GELOMBANG
GELOMBANG
MAKALAH MAKALAH
GELOMBANG DISPERSIF: PANDU GELOMBANG DALAM PLASMA DAN GELOMBANG DISPERSIF: PANDU GELOMBANG DALAM PLASMA DAN
KONDUKTOR KONDUKTOR
Diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Gelombang Diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Gelombang
Dosen Pengampu: Dosen Pengampu: Winda Setya M.Sc. Winda Setya M.Sc. Disusun Oleh: Disusun Oleh: Abdullah
Abdullah Fawwaz Fawwaz (1152070003)(1152070003)
Fikri
Fikri Nurhayati Nurhayati (1152070025)(1152070025)
Harisman (1152070031)
Harisman (1152070031)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN P.MIPA PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN P.MIPA
FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN
UIN
UIN SUNAN SUNAN GUNUNG GUNUNG DJATIDJATI BANDUNG
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat-Nya sehingga makalah dengan judul “Gelombang Dispersif: Pandu Gelombang dalam Plasma dan Konduktor” dapat tersusun hingga selesai . Tidak lupa kami juga mengucapkan banyak terimakasih atas bantuan dari pihak yang telah berkontribusi dengan
memberikan sumbangan baik materi maupun pikirannya.
Harapan kami, semoga makalah ini dapat menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca.
Dalam penyusunan makalah ini, penulis menyadari akan keterbatasan kemampuandalam menyusun makalah ini. Penulis sadar bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan jauh dari kesempurnaan baik dalam materi maupun cara penyajian penulisannya. Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk pengembangan dan kesempurnaan laporan ini. Semoga informasi yang terdapat dalam laporan ini bermanfaat bagi kita semua. Amin.
Bandung , September 2017
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ... i DAFTAR ISI... ii BAB I ... 3 PENDAHULUAN ... 3 A. Latar Belakang ... 3 B. Rumusan Masalah ... 3 C. Tujuan ... 3 BAB II ... 5 PEMBAHASAN ... 5
A. Pengertian Gelombang Elektromagnetik ... 6
B. Dispersi gelombang ... 5
C. Pandu Gelombang ... 5
D. Gelombang Elektromagnetik dalam Plasma ... 8
E. Gelombang Elektromagnetik dalam Logam ... 10
F. Contoh Percobaan Gelombang dalam Plasma dan Konduktor ... 12
BAB III ... 13
PENUTUP ... 13
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pemanfaatan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari berdampak pada kemajuan teknologi yang sangat pesat. Kemajuan teknologi yang dapat dirasakan dari pemanfaatan gelombang elektomagnetik adalah pada dunia komunikasi yaitu berupa sistem komunikasi radio, televisi, telepon genggam, dan radar. Kegunaan Gelombang Elektromagnetik tidak hanya bermanfaat di bidang teknologi, tetapi merambah ke bidang kehidupan lainnya, antara lain yaitu bidang kedokteran, bidang industri, bidang pangan, dan lain-lain. Kemajuan ini disebabkan oleh salah seorang ahli fisikawan meneliti tentang Gelombang elektromagnetik yaitu Hipotesis Maxwell, Hipotesis ini yang melahirkan/ memunculkan gagasan baru tentang gelombang elektromagnetik.
Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Ada beberapa gejala gelombang yang berlaku umum, baik untuk gelombang mekanik maupun gelombang elektromagnetik. Ada 6 gejala gelombang umum yaitu pemantulan, pembiasan, dispersi, difraksi, interferensi, dan polarisasi. Dalam makalah ini akan dijelasakan mengenai disperse gelombang serta pandu gelombang dalam plasma dan konduktor.
B. Rumusan Masalah
1. Apakah pengertian gelombang elektromagnetik?
2. Apakah pengrtian dsispersif gelombang?
3. Apa yang dimaksud dengan pandu gelombang?
4. Bagaimanan solusi perumusan pandu gelombang dalam plasma?
5. Bagaimana solusi perumusan pandu gelombang dalam konduktor?
C. Tujuan
Makalah ini ditulis dengan tujuan sebagai berikut :
2. Unruk mengetahui pengrtian dsispersif gelombang
3. Unruk mengetahui dengan pandu gelombang
4. Unruk mengetahui solusi perumusan pandu gelombang dalam plasma
BAB II PEMBAHASAN
A. Dispersi gelombang
Dispersi gelombang adalah perubahan bentuk gelombang ketika gelombang merambat pada suatu medium. Medium nyata yang gelombangnya merambat dapat disebut sebagai medium nondispersi.Dalam medium nondispersi,gelombang mempertahankan bentuknya.
Dalam beberapa medium kita dapatkan bahwa kecepatan jalar gelombang bergantung pada panjang gelombang. Jika suatu cahaya putih, yang terdiri dari beberapa gelombang dengan berbagai harga panjang gelombang datang miring pada permukaan kaca, maka tiap warna akan dibelokkan dengan sudut yang berlainan.
