskan muatannya maka akan terjadi petir.

Muatan listrik dapat hilang dengan pengosongan. Pengosongan terjadi apabila tersedia suatu jalan bagi elektron-elektron untuk mengalir dari suatu benda bermuatan ke benda lain. Perpindahan muatan listrik statis dari satu benda ke benda lain disebut penetralan atau pengosongan muatan statis. Pengosongan itu lazim juga disebut pentanahan, karena muatan itu sering dikosongkan dengan cara menyalurkan ke tanah. Pengosongan muatan statis di udara dapat terjadi sangat besar sehingga menimbulkan suara dahsyat yang kita sebut guntur. Prosesterjadinya petir dapat dijelaskan pada Gambar 11a, 11b dan 11c.

    

Proses Pembentukan Awan Banyaknya uap air yang terkandung dalam sejumlah massa udara dikenal dengan kelembapan. Jika tingkat kelembapan relatif telah mencapai 100%, massa udara akan mencapai titik jenuh sehingga dapat terjadi proses kondensasi (pengembunan), di mana uap air akan berubah kembali menjadi titik-titik air di atmosfer.

Ada kalanya pada saat kelembaban udara mencapai titik jenuh (100%), suhu udara sudah sangat rendah sampai berada di bawah titik beku sehingga uap air tidak lagi mengalami proses kondensasi. Uap air mengalami terjadi sublimasi dimana uap air berubah menjadi bentuk kristal-kristal es. Kumpulan titik-titik air atau dalam bentuk kristal-kristal es tersebut di atmosfer disebut awan.

Proses pembentukan awan bermuatan di awali dengan adanya aliran udara naik kelapisan atmosfer, aliran udara naik karena perrbedaan tekanan yang diakibatkan oleh panas dari sinar matahari dan juga pengaruh angin yang membawa uap air dengan kandungan partikel-partikel bebas. Karena semakin tinggi dari permukaann tanah temperature udara semakin dingin, maka uap air dan pertikel bebas tersebut berubah menjadi Kristal es.

Karena adanya angin kristal-kristal es tersebut saling bergesekan dan bertabrakkan. Ketika tabrakkan dan gesekan tersebut berlangsung, akan ada proses perpindahan muatan-muatan listrik yang ada didalam kristal-kristal es tersebut, sehingga muatan kristal-kristal es tersebut tidak netral lagi, bisa bermuatan positif atau bermuatan negatif. Kristal es tersebut memiliki massa atau berat yang berbeda-beda, ada yang lebih ringan ada yang berat. Kristal es yang lebih berat kemudian akan bermuatan negatif dan kristal es yang lebih ringan akan bermuatan positif. Pada bagian bawah awan akan lebih bermuatan negatif dibandingkan dengan bagian atas awan, karena kristal es yang lebih berat akan berkumpul dibagian bawah awan dan yang lebih ringan berkumpul dibagian atas awan karena perbedaan gaya gravitasi. Karena muatan negatif awan berada dibawah, sehingga permukaan bumi bermuatan lebih positif, karena muatan negatif bumi ditolak oleh muatan negatif awan.

·           Proses Pembentukan Muatan Listrik Pada Awan Cumulonimbus

1)        Proses Awan Yang Dibawa Oleh Angin : Awan cumulonimbus terbentuk ketika angin membawa beberapa awan kecil (awan cumulus) ke daerah tempat berkumpulnya awan-awan ini.

2)        Proses Penyatuan Awan-Awan Kecil : Proses ini ketikan Awan-Awan kecil yang dibawa oleh angin bersatu dan menjadi awan yang lebih besar.

3)        Proses Penumpukan Awan : Ketika awan-awan kecil ini bersatu, dorongan ke atas pada bagian dalam awan yang semakin besar ini meningkat. Dorongan ke atas pada bagian tengah awan lebih kuat dibandingkan dengan pada bagian pinggir. Hasilnya tubuh awan ini tumbuh semakin besar secara vertikal, sehingga seolah-olah awan ini ditumpuk-tumpuk. Pertumbuhan ke atas ini menjadikan tubuh awan mencapai daerah yang lebih dingin pada lapisan atmosfer atas. Di sanalah tetesan-tetesan air dan butiran es terbentuk dan mulai tumbuh semakin besar. Ketika butiran air dan es ini telah lebih besar dan berat dibandingkan dengan dorongan ke atas yang menyangga mereka, jatuhlah air dan es ini sebagai gerimis, hujan ataupun hujan es. Secara Umum Awan Cumulonimbus terdiri dari tetes-tetes air pada bagian bawah awan dan tetes-tetes salju atau kristal-kristal es pada bagian atas awan. Terdapat updraft(udara yang bergerak keatas) dan downdraft(udara yang bergerak kebawah) sehingga memungkinkan terjadi sirkulasi. Gesekan partikel awan di dalamnya dapat menimbulkan muatan listrik. Sehingga awan cumulonimbus dapat mengakibatkan timbulnya kilat (lightining) dan guntur (thundestorm), hujan lebat, angin kencang, bahkan bisa menimbulkan hujan es.

