Magnetometer. • Medan magnet bumi mempunyai arah utara-selatan dan besarnya 45000 gama ( 1 gama = 1 nano Tesla), untuk posisi di katulistiwa. Medan ini disebut juga dengan medan normal. • Keberadaan mineral logam yang mengandung bahan feromagnetik, menyebabkan timbulnya medan magnet induksi oleh mineral feromagnetik, sehingga harga medan magnet menyimpang dari medan normal, medan ini disebut medan magnet anomali. • Survei magnetik mengukur medan magnet anomali untuk mengetahui penyebaran mineral feromagnetik, misalnya besi (Fe.).
Medan magnet bumi, 1. 2. 3.
Medan utama magnet bumi, sumber dari bumi sebagai magnet, tidak berubah terhadap waktu. Medan dari pengaruh luar bumi, pengaruh dari aktivitas di matahari, badai magnetik, variasi harian medan magnet. Medan lokal, pengaruh medan lokal akibat adanya mineral feromagnetik pada kerak bumi. Utara geografik D
Utara magnetik
I Timur
Alat ukur medan magnet bumi (1). •
“vertical balance” mengukur komponen medan magnet vertikal menggunakan magnet jarum.
h
m0
mgd Z ( H ) M
2ℓ
M
d
ө
m0
m Z
M 2 m0 l
Alat ukur medan magnet bumi (2). •
Proton Precession Magnetometer (PPM), sensor alat ini terdiri dari bahan yang banyak mengandung hidrogen (inti atom higrogen adalah proton), misalnya kerosen. Bahan kerosen dimasukkan ke dalam tempat yang terbuat dari bahan bukan logam (misalnya tabung PVC) yang dililiti dengan kawat (kumparan). Proton dalam bahan mempunyai momen magnetik yang arahnya random, bila pada kumparan dilewatkan arus listrik, maka momen magnetik proton akan terarah sesuai arah medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Bila arus listrik diputus, maka arah momen magnetik proton akan kembali kearah semula sambil berpresesi. Presesi proton ini menimbulkan ggl induksi pada kumparan, frekensi presesi proton tergantung pada medan magnet luar ( H ) yang mempengaruhi, jadi dengan mengukur frekuensi ggl induksi sama dengan mengukur intensitas medan magnet H (total).
PPM •
Sketsa lat PPM.
kerosen
+12 V s
a b
penguat
frekuensi counter
kumparan
sensor PPM
p
pH frekuensi presesi
2f H p
gyromagnetic ratio dari proton Untuk medan luar H=0,5 Oersted, frekuensi presesi = 2130 Hz.
PPM, perhitungan •
Bila volume cairan sensor adalah V, maka medan polarisasi Hp akan menimbulkan momen magnetik total :
M k nVH p k n 3 10 10 emu / cm 2
M 1.5 10 5
,adalah suseptibilitas nuklir
H p 100.Oersted
V 500.cm
M (t ) Me t /
3
Vo 2 fNA . 4 M 10 fillingfac tor , 0.01 0.05
8
volt
A 50cm 2
N 1000
Diperoleh tegangan keluaran Vo=10 μV, untuk f = 2000 Hz.
Flux-gate magnetometer. •
• •
•
•
Flux-gate magnetometer, mengukur komponen medan magnet, bila sensor dipasang vertikal, maka komponen medan magnet vertikal yang terukur. Sensor terdiri dari inti (logam) yang mudah jenuh karena pengaruh medan magnet luar, biasanya digunakan “mu-metal”. Dua buah inti logam dililiti kawat dengan arah lilitan berlawanan (kumparan primer), kedua inti tersebut dipasang sejajar, kemudian keduanya dililiti lagi dengan kawat sebagai kumparan sekunder. Kumparan primer dialiri arus bolak-balik (Ep), maka bila medan magnet luar sama dengan nol, maka keluaran pada kumparan sekunder (Es),sama dengan nol, karena induksi dari kumparan primer saling menghilangkan. Bila medan magnet luar tidak nol, maka inti menjadi jenuh, sehingga induksi total dari kumparan primer tidak sama dengan nol, mengakibatkan keluaran pada kumparan sekunder tidak sama dengan nol.
Logam mu-metal •
•
Logam pada umumnya mempunyai sifat mudah terinduksi menjadi magnet karena pengaruh medan magnet luar, kurva hubujngan antara B dan H disebut kurva hysterisis. mu-metal adalah logam yang medan B didalamnya mudah menjadi jenuh karena pengaruh medan luar. B
B
jenuh
H
Kurve hysterisis Logam biasa
H
Logam mu-metal B jenuh karena pengaruh H
Flux-gate magnetometer. •
Sensor flux-gate magnetometer
1
Ep
2
Es
H
Flux-gate magnetometer. •
Sensor flux-gate magnetometer
1
H=0 B
B1
B2 B1+B2=0
Ep
2
Es
B
H≠0
B B1+B2≠0
H untuk H≠0, maka B1+B2≠0 sehingga ggl induksi Es≠0, harga Es sebanding dengan H.
