PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI … · pulsa gelombang elektromagnetik pada kabel koaksial...
Transcript of PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI … · pulsa gelombang elektromagnetik pada kabel koaksial...
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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  ;cxÇz~{Éàut{ FMD<
 ^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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
(Jhon Patrick)
vi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
. ( ) sm /100,22,2v 8×±=
ix
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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 doa-
doa, 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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Medan listrik dan medan magnet gelombang elektromagnet
di dalam sistem koordinat cartesian.
7
Gambar 2.2 Pola medan listrik dan medan magnet pada kabel koaksial. 12
Gambar 2.3 Skema transmisi pulsa gelombang elektromagnetik pada kabel
koaksial.
14
Gambar 2.4 Pulsa yang tampak pada layar CRO. 16
Gambar 3.1 Gambar rangkaian alat yang akan digunakan untuk mengukur
kecepatan cahaya menggunakan kabel koaksial
17
Gambar 4.1 Gambar perjalanan pulsa yang ditransmisikan pada
kabel koaksial bermedium polivinil
23
Gambar 4.2 Pulsa setelah ditransmisikan pada kabel koaksial
bermedium udara dan dipantulkan oleh tahan nol
untuk panjang kabel 30 m.
24
xv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Pengukuran selang waktu pada panjang kabel koaksial
bermedium udara dengan panjang 12 m untuk tahanan nol.
25
Tabel 4.2 Pengukuran selang waktu pada panjang kabel koaksial
bermedium udara dengan panjang 18 m untuk tahanan nol
25
Tabel 4.3 Pengukuran selang waktu pada panjang kabel koaksial
bermedium udara dengan panjang 24 m untuk tahanan nol
26
Tabel 4.4 . Pengukuran selang waktu pada panjang kabel koaksial
bermedium udara dengan panjang 30 m untuk tahanan nol
27
Tabel 4.5 Pengukuran selang waktu pada berbagai panjang kabel koaksial
bermedium udara untuk tahanan nol
27
xvi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada kabel koaksial
bermedium udara dengan panjang 12 m untuk tahanan nol.
25
Grafik 4.2 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada kabel koaksial
bermedium udara dengan panjang 18 m untuk tahanan nol.
26
Grafik 4.3 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada kabel koaksial
bermedium udara dengan panjang 24 m untuk tahanan nol.
26
Grafik 4.4 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada kabel koaksial
bermedium udara dengan panjang 30 m untuk tahanan nol.
27
Grafik 4.5 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada berbagai panjang kabel
koaksial bermedium udara untuk tahanan nol.
28
xvii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
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 m/s [Sears dan Zemansky, 1982].
Kecepatan cahaya tersebut merupakan tetapan yang universal.
810×
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
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]:
0=⋅∇ B (2.1)
0=⋅∆ Drr
(2.2)
tDH∂∂
=×∆r
rr (2.3)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
tBE∂∂
−=×∇ (2.4)
arus pergeseran listrik D sama dengan hasil kali kuat medan listrik E
dengan permitivitas medium ε.
εEDrr
= (2.5)
Rapat flux magnet B adalah kuat medan magnet H dikalikan dengan
permeabilitas medium µ.