Gambar 1. Proses Pembentukan Awan

 Gambar 2. Proses Pembentukan Awan Cumulonimbus

PERBEDAAN AWAN CERAH DAN AWAN MENDUNG

Cuaca adalah keadaan udara pada satu tempat tertentu dalam jangka waktu terbatas. Kondisi cuaca selalu berubah setiap saat. Udara pagi hari terasa sejuk dan dingin. Semakin siang udara terasa panas dan gerah. Demikian juga dengan keadaan cuaca. Cuaca pagi hari belum tentu sama dengan siang hari. Cuaca di setiap tempat dapat berbeda. Misalnya pagi hari cuaca di sekolahmu mendung. Akan tetapi cuaca di rumahmu cerah. Kondisi cuaca bermacam-macam. Antara lain cerah, berawan, panas, dingin dan hujan.

1.        Cuaca Cerah

Cuaca cerah terjadi saat langit tidak berawan. Cahaya matahari bersinar terang. Tidak ada awan yang menghalangi sinar matahari. Kita dapat melakukan berbagai kegiatan saat cuaca cerah. Contohnya berolahraga di lapangan, bermain, dan berjalan-jalan.

2.        Cuaca Berawan

Cuaca berawan terjadi saat langit diliputi awan. Cahaya matahari terhalangi oleh awan. Keadaan langit menjadi gelap. Keadaan ini biasa disebut mendung. Awan hitam di langit merupakan pertanda akan turun hujan.

3.        Cuaca Hujan

Hujan terjadi saat titik-titik air turun dari langit. Sebelum atau selama hujan turun biasanya disertai kilat dan guntur. Jangan bermain di luar rumah saat hujan turun. Anakanak bisa terkena pilek. Atau bisa tersambar petir.

4.        Cuaca Panas dan Cuaca Dingin

Sinar matahari menyinari bumi. Sinar matahari memengaruhi kondisi cuaca di suatu tempat. Ada tempat yang menerima sinar matahari penuh. Keadaan ini membuat daerah tersebut bersuhu tinggi. Daerah tersebut memiliki cuaca panas. Ketinggian suatu tempat juga memengaruhi keadaan cuaca. Cuaca daerah pegunungan lebih dingin daripada dataran rendah. Daerah perkotaan dan pantai merupakan dataran rendah.

Awan terbentuk dari air di permukaan bumi yang menguap. Uap air yang berasal dari laut, danau, sungai, dan semua yang mengandung air itu naik ke atas dan ke atas. Karena di atas sana tekanan udara lebih rendah, maka temperatur pun lebih rendah. Akibatnya uap-uap air itu pun mengalami kondensasi (pengembunan), membentuk titik-titik dan kristal air. Kumpulan titik-titik air inilah yang oleh kita terlihat sebagai awan putih.

Awan mendung letaknya lebih dekat dengan bumi, sehingga kepadatannya (densitas) bertambah. Karena lebih tebal inilah maka dari bawah terlihat lebih gelap. Tidak heran jika semakin gelap mendung terlihat, itu menandakan semakin lebat hujan yang akan turun. Ya, tentu karena mendungnya lebih tebal (lebih banyak air yang akan dijatuhkan).

RANCANGAN SISTEM YANG DIPASANG PADA PESAWAT UNTUK MENGHADAPI AWAN CUMULONIMBUS

Rancangan yang akan di pasang pada pesawat untuk menghadapi awan cumulonimbus adalah system listrik yang akan menstabilkan muatan listrik yang terjadi akibat awan cumulonimbus.

Sistem listrik pesawat udara adalah untuk menghasilkan, mengatur dan mendistribusikan daya listrik seluruh pesawat. Sistem tenaga listrik pesawat udara yang digunakan untuk mengoperasikan (a) pesawat instrumen penerbangan, (b) sistem penting seperti anti-icing dll dan (c) layanan penumpang. Daya penting adalah kekuatan bahwa pesawat harus dapat melanjutkan operasi yang aman. Penumpang jasa listrik adalah kekuatan yang digunakan untuk penerangan kabin, pengoperasian sistem hiburan dan persiapan makanan. Ada beberapa sumber daya yang berbeda pada pesawat untuk daya sistem listrik pesawat. Sumber-sumber daya meliputi: mesin generator didorong AC, unit daya tambahan (APU), daya eksternal dan udara ram turbin. Pesawat komponen listrik beroperasi pada tegangan yang berbeda baik AC dan DC. Namun, sebagian besar sistem pesawat menggunakan 115 volt (V) AC pada 400 hertz (Hz) atau 28 volt DC. 26 volt AC juga digunakan dalam beberapa pesawat untuk tujuan pencahayaan. DC listrik umumnya disediakan oleh "self-menarik" generator yang mengandung elektromagnetik, di mana daya yang dihasilkan oleh komutator yang mengatur tegangan output dari 28 volt DC. Listrik AC, biasanya pada tegangan 115 V fase, yang dihasilkan oleh alternator, umumnya dalam sistem tiga-fase dan pada frekuensi 400 Hz.