PERCOBAAN ELEKTRODINAMIKA CEPAT RAMBAT GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK A. Tujuan Menentukan besarnya cepat rambat gelombang elektromagnetik. B. Dasar Teori Ada dua hukum dasar yang menghubungkan gejala kelistrikan dan kemagnetan. Pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet. James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell. Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan medan magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik ini secara serempak merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan gejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.
Gambar 1. sketsa gelombang elektromagnetik (sumber: duniafisika.com) Gelombang elektromagnetik termasuk dalam gelombang transversal sehingga berlaku persamaan gelombang, yaitu :
c=f.λ dengan c = cepat rambat GEM = 3 x 108m/s, f = frekuensi gelombang, λ= panjang gelombang. Laser merupakan gelombang elektromagnetik yang merupakan singkatan dari akronim Light Amplification by Stimulation Emission of Radiation. Sinar laser ialah sinar yang diamplifikasi lewat stimulasi emisi dari pada radiasi. pancaran cahaya diperkuat dan distimulasi untuk menghasilkan suatu sorotan yang koherens dan yang terkendali baik pada bentuk, ukuran maupun kemurniannya. Laser terbuat dari satu panjang gelombang cahaya yang puncak kepuncak dan lembah kelembahnya selalu sinkron. Jadi gelombang cahayanya tidak menggangu gelombang cahaya yang lainnya. Karena laser sangat fokus, maka ia dapat menjangkau jarak yang sangat jauh. Dan yang lebih penting lagi daya yang dihasilkan laser antara 1.000 sampai 1.000.000 kali lebih kuat dari bola pijar. C. Alat Percobaan 1. Osiloscop 2. Laser 3. Detektor 4. Cermin
5. Penggaris D. Langkah Kerja 1. Menyusun alat percobaan seperti gambar berikut: 2. Menghubungkan osiloscop, detektor dan laser pada sumber arus. 3. Mengatur jarak laser ke cermin (S1). 4. Mengatur fokus laser agar tepat jatuh pada cermin. 5. Mengatur pantulan laser pada cermin agar jatuh tepat pada alat detektor. 6. Mengamati dan mencatat selisih gelombang pantulan laser (CH-2) dengan gelombang yang terbentuk sebelumnya (CH-1) pada osiloscop. 7. Mengukur besarnya jarak laser ke cermin (S 1) dan besarnya jarak cermin ke detektor (S2). 8. Memasukkan data dalam tabel pengamatan. 9. Mengulangi langkah tiga sampai delapan untuk jarak yang berbeda. 10. Membuat grafik hasil pengamatan. E. Data Hasil Percobaan No. S1 ( x 10-2 m) S2 ( x 10-2 m) 1. 93,5 98,3 2. 113,6 116,6 3. 196,7 196,6 4. 237,9 239,7 5. 267,8 270,5 6. 304,8 304,0 F. Analisa Data Perumusan nilai c = s/t a. s = 1,918 m t = 7x10-9 s
b. s = 2,302 m t = 8x10-9 s
Stotal ( x 10-2 m) 191,8 230,2 393,3 477,6 538,3 608,8
t ( x 10-9 sekon) 7 8 10 14 16 18
c. s = 3,933 m t = 10x10-9 s
d. s = 4,776 m t = 14x10-9 s
e. s = 5,383 m t = 16x10-9 s s = 6,088 m t = 18x10-9 s
C rata-rata =
Linear Regression: Y=A+B*X Parameter Value Error -----------------------------------------------------------A -38,34777 48,70483 B 36,57653x108 3,79358x108 ------------------------------------------------------------
G. PEMBAHASAN Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui besarnya cepat rambat gelombang elektromagnetik. Cahaya termasuk salah satu contoh gelombang elektromagnetik. Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude, kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya (http://brigittalala.wordpress.com). Dalam percobaan ini di gunakan sinar laser untuk menentukan besarnya cepat rambat gelombang. Prosedurnya yaitu setelah menyusun alat dengan benar, hal yang paling membutuhkan perhatian adalah memfokuskan sinar laser yang jatuh ke cermin agar mengenai detektor dengan tepat, hal ini perlu dilakukan agar gelombang yang
dihasilkan pada CRO dapat terpresentasikan dengan baik ( garis gelombang halus ). Gelombang elektromaknetik termasuk gelombang tranversal sehingga pada CRO akan muncul betuk gelombang dengan lembah dan puncak, selanjutnya dicatat selisih antara puncak gelombang pertama (gelombang asli) dan gelombang kedua (gelombang pantulan), selisih tersebut adalah waktu yang dibutuhkan sinar laser untuk menempuh jarak dari sumber laser menuju cermin lalu dipantulkan menuju ke detektor. Skala terkecil pada CRO yang digunakan adalah 4 ns, sehingga praktikan mengalami kesulitan saat menentukan harga t (waktu) yang diperoleh, selain itu dalam pemvariasian jarak praktikan harus mengambil perbedaan jarak yang cukup jauh dari data sebelumnya agar diperoleh nilai t (waktu) yang dapat terbaca pada skala CRO. Dikarenakan praktikan sangat kesulitan dalam memfokuskan sinar laser yang jatuh pada detektor, praktikan terpaksa tetap mengambil data ketika gelombang yang terbentuk tidak sempurna sehingga data yang diperoleh tidak terlalu baik ketika dipresentasikan dalam grafik. Untuk mengatasi hal tersebut praktikan melakukan beberapa kali pengambilan data dan dari sekian data yang diperoleh diambil beberapa data terbaik (6 data),
Dari perlakuan
tersebut praktikan memperoleh data seperti yang tercantum pada tabel dan tergambar pada grafik.
