LAPORAN
PRKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN 1
Disusun oleh: Nama NIM Tim Hari Hari/T /Tan angg ggal al pra prakt ktik ikum um Asisten
: Riyanto : H1C004006 : Eva NS : Rabu Rabu,, 22 Nope Nopemb mber er 2006 2006 : Bilallodin S.Si, M.Si
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN PROGRAM SARJANA MIPA JURUSAN FISIKA PURWOKERTO 2006
PERCOBAAN GELOMBANG MIKRO Oleh: Riyanto
Abstrak Gelombang mikro merupakan gelombang elektromagnetik yang bersifat transversal. Percobaan gelombang mikro yang telah dilakukan bertujuan untuk mengetahui karateristik dari gelombang mikro, seperti pemantulan, pembiasan, polarisasi, difraksi dan interferensi. Sehingga dapat menentukan panjang gelombangnya dan indeks bias bahan yang digunakan. Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah satu set sistem optik gelombang mikro merk PASCO model WA-9314B. Percobaan dimulai dengan mengenal sistem optik gelombang mikro. Ini untuk mengamati perubahan intensitas yang terjadi pada penerima. Data yang diperoleh berupa sudut pantul, sudut bias, dan intensitas maksimumnya. Dengan data tersebut diperoleh nilai panjang gelombang mikro yaitu sebesar 3,0 cm dan indeks bias prisma sebesar 1,35. Kata kunci: gelombang mikro, pemantulan, pembiasan, polarisasi, difraksi, interferensi
Abstract Microwave represent the electromagnetic wave having the character of transversal. Microwave attempt which have been done aim to know the characteristic from microwave, like reflection, refraction, polarization, difraction and interferensi. So that can determine its wavelength and refractive index used substance. Equipments used on trial is a set system optic of microwave of merk PASCO model WA-9314B. Attempt started by recognizing system of microwave optic. This to perceive the intensity change that happened at receiver. Data obtained by in the form of angle of reflection, angle of refraction, and maximum of intensity. With the the data obtained by a micro wavelength value is 3,0 cm and refractive index of prism of equal to 1,35. Keyword: microwave, refraction, polarization, difraction, interferensi
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sejak sekitar 60 tahun yang lalu, telah diperlihatkan bahwa cahaya berperilaku sebagai gelombang. Maxwell,
didasari oleh perhitungan
elektromagnetik,
bahwa
mengatakan
cahaya
pasti
kecepatan gelombang merupakan
gelombang
elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik pertama kali di bangkitkan dan dideteksi secara eksperimental oleh Heinrich Hertz (1857-1894) di tahun 1887. Hertz menggunakan perangkat celah-bunga-api dimana muatan digerakkan boalk-balik dalam waktu singkat, membangkitkan gelombang berfrekuensi sekitar 109 Hz. Ia mendeteksi gelombang tersebut dari suatu kejauhan dengan menggunakan loop kawat yang bisa membangkitkan ggl jika padanya terjadi perubahan medan magnet. Gelombang ini kemudian dibuktikan merambat dengan kelajuan cahaya 3,00×108 m/s dan menunjukkan karakteristik gelombang seperti pemantulan, pembiasan, polarisasi, difraksi dan interferensi (Giancoli,2001). Dari dasar pemikiran para ilmuan tersebut yang telah meneliti terlebih dahulu dan
diyakini
kebenarannya,
kami
berusaha
membuktikan
fenomena
yang
dikemukakannya melalui percobaan gelombang mikro yang merupakan salah satu jenis dari gelombang elektromagnetik.
