PENGUKURAN KECEPATAN CAHAYA DI UDARA DENGAN METODA TRANSMISI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK PADA KABEL KOAKSIAL

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PENGUKURAN KECEPATAN CAHAYA DI UDARA DENGAN METODA TRANSMISI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK PADA KABEL KOAKSIAL

SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains Program Studi Fisika Jurusan Studi Fisika

Oleh : DEBORA ROMAULINA NAINGGOLAN NIM : 003214007

PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2008


THE MEASUREMENT OF THE SPEED OF LIGHT IN THE AIR USING THE ELECTROMAGNETIC WAVE TRANSMISSION METHODS IN THE COAXIAL CABLE

SKRIPSI Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to obtain the Sarjana Sains Degree In Physics

By: DEBORA ROMAULINA NAINGGOLAN NIM : 003214007

PHYSICS STUDY PROGRAM PHYSICS DEPARTEMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2008

ii


iii


iv


Skripsi ini saya persembahkan untuk Yesus Kristus Putra Allah yang senantiasa mendengar keluh kesah, menjawab doa dan memampukan saya menghadapi hidup. Bapa n Mama kalian adalah hal terpenting dalam hidupku. Mauliate di tangiang, support, kasih sayang yang tak pernah berkurang n maaf kalau pernah membuat kecewa. Tak ada kata-kata yang bisa debo ucapkan selain terimakasih untuk semua yang telah kalian punya dan berikan untuk debo. Abang n adikku yang selalu mendoakan saya.

ÂhÇàâ~ áxztÄt áxáâtàâ twt ÅtátÇçt? âÇàâ~ tÑt ÑâÇ w| utãt{ ÄtÇz|à twt ãt~àâÇçtA Â ;cxÇz~{Éàut{ FMD< Â ^tÜxÇt |àâ T~â uxÜ~tàt ~xÑtwtÅâM tÑt át}t çtÇz ~tÅâ Å|Çàt wtÇ wÉt~tÇ? ÑxÜvtçtÄt{ ut{ãt ~tÅâ àxÄt{ ÅxÇxÜ|ÅtÇçt? Åt~t {tÄ |àâ t~tÇ w|uxÜ|~tÇ ~xÑtwtÅâAÊ ;`tÜ~âá DDMEG< “Kesakitan membuat anda berfikir, berfikir membuat anda bijaksana dan kebijaksanaan membuat anda mampu untuk bertahan dalam hidup ini.” v


(Jhon Patrick)

vi


vii


ABSTRAK PENGUKURAN KECEPATAN CAHAYA DI UDARA DENGAN METODE TRANSMISI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK PADA KABEL KOAKSIAL Pengukuran kecepatan cahaya di udara dilakukan dengan mentransmisikan pulsa gelombang elektromagnetik pada kabel koaksial bermedium udara yang panjangnya 12 m, 18m, 24m dan 30 m. Selang waktu yang diperlukan pulsa menempuh lintasan ditunjukkan dari tampilan data pada layar CRO. Pulsa yang ditransmisikan akan berjalan dari pemancar menuju penerima dan dipantulkan kembali lagi menuju pemancar. Melalui peristiwa pemantulan tersebut dapat diketahui besarnya kecepatan cahaya di udara yaitu ν = (2,2± 0,2) x108 m/s.

viii


ABSTRACT THE MEASUREMENT OF THE SPEED OF LIGHT IN THE AIR USING THE ELECTROMAGNETIC WAVE TRANSMISSION METHODS IN THE COAXIAL CABLE The measurement of the speed of light in the air has been done by transmitting the electromagnetic wave signal through the coaxial cable with air medium, that its length are 12m, 18m, 24m and 30 m. The time interval which is needed the signal traveling across the line is showed from data appearing on the CRO screen. The signal which is transmitted will travel from the transmitter to the receiver and be reflected back again to the transmitter. Through this reflection phenomenon, it can be known that the value of the speed of light is v = (2,2 ± 0,2) × 108 m / s .

ix


x


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Yesus Kristus atas segala kasih dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini berjudul : ”PENGUKURAN KECEPATAN CAHAYA DI UDARA DENGAN METODE TRANSMISI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK PADA KABEL KOAKSIAL”, yang diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Fisika Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis baik berupa waktu, tenaga, bimbingan, dorongan, dan sumbang saran yang penulis butuhkan dalam penyelesaian skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dr. Ign. Edi Santosa M.S. selaku dosen pembimbing yang dengan sabar membimbing penulis dari awal hingga akhir penyusunan tugas akhir. 2. Ir. Sri Agustini M.Si selaku pembimbing akademik dan Kepala Jurusan Progaram Studi Fisika. 3. Drs.Drs. Vet Asan Damanik M.Sc. Yang juga turut membantu dalam penyelesaian tugas akhir. 4. Seluruh staff dosen, asisten dan karyawan yang telah memberikan ilmu pengetahuan dan saran selama penulis menuntut ilmu di Universitas Sanata Dharma.

xi


5. Bapa dan mama yang telah mencurahkan segalanya dengan penuh sukacita, penuh kasih sayang dan dorongan semangat yang tak pernah henti kalian berikan. 6. Tulang dan inang tulang J. Manihuruk SH yang telah memberikan kasih sayang tulang yang tidak pernah debo rasakan. Makasih ya tulang dan nantulang. 7. Amang Pdt.Gurning M.min dan inang yang selalu membantu. 8. Uda Pdt. Maradong Nainggolan, kasih sayang seorang uda telah kudapatkan dan kurasakan dari kasih dan perhatian dari uda. You are my best uda. 9. Pemuda- pemudi GKPI Yk, Naposo Nainggolan buat semangat, pertemanan dan persaudaraan kalian. 10. Guru sekolah minggu n anak sekolah minggu GKPI Yk. Thanks buat doadoa, dukungan, senyuman dan kelucuannya. 11. Teman-teman seperjuangan, Asri, Ridwan Burju, Lori Kamboja, Iman, Kia, ……anak Fis 2kg, 2kg2. 12. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu-persatu. Terimakasih untuk semua.

xii


DAFTAR ISI Halaman Halaman Judul Indonesia ……...………………………………........

i

Halaman Judul Inggris ……………………………………………...

ii

Halaman Persetujuan Pembimbing………………….........................

iii

Halaman Pengesahan ……………………………………………….

iv

Halaman Persembahan……………………………………...............

v

Pernyataan Keaslian Karya……………………………….................

vi

Abstrak ………………………………………………………….......

vii

Abstract……………………………………………………...………

viii

Lembar Publikasi …………………………………………………...

ix

Kata Pengantar……………………………………………...……….

x

Daftar Isi ………………………………………………………...….

xii

Daftar Gambar………………………………………………..……..

xiv

Daftar Tabel…………………………………………...…………….

xv

Daftar Grafik ………………………………………………………..

xvi

Bab I. Pendahuluan………………………………………………….