µHBrr
= (2.6)
dimana, 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
diperlihatkan bahwa Er
tegak lurus terhadap Hr
dan keduanya tegak lurus
terhadap arah rambat sumbu x. Dimisalkan kuat medan listrik Er
berada
pada sumbu y, maka jEE yˆ=
r. Medan listrik tegak lurus terhadap medan
magnet, sehingga kuat medan magnet H berada pada sumbu z, maka
kHH zˆ=
r.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
arah rambatHz
Ey
y
x
zGambar 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 :
( )kDjDiDt
ky
Hx
Hj
xH
zHi
zH
yH
zyxxyzxyz ˆˆˆˆˆˆ ++
∂∂
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
−∂∂
+⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
∂∂
−∂∂
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
−∂∂
(2.7)
berdasarkan persamaan 2.5 maka menjadi :
( )kEjEiEt
ky
Hx
Hj
xH
zHi
zH
yH
zyxxyzxyz ˆˆˆˆˆˆ ++
∂∂
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
−∂∂
+⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
∂∂
−∂∂
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
−∂∂ ε
(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 :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
jt
Ej
xH
zH yzx ˆˆ
∂
∂=⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛∂∂
−∂∂
ε (2.9)
jt
Ej
xH yz ˆˆ
∂
∂=
∂∂
− ε (2.10)
t
Ex
H yz
∂
∂−=
∂∂
ε (2.11)
Dengan permisalan pada gambar 2.1 maka persamaan 2.4 menjadi :
( )kBjBiBt
ky
Ex
Ej
xE
zEi
zE
yE
zyxxyzxyz ˆˆˆˆˆˆ ++
∂∂
−=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
−∂∂
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
−∂∂
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
−∂∂
(2.12)
dari persamaan 2.6 maka persamaan 2.12 menjadi :
( )kHjHiHt
ky
Ex
Ej
xE
zE
iz
Ey
Ezyx
xyzxyz ˆˆˆˆˆˆ ++∂∂
−=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
−∂
∂+⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
∂∂
−∂∂
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂
∂−
∂∂
µ
(2.13)
karena medan magnet B mempunyai komponen pada arah sumbu z maka
menjadi :
kt
Hk
yE
xE zxy ˆˆ
∂∂
−=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
−∂
∂µ (2.14)
kt
Hkx
E zy ˆˆ∂∂
−=∂
∂µ (2.15)
Persamaan (2.15) dan (2.11) dapat ditulis dalam bentuk :
t
HxE
∂∂
−=∂∂ µ (2.16)
tE
xH
∂∂
−=∂∂ ε (2.17)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Persamaan (2.16) diturunkan terhadap x menjadi :
xt
HxE
∂∂∂
−=∂∂ 2
2
2
µ (2.18)
dan persamaan (2.17) diturunkan terhadap t menjadi :
2
22
tE
txH
∂∂
−=∂∂
∂ ε (2.19)
Persamaan (2.19) disubsitusikan ke dalam persamaan (2.18) sehingga
menjadi :
2
2
2
2
tE
xE
∂∂
=∂∂ µε (2.20)
Persamaan gelombang untuk medan listrik E adalah :
( )tkxEE ω−= sin0 (2.21)
dengan : E = simpangan medan listrik gelombang elektromagnetik
pada saat t dan jarak x.
E0 = amplitudo gelombang elektromagnetik.
k = bilangan gelombang elektromagnetik ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
λπ
=2k .
λ = panjang gelombang.
ω = frekuensi sudut gelombang elektromagnetik ( ) . fπ2
Jika persamaan diturunkan dua kali terhadap x maka menjadi :
( )tkxEkxE
ω−−=∂∂ sin0
22
2
(2.22)
Persamaan 2.21diturunkan dua kali terhadap t menjadi :
( )tkxEtE
ω−ω−=∂∂ sin02
2
(2.23)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
dengan demikian dari persamaan 2.22 dan persamaan 2.23 didapat :
22
2
222
2 1tE
fxE
∂∂
λ=
∂∂ (2.24)
dimana λ kali f merupakan kecepatan gelombang ( λ f = v ).
maka persamaan 2.24 menjadi :
22
2
22
2 1tE
vxE
∂∂
=∂∂ (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 :
µε1
=v (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]:
00
1εµ
=v (2.27)
smv /1000,3 8×=
Dari perhitungan yang dilakukan Maxwel didapat bahwa kecepatan
gelombang elektromagnet di dalam medium hampa sama dengan
kecepatan cahaya m/det [Tipler, 1991]. Maxwell menarik
kesimpulan bahwa cahaya merupakan salah satu bentuk dari gelombang
8103×=c
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
(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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
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 konduktor-
konduktor. 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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
bawah ini. konduktor luar
CRO
l a
b
kabel koaksial sumber
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
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 :
tlv
∆∆
= (2.28)
tlv
∆=
2
dengan : ν = 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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
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
(b)
t
v
(c)
t
v
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
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
kabel koaksial
Osiloskop
Sumber
AFG
Gambar 3.1 Gambar rangkaian alat yang akan digunakan untuk mengukur kecepatan cahaya
menggunakan kabel koaksial
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
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
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.
