Gaya Pada Arus Listrik di Medan Magnet

Pada bahasan sebelumnya mengenai arus listrik menghasilkan kemagnetan seperti pada percobaan Oersted pada tahun 1820. Kemudian apabila seutas kawat memiliki arus listrik dan tentunya menghasilkan medan magnet. Hal ini juga terjadi pada bagian partikel dimana partikel arus listrik pada kawat yang mengalir juga menghasilkan partikel medan magnet. Gambar 1 di bawah menunjukkan bahwa potongan kawat yang berpenampang A dan memiliki panjang l yang menyalurkan arus i. Jika kawat ini berada dalam medan magnetik B, gaya magnetik pada setiap muatan ialah qv_d x B, dengan v_d merupakan kecepatan pembawa muatan. Jumlah muatan dalam potongan kawat ini merupkan jumlah (n) per satuan volume. Jadi gaya total pada ptongan kawat ini adalah

F = (qv_d x B) nAl

Besarnya arus listrik pada gambar tersebut merupakan

I = n qv_dA

Jadi gaya dapat di tulis sebagai

F = il x B

Dengan i merupakan vektor yang besarnya sama dengan lanjang kawat dan arahnya sejajar dengan qv_d, yang juga merupakan arah arus i. Untuk arus yang berada dalam arah x positif dan medan magnetiknya berada pada bidang x-y (masuk bidang gambar) , maka gaya akan di arahkan pada sumbu y positif (gambar di atas). Apabila di tinjau pada kaidah tangan kanan maka ibu jari sebagai I, jari lainnya sebagai B dan gayanya F adalah telapak tangan.

Pada persamaan F = il x B dianggap bahwa potongan kawatnya berupa garis lurus dan bahwa medan magnetiknya tidak berubah sepanjang kawat lurus tersebut. Akan tetapi persamaan ini dapat diperluas untuk hubungan suatu kawat dengan bentuk sembarang dalam medan magnet sembarang. Kembali kita fokuskan pada bahasan partikel mengenai hal ini, yaitu suatu tinjuan partikel medan magnet dan partikel medan listrik. Sehingga persamaan di atas dapat di tuliskan sebagai

dF = idl x B

dengan B merupakan vektor medan magnet di potongan kecil tersebut dan besar idl di sebut elemen arus. Gaya total dapat diperoleh dengan mengintegralkan seluruh elemen arus dalam kawat tersebut, dengan menggunakan medan B yang sesuai di setiap elemenya.

Untuk contoh soal dalam persoalan yang melibatkan persamaan dF = idl x B akan saya bahas dalam bentuk slide pada tulisan mendatang.

Read more »

Posted in: Fisika

PENGENDALI KISI DIFRAKSI PADA MONOKROMATOR

Oleh : Yasin Agung Sahodo

Difraksi adalah penyebaran gelombang, contohnya cahaya, karena adanya halangan. Semakin kecil halangan, penyebaran gelombang semakin besar. Efek difraksi adalah karakteristik dari fenomena gelombang, apakah bunyi, atau cahaya dimana muka-muka gelombangnya dibelokkan. Peristiwa difraksi dapat dijelaskan melalui prinsip Huygens yaitu : setiap titik dari muka-muka gelombang yang  tidak terganggu,  pada saat tertentu bertindak sebagai sumber muka-muka gelombang speris kedua (frekuensinya sama dengan sumber primer). Sehingga muka-muka gelombang tersebut salin bersuperposisi dan menyebabkan peristiwa difraksi. Fenomena difraksi dapat dilihat pada gambar 1.

 

 

Gambar 1. Pola gelap terang menunjukkan difraksi cahaya

Efek lain dar difraksi adalah penempatan pelenturan gelombang bersesuaian dengan lebar celah sempit dan panjang gelombang. Jika panjang gelombang (λ) lebih besar dibandingkan dengan lebar celah (d), maka gelombang akan disebar keluar dengan sudut yang cukup besar.

Secara sederhana hubungan matematis difraksi adalah :

 adalah besar sudut pelebaran cahaya dan m adalah pola gelap terang yang terbentuk. 

Berdasarkan efek difraksi terhadap panjang gelombang, maka di buat kisi difraksi yaitu celah smpit dengan jumlah yang sangat banyak dalam orde ribuan celah per inch. Kisi difraksi memiliki sifat dasar  difraksi pada celah tunggal. Akan tetapi, karena jumlahnya yang banyak dan di kenai cahaya tertentu, maka mengakibatkan cahaya berbelok bersuperposisi dan dapat di lihat hanya pada pengelompokkan superposisi maksimum dari masing-masing gelombang penyusun cahaya. Cahaya polikromatik yang diarahkan pada kisi difraksi akan menyebabkan cahaya poliromatik terpisah menjadi beberapa cahaya monokromatik bergantung pada komposisi gelombang cahaya penyusun cahaya polikromatik.