1

A. Latar Belakang…………………………………………..

1

B. Rumusan Masalah……………………………………….

3

C. Batasan Masalah…………………………………...…….

3

D. Tujuan Penelitian …………………………………...…..

3

E. Manfaat Penelitian ………………………………………

3

F. Sistematika Penulisan……………………………………

4

Bab II. Dasar Teori…………………………………………………..

5

A. Gelombang………………………………………………

5

B. Jalur Transmisi…………………………………………..

11

Bab III. Metodologi Penelitian………………………………...….....

17

A. Tempat Penelitian ………………………...…………….

17

B. Alat dan Bahan…………………………………………..

17

C. Gambar Rangkaian Alat……………………....................

17

xiii


D. Prisip Kerja Alat……………………….....................…...

19

E. Langkah-langkah Eksperimen...........................................

20

F. Metode Analisa Data.........................................................

21

Bab IV. Hasil dan Pembahasan...........................................................

23

A. Hasil..................................................................................

23

B.Pembahasan.......................................................................

28

Bab V. Penutup...................................................................................

33

A. Kesimpulan.......................................................................

33

B. Saran..................................................................................

33

Daftar Pustaka.....................................................................................

34

Lampiran.............................................................................................

35

xiv


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Medan listrik dan medan magnet gelombang elektromagnet

7

di dalam sistem koordinat cartesian. Gambar 2.2 Pola medan listrik dan medan magnet pada kabel koaksial.

12

Gambar 2.3 Skema transmisi pulsa gelombang elektromagnetik pada kabel 14 koaksial. Gambar 2.4 Pulsa yang tampak pada layar CRO.

16

Gambar 3.1 Gambar rangkaian alat yang akan digunakan untuk mengukur 17 kecepatan cahaya menggunakan kabel koaksial Gambar 4.1 Gambar perjalanan pulsa yang ditransmisikan pada

23

kabel koaksial bermedium polivinil Gambar 4.2 Pulsa setelah ditransmisikan pada kabel koaksial bermedium udara dan dipantulkan oleh tahan nol untuk panjang kabel 30 m.

xv

24


DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Pengukuran selang waktu pada panjang kabel koaksial

25

bermedium udara dengan panjang 12 m untuk tahanan nol. Tabel 4.2 Pengukuran selang waktu pada panjang kabel koaksial

25

bermedium udara dengan panjang 18 m untuk tahanan nol Tabel 4.3 Pengukuran selang waktu pada panjang kabel koaksial

26

bermedium udara dengan panjang 24 m untuk tahanan nol Tabel 4.4 . Pengukuran selang waktu pada panjang kabel koaksial

27

bermedium udara dengan panjang 30 m untuk tahanan nol Tabel 4.5 Pengukuran selang waktu pada berbagai panjang kabel koaksial bermedium udara untuk tahanan nol

xvi

27


DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada kabel koaksial

25

bermedium udara dengan panjang 12 m untuk tahanan nol. Grafik 4.2 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada kabel koaksial

26


26


27

bermedium udara dengan panjang 30 m untuk tahanan nol. Grafik 4.5 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada berbagai panjang kabel koaksial bermedium udara untuk tahanan nol.

xvii

28


BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Cahaya sudah menjadi salah satu bagian yang penting dalam kehidupan manusia. Salah satu konsep dalam ilmu fisika yaitu bahwa cahaya dapat diperlakukan sama dengan gelombang elektromagnetik. Cahaya dapat melintas melalui medium hampa dan medium tidak hampa. Bila cahaya melintas melalui medium tidak hampa, kecepatannya lebih kecil daripada dalam medium hampa. Kecepatan cahaya dalam medium hampa yaitu 2,99792458 × 10 8 m/s [Sears dan Zemansky, 1982]. Kecepatan cahaya tersebut merupakan tetapan yang universal. Usaha pertama untuk mengukur kecepatan cahaya dilakukan oleh Galileo. Tetapi usaha tersebut gagal karena ia tidak dapat mengukur selang waktu yang sangat kecil daripada waktu reaksi manusia yang digunakan cahaya untuk merambat pada jarak beberapa km, sehingga kecepatan cahaya yang didapat terlalu besar [Halliday,1988]. Setelah Galileo, banyak ilmuwan yang melakukan eksperimen untuk mengukur kecepatan cahaya. Ole Romer mencoba mengukur kecepatan cahaya dengan metoda astronomi pada tahun 1676. Ole Romer mengukur kecepatan cahaya dengan mengukur dan menganalisa perputaran satelit planet Jupiter terhadap bumi. Louis Fizeau mengukur kecepatan cahaya dengan metoda rode gigi berputar pada tahun 1849. Pada eksperimen ini laju roda harus

1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2

diatur sedemikian rupa sehingga cahaya yang dipantulkan dapat melewati celah dalam roda tersebut [Tipler, 2001]. Foucoult melakukan pengukuran kecepatan cahaya dengan metoda cermin berputar pada tahun 1862, dan Albert A Michelson melakukan mengukur kecepatan cahaya dengan metoda prisma berputar pada tahun 1926 dan 1931 [Halliday, 1988]. James Clerk Maxwell membuat suatu teori keelektromagnetan dalam bentuk persamaan yang dikenal dengan persamaan-persamaan Maxwell. Melalui teorinya tersebut, Maxwell menunjukkan bahwa gelombang elektromagnet yang merambat terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus, dan keduanya tegak lurus arah rambatnya. Maxwell menghitung kecepatan gelombang elektromagnet, didapat bahwa gelombang elektromagnet yang merambat di ruang bebas mempunyai kecepatan yang sama dengan kecepatan cahaya. Berdasarkan perhitungan kecepatan gelombang elektromagnet tersebut, Maxwell menarik kesimpulan bahwa cahaya merupakan salah satu bentuk dari gelombang elektromagnetik. Kecepatan gelombang elektromagnetik tergantung pada medium perambatannya. Telah dilakukan pengukuran kecepatan gelombang elektromagnet pada jalur transmisi kabel koaksial bermedium polyvinil [NN, 2003]. Untuk dapat mengukur kecepatan gelombang elektromagnet dalam medium udara, maka pada eksperimen ini dibuat kabel koaksial bermedium udara. Pulsa elektromagnetik ditransmisikan dari sumber ke kabel koaksial bermedium udara. Karena cahaya merupakan salah satu


bentuk gelombang elektromagnetik, maka kecepatan yang didapat pada eksperimen ini merupakan kecepatan cahaya di udara.

B. Rumusan Masalah Rumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana mengukur kecepatan cahaya di udara dengan metoda transmisi gelombang elektromagnetik pada kabel koaksial bermedium udara.

C. Batasan Masalah Penelitian ini dibatasi hanya pada gelombang elektromagnetik yang ditransmisikan pada kabel koaksial bermedium udara.

D. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah dapat mengukur kecepatan cahaya dengan

mengukur

kecepatan

gelombang

elektromagnetik

yang

ditransmisikan pada kabel koaksial bermedium udara.

E. Manfaat Penelitian Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah dapat mengukur kecepatan cahaya dengan metoda transmisi gelombang elektromagnetik. Laporan tertulis dapat menjadi bahan informasi bagi pengukuran yang sejenis.