Peristiwa ini disebut dispersi (penyebaran) cahaya. Tampak bahwa pangkal dispersi gelombang ialah bergantung kecepatan jalar gelombang di dalam bahan pada panjang gelombang. Medium dispersif adalah medium yang kecepatan jalar gelombangnya bergantung pada panjang gelombang (Sutrisno, 1979).
Dalam medium dispersif laju gelombang bergantung pada frekuensi atau panjang gelombang dan gelombangnya dinamakan gelombang dispersif. Pada gelombang dispersif, hubungan antara dan k tidak linear. Contoh gelombang dispersif adalah gelombang
elektromagnetik yang merambat pada permukaan air dan dalam plasma
B. Pandu Gelombang
Pandu gelombang adalah sebuah medium yang digunakan untuk memandu gelombang, seperti gelombang elektromagnetik atau gelombang suara. Pandu gelombang yang digunakan berbeda-beda disesuaikan dengan jenis gelombang yang akan dipandu.
Pandu gelombang memiliki bentuk geometri yang berbeda-beda yang dapat menahan energy dalam satu dimensi seperti pandu gelombang yang berbentuk lempeng (slab waveguide) atau dalam dua dimensi seperti dalam fiber atau channel waveguide. Selain itu, pandu gelombang yang berbeda digunakan untuk memandu gelombang dengan frekuensi yang berbeda-beda; contohnya fiber optik digunakan untuk memandu cahaya (frekuensi tinggi) dan tidak memandu gelombang micro yang memiliki frekuensi yang lebih rendah dibandingkan dengan cahaya tampak.
Bahan yang sering digunakan sebagai bahan pandu gelombang adalah serat/fiber optic Dalam perkembangannya, serat optik tidak hanya digunakan sebagai sarana telekomunikasi tapi juga sebagai sensor. Kelebihan dari serat optik sebagai sensor ini adalah tidak terpengaruh dari radiasi EM, memiliki ketelitian tinggi (dalam orde mikro), penempatan lebih mudah, dan dapat menampung banyak informasi dalam satu serat. Cahaya sebagai carier dari informasi yang memiliki rentang panjang gelombang dan frekuensi tentunya memberikan ukuran bandwith tersendiri tergantung sifat
cahaya sumber yang digunakan.
Pada penjalaran gelombang dalam pandu gelombang, gelombang elektromagnetik yang dipropagasikan sepanjang sumbu pandu gelombang dapat dijelaskan melalui persamaan gelombang yang diturunkan dari persamaan Maxwell, dan dimana panjang gelombangnya bergantung terhadap struktur dari 6 pandu gelombang, dan material yang berada di dalamnya (udara, plastik, vakum, dll), dan juga frekuensi dari gelombangnya.
C. Pengertian Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang memancar tanpa media rambat Oleh karena tidak memerlukan media perambatan, gelombang elektromagnetik sering pula disebut sebagai radiasi eletromagnetik. Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat melewati ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain.
Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang terdiri dari gelombang vector medan magnet dan listrik yang merambat tegak lurus arah medan tersebut, kedua medan tersebut juga saling tegak lurus. Arah rambat ini ditentukan sebagai arah dari
vector hasil perkalian silang
⃗ × ⃗,
dengan:⃗
= kuat medan listrik⃗
= induksi magnetik⃗,⃗
disebut juga vektor optik⃗ × ⃗
=
disebut vector POYNTING,⃗
=
(kuat medan magnet = ,
= permeabilitas), gelombang eletromagnetik dapat merambat tanpa medium perantara.radiation is called ‘Bremsstrahlung’. The radiation of electromagnetic waves from an aerial is due to the oscillatory motion of charges in an alternating current flowing in the aerial. It is quite remarkable that the whole of electromagnetic theory can be described by the four v ector relations in Maxwell’s equations. (Pain, 2005: 199-200)
D. Persamaan Maxwell
Persamaan Maxwell adalah hukum yang mendasari teori medan elektromagnetik. Dari persamaan Maxwell, kita dapat melihat bahwa hubungan antara kejadian medan listrik dan medan magnet berkaitan erat dengan sifat geometrid an kelistrikan medium dimana fenomena itu terjadi. Persamaan Maxwell dirumuskan dalam besaran medan listrik dan medan magnet. Seluruh persamaan Maxwell terdiri dari empat persamaan medan.
Nama Persamaan Keterangan
Hukum Gauss
tentang listrik
∮⃗.⃗ =
/
Fluks listrik neto yang melalui permukaan tertutup sebanding dengan muatan listrik neto
yang dilingkupi permukaan tersebut.Hukum Gauss
tentang magnet
∮⃗.⃗ = 0
Tidak akan ada fluks magnet neto yang melalui permukaan karena tidak akan ada muatan magnetic yang dilingkupi permukaan,
Hukum
Faraday
∮.=−
GGL induksi yang timbul padasuatu rangkaian sebanding dengan perubahan fliks magnet yang menembus rangkaian tersebut terhadap waktu.Hukum Ampere-Maxwell
∮⃗.⃗ =
+
Medan sebanding magnet dengan perubahanterinduksifluks listrik dan jumlah arus yang dilingkupinya.