Pemanfaatan difraksi adalah untuk mendapatkan sumber gelombang cahaya tunggal dengan panjang gelombang tertentu yang berasal dari cahaya polikromatik.  Cahaya monokromatik yang dihasilkan cukup mudah prosesnya dibandingkan dengan mendapatkan cahaya monokromatik menggunakan LASER. Akan tetapi, untuk mendapatkan nilai panjang gelombang yang di dapatkan dari cahaya monokromatik hasil difraksi cukup rumit sehingga di gunakan alat monokromator.

Monokromator adalah alat yang berfungsi untuk menguraikan cahaya polikromatis menjadi beberapa komponen panjang gelombang tertentu (monokromatis) yang bebeda (terdispersi). Penggunaan monokromator adalah menentukan pengukuran spektrum frekuensi sumber cahaya, dan hasil cahaya yang didapatkan dapat dimanfaatkan untuk pengolahan citra, spektroskopi, penentuan quantum effeciency sel surya, spektrum arbsobsi suatu bahan uji, dan sebagainya.

Komponen utama monokromator terdiri dari sumber cahaya polikoromatik yang dapat di ganti-ganti jenisnya, beberapa cermin sebagai pemanjang lintasan cahaya terdifraksi, kisi difraksi dan pengendalinya.

Gambar 1. Struktur dasar monokromator

 

Monokromator memerlukan pengendali kisi difraksi yang sangat sensitif terhadap perubahan gelombang ( cahaya monokromatik ) yang dikeluarkan pada celah keluaran ( exit slit ).

Gambar 2. Kisi difraksi pada monokromator

Pengendali monokroamtor tersebut dapat dikendalikan menggunakan mikrokontroler yang merespon perubahan sudut putar kisi difraksi. Pada prinsipnya, untuk mengubah keluaran gelombang pada monokromator di gunakan pemutaran sudut kisi difraksi karena hal ini berkaitan dengan persamaan 1 di atas.

Pemutaran sudut pada kisi difraksi dilakukan menggunakan motor yang diatur menggunakan mikrokontroler dan terkalibrasi hubungan antara putaran sudut dengan nilai panjang gelombang yang dikeluarkan.

Bagan mikrokontroler secara umum yaitu :

Gambar 3. bagan mikrokontroler

Pemutar yang umum digunakan adalah motor stepper, akan tetapi pada perancangan sistem ini digunakan motor DC yang dimodifikasi sistem geraknya seperti gambar di bawah :

Gambar 4. Bentuk motor DC pada monokromator

Pemanfaatan perancangan kendali untuk memperbaiki sistem gerak monokromator yang rusak, yaitu monokromator produk SPEK M 301, sehingga sistem kerja kendali motor sesuai dengan rangkaian alat pada monokromator tersebut.

            Motor DC yang dikendalikan setiap di beri sinyal masukan tegangan akan membuat kisi difraksi terputar dan menimbulkan keluaran panjang gelombang yang berbeda-beda. Arah putar motor DC akan memberikan efek arah putar kisi dirfaksi, motor dengan sinyal masukan + akan memutar kisi difraksi serah jarum dan sinyal masukan – akan memutar kisi difraksi berlawanan jarum jam. Sinyal masukan untuk memutar di sesuakan dengan inputan pengatur berupa sensor perubahan sudut kisi difraksi yang memiliki informasi mengenai keluaran panjang gelombang pada output slit.

            Sensor  yang digunakan berupa sensor yang memberikan respon perubahan resistansi akibat perputaran sudut, yang secara prinsip mirip dengan Starin Gauge. Perbedaannya Strain Gauge memberikan informasi resistansi di tampilkan pada display pengukuran, sedangkan untuk sensor pada kisi difraksi untuk mengeluarkan dispay panjang gelombang dan kenadi sinyal motor DC. Gambar penanaman sensor adalah sebagai berikut :

 

Gambar 5.Perancangan Sistem Sensor gerak monokromator

Respon sinyal dari sensor perubahan resistansi akan di olah menggunakan jembatan wheatstone dan op amp, sehingga keluaran berupa tegangan yang di konversi oleh ADC dan mengatur kerja mikrokontroler. Perubahan resistan di di tunjukkan oleh perubahan besar perbandingan nilai dengan rumusan perubahan resistansi adalah . Perincian mengenai sistem kerja pengendali putaran kisi difraksi sesuai flowchart berikut :

Gambar 6. Flowchart perangakaian sistem instrumentasi

Read more »