Pendahuluan Elektromagnetika

Transkripsi

1 Revisi Februari 2002 Modul 1 EE 2323 Elektromagnetika Telekomunikasi Pendahuluan Elektromagnetika Oleh : Nachwan Mufti Adriansyah, ST

2 Organisasi Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika A. Latar Belakang Sejarah page 3 B. Aplikasi Elektromagnetika page 4 C. Persamaan Maxwell Bentuk Integral page 5 D. Parameter dan Satuan page 6 E. Tool Matematika page 7 F. Penjelasan Persamaan Maxwell page 9 Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 2

3 A. Latar Belakang Sejarah 1269 Pierre de Maricourt menemukan pole magnet 1600 A Kirchner : 2 pole magnet selalu sama kuat 1760 John Mitchel : konsep gaya antar pole magnet 1773 Cavendish : menemukan fenomena yang sama dengan si John 1782 Laplace menemukan persamaan Laplace 1785 Coulomb meneliti kembali konsep Cavendish dan melakukan kuantisasi fenomena tersebut 1800 Volta : konsep sumber tegangan dan deret volta 1813 Poisson : persamaan Poisson, konsep divergensi Gauss 1820 Oersted : arus menghasilkan medan magnet 1820 Ampere : kuantisasi gaya antar arus listrik 1820 Biot Savart : kuantisasi penemuan Oersted 1821 Faraday : motor listrik, 1831 : rumusan induksi medan listrik oleh medan magnet 1864 Maxwell : menemukan keterkaitan anatar rumusan yang sudah dibuat pendahulunya, Hukum Maxwell terpakai hingga sekarang Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 3

4 B. Aplikasi Elektromagnetika Elektronika dan rangkaian listrik Komunikasi komputer Medical Sistem radar Integrated circuit Komponen-komponen elektronika Proses pengiriman informasi lewat frekuensi radio Saluran transmisi ( coax, wave guide, dsb ) Antena dll Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 4

5 C. Persamaan Maxwell ( bentuk integral ) Konsep yang mendasari semua fenomena dalam elektromagnetika Persamaan bentuk integral di bawah menjelaskan arti fisis dari perilaku listrik dan magnit Hukum Faraday Hukum Ampere dan Arus Pergeseran Maxwell Hukum Gauss Hukum Gauss 0 d E dl B ds d H dl J ds D ds V dv Q B ds D ds Bacalah dan pahami rumus-rumus di atas, ulangi mempelajari tool matematika yang diperlukan (diferensial integral), vektor, dsb!! Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 5

6 D. Parameter dan Satuan Simbol Keterangan Satuan E Medan listrik Volt meter H B D V Medan magnet Rapat fluks magnetik Rapat fluks listrik Rapat muatan volume Ampere meter Weber meter persegi Coulomb meter persegi Coulomb meter kubik Q Muatan listrik Coulomb J Rapat arus Ampere meter persegi Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 6

7 E. Tool Matematika Elektromagnetika sulit lebih karena tool matematika dan bukan karena konsepnya Tool matematika adalah teknik matematika yang digunakan dalam menyelesaikan persoalan elektromagnetika Tool matematika yang sering digunakan dalam elektromagnetika adalah : 1. Analisis vektor 2. Analisis bentuk bilangan kompleks 3. Persamaan-persamaan differensial kuadrat 4. Differensial dan integral Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 7

8 Bagaimana Tool Matematika Berperan... Dalam Penyelesaian Persoalan Elektromagnetika Persamaan Maxwell dan konsep-konsep Fisika Elektromagnetika Persoalan Medan Elektromagnetika MODEL MATEMATIS SOLUSI Tool Matematika Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 8

9 F. Penjelasan Persamaan Maxwell Persamaan I E dl E E Hukum Faraday d ds E BdS E dl Definisi Jika ada rapat fluks listrik (B) yang berubah terhadap waktu dan menembus suatu bidang yang dikelilingi lintasan tertutup, maka akan menghasilkan medan listrik (E) yang arahnya sesuai dengan arah lintasan tertutup tersebut ( mengelilingi bidang ds ). Arah rapat fluks magnetik (B) dan arah medan listrik (E), sesuai dengan aturan tangan kanan. db Dari persamaan tersebut juga dapat menjelaskan bahwa, Medan magnet yang berubah terhadap waktu akan dapat menghasilkan medan listrik. Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 9

10 Penjelasan Persamaan Maxwell Persamaan II Hukum Ampere dan Arus Pergeseran Maxwell d HdL J ds DdS HdL J ds Hukum Ampere dan Arus Pergeseran Maxwell Hukum Ampere I H H ds H H dl Jika ada rapat arus J dan rapat fluks listrik D yang berubah terhadap waktu yang menembus suatu bidang ds yang dikelilingi lintasan tertutup, maka akan dihasilkan medan magnet (H) yang arahnya sesuai dengan lintasan tertutup tersebut ( mengelilingi bidang ds ). J dd Sama dengan Hukum Faraday, arah medan magnet (H), rapat arus (J) dan rapat fluks listri (D), adalah sesuai dengan aturan tangan kanan. Continued... Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 10

11 Lanjutan. Persamaan II Hukum Ampere dan Arus Pergeseran Maxwell 3 kemungkinan untuk menghasilkan medan magnet (H) : 1. Medan magnet hanya dihasilkan oleh rapat arus (J) saja HdL J ds 2. Medan magnet hanya dihasilkan oleh rapat fluks listrik (D) yang berubah terhadap waktu HdL d Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 11 I D ds I d Id adalah arus pergeseran yang akan dijelaskan kemudian 3. Medan magnet dihasilkan oleh keduanya, baik oleh rapat arus maupun rapat fluks listrik (D) yang berubah terhadap waktu HdL J ds d Penjelasan Persamaan Maxwell D ds

12 Penjelasan Persamaan Maxwell D D Persamaan III Hukum Gauss D D ds D D D D D Q V dv D D ds D Q D D q D D ds Jumlah total rapat fluks yang meninggalkan suatu permukaan tertutup sama dengan total muatan yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu sendiri Persamaan diatas juga menjelaskan fenomena bahwa suatu muatan listrik ( Q ) akan menjadi sumber timbulnya medan listrik / rapat fluks listrik Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 12

13 Penjelasan Persamaan Maxwell Persamaan IV Hukum Gauss Untuk Medan Magnet B ds 0 Persamaan keempat Maxwell di atas menjelaskan bahwa tidak ada yang dinamakan muatan magnetik sebagai sumber medan magnetik. Adapun muatan listrik hanyalah akan menghasilkan medan listrik. Medan magnetik hanya dihasilkan oleh medan listrik yang berubah terhadap waktu atau dihasilkan oleh muatan listrik yang berubah terhadap waktu seperti yang dijelaskan dari Hukum Ampere. Nachwan Mufti A Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika 13