Magnetometer “optical pump” • •
•
•
•
“optical pump” adalah metode mengarahkan spin dari elektron pada salah satu Zeeman level energi pada ground-state. Atom mempunyai tiga level energi, yaitu A1, A2 dan B. Beda energi pada A1 dan A2 hanya kecil, disebabkan karena orientasi spin elektron yang tidak sama. B mempunyai level yang lebih tinggi dibanding dengan A1 dan A2. Bila atom dikenai cahaya dari lampu (misalnya Rubidium), maka atom dengan energi level A1 akan meloncat ke B, dan kembali ke level yang rendah yaitu A2, sehingga dalam proses ini energi dari lampu akan terserap sehingga cahaya yang tertangkap pada photocell hanya sedikit. Bila semua energi atom sudah pada level A2, maka tidak ada absorbsi energi oleh atom, sehingga banyak cahaya yang diterima pada photo-cell, kondisi ini dikatakan “complete-pumping”. Pengaruh gelombang elektro magnetik membuat orientasi spin tidak terarah lagi, sehingga banyak energi cahaya yang terserap.
Magnetometer “optical pump” (2) •
•
Untuk membuat magnetometer dipilih atom yang memiliki sub-level energi yang sesuai. Atom-atom yang memenuhi syarat ini adalah Cesium, Rubidium, Natrium, dan Helium. Pada saat perubahan energi level spin elektron akan berubah paralel atau anti paralel, sambil berpresesi, frekuensi presesinya dideteksi oleh photo-cell berdasarkan jumlah energi dari cahaya yang diserap. Frekuensi presesi dari elektron, disebut frekuensi Larmour, besarnya tergantung pada medan magnet luar.
2 f H g
H : medan magnet f : frekuensi presesi g : gyromagnetic ratio dari elektron
Magnetometer lain, •
CESIUM Magnetometer, polarisator
photocell
Lampu
amp. Lensa.
RF H
Frekuensi = konstan x Medan magnet f(proton) = 0,0425758 x H (gama) f(rubidium) = 4,667370 x H f(cesium) = 3,498577 x H.
Proses “optical pumping”
1. 2. 3.
Pada saat orientasi spin acak, energi terserap, cahaya minimum. Pada saat “completed pumping”, energi tidak terserap, cahaya maksimum. Pada saat dipengaruhi medan EM, energi terserap, cahaya minimum.
Proses terjadinya presesi elektron.
•
Besarnya arus listrik yang ditangkap oleh photo cell, menggambarkan saat presesi elektron paralel atau antiparalel terhadap medan magnet luar, jadi menggambarkan satu cycle frekuensi presesi, jadi dengan mengukur frekuensi arus listrik pada photo cell maka medan magnet luar dapat dihitung.
Survei magnetik •
Medan magnet yang terukur di suatu tempat merupakan superposisi medan magnet dari beberapa sumber, H (terukur) = H (normal) + H (anomali) + H (luar).
•
•
•
H (luar) berasal dari pengaruh medan magnet karena posisi matahari terhadap bumi, polanya berubah dengan periode satu hari disebut dengan variasi harian ( “diurnal variation”). H (luar) juga dapat berasal dari medan magnet yang ditimbulkan oleh adanya kegiatan ekstra dipermukaan matahari, disebut dengan badai magnetik (“magnetic storm”). Medan dari lujar tersebut dapat dikoreksi dengan memasang dua buah magnetometer, satu merekam H di “base-camp” dan satu lagi untuk mengukur H di lapangan.
Pengukuran RESISTIVITAS batuan. • •
• • •
Resistivitas adalah kemampuan suatu bahan atau medium menghambat arus listrik. Pengukuran resistivitas batuan merupakan metode AKTIF, yaitu pengukuran dengan memberikan arus listrik ( I ) melalui elektroda arus dan mengukur beda potensial ΔV pada elektroda potensial. Sesuai dengan hukum OHM, maka harga resistivitas dapat dihitung dari perhitungan R sama dengan ΔV dibagi dengan I. Syarat untuk memperoleh harga ukur ΔV yang benar adalah “input impedansi” dari volt meter harus besar ( >10 MOhm.) Untuk menghindari terjadinya polarisasi pada elektroda, digunakan arus bolak-balik dengan frekuensi rendah.
Rangkaian pengukuran. •
Pengukuran R
I V R
V
(a) R sama dengan V dibagi I bila tahanan dalam volt meter sama dengan tak berhingga.
I
V
V R (b) R sama dengan V dibagi I bila tahanan dalam amperemeter sama dengan nol
Pengukuran resistivitas “sample” batuan. •
Sample dengan luas penampang A. I
V R I
L
L R A A
ΔV
V A .m I L
Penggunaan 4 elektroda. •
Dalam geofisika pengukuran resistivitas menggunakan skema ( a ) dengan menggunakan empat buah elektroda untuk menghilangkan pengaruh tahanan kontak terhadap hasil ukur.
V K I
I ΔV C1
P1
P2
C2 K : faktor geometri. C1 dan C2, elektroda arus P1 dan P2, elektroda potensial