F. Sistematika Penulisan Penelitian ini akan dituliskan dengan sistematika sebagai berikut: BAB I

Pendahuluan Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, manfaat penelitian, dan tujuan penelitian.

BAB II

Dasar Teori Bab

ini

menguraikan

tentang

teori

gelombang

elektromagnetik, teori jalur transmisi. BAB III

Eksperimen Bab ini menguraikan tentang alat yang digunakan, prosedur, metode dalam bereksperimen.

BAB IV

Hasil dan Pembahasan Bab ini menguraikan tentang hasil dan pembahasan dari eksperimen yang dilakukan.

BAB V

Penutup Bab ini berisi kesimpulan dan saran.


BAB II DASAR TEORI

A. Gelombang Gelombang adalah energi yang merambat dalam suatu medium. Pada gelombang merambat terjadi perpindahan energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Salah satu bentuk gelombang yaitu gelombang elektromagnet dimana perambatannya berupa energi elektromagnetik. Energi elektromagnetik tersebut terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang berubah terhadap waktu. Energi elektromagnetik dalam gelombang elektromagnetik yang merambat saling tegak lurus, dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambatnya. Perubahan medan listrik terhadap waktu menimbulkan medan magnet, dan sebaliknya. Perubahan medan magnet terhadap waktu menimbulkan medan listrik [Sutrisno, 1979]. Maxwell menunjukkan fenomena medan listrik dan medan magnet ke dalam empat persamaan. Persamaan-persamaan tersebut merupakan dasar dari teori keelektromagnetan yang dikenal sebagai persamaan Maxwell. Persamaan-persamaan tersebut adalah [Kraus,1984]:

∇⋅B = 0

(2.1)

r r ∆⋅D = 0

(2.2)

r r r ∂D ∆×H = ∂t

(2.3)


∇× E = −

∂B ∂t

(2.4)

arus pergeseran listrik D sama dengan hasil kali kuat medan listrik E dengan permitivitas medium ε.

r r D = Eε

(2.5)

Rapat flux magnet B adalah kuat medan magnet H dikalikan dengan permeabilitas medium µ. r r B = Hµ

dimana,

(2.6)

D = arus pergeseran listrik E = kuat medan listrik ε = permitivitas medium B = rapat flux magnet H = kuat medan magnet µ = permeabilitas medium

Gelombang elektromagnetik yang merambat dimisalkan ke dalam sistem koordinat cartesian seperti pada gambar 2.1. Pada gambar tersebut r r diperlihatkan bahwa E tegak lurus terhadap H dan keduanya tegak lurus r terhadap arah rambat sumbu x. Dimisalkan kuat medan listrik E berada

r pada sumbu y, maka E = E y ˆj . Medan listrik tegak lurus terhadap medan magnet, sehingga kuat medan magnet H berada pada sumbu z, maka r H = H z kˆ .


y Ey

x

Hz arah rambat

z Gambar 2.1 Gambar medan listrik dan medan magnet gelombang elektromagnet didalam sistem koordinat

Di dalam gelombang elektromagnetik, medan listrik dan medan magnet saling mempengaruhi. Perubahan medan magnet menimbulkan medan listrik dan perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet. Pada gambar 2.1 medan listrik E dan medan magnet H tegak lurus terhadap arah rambatnya [Johannes,1978]. Medan listrik E berada pada sumbu y maka persamaan 2.3 menjadi :

(

⎛ ∂H z ∂H y ⎞ ˆ ⎛ ∂H x ∂H z ⎞ ˆ ⎛ ∂H y ∂H x ⎞ ˆ ∂ ⎜⎜ ⎟⎟i + ⎜ ⎟⎟k = − − − Dxiˆ + Dy ˆj + Dz kˆ ⎟ j + ⎜⎜ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ y z z x x y t ⎠ ⎝ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

)

(2.7) berdasarkan persamaan 2.5 maka menjadi : ⎛ ∂H z ∂ H y ⎜⎜ − ∂z ⎝ ∂y

⎞ ˆ ⎛ ∂H x ∂H z ⎟⎟i + ⎜ − ∂x ⎠ ⎝ ∂z

⎞ ˆ ⎛ ∂H y ∂H x − ⎟ j + ⎜⎜ ∂y ⎠ ⎝ ∂x

(

⎞ˆ ∂ ⎟⎟ k = ε E x iˆ + E y ˆj + E z kˆ t ∂ ⎠

)

(2.8) berdasarkan permisalan pada gambar 2.1 tersebut dapat dilihat bahwa medan listrik E mempunyai komponen pada arah sumbu y sehingga persamaan 2.8 menjadi :


⎛ ∂H x ∂H z − ⎜ ∂x ⎝ ∂z −

∂E y ⎞ˆ ˆj ⎟j =ε ∂ t ⎠

(2.9)

∂E y ∂H z ˆ ˆj j =ε ∂x ∂t

(2.10)

∂E y ∂H z = −ε ∂x ∂t

(2.11)

Dengan permisalan pada gambar 2.1 maka persamaan 2.4 menjadi :

(

⎛ ∂Ez ∂E y ⎞ ˆ ⎛ ∂Ex ∂Ez ⎞ ˆ ⎛ ∂E y ∂Ex ⎞ ˆ ∂ ⎟⎟ j + ⎜⎜ ⎜⎜ ⎟⎟i + ⎜⎜ ⎟⎟k = − Bxiˆ + By ˆj + Bz kˆ − − − ∂z ⎠ ⎝ ∂z ∂x ⎠ ⎝ ∂x ∂y ⎠ ∂t ⎝ ∂y

)

(2.12) dari persamaan 2.6 maka persamaan 2.12 menjadi :

(

⎛ ∂Ez ∂E y ⎞ˆ ⎛ ∂Ex ∂Ez ⎞ ˆ ⎛ ∂E y ∂Ex ⎞ ˆ ∂ ⎜⎜ ⎟⎟i + ⎜ ⎟⎟k = −µ H x iˆ + H y ˆj + H z kˆ − − − ⎟ j + ⎜⎜ ∂z ⎠ ⎝ ∂z ∂x ⎠ ⎝ ∂x ∂y ⎠ ∂t ⎝ ∂y

)

(2.13) karena medan magnet B mempunyai komponen pada arah sumbu z maka menjadi :

⎛ ∂E y ∂E x ⎞ ˆ ∂H z ˆ ⎜⎜ ⎟⎟k = − µ k − ∂y ⎠ ∂t ⎝ ∂x ∂E y ˆ ∂H z ˆ k = −µ k ∂x ∂t

(2.14)

(2.15)

Persamaan (2.15) dan (2.11) dapat ditulis dalam bentuk : ∂E ∂H = −µ ∂x ∂t

(2.16)

∂H ∂E = −ε ∂x ∂t

(2.17)


Persamaan (2.16) diturunkan terhadap x menjadi : ∂2E ∂2H µ = − ∂t∂x ∂x 2

(2.18)

dan persamaan (2.17) diturunkan terhadap t menjadi : ∂2H ∂2E = −ε 2 ∂x∂t ∂t

(2.19)

Persamaan (2.19) disubsitusikan ke dalam persamaan (2.18) sehingga menjadi : ∂2E ∂2E µε = ∂x 2 ∂t 2

(2.20)

Persamaan gelombang untuk medan listrik E adalah : E = E 0 sin (kx − ωt ) dengan :

(2.21)

E = simpangan medan listrik gelombang elektromagnetik pada saat t dan jarak x. E0 = amplitudo gelombang elektromagnetik. k

2π ⎞ ⎛ = bilangan gelombang elektromagnetik ⎜ k = ⎟. λ ⎠ ⎝

λ

= panjang gelombang.