B. Tujuan
1. Mempelajari sifat-sifat gelombang mikro 2. Menentukan panjang gelombang mikro 3. Menentukan indeks bias bahan
C. Dasar teori
Gelombang
mikro
atau
dikenal
sebagai microwave
ialah
gelombang
elekromagnet yang mempunyai daerah frekuensi antara 109 sampai 3 x 1011 Hz (300 Ghz) atau derah panjang gelombang dari 30 cm sampai dengan 1mm. daerah frekuensi antara 1 Ghz sampai 3 Ghz disebut daerah UHF (Ultra High Frequency). Gelombang mikro banyak digunakan dalam radar, sistem komunikasi dan juga untuk mempelajari struktur
molekul dalam bahan. Sumber gelombang mikro adalah alat khusus yang bekerja secara elektronik, seperti klistron, magnetron, dan Travelling Wave tube (TWT). Salah satunya yang dipergunakan dalam eksperimen ini adalah Gunn oscilator sebagai sumber gelombang elektromagnetik. Sifat-sifat Gelombang Mikro a.
Refleksi (Pantulan) dan Refraksi (Pembiasan)
Dalam percobaan, gelombang mikro dapat direfleksikan oleh suatu lempeng logam (Gambar 1). Refleksi pada logam bisa terjadi jika rata-rata dari ketidakteraturan permukaan pemantul (reflektor) jauh lebih kecil daripada panjang gelombang yang datang. Syarat kekasaran permukaan seperti ini memiliki pengertian yang berlainan untuk spektrum elektromagnetik yang berbeda. Syarat kedua bagi adanya berkas refleksi adalah ukuran rentang reflektor harus lebih besar daripada panjang gelombang berkas datang.
Gelombang datang
Normal Gelombang pantul θ1
θ1
n1
udara
D 900
n2 θ2
Gelombang bias Gambar 1. Penggambaran refleksi dan refraksi dengan menggunakan gelombang yang jatuh pada permukaan air
Gambar 2 adalah sebuah bagian dari susunan cermin LLOYD. Titik A adalah sebuah sumber gelombang mikro dari titik A dapat mencapai detektor gelombang melalui dua jalur, yaitu jalur langsung (AC) dan jalur pantulan (AB+BC). Detektor di C akan mendekati isyarat yang maksimum (interferensi konstruktif) jika kedua gelombang bertemu di titik C dalam keadaan sefase (beda fasenya 0). Jika hal ini terjadi pada posisi
reflektor seperti pada Gambar 2, maka maksimum berikutnya akan terdeteksi jika reflektornya digeser sehingga jarak gelombang terpantul menjadi (AB+BC+λ). B
h A
C
d1
d1 Gambar 2. Cermin Lloyd
Pada pembiasan oleh prisma, indeks bias n zat prisma segitiga dapat ditentukan dengan mengukur sudut deviasi minimum Dmin prisma dalam vakum (atau udara). Sudut deviasi D ditunjukkan pada Gambar 3.
n
=
1 sin ( A + Dmin ) 2 1 sin A 2
(1)
Hal ini didasarkan oleh rumus umum pembiasan Snellius n1 sin θ 1
=
n2 sin θ 2
(2)
A
D
Gambar 3. Pembiasan gelombang mikro oleh prisma b.
Polarisasi
Polarisasi hanya dapat terjadi untuk gelombang transversal dan tidak untuk gelombang longitudinal. Polarisasi adalah peristiwa tercapainya sebagian arah getar gelombang sehingga hanya tinggal memiliki satu arah getar saja. Gelombang mikro diramalkan oleh teori elektromagnet sebagai gelombang transversal, yaitu vektor listrik dan magnet bergetar adalah tegak lurus kepada arah penjalaran. Arah polarisasi pada gelombang elektromagnetik yang terpolarisasi bidang diambil sebagai arah vektor medan listrik. Gambar 4 menujukkan penempatan pelat pemolarisasi kedua P2. jika P2 dirotasikan terhadap arah penjalaran, maka ada dua kedudukan yang terpisah sebesar 1800, dengan intensitas gelombang yang ditransmisikan hampir sama dengan nol.
Gambar 4. Gelombang tak terpolarisasi tidak ditransmisikan oleh pelat-pelat pemolarisasi sisi yang bersilangan
Jika amplitudo dari gelombang terpolarisasi bidang yang jatuh pada P2 adalah Em maka amplitudo gelombang yang keluar adalah: Em cos θ dengan θ adalah sudut diantara arah polarisator P1 dan P2. dengan mengingat bahwa intensitas yang ditransmisikan I berubah dengan θ menurut Snellius: I = Im cos2 θ
(3)
Dengan Im adalah nilai maksimum dari intensitas yang ditransmisikan, nilai maksimum tersebut terjadi bila arah polarisator P1 dan P2 adalah sejajar, yaitu bila θ = 1800.
c.