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
dan bisa digunakan untuk eksperimen. Variabel-variabel pada alat-
alat 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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
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 Panjang lintasan (m) Selang waktu (s) 1. 24 0,2 x10-6
2. 48 0,4 x10-6
3. 72 0,55 x10-6
4. 96 0,7 x10-6
5. 124 0,95 x10-6
6. 144 1,1 x10-6
1∆l(m)
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 = (1,347±0,003)x108 ∆t –2,91±2,75
0 20 40 60 80
100 120 140
60
∆t(s)
1.00E-06 1.20E-06 2.00E-07 4.00E-07 6.00E-07 8.00E-070.00E+00
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Grafik 4.2 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada kabel koaksial bermedium udara
dengan panjang 18 m untuk tahanan nol.
350 ∆l(m)∆l = (1,843±0,004)x108 ∆t – 16,64±4,50300
250 200 150 100
50 ∆t(s)
0 0.00E+00 2.00E-06 5.00E-07 1.00E-06 1.50E-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 Panjang lintasan (m) Selang waktu (s) 1. 48 0,35 x10-6
2. 96 0,55 x10-6
3. 144 0,85 x10-6
4. 192 1,1 x10-6
5. 240 1,35 x10-6
6. 288 1,65 x10-6
7. 336 1,9 x10-6
8. 384 4,3 x10-6
Grafik 4.3 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada kabel koaksial bermedium udara dengan
panjang 24 m untuk tahanan nol.
∆l(m)
∆t(s)2.50E-062.00E-061.50E-061.00E-065.00E-07
450400350300250200150100
500
0.00E+00
∆l = (1,825±0,003)x108 ∆t – 10,15±3,79
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
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
150 200
100 50
t(s) 0
0.00E+00 2.50E-06 5.00E-07 1.00E-06 1.50E-06 2.00E-06
Grafik 4.4 Hubungan antara ∆l terhadap ∆t pada kabel koaksial bermedium udara dengan panjang 30 m untuk tahanan nol.
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 Panjang kabel (m) Panjang lintasan (m) Selang waktu (s) 1. 12 24 0,18 x10-6
2. 18 36 0,21 x10-6
3. 24 48 0,27x10-6
4. 30 60 0,34 x10-6
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
70 l(m) ∆l = (2,2±0,2)x108 ∆t – 13±4,5
60
50
40
30
20 1,50E-07 3,00E-07 2,00E-07 2,50E-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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
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 bolak-
balik. 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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
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.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
LAMPIRAN
Nilai gradien, ralat gardien, nilai titik potong dan ralatnya dihitung
menggunakan metode kurva kuadrat terkecil. Pada metode tersebut nilai gradien
dihitung dengan persamaan:
( )22
ii
iiii
ttNltltN
vΣ∆−Σ∆
Σ∆Σ∆−∆Σ∆=
Nilai titik potong dihitung dengan persamaan:
( )22
2
ii
iiiii
ttNlttltk
∆−Σ∆∆Σ∆Σ∆−Σ∆Σ∆
=
Ralat gradien dan titik potong dihitung dengan persamaan:
( ktvlN ii
N−∆−∆Σ
−=
1
2
21σ )
( )22
2
ii ttNNv
∆−Σ∆=∆
σ
( )22
22
ii
i
ttNtk∆−Σ∆
Σ∆=∆
σ
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI