Pendahuluan Elektromagnetika Oleh

Revisi Februari 2002
Modul 1
EE 2323 Elektromagnetika Telekomunikasi
Pendahuluan Elektromagnetika
Oleh :
Nachwan Mufti Adriansyah, ST
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
A. Latar Belakang Sejarah
1269
1600
1760
1773
1782
1785
1800
1813
1820
1820
1820
1821
1864
Pierre de Maricourt menemukan pole magnet
A Kirchner : 2 pole magnet selalu sama kuat
John Mitchel : konsep gaya antar pole magnet
Cavendish : menemukan fenomena yang sama dengan si John
Laplace menemukan persamaan Laplace
Coulomb meneliti kembali konsep Cavendish dan melakukan
kuantisasi fenomena tersebut
Volta : konsep sumber tegangan dan deret volta
Poisson : persamaan Poisson, konsep divergensi Gauss
Oersted : arus menghasilkan medan magnet
Ampere : kuantisasi gaya antar arus listrik
Biot Savart : kuantisasi penemuan Oersted
Faraday : motor listrik, 1831 : rumusan induksi medan listrik
oleh medan magnet
Maxwell : menemukan keterkaitan anatar rumusan yang sudah
dibuat pendahulunya, Hukum Maxwell terpakai hingga sekarang
Nachwan Mufti A
Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika
3
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
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



d 
 E  dL   dt  B  dS



  d 
 H  dL   J  dS  dt  D  dS


 D  dS    V dV  Q
 B  dS  0
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
D. Parameter dan Satuan
Simbol

E

H

B
Keterangan
Medan listrik
Medan magnet
Satuan
 Volt 


 meter 
 Ampere 


meter


Rapat fluks magnetik

D


Weber


meter
persegi


Rapat fluks listrik
V
Rapat muatan volume
 Coulomb 


meter
persegi


 Coulomb 


 meter kubik 
Q

Muatan listrik
Rapat arus
J
Nachwan Mufti A
Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika
Coulomb


Ampere


meter
persegi


6
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
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
F. Penjelasan Persamaan Maxwell
Persamaan I
Hukum Faraday



d 
 E  dL   dt  B  dS

E
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 ).

E
dS

E

E

dB
dt
Nachwan Mufti A
dL
Arah rapat fluks magnetik (B) dan arah
medan listrik (E), sesuai dengan aturan
tangan kanan.
Dari persamaan tersebut juga dapat menjelaskan
bahwa,
Medan magnet yang berubah terhadap waktu
akan dapat menghasilkan medan listrik.
Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika
9
Penjelasan Persamaan Maxwell
Persamaan II Hukum Ampere dan Arus Pergeseran Maxwell



  d 
 H  dL   J  dS  dt  D  dS


 
 H  dL   J  dS  I
Hukum Ampere
Hukum Ampere dan Arus Pergeseran Maxwell

H

H
dS

H

H

 dD
J
dt
Nachwan Mufti A
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
dL arahnya sesuai dengan lintasan
tertutup tersebut ( mengelilingi bidang
dS ).
Sama dengan Hukum Faraday, arah medan magnet (H) ,
rapat arus (J) dan rapat fluks listri (D) , adalah sesuai
dengan aturan tangan kanan.
Continued...
Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika
10
Penjelasan Persamaan Maxwell
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




 H  dL   J  dS  I
2. Medan magnet hanya dihasilkan oleh rapat fluks listrik
(D) yang berubah terhadap waktu

 d  
 H  dL  dt  D  dS  Id
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


 d  
 H  dL   J  dS  dt  D  dS
Nachwan Mufti A
Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika
11
Penjelasan Persamaan Maxwell
Persamaan III Hukum Gauss


 D  dS   V dV  Q

D

D

D

D

D

D

dS
q

D
dS

D
Q

D

D

D
Nachwan Mufti A

D

D
Jumlah total rapat fluks
yang meninggalkan suatu
permukaan tertutup sama
dengan total muatan yang
dilingkupi oleh permukaan
tertutup itu sendiri

D

D
Persamaan diatas juga menjelaskan
fenomena bahwa suatu muatan
listrik ( Q ) akan menjadi sumber
timbulnya medan listrik / rapat
fluks listrik
Modul 1 Pendahuluan Elektromagnetika
12
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