Keberpancaran

Keberpancaran (; Inggeris: emissivity) permukaan sesuatu bahan ialah keberkesanannya dalam memancarkan tenaga sebagai sinaran terma. Sinaran terma ialah sinaran elektromagnet yang lazimnya merangkumi sinaran nampak (cahaya) dan sinaran inframerah, yang tidak boleh dilihat oleh mata manusia. Sebahagian daripada sinaran haba daripada objek yang sangat panas (lihat gambar) mudah dilihat oleh mata.

Keberpancaran permukaan bergantung kepada komposisi kimia dan struktur geometrinya. Secara kuantitatif, ia adalah nisbah sinaran terma dari permukaan kepada sinaran dari permukaan hitam yang unggul pada suhu yang sama seperti yang diberikan oleh hukum Stefan-Boltzmann. Nisbah berbeza dari 0 hingga 1. Permukaan jasad hitam sempurna (dengan keberpancaran 1) memancarkan sinaran haba pada kadar kira-kira 448 watt setiap meter persegi pada suhu bilik (, ). Semua objek sebenar mempunyai emisiviti kurang daripada 1.0, dan memancarkan sinaran pada kadar yang lebih rendah.

Takrifan matematik

Keberpancaran hemisfera 
Keberpancaran hemisfera permukaan, dilambangkan ε, ditakrifkan sebagai 

 

dengan

 Me ialah keluaran sinaran permukaan itu;
 Me° ialah keluaran sinaran suatu jasad hitam pada suhu yang sama dengan permukaan itu.

Keberpancaran hemisfera spektrum 
Keberpancaran hemisfera spektrum dalam frekuensi dan keberpancaran hemisfera spektrum dalam panjang gelombang permukaan, masing-masing dilambangkan εν dan ελ, ditakrifkan sebagai

 

dengan

 Me,ν ialah keluaran sinaran spektrum dalam kekerapan permukaan itu;
 Me,ν° ialah keluaran sinaran spektrum dalam kekerapan jasad hitam pada suhu yang sama dengan permukaan itu;
 Me,λ ialah keluaran sinaran spektrum dalam panjang gelombang permukaan itu;
 Me,λ° ialah keluaran sinaran spektrum dalam panjang gelombang jasad hitam pada suhu yang sama dengan permukaan itu.

Keberpancaran arah 
Keberpancaran arah satu-satu permukaan, dilambangkan εΩ, ditakrifkan sebagai

 

dengan

 Le,Ω ialah sinaran permukaan itu;
 Le,Ω° ialah sinaran jasad hitam pada suhu yang sama dengan permukaan itu.

Keberpancaran arah spektrum 
Keberpancaran arah spektrum dalam frekuensi dan keberpancaran arah spektrum dalam panjang gelombang permukaan, masing-masing dilambangkan εν,Ω dan ελ,Ω, ditakrifkan sebagai

 

dengan

 Le,Ω,ν ialah sinaran spektrum dalam kekerapan permukaan itu;
 Le,Ω,ν° ialah sinaran spektrum dalam kekerapan jasad hitam pada suhu yang sama dengan permukaan itu;
 Le,Ω,λ ialah sinaran spektrum dalam panjang gelombang permukaan itu;
 Le,Ω,λ° ialah sinaran spektrum dalam panjang gelombang jasad hitam pada suhu yang sama dengan permukaan itu.

Catatan:

 Keberpancaran ini adalah jumlah keberpancaran hemisfera dari permukaan.
 Nilai keberpancaran digunakan untuk bahan yang tebal secara optikal. Ini bermakna bahawa penyerapan pada panjang gelombang biasa sinaran haba tidak bergantung pada ketebalan bahan. Bahan yang sangat nipis memancarkan sinaran haba kurang daripada bahan yang lebih tebal.
 Kebanyakan keberpancaran dalam carta di atas direkodkan pada suhu bilik (300 K).

Keberpancaran planet Bumi 

Keberpancaran planet atau jasad astronomi lain ditentukan oleh komposisi dan struktur kulit luarnya. Dalam konteks ini, "kulit" planet secara amnya merangkumi kedua-dua atmosfera separa lutsinar dan permukaan bukan gasnya. Pancaran sinaran yang terhasil ke angkasa biasanya berfungsi sebagai mekanisme penyejukan utama untuk badan terpencil ini. Keseimbangan antara semua sumber tenaga masuk dan dalaman lain berbanding aliran keluar mengawal suhu planet. 