Interferensi dan difraksi
Jika dua gelombang bergabung maka akan terjadi interferensi gelombang. Interferensi yang terjadi akan bersifat saling menguatkan atau saling melemahkan. Hal ini berlaku untuk gelombang mikro. Gelombang-gelombang menyebar sewaktu merambat dan ketika menemui penghalang, gelombang ini berbelok mengitarinya dan memasuki daerah berikutnya. Fenomena ini disebut difraksi. Besarnya difraksi bergantung pada panjang gelombang dan ukuran penghalang. Sebagai aturan praktis, hanya jika panjang gelombang lebih kecil dari ukuran benda, akan ada bayangan yang cukup besar.
II. A.
METODE
Waktu dan Tempat
Hari/tanggal
:
Rabu, 22 Nopember 2006
Waktu
:
09.00 – 11.00 WIB
Tempat
:
Laboratorium Eksperimen 1 Fisika, MIPA Universitas Jenderal Soedirman
B.
Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah: 1. Satu set sistem optik Gelombang Mikro merk PASCO model WA-9314B. 2. Satu buah Adaptor 3. Butir-butir styrene 4. Satu buah Prisma ethafoam
C.
Cara Kerja 1. Mengenal Sistem Optik Gelombang Mikro
1. Menyusun Peralatan seperti pada Gambar 5. 2
Menghubungkan pemancar dengan penerima dan memutar tombol pengatur INTENSITY pada penerima dari OFF ke tanda 10x.
3. Mengatur jarak antara pemancar dan penerima supaya tepat 40 cm. Mengatur pula tombol INTENSITY dan VARIABLE INTENSITY pada alat penerima sehingga jarum menunjukkan simpangan penuh (angka 1,0).
4. Menetapkan jarak R (jarak antara pemancar dan penerima) antara 70 dan 90 cm. Sambil memperhatikan jarum penerima, mengurangi jarak tersebut secara perlahan-lahan. Kemudian mengamati yang terjadi pada penerima. 5. Menetapkan jarak antara 50 dan 90 cm. meletakkan sebuah reflektor dengan bidang pantulnya sejajar dengan lengan goniometer (Gambar 6). Berulang-ulang menjauhkan dan mendekatkan reflektor. Kemudian mengamati yang terjadi pada penerima.
. Gambar 5. Susunan alat
Gambar 6. Refleksi
2. Pemantulan
1.
Menyusun peralatan seperti pada Gambar 7 dengan pemancar pada lengan
statis. Pemancar dan penerima harus mempunyai polarisasi yang sama (keduanya vertikal atau horizontal). 2.
Menghidupkan pemancar dan memutar tombol INTENSITY pada alat
penerima sampai pada tanda 30. 3.
Mengatur kududukan reflektor sehingga sudut datangnya tepat 100.
4.
Mengatur lengan alat penerima sampai dideteksi isyarat yang maksimum,
tanpa mengubah kedudukan pemancar maupun reflektor. Kemudian mencatat sudut pantulnya. 5.
Melakukan langkah ke-3 dan ke-4 untuk beberapa sudut datang yang
berbeda.
Gambar 7. Susunan alat
3. Pembiasan Melalui Prisma
1.
Menyusun alat-alat seperti pada Gambar 8. Memutar prisma masih kosong
pada meja rotasi dan mengamati pengaruhnya terhadap gelombang mikro. 2. Mengisi prisma tersebut dengan butir-butir styrene dan mengatur gelombang yang datang dari pemancar arahnya tegak lurus pada sisi tegak prisma. 3. Mengatur kedudukan reflektor untuk menetukan sudut datangnya. 4. Memutar lengan goniometer beserta penerimanya dan menentukan sudut bias dengan mencari posisi yang intensitasnya maksimum.