ω = frekuensi sudut gelombang elektromagnetik (2πf ) . Jika persamaan diturunkan dua kali terhadap x maka menjadi : ∂2E = − k 2 E 0 sin (kx − ωt ) 2 ∂x

(2.22)

Persamaan 2.21diturunkan dua kali terhadap t menjadi : ∂2E = −ωE 0 sin (kx − ωt ) ∂t 2

(2.23)


dengan demikian dari persamaan 2.22 dan persamaan 2.23 didapat : ∂2E 1 = 2 2 ∂x λ f

2

∂2E ∂ 2t 2

(2.24)

dimana λ kali f merupakan kecepatan gelombang ( λ f = v ). maka persamaan 2.24 menjadi : ∂2E 1 ∂2E = ∂x 2 v 2 ∂ 2 t 2

(2.25)

Dari persamaan 2.20 dan 2.25 maka dapat ditarik kesimpulan bahwa gelombang elektromagnet yang merambat di dalam medium dengan permitivitas ε dan permeabilitas µ mempunyai kecepatan sebesar : v=

1

µε

(2.26)

Kecepatan gelombang elektromagnet yang merambat dipengaruhi oleh permeabilitas dan permitivitas dari medium. Jika gelombang elektromagnet merambat di dalam medium hampa, maka kecepatan gelombang elektromagnet adalah sebesar [Sears dan Zemansky, 1982]:

v=

1

µ0ε 0

(2.27)

v = 3,00 × 108 m / s Dari perhitungan yang dilakukan Maxwel didapat bahwa kecepatan gelombang elektromagnet di dalam medium hampa sama dengan kecepatan cahaya c = 3 × 10 8 m/det [Tipler, 1991]. Maxwell menarik kesimpulan bahwa cahaya merupakan salah satu bentuk dari gelombang


elektromagnetik. Berdasarkan kesimpulan Maxwell, maka kecepatan cahaya di medium dapat diketahui dengan menghitung kecepatan gelombang elektromanetik menggunakan persamaan (2.26). Kecepatan gelombang elektromagnetik yang merambat di dalam medium bukan hampa lebih kecil dibandingkan dengan kecepatan gelombang elektromagnetik yang merambat di dalam medium hampa. Hal ini karena pengaruh dari mediumnya. Telah disimpulkan bahwa cahaya merupakan salah satu bentuk gelombang elektromagnetik. Dengan demikian kecepatan cahaya juga dapat diketahui menggunakan persamaan Maxwell.

B. Jalur Transmisi Jalur transmisi merupakan suatu sistem penghantar yang menghubungkan sebuah titik dengan titik yang lain dan menjadi sarana untuk mengirimkan atau memindahkan energi elektromagnetik [Amos, 1994]. Salah satu bentuk dari jalur transmisi adalah kabel koaksial. Kabel koaksial terbentuk dari dua konduktor atau penghantar. Salah satu konduktor berupa seutas kawat, sedang yang lain berupa silinder kosentrik terhadap kawat tadi. Ruang diantara kedua konduktor itu diisi dengan suatu bahan dielektrik [Amos, 1994]. Di dalam kabel koaksial, medan listrik dan medan magnet saling mempengaruhi. Medan listrik dalam arah radial, medan magnet membentuk garis-garis kosentris yang mengelilingi konduktor dalam


(gambar 2.2a).

P1

P2

Gambar 2.2 (a) Medan listrik dan medan magnet pada kabel koaksial, memperlihatkan gelombang yang berjalan dengan kecepatan c. (b) penampang sebuah bidang jika dilihat dari depan.

Pada gambar 2.2a dapat dilihat bahwa medan listrik tegak lurus terhadap medan magnet. Saat medan listrik E mengarah ke bawah maka medan magnet B akan menjauhi pembaca. Ketika medan listrik E mengarah ke atas maka medan magnet B mendekati pembaca. Gambar 2.2b merupakan gambar pola pada saat p1 yang dilihat dari atas. Dapat dilihat, medan listrik mengarah ke pusat dan medan magnet mengelilingi pusat. Ketika pola tersebut dilihat saat p2, maka akan terlihat bahwa medan listrik akan mengarah ke luar dan medan magnet akan mengelilingi pusat. Demikian seterusnya sampai pada potongan pola terakhir. Pola medan listrik dan medan magnet pada gambar 2.2 tersebut merambat dengan kecepatan c pada kabel koaksial yang memiliki hambatan sama dengan nol. Pada osilasi elektromagnet dalam gelombang berjalan, medan listrik E dan medan magnet B sefase. Ini berarti E dan B


mencapai maksimum pada waktu yang bersamaan di sebuah titik atau kedudukan di sepanjang kabel koaksial. Pada kabel koaksial, konduktor luar membentuk suatu perisai yang membatasi gelombang pada medium rambat diantara konduktorkonduktor. Osilasi sinyal dalam kabel ini tidak berlangsung terus-menerus. Sinyal tersebut mengalami pelemahan saat dirambatkan karena sebagian tenaga dari medan listrik dan medan magnet didisipasikan menjadi tenaga termal. Osilasi sinyal tersebut sekali mulai maka lama-kelamaan akan lenyap [Halliday, 1988]. Prinsip dasar transmisi, gelombang elektromagnet dari pemancar ditransmisikan sepanjang kabel koaksial. Menggunakan prinsip yang sama, dilakukan pengukuran kecepatan gelombang elektromagnet. Untuk keperluan pengukuran gelombang elektromagnet yang ditransmisikan ketika sampai di ujung akhir kabel koaksial dipantulkan kembali menuju pemancar.