Beberapa bentuk Persamaan Maxwell dalam teori elektromagnetik dapat ditulis sebagai berikut:
.=
∇.=0
∇=−
∇=
0
+
0
̅
E. Gelombang Elektromagnetik dalam Plasma
Plasma adalah gas terionisasi terdiri dari muatan negative (electron) dan positif (ion). Contohnya adalah pada lapisan atmosfer. Ionosfer yaitu lapisan dimana gelombang elektromagnetik radio terpantul. Plasma ionosfer terbentuk dari radiasi (sinar X dan UV) matahari dan terperangkap oleh medan magnet bumi. Dalam plasma partikel bergerak cepat dan dipercepat oleh medan listrik yang dihasilkan oleh gelombang elektromagnetik. Gerak dari partikel-partikel bermuatan (terutama electron) akan membentuk arus konduksi yang akan mengimbas medan magnet. Medan magnet ini pada akhirnya akan menginduksi medan listrik menurut hukum faraday.
Medan listrik hasil induksi gerak electron cenderung untuk selalu melawan medan listrik dari gelombang datang. Hal ini menyebabkan gelombang elektromagnetik terpantul saat akan mencoba menembus plasma.
Perhatikan bahwa electron dipercepat oleh medan listrik E, maka berdasarkan hukum II Newton:
F = -
= m
Dengan v = kecepatan electron:
-eE = m
= -
Dengan:
= rapat electron
2
= m
=
Dari persamaan Maxwell – Ampere
-
(
+
) Turunan terhadap waktu, maka diperoleh:
2
=
2
2
+
Substitusi
, maka diperoleh: -
=
(
+
) Dari persamaan induksi Faraday diketahui-
=
Jika persamaan diatas diturunkan terhadap ruang, maka diperoleh:
=
Substitusi
=
(
+
)Persamaan diatas merupakan persamaan gerak gelombang elektromagnetik pada medium plasma. Persamaan diatas dibuat dengan asumsi pertama electron dipercepat bebas dan kedua
tumbukan antarelektron diabaikan. Suku kedua ruas kanan persamaan diatas disebut arus konduksi.
Untuk melihat bagaimana pengaruh electron plasma pada medan listrik t otal tinjau suatu gelombang harmonis.
E(x,t) =
sin(−)
Maka, turunan kedua terhadap waktu persamaan diatas adalah:
= -
2
sin( −)
Turunan kedua E terhadap t adalah negative sementara suku kedua persamaan gelombang
elektromagnetik dalam plasma selalu beharga positif (
) = positif. Jadi, interaksi elemenplasma dengan medan listrik akan menurunkan amplitudo medan listrik tersebut. Kuantitas
adalah memiliki dimensi
1
dan didefinisikan
=
sebagai frekuensi sudut plasma.F. Gelombang Elektromagnetik dalam Logam
Logam memiliki jumlah electron bebas yang sangat banyak. Contoh: tembaga memiliki 1023 elektron bebas per 1 cm3. Electron bebas ini dapat berinteraksi dengan medan listrik luar sehingga dapat mencegah penetrasi medan.
Jika logam tidak dapat ditembus oleh medan elektromagnetik bagaimana electron dapat mengalir pada bahan konduktor.
[Type a
[Type a [Type a
Hukum ohm mikroskopik dinyatakan dengan persamaan: E =
ŋ
J =
E Dengan:ŋ =
= 1/
resistivitas
= konduktivitasJika persamaan diatas dikalikan dengan panjang batang logam ℓ maka:
E ℓ = V = h ℓ J
=
ŋ ℓ
A J = R IPersamaan diatas dikenal sebagai hukum ohm dari sudut mikroskopik.
Perhatikan persamaan berikut yang telah dibahas:
m
= -e E m
=
2
persamaan diatas untuk kasus dimana resistivitas bahan adalah nol.
Agar persamaan diatas berlaku umum untuk semua keadaan, maka dimodifikasi menjadi:
m
=
2
[E –]
persamaan diatas dapat juga diturunkan langsung dari persamaan gerak electr on dalam logam sebagai berikut:
dari hukum II Newton:
m
= F =-eE - m
Dengan:fc
1
= frekuensi electron menumbuk ion atau netral v = kecepatan electronjika persamaan (7.70) dikalikan dengan
|−
|
maka diperoleh: m
= -eE – m
|−
|
m
= -
2
+ m
m
=
2
+ m
m
=
2
- m
Karena: J = -
Maka, dapat ditulis:m
=
[−
ŋ
BAB III PENUTUP
DAFTAR PUSTAKA
Budi, Esmar. 2013. Gelombang. Bandung: PT. Remaja Rosdakarya
Sarojo, Ganijanti aby. 2011 . Gelombang dan Optik . Jakarta : Salemba Teknik.