Untuk Bumi, suhu kulit keseimbangan berjulat berhampiran takat beku air (260K±50K). Oleh itu, pelepasan yang paling bertenaga adalah dalam jalur yang merangkumi kira-kira 4-50 μm seperti yang dikawal oleh hukum Planck. Keberpancaran untuk atmosfera dan komponen permukaan sering dikira secara berasingan, dan disahkan terhadap pemerhatian berasaskan satelit dan bumian serta pengukuran makmal. Keberpancaran ini berfungsi sebagai parameter input dalam beberapa model meteorologi dan klimatologi.

Keberpancaran permukaan bumi (εs) telah disimpulkan dengan instrumen berasaskan satelit dengan memerhatikan secara langsung pelepasan haba permukaan pada nadir melalui tingkap atmosfera yang kurang terhalang merentangi 8-13 μm. Nilai berjulat kira-kira εs =0.65-0.99, dengan nilai terendah biasanya terhad kepada kawasan padang pasir yang paling tandus. Keberpancaran kebanyakan kawasan permukaan melebihi 0.9 disebabkan oleh pengaruh dominan air; termasuk lautan, tumbuh-tumbuhan darat dan salji/ais. Anggaran purata global untuk keberpancaran hemisfera permukaan bumi adalah sekitar εs =0.95.

Air juga mendominasi keberpancaran dan penyerapan atmosfera planet dalam bentuk wap air. Awan, karbon dioksida dan komponen lain memberikan sumbangan tambahan yang besar, terutamanya apabila terdapat jurang dalam spektrum penyerapan wap air. Nitrogen () dan oksigen () - komponen atmosfera utama - berinteraksi kurang ketara dengan sinaran haba dalam jalur inframerah. Pengukuran langsung pembebasan atmosfera Bumi (εa) adalah lebih mencabar berbanding permukaan tanah disebabkan sebahagiannya oleh struktur atmosfera yang berbilang lapisan dan lebih dinamik.

Sejarah 
Konsep keberpancaran dan penyerapan, sebagai sifat jirim dan sinaran, muncul pada akhir abad kelapan belas hingga pertengahan abad kesembilan belas tulisan Pierre Prévost, John Leslie, Balfour Stewart dan lain-lain. Pada tahun 1860, Gustav Kirchhoff menerbitkan huraian matematik tentang hubungan mereka di bawah keadaan keseimbangan terma (iaitu Hukum Kirchoff bagi sinaran haba). Menjelang 1884 kuasa pancaran benda hitam sempurna telah disimpulkan oleh Josef Stefan menggunakan ukuran eksperimen John Tyndall, dan diperolehi oleh Ludwig Boltzmann daripada prinsip statistik asas. Keberpancaran, yang ditakrifkan sebagai faktor perkadaran selanjutnya kepada hukum Stefan-Boltzmann, dengan itu tersirat dan digunakan dalam penilaian seterusnya kelakuan sinaran jasad kelabu. Sebagai contoh, Svante Arrhenius menggunakan perkembangan teori yang lebih terkini untuk penyiasatannya pada tahun 1896 tentang suhu permukaan Bumi seperti yang dikira daripada keseimbangan sinaran planet dengan semua ruang. Menjelang 1900 Max Planck secara empirik memperoleh hukum am sinaran jasad hitam, dengan itu menjelaskan konsep emisitiviti dan penyerapan pada panjang gelombang individu.

Lihat juga 

 Albedo
 Sinaran jasad hitam
 Penyejukan sinaran siang hari pasif
 Penghalang sinaran
 Kepantulan
 Persamaan Sakuma–Hattori
 Hukum Stefan–Boltzmann
 Faktor pandangan
 Hukum sesaran Wien

Rujukan

Bacaan lanjut 

  An open community-focused website & directory with resources related to spectral emissivity and emittance. On this site, the focus is on available data, references and links to resources related to spectral emissivity as it is measured & used in thermal radiation thermometry and thermography (thermal imaging).
  Resources, Tools and Basic Information for Engineering and Design of Technical Applications. This site offers an extensive list of other material not covered above.
Pemindahan haba
Kuantiti fizik
Radiometri