Waktu

total

yang

diperlukan

oleh

pulsa

gelombang

elektromagnetik menuju obyek dan kembali lagi ke pemancar merupakan selang waktu. Pulsa yang dikirim dan diterima diperlihatkan pada layar tabung sinar katoda (osiloskop) untuk memperlihatkan selang waktu dari pulsa-pulsa tersebut [Smale, 1984]. Pulsa gelombang elektromagnet dikirim dari sumber ke kabel koaksial. Pulsa tersebut merambat dari ujung a menuju ujung b dan dipantulkan kembali oleh tahanan yang terdapat pada ujung b menuju sumber. Skema perjalanan pulsa tersebut dapat dilihat pada gambar 2.3 di


bawah ini. konduktor luar

CRO kabel koaksial

sumber a

b l

Gambar 2.3 skema transmisi pulsa gelombang elektromgnetik pada kabel koaksial

Pulsa yang akan dikirim dari sumber ke kabel koaksial ditampilkan pada layar CRO. Pulsa ini disebut pulsa datang dan tampilan yang tampak pada layar CRO dapat dilihat pada gambar 2.4a. Pulsa dari ujung a merambat menuju ujung b. Pada ujung b terdapat tahanan yang akan memantulkan pulsa yang merambat kembali menuju sumber. Tahanan yang terdapat pada ujung b merupakan tahanan udara yang nilainya tak berhingga atau juga nol. Untuk tahanan tak berhingga, pulsa datang yang merambat dari ujung a ke ujung b akan dipantulkan kembali menuju ke ujung a oleh tahanan tersebut. Pulsa pantul pertama ini ketika sampai di ujung a akan dipantulkan kembali menuju ujung b lagi sama seperti peristiwa pada pulsa pantul pertama, dan seterusnya. Karena pada ujung b terdapat tahanan yang tak berhingga maka pulsa yang ditransmisikan akan mengalami pantulan tanpa perubahan sudut fase atau tanpa balikan fase pada layar CRO. Tampilan pulsa dapat dilihat pada gambar 2.4b. Pulsa datang berjalan dai ujung a menuju ujung b dan dipantulkan kembali ke ujung a, pulsa pantul ini disebut pulsa pantul pertama. Dari


peristiwa pemantulan tersebut maka jarak lintasan ∆l yang ditempuh pulsa datang sampai pulsa pantul pertama adalah dua kali panjang kabel koaksial. Selang waktu ∆t yang diperlukan pulsa untuk menempuh jarak sejauh ∆l dapat diketahui dengan mengukur jarak antara puncak pulsa datang dengan puncak pulsa pantul pertama yang tampak pada layar CRO. Dengan demikian kecepatan pulsa gelombang elektromagnetik dapat diketahui dengan persamaan :

dengan :

ν

v=

∆l ∆t

v=

2l ∆t

(2.28)

= kecepatan gelombang elektromagnetik

∆l = panjang lintasan ∆t = selang waktu Untuk tahanan nol, maka ujung b yang merupakan konduktor dalam dihubungkan jadi satu dengan ujung konduktor luar dari kabel koaksial. Pulsa datang yang dikirim merambat dari ujung a sampai ujung b. Kemudian pulsa dipantulkan kembali oleh tahanan nol tersebut menuju ujung a. Sama seperti untuk tahanan tak berhingga ketika pulsa pantul pertama tiba di ujung a, akan dipantulkan kembali ke ujung b dan seterusnya. Pulsa yang dikirm ke kabel koaksial dengan ujung b yang mempunyai tahanan nol akan mengalami pantulan dengan perubahan sudut fase 1800 atau dapat dikatakan bahwa pulsa datang tersebut akan menghasilkan pulsa pantul terbalik. Pulsa datang dan pulsa pantul


ditampilkan pada layar CRO. Tampilan dapat dilihat pada gambar 2.4c. Sama seperti pada keadaan untuk tahanan tak berhingga, jarak lintasan ∆l yang ditempuh pulsa dan selang waktu ∆t yang diperlukan pulsa adalah sama. Menggunakan persamaan 2.28 maka kecepatan gelombang elektromagnetik dapat diketahui. Pada gambar 2.4b dan 2.4c dapat dilihat bahwa semakin lama amplitudo sinyal semakin lama. Sebagian tenaga dari medan listrik dan medan magnet didisipasikan menjadi tenaga termal. Sehingga amplitudo pulsa tersebut mengalami pelemahan ketika dirambatkan. v

(a)

t

v

t

(b) v

t

(c) Gambar 2.3 Pulsa yang tampak pada layar CRO. (a) Pulsa datang. (b) Pulsa yang ditransmisikan pada kabel koaksial dan dipantulkan oleh tahanan tak berhingga. (c)Pulsa yang ditransmisikan pada kabel koaksial dan dipantulkan oleh tahanan nol.


BAB III METODOLOGI PENELITIAN

A.

Tempat Penelitian Penelitian ini termasuk jenis penelitian eksperimental yang dilaksanakan di laboratorium Fisika FMIPA, Universitas Sanata Dharma.

B.

Alat dan Bahan 1. Kabel koaksial bermedium udara 2. Catu daya 3. Oskiloskop 4. AFG ( Amplitude Frequency Generator) 5. Pembangkit pulsa tunggal

C.

Gambar rangkaian alat eksperimen

Catu Daya

Osiloskop

Sumber

kabel koaksial

AFG Gambar 3.1 Gambar rangkaian alat yang akan digunakan untuk mengukur kecepatan cahaya menggunakan kabel koaksial


Kabel Koaksial Kabel koaksial bermedium udara yang digunakan terbuat dari kabel dan batang aluminium dengan panjang 6 m, 12 m, 18 m, 24 m dan 30 m. Kabel sebagai konduktor dalam dengan jari-jari 0,015 cm. Batang aluminium sebagai konduktor luar dengan jari-jari 0,095 cm. Diantara kedua konduktor tersebut terdapat ruang yang berisi udara sebagai medium perambatan gelombang elektromagnetik. Kabel dan selongsong aluminium dalam kondisi seragam dari ujung awal sampai ujung akhir. Keduanya dalam keadaan lurus, tidak longgar dan diantara konduktor dalam dan konduktor luar dipasang suatu penahan agar konduktor dalam dan konduktor luar tidak saling bersentuhan. Sebelum pengukuran, dilakukan pengujian alat-alat yang akan digunakan untuk aksperimen menggunakan kabel koaksial beredium polyvinil dengan panjang 22,5 m. Pengujian alat dilakukan untuk mengetahui apakah alat yang akan digunakan berfungsi dengan baik atau tidak. Pembangkit pulsa tunggal Pembangkit

pulsa

tunggal

adalah

generator

pulsa

yang

membangkitkan denyut-denyut pulsa. Pada eksperimen digunakan pembangkit pulsa tunggal dengan IC SN 74121 N. Pembangkit pulsa tunggal ini berfungsi sebagai sumber pulsa yang akan ditransmisikan ke kabel koaksial. Pulsa yang dibangkitkan oleh pembangkit pulsa dengan IC SN 74121 N memiliki lebar pulsa yang kecil dan tetap.


Saat eksperimen, pada layar CRO tampak pulsa dengan lebar yang kecil agar pulsa yang satu dengan yang lain terpisah. Jika lebar pulsa tidak kecil maka pulsa-pulsa akan saling tumpang tindih dan tidak terpisah. Sehingga kesulitan untuk membaca jarak antara puncak pulsa yang satu ke puncak pulsa yang lain. Jarak antar puncak pulsa ini digunakan untuk menghitung selang waktu yang diperlukan pulsa menempuh lintasan. Untuk penelitian ini digunakan tegangan yang tidak lebih dari 8 volt agar IC pada rangkaian pembangkit pulsa tunggal tidak menjadi panas dan rusak.

D.

Prinsip kerja alat Pada eksperimen ini dilakukan pengukuran kecepatan cahaya dengan metoda transmisi gelombang elektromagnetik pada kabel koaksial bermedium udara. Pulsa ditransmisikan dari pembangkit pulsa ke kabel koaksial bermedium udara. Pulsa berjalan sepanjang kabel bermedium udara dari ujung awal menuju ujung akhir. Sampai diujung akhir kabel koaksial, pulsa tersebut dipantulkan oleh tahanan yang terdapat pada ujung b kembali menuju ujung awal kabel koaksial. Perjalanan pulsa yang dirambatkan tersebut ditampilkan pada layar CRO. Pada tampilan layar CRO dapat dihitung jarak antara satu puncak pertama ke puncak pulsa yang kedua sampai ke puncak pulsa yang terjauh. Jarak tersebut dikalikan dengan satuan waktu yang digunakan pada CRO.


Hasil kali dari jarak antar puncak pulsa dengan satuan waktu CRO merupakan selang waktu yang diperlukan pulsa menempuh lintasan. Panjang kabel koaksial bermedium adalah ℓ. Selang waktu diketahui dengan menghitung jarak puncak pulsa pertama ke pulsa yang kedua sampai ke puncak pulsa yang terjauh. Dari puncak pulsa pertama ke puncak pulsa kedua, pulsa menempuh lintasan sejauh 2ℓ. Menggunakan persamaan 2.28 maka didapat kecepatan gelombang elektromagnetik.

E.

Langkah-langkah eksperimen a. Merangkai alat seperti pada gambar 3.1. b. Menguji alat, apakah alat sudah siap digunakan dengan baik atau tidak ¾ Menggunakan kabel koaksial bermedium polivinil sebagai jalur transmisi. Langkah pertama, pembangkit pulsa tunggal belum dihubungkan ke kabel koaksial bermedium polivinil, pada layar CRO akan tampak tampilan berupa pulsa tunggal. Ini menandakan belum ada pulsa yang ditransmisikan pada kabel tersebut. ¾ Langkah kedua, pembangkit pulsa dihubungkan ke kabel koaksial. Pada layar CRO tampak beberapa pulsa yang amplitudonya semakin mengecil. Hal ini menunjukkan bahwa pulsa telah ditransmisikan ke kabel koaksial. Pulsa tersebut dipantulkan oleh tahanan tak berhingga yang terdapat pada ujung akhir kabel koaksial. Jika kedua hal di atas tampak pada layar CRO maka alat dalam keadaan baik


dan bisa digunakan untuk eksperimen. Variabel-variabel pada alatalat eksperimen diatur agar tampilan dapat tampak dengan jelas. c. Dilakukan pengambilan data. Dilakukan eksperimen untuk pengambilan data. Pada eksperiman ini digunakan kabel koaksial bermedium udara. Langkah eksperimen yang akan dilakukan sama dengan langkah b. Pada ujung akhr kabel koaksial terdapat tahanan nol dengan menghubungkan singkat konduktor dalam dengan konduktor luar. Pada layar CRO akan tampak beberapa pulsa yang berbalik sudut fasenya. Tampilan yang tampak pada layar CRO harus menyerupai tampilan saat pengujian alat dilakukan.

F.

Metode Analisa Data 1. Mengukur jarak lintasan yang ditempuh pulsa. Panjang kabel koaksial adalah ℓ. Karena pulsa berjalan bolak-balik akibat pemantulan maka jarak lintasan yang ditempuh pulsa dari puncak pulsa pertama ke puncak pulsa kedua adalah 2ℓ. Begitu juga untuk pucak pulsa pertama ke puncak pulsa ketiga adalah 4ℓ dan seterusnya sampai puncak pulsa yang terjauh. 2. Menghitung selang waktu yang diperlukan pulsa menempuh lintasan. Menghitung jarak antara satu puncak pulsa dengan puncak pulsa yang lain pada layar CRO. Jarak tersebut dikalikan dengan satuan waktu yang


digunakan pada osiloskop. Hasil kali tersebut merupakan selang waktu yang diperlukan pulsa menempuh lintasan. 3. Menghitung kecepatan gelombang elektromagnetik. Dari

data-data

yang

diperoleh

maka

kecepatan

gelombang

elektromagnetik dapat dihitung menggunakan persamaan 2.28.


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Dilakukan pengujian alat menggunakan kabel koaksial bermedium polivinil. Tujuannya untuk mengetahui apakah alat yang akan digunakan dapat berfungsi dengan baik atau tidak. Hasil pengujian alat yang dilakukan ditampilkan pada gambar 4.1.

a.

b. Gambar 4.1 Gambar perjalanan pulsal yang ditransmisikan pada kabel koaksial bermedium polivinil. (a) sebelum pulsa ditransmisikan. (b) setelah pulsa ditransmisikan dan dipantulkan oleh tahanan tak berhingga.

Gambar 4.1a adalah pulsa tunggal dengan lebar pulsa yang kecil yaitu 0,1 µs. Pulsa tunggal ini berasal dari pembangkit pulsa yang dibangkitkan oleh


catudaya dan AFG dan belum ditransmisikan ke kabel koaksial bermediun polivinil. Gambar b menunjukkan perjalanan pulsa yang ditransmisikan dari sumber menuju kabel koaksial bermedium polivinil. Pulsa berjalan sepanjang kabel dari ujung awal menuju ujung akhir. Kemudian dipantulkan kembali oleh tahanan tak berhingga menuju ujung awal. Dengan cara yang sama, dilakukan pengukuran kecepatan gelombang elektromagnetik pada medium udara dengan menggunakan kabel koaksial bermedium udara. Pulsa yang ditransmisikan pada kabel koaksial bermedium udara dan dipantulkan oleh tahanan nol untuk panjang kabel 30 m ditampilkan pada gambar 4.2.

Gambar 4.2 Pulsa setelah ditransmisikan pada kabel koaksial bermedium udara dan dipantulkan oleh tahanan nol untuk panjang kabel 30 m.

Dari peristiwa pemantulan, maka panjang lintasan yang ditempuh pulsa datang sampai pulsa pantul pertama adalah dua kali panjang kabel koaksial bermedium udara. Panjang lintasan dari pulsa datang sampai pulsa pantul kedua adalah empat kali panjang kabel koaksial bermedium udara, begitu seterusnya sampai pulsa pantul yang terakhir. Hasil pengukuran pada kabel koaksial


bermedium udara dapat dilihat pada Tabel 4.1- Tabel 4.5 dan Grafik 4.1- Grafik 4.5. a. Hasil eksperimen pada kabel koaksial bermedium udara dengan panjang 12 m. Tabel 4.1 Pengukuran selang waktu pada kabel koaksial bermedium udara dengan panjang 12 m untuk tahanan nol. No 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Panjang lintasan (m) 24 48 72 96 124 144

Selang waktu (s) 0,2 x10-6 0,4 x10-6 0,55 x10-6 0,7 x10-6 0,95 x10-6 1,1 x10-6

∆l(m)160 140

∆l = (1,347±0,003)x108 ∆t –2,91±2,75

120 100 80 60 40 20 0

∆t(s)

0.00E+0 2.00E-07 4.00E-07 6.00E-07 8.00E-07 1.00E-06 1.20E-06 0

Grafik 4.1 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada kabel koaksial bermedium udara dengan panjang 12 m untuk tahanan nol.

b. Hasil eksperimen pada kabel koaksial bermedium udara dengan panjang 18 m. Tabel 4.2 Pengukuran selang waktu pada kabel koaksial bermedium udara dengan panjang 18 m untuk tahanan nol. No Panjang lintasan (m) Selang waktu (s) 1. 36 0,3 x10-6 2. 72 0,45 x10-6 3. 108 0,7 x10-6 4. 144 0,85 x10-6 5. 180 1,1 x10-6 6. 216 1,25 x10-6 7. 252 1,45 x10-6 8. 288 1,65 x10-6


∆l(m)

350 300

∆l = (1,843±0,004)x108 ∆t – 16,64±4,50

250 200 150 100 50 0 0.00E+00

∆t(s) 5.00E-07

1.00E-06

1.50E-06

2.00E-06


c. Hasil eksperimen pada kabel koaksial bermedium udara dengan panjang 24m. Tabel 4.3 Pengukuran selang waktu pada kabel koaksial bermedium udara dengan panjang 24 m untuk tahanan nol. No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. ∆l(m)

Panjang lintasan (m) 48 96 144 192 240 288 336 384

Selang waktu (s) 0,35 x10-6 0,55 x10-6 0,85 x10-6 1,1 x10-6 1,35 x10-6 1,65 x10-6 1,9 x10-6 4,3 x10-6

450 ∆l = (1,825±0,003)x108 ∆t – 10,15±3,79 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0.00E+00 5.00E-07 1.00E-06 1.50E-06 2.00E-06

2.50E-06 ∆t(s)



d. Hasil eksperimen pada kabel koaksial bermedium udara dengan panjang 30 m. Tabel 4.4 Pengukuran selang waktu pada kabel koaksial bermedium udara dengan panjang 30 m untuk tahanan nol. No Panjang lintasan (m) Selang waktu (s) 1. 30 0,35 x10-6 2. 120 0,65 x10-6 3. 180 0,95 x10-6 4. 240 1,35 x10-6 5. 300 1,65 x10-6 6. 360 2,05 x10-6 ∆l(m)

400

∆l = (1,76±0,004)x108 ∆t + 4,65±5,89

350 300 250 200 150 100 50 0 0.00E+00 5.00E-07

t(s) 1.00E-06

1.50E-06

2.00E-06

2.50E-06


e. Hasil eksperimen pada berbagai panjang kabel koaksial bermedium udara. Tabel 4.5 Pengukuran selang waktu pada berbagai panjang kabel koaksial bermedium udara untuk tahanan nol. No 1. 2. 3. 4.

Panjang kabel (m) 12 18 24 30

Panjang lintasan (m) 24 36 48 60

Selang waktu (s) 0,18 x10-6 0,21 x10-6 0,27x10-6 0,34 x10-6


l(m) 70

∆l = (2,2±0,2)x108 ∆t – 13±4,5

60 50 40 30 20 1,50E-07

2,00E-07

2,50E-07

3,00E-07

3,50E-07

t(s) Grafik 4.5. Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada berbagai panjang kabel koaksial bermedium udara untuk tahanan nol.

Data pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.6 memperlihatkan bahwa semakin jauh lintasan yang ditempuh pulsa gelombang elektromagnet maka semakin panjang selang waktu yang diperlukan pulsa untuk menempuh lintasan tersebut. Pada Grafik 4.1 sampai Grafik 4.6 dapat dibaca bahwa hubungan antara panjang lintasan terhadap selang waktu. Dari persamaan garis didapat gradien untuk masing-masing grafik. Nilai gradien tersebut merupakan nilai kecepatan gelombang elektromagneti yang terukur.

B. Pembahasan Dalam penelitian ini, untuk mengukur kecepatan cahaya digunakan metoda transmisi gelombang elektromagnetik. Untuk menghitung data pada metode tersebut digunakan persamaan 2.28. Pada eksperimen ini, panjang lintasan yang dimaksud adalah panjang dari kabel koaksial yang dilalui pulsa gelombang elektromagnet yang merambat bolak-balik dari ujung awal menuju ujung akhir dan dipantulkan kembali menuju ujung awal. Selang waktu yang dimaksud


merupakan waktu yang diperlukan pulsa untuk menempuh panjang lintasan. Selang waktu dapat diketahui dengan menghitung jarak puncak pulsa yang tampak pada layar CRO dan mengalikan dengan variabel time/div yang digunakan pada CRO. Dilakukan pengukuran kecepatan cahaya dengan metode transmisi gelombang elektromagnetik pada kabel koaksial bermedium udara. Prinsip kerjanya yaitu mengirimkan pulsa elektromagnetik dari satu titik ke titik yang lain. Sebelum pengukuran kecepatan gelombang elektromagnetik dimulai, dilakukan pengujian alat-alat yang akan digunakan untuk eksperimen terlebih dahulu. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kondisi alat apakah bisa berfungsi dengan baik atau tidak. Pengujian alat-alat dilakukan menggunakan kabel koaksial bermedium polivinil. Pengukuran dilakukan pada kabel koaksial bermedium udara dengan panjang 12 m, 18 m, 24 m dan 30 m. Eksperimen tidak dapat dilakukan didalam ruangan, hal ini disebabkan panjang kabel koaksial bermedium udara yang digunakan melebihi panjang ruangan laboratorium. Pada salah satu ujung kabel koaksial terdapat tahanan yang akan memantulkan pulsa kembali ke ujung awal. Selama eksprimen, pada layar CRO akan tampak beberapa pulsa bolakbalik. Pulsa tersebut merambat dari ujung awal menuju ujung akhir dan dipantulkan kembali menuju ujung awal. Banyaknya pulsa menunjukkan berapa kali pulsa tersebut merambat dari sumber dan dipantulkan kembali menuju sumber. Semakin jauh lintasan yang ditempuh pulsa maka semakin banyak pulsa yang tampak pada layar CRO. Saat pulsa dirambatkan, sebagian tenaga dari


medan listrik dan medan magnet akan didisipasikan menjadi tenaga termal sehingga pulsa mengalami pelemahan. Sebagai akibatnya amplitudo pulsa semakin lama semakin mengecil [Halliday D,1998]. Pulsa yang tampak harus mempunyai lebar pulsa yang kecil agar pulsa-pulsa tersebut tidak tumpang tindih tetapi terpisah sehingga mempermudah pembacaan jarak antara puncak pulsa. Dari tampilan data pada layar CRO dapat dihitung jarak antara satu puncak pulsa dengan puncak pulsa yang lain kemudian dikalikan dengan variabel waktu pada CRO. Hasil kali tersebut merupakan selang waktu yang diperlukan pulsa untuk menempuh lintasan. Data dari hasil pengukuran untuk panjang kabel 12 m dicatat pada Tabel 4.1dan seterusnya. Pada Tabel 4.1 – Tabel 4.5 dapat dilihat bahwa semakin jauh lintasan yang ditempuh pulsa maka semakin lama waktu yang diperlukan pulsa untuk menempuh lintasan tersebut. Data tersebut dibuat ke dalam bentuk grafik. Grafik 4.1 sampai Grafik 4.5 memperlihatkan bahwa hubungan antara jarak lintasan terhadap selang waktu. Menggunakan persamaan garis : ∆ℓ = v ∆t + k