Gambar 8. Susunan alat
4. Polarisasi
1. Menyusun alat-alat seperti pada Gambar 9 dengan posisi penerima seperti semula (00). Sisi corong yang penjang letaknya horizontal. 2. Melepaskan polisatornya dari statif. Memutar penerima sehingga sisi panjangnya dari corongnya tegak lurus. 3. Mengatur kududukan polisator pada sudut 00. 4. Mengatur lengan alat penerima sampai dideteksi isyarat yang maksimum, tanpa mengubah
kedudukan
pemancar
maupun
reflektor.
pembacaan pada penerima untuk intensitasnya.
Gambar 9. Susunan alat
Kemudian
mencatat
5. Cermin Lloyd
1. Menyusun alat-alat seperti pada Gambar 10. Untuk memperoleh hasil optimal maka jarak antara pemancar dan detektor harus 1 meter lebih atau sejauh mungkin. 2. Sambil memperlihatkan penerima, perlahan-lahan menjauhkan reflektor dari pusat goniometer. Kemudian mencatat pembacaan penerima. 3. Mencari kedudukan reflektor yang terdekat yang akan menghasilkan isyarat minimum (meteran menunjukkan simpangan minimum). 4. Mengukur dan mencatat h1, jarak antara pusat goniometer dan reflektor. 5. Perlahan-lahan menjauhkan reflektornya sehingga meteran menunjukkan nilai maksimum dan kemudian kembali ke minimum. Mengukur h2, jarak baru antara goniometer dan reflektor. Mengulangi perlakuan jarak h3 dan h4.
Gambar 10. Susunan alat
D. Diagram Alir 1. Mengenal Sistem Optik Gelombang Mikro
Mulai
Menyusun peralatan seperti Gambar 5
Menguhubungkan pemancar dengan adaptor dan INTENSITY = 10x
Mengatur R = 40 cm dan alat penerima =1,0
Menetapkan R = 70 - 90 cm
Mengurangi jarak sambil memperhatikan jarum penerima
Tidak
Apakah penerima telah teramati?
Ya Menetapkan R = 50 - 90 cm
Meletakkan reflektor sejajar lengan goniometer
Menjauhkan dan mendekatkan lengan goniometer dengan reflektor
Tidak Apakah penerima telah teramati?
Selesai
Ya 2. Pemantulan
Mulai
Menyusun peralatan seperti Gambar 7
Menghidupkan pemancar dan INTENSITY = 30x
Sudut datang = 100
Memutar lengan alat penerima Tidak
Apakah isyarat sudah mencapai maksimum?
Ya Mencatat sudut pantulnya
Mengatur sudut datang baru? (untuk 200, 300, 400, 500) Tidak Selesai
Ya
3.
Pembiasan Melalui Prisma
Mulai
Menyusun peralatan seperti Gambar 8
Memutar prisma kosong dan mengamati pengaruhnya terhadap gelombang mikro
Mengisi prisma dengan butir-butir styrene
Mengatur gelombang datang tegak lurus pada sisi tegak prisma
sudut datang = 100
Tidak
Memutar lengan goniometer dan penerimanya
Apakah isyarat sudah mencapai maksimum?
Ya Mencatat sudut biasnya
Selesai
4. Polarisasi
Mulai
Menyusun peralatan seperti Gambar 9
Penerima = 00
Melepaskan polarisator dari statif
Memutar penerima hingga sisi panjang dari corongnya tegak lurus
Kedudukan polarisator = 00
Tidak
Memutar lengan goniometer dan penerimanya
Apakah isyarat sudah mencapai maksimum?
Ya
Ya
Mencatat intensitasnya
Mengatur kedudukan polarisator baru? (untuk sudut 22.50, 450, 67.50, 900) Tidak Selesai
5. Cermin Lloyd
Mulai
Menyusun peralatan seperti Gambar 10
R = 1 meter lebih
Menjauhkan reflektor dari pusat goniometer dan memperhatikan alat penerima
Mencatat pembacaan penerima
Mencari kedudukan reflektor yang menghasilkan isyarat minimum
Mengukur h1
Menjauhkan reflektor hingga nilai maksimum dan kembali ke minimum
Ya
Mengukur h 2
Mengukur h baru? (h3, h4, dst) Tidak Selesai
III. A.
HASIL DAN PEMBAHASAN
HASIL 1. Pemantulan
Tabel 1. Data Pengamatan Percobaan Pemantulan Sudut Datang
Sudut Pantul
I (mA)
Ipantul(mA)
100 200
200 200
1 1
0,16 0,84
300
300
1
0,84
400
380
1
0,88
500
500
1
0,92
2. Pembiasan
Tabel 2. Data Pengamatan Percobaan Pembiasan Sudut Datang
Sudut Bias
n Bahan
100
180
1,78
200
290
1,42
300
400
1,29
400
480
1,16
500
590
1,12
sin θ 1
n=
sin θ 2
nr at a
−
r at a
ket : θ1= Sudut datang , θ2 = Sudut bias
= (1.78+1.42+1.29+1.16+1.12)/5 = 1.354
3. Polarisasi
Tabel 3. Data Pengamatan Percobaan Polarisasi I0 (mA) 1 1 1 1 1 4. Interferensi
θ 10 22,5 45 67,5 90
Tabel 4. Data Pengamatan Percobaan Interferensi
Iθ (mA) 0,78 0,42 0,08 0,02 0,00
h1 = 14,5 cm h2 = 17,5 cm h3 = 20,6 cm h4 = 23,4 cm Rata-rata λ = h( n 1) − hn
λ (cm) 3,0 3,1 2,8 3,0
+
B. PEMBAHASAN
Pada percobaan gelombang mikro kami mencoba membuktikan beberapa katakteristik dari gelombang, seperti pemantulan, pembiasan, polarisasi dan interferensi. Pada percobaan pemantulan gelombang mikro dapat disimpulkan bahwa besarnya sudut datang sama dengan sudut pantul. Hal ini sesuai dengan hukum pemantulan Snellius. Demikian juga pada percoban pembiasan gelombang mikro yang melalui sebuah prisma dapat disimpulkan bahwa pembiasan gelombang mikro sesuai dengan hukum pembiasan Snellius. Dari percobaan pembiasan diperoleh indeks bias prisma ethafoam sebesar 1,35. Pada percobaan interferensi gelombang mikro diperoleh titik-titik dimana intensitasnya maksimum yaitu ketika gelombang yang sampai pada penerima terjadi interferensi maksimum. Jarak antara titik maksimum pertama dengan titik maksimum berikutnya disebut satu panjang gelombang. Dari data pengamatan diperoleh panjang gelombang mikro berkisar antara 2,8 cm sampai 3,1 cm. Nilai tersebut telah mendekati kebenaran referensi yaitu 2,85 cm (Panduan Praktikum Fisika Eksperimen, 2006). Pada percobaan polarisasi gelombang mikro, ketika polarisator diputar ke sudut 900(horisontal) intensitas gelombang semakin kecil. Hal ini menunjukkan bahwa gelombang yang dipancarkan dari pemancar terpolarisasi vertikal sehingga gelombang tersebut tidak dapat melewati polarisator yang arahnya horisontal(900).
IV. KESIMPULAN
Berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan dalam percobaan mikro dapat disimpulkan bahwa:
gelombang
1. Gelombang mikro memiliki sifat-sifat gelombang, yaitu pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi dan polarisasi. 2. Nilai intensitas gelombang dipengaruhi oleh jarak dan reflektor yang digunakan. 3. Daerah panjang gelombang mikro yang diperoleh berkisar antara 2,8 cm sampai 3,1 cm dan nilai indeks bias prisma sebesar 1,35.
V. DAFTAR PUSTAKA
Giancolli, 2001. Fisika Dasar 2 Edisi Kelima. Jakarta Erlangga. Halliday,D dan Resnick,R. 1984. Fisika Jilid 2 Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga. Liang.2006. Aplikasi Elektromagnetik. Jakarta: Erlangga.