(4.1)

didapat gradien yang merupakan nilai kecepatan gelombang elektromagnetik yang terukur. Seharusnya semakin panjang kabel maka semakin besar nilai gradiennya. Semakin panjang kabel semakin jauh jarak antar puncak pulsa. Hal itu dapat terlihat pada gradien Grafik 4.1 untuk panjang kabel 12 m dan gradien Grafik 4.2 untuk panjang kabel 18 m. Tetapi gradien pada Grafik 4.2 untuk panjang kabel


24 m dan gradien Grafik 4.4 m untuk panjang kabel 30 m hal tersebut tidak terjadi. Nilai gradien yang didapat malah semakin kecil. Dikarenakan kurangnya ketelitian dalam pembacaan jarak antara puncak pulsa. Pulsa yang tampak pada layar CRO semakin lama semakin melemah dan mengecil amplitudonya. Selain itu, pulsa tersebut semakin lama semakin menebal tampilannya. Sehingga sulit untuk menentukan dimana letak puncak pulsa yang sesungguhnya. Untuk mengatasi kesulitan tersebut maka pengukuran jarak puncak pulsa dilakukan dengan mengukur jarak puncak pulsa pertama dengan puncak pulsa yang terjauh, kemudian dibagi dengan jumlah puncak pulsa yang tampak tersebut. Selain itu, cara ini juga untuk mengatasi kesulitan dalam mengukur selang waktu yang diperlukan sinyal menempuh lintasan, dikarenakan kecepatan gelombang elektromagnetik sangat tinggi maka selang waktunya sangat kecil sekali. Untuk Tabel 4.1 sampai Tabel 4.5 jarak antara puncak pulsa merupakan hasil pengukuran langsung dari puncak pulsa yang satu dengan puncak pulsa yang kedua dan seterusnya. Tabel 4.6, jarak antara puncak pulsa didapat dengan mengukur jarak pulsa 1 ke puncak pulsa yang terjauh kemudian dibagi dengan jumlah puncak pulsa yang ada. Data pada Tabel 4.6 tersebut dibuat dalam bentuk grafik. Pada Grafik 4.6 terlihat hubungan antara ∆l terhadap ∆t. Titik-titik data hampir semuanya berada pada garis lurus. Melalui persamaan garis didapat hubungan ∆l = (2,2±0,2)x108 ∆t – 13 ± 4,5. Dimana gradien garisnya adalah v = (2,2±0,2)x108 m/s. Nilai gradien yang didapat merupakan nilai kecepatan


gelombang elektromagnetik di dalam medium udara yang terukur pada eksperimen ini. Ralat dihitung menggunakan software microcal origin 41. Kecepatan gelombang elektromagnetik yang didapat pada eksperimen ini lebih kecil daripada kecepatan gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa. Jika kecepatan gelombang elektromagnetik di udara dihitung menggunakan persamaan 2.26 maka akan didapat hasil yang sama. Hasil perhitungan tersebut juga menyatakan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik di dalam medium udara lebih kecil daripada kecepatan gelombang elektromagnetik yang merambat pada medium hampa. Persamaan 2.26 menjelaskan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik dipengaruhi oleh permeabilitas dan permitivitas dari udara. Berdasarkan kesimpulan Maxwell yang menyatakan bahwa cahaya merupakan salah satu bentuk gelombang elektromagnetik. Dengan demikian besarnya kecepatan gelombang elektromagnetik yang didapat pada penelitian ini dapat dikatakan juga sebagai kecepatan cahaya.


BAB V PENUTUP

A. Kesimpulan Dilakukan pengukuran kecepatan cahaya dengan metoda transmisi gelombang elektromagnet pada kabel koaksial bermedium udara. Dari hasil eksperimen didapat bahwa semakin panjang lintasan yang ditempuh pulsa, semakin besar waktu tunda atau selang waktu yang diperlukan pulsa menempuh lintasan tersebut. Dari penelitian yang dilakukan didapat bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik dalam medium udara lebih kecil daripada kcepatan gelombang elektromagnetik dalam medium hampa. Berdasarkan kesimpulan Maxwell bahwa cahaya merupakan salah satu bentuk gelombang elektromagnetik maka kecepatan gelombang elektromagnetik yang didapat dalam penelitian ini dianggap sebagai kecepatan cahaya.

B. Saran Diharapkan untuk penelitian lebih lanjut dengan memakai metoda transmisi pada kabel koaksial, digunakan medium yang lain.


DAFTAR PUSTAKA Amos S. W, 1996, Kamus Elektronika, Penerbit PT. Alex Media Komputindo Halliday D, 1988, Fisika Jilid 2, Jakarta, Erlangga. Johannes H, 1978, Lstrik dan Magnet, Jakarta, Balai Pustaka. Krauss John Daniel, 1988, Electromagnetics, Singapura. NN,2003, Petunjuk Praktikum Listrik Magnet Jurusan Fisika, Yogyakarta, Universitas Sanata Dharma. P H Smale, 1984, Sistem Telekomonikasi I, Jakarta, Erlangga. Sears dan Zemansky, 1982, Fisika Universitas Jilid 2, Penerbit Bina Cipta Bandung. Sutrisno, 1979, Fisika Dasar : Gelombang dan Optik, Bandung Penerbit ITB. Tipler, 1991, Fisika Untuk Sains dan Teknik, Jakarta, Erlangga.


LAMPIRAN

Nilai gradien, ralat gardien, nilai titik potong dan ralatnya dihitung menggunakan metode kurva kuadrat terkecil. Pada metode tersebut nilai gradien dihitung dengan persamaan: v=

NΣ∆t i ∆li − Σ∆t i Σ∆li NΣ∆t i − (Σ∆t i ) 2

2

Nilai titik potong dihitung dengan persamaan:

Σ∆ ti2 Σ∆ li − Σ∆ ti Σ∆ ti ∆li k= 2 N Σ∆ ti2 − (∆ti ) Ralat gradien dan titik potong dihitung dengan persamaan:

σ2 =

1 N Σ(∆li − v∆ti − k ) N −2 1

∆v =

Nσ 2 2 NΣ∆ti2 − (∆ti )

∆k =

σ 2Σ∆ti2

NΣ∆ti2 − (∆ti )

2

PENGUKURAN KECEPATAN CAHAYA DI UDARA DENGAN METODA TRANSMISI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK PADA KABEL KOAKSIAL

Recommend Documents