DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS GADJAH MADA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS GADJAH MADA
TUGAS INSTRUMENTASI GEOFISIKA
TRANDUSER
GRAVITASI DAN MEDAN MAGNET BUMI
Disusun oleh
Nama : Aris Kriswanto
NIM : 08/270374/PA/12287
YOGYAKARTA
APRIL
2011
Transduser adalah perangkat yang berfungsi mengkonversi suatu besaran menjadi besaran lain.
Macam-macam transduser:
A. Mechanical Transduser
Perangkat yang berfungsi mengkonversi besaran menjadi besaran mekanik.
Contoh Sensor Mekanik:
1. Saklar adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk menyambung atau memutuskan aliran listrik. Selain untuk jaringan listrik arus kuat, saklar berbentuk kecil juga dipakai untuk alat komponen elektronika arus lemah. Saklar tombol bisa diaplikasikan untuk sensor mekanik, karena alat ini bisa dipakai pada mikrokontroller untuk pengaturan rangkaian pengontrolan.
2. Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), ataupun perubahan suhu. Prinsip kerja termometer ada bermacam-macam, yang paling umum digunakan adalah termometer air raksa.
3. Pedometer atau penghitung langkah adalah sebuah alat, di zaman modern biasanya bisa portabel dan dirancang elektronik atau elektromekanis, yang menghitung setiap langkah seseorang dengan mendeteksi gerakan pinggul dari orang tersebut. Karena jarak langkah tiap orang bervariasi, maka diperlukan kalibrasi informal oleh pengguna apabila standardisasi jarak langkah (seperti kilometer atau mil) diinginkan.
4. MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) adalah reraga/struktur peralatan elektro-mekanik terdiri dari sensor mikro,aktuator mikro dan peraga pendukung lainnya di dalam ukuran miniatur seukuran rangkaian keping terpadu (IC). Sebagaimana halnya dengan rangkaian keping terpadu, bahan substrat dasar yang digunakan untuk membuat MEMS komersial umumnya adalah silikon.Contoh aktuator mikro yang terdapat pada MEMS adalah pompa mikro, pemancar (jet) mikro, dan motor ukuran mikro. Contoh sensor yang terdapat pada MEMS misalnya adalah sensor tekanan, sensor temperatur, dan sensor aliran dalam ukuran mikro. Dengan teknologi ini, pada saat ini sudah dimungkinkan mewujudkan apa yang disebut sebagai "Lab on Chip". Contoh dari produk ini misalnya apa yang dikenal sebagai DNA chip.
5. Peluit bekerja dengan cara ditiup yang menyebabkan timbulnya aliran udara yang akan terpisah oleh sebuah plat tipis sehingga menimbulkan gesekan udara yang menyebabkan udara bergetar. Alat ini bisa dioperasikan dengan mulut, atau didukung oleh tekanan udara, uap, atau cara lain. Peluit memiliki variasi dalam ukuran, mulai dari peluit dengan slide kecil atau juga jenis seruling dengan banyak pipa yang besar seperti organ musik.
6. Tuas Kendali (joystick) adalah alat masukan komputer yang berwujud tuas yang dapat bergerak ke segala arah. Alat ini dapat mentransmisikan arah sebesar dua atau tiga dimensi ke komputer. Alat ini umumnya digunakan sebagai pelengkap untuk memainkan permainan video yang dilengkapi lebih dari satu tombol. Tuas kendali telah menjadi alat kontrol utama pada kokpit pesawat terbang, termasuk pesawat jet dan pesawat militer, baik sebagai tuas utama ataupun tuas di sisi-sisinya. Tuas kendali juga digunakan untuk mengontrol mesin seperti mesin derek, truk, kursi roda, kamera pengawas dan mesin pemotong rumput. Miniatur dari tuas kendali finger-operated telah diadopsi sebagai alat input untuk peralatan elektronik kecil sepertitelepon seluler (ponsel).
B. Electrikal Transduser
Perangkat yang berfungsi mengkonversi suatu besaran menjadi besaran listrik, sering disebut dengan sensor.
1. Alarm secara umum dapat didefinisikan sebagai bunyi peringatan atau pemberitahuan. Dalam istilah jaringan, alarm dapat juga didefinisikan sebagai pesan berisi pemberitahuan ketika terjadi penurunan atau kegagalan dalam penyampaian sinyal komunikasi data ataupun ada peralatan yang mengalami kerusakan (penurunan kinerja). Pesan ini digunakan untuk memperingatkan operator atau administrator mengenai adanya masalah (bahaya) pada jaringan. Alarm memberikan tanda bahaya berupa sinyal, bunyi, ataupun sinar.
2. Termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1°C. Dua logam yang disatukan ujung-ujungnya, maka terjadi “diffuse” elektron pada sambungan logam tersebut, menyebabkan satu logam menjadi lebih positif dan yang lain negatif, sehingga timbul ggl, karena konsentrasi elektron valensi tergantung pada suhu. Maka ggl yang timbul tergantung pada suhu, fenomena ini disebut seebeck effect.
3. Thermistor, Semi konduktor yang mempunyai sifat “Thermal resistor” yaitu semakin tinggi suhu bahannya,semakin rendah tahanannya. Terbuat dari campuran oksida besi, mangaan, cobalt dan magnesium.
4. Penciuman elektronik adalah suatu alat hasil dari penelitian yang kemampuannya ditujukan untuk mendeteksi berbagai karakteristik aroma. Pendeteksi elektronik lumrah disebut dengan penciuman bionik. Fungsi penciuman elektronik Salah satu fungsi utama teknologi ini berada dalam industri makanan dan minuman, yaitu untuk memonitor atau mengontrol kualitas suatu produk atau melakukan klasifikasi. Seperti pada proses pembuatan kopi, tembakau ataupun produk yang akan diekspor ke negara asing. Selain itu dapat digunakan di daerah lain seperti minyak bumi untuk analisis kualitatif dan kuantitatif, deteksi bahan peledak, klasifikasi dan degradasi minyak zaitun penelitian, pengembangan bidang lingkungan detektor bau aplikasi, aplikasi kontrol kualitas dalam industri otomotif, membedakan antara sapi perah bersih dan tercemar, analisis bahan baku kosmetik, serta banyak bidang penting lainnya seperti dalam bidang medis dan ruang.
5. Sensor parkir atau disebut juga sensor mundur adalah perangkat elektronik yang dipasang pada bagian belakang kendaraan yang mendeteksi bagian belakang kendaraan sehingga dapat menhentikan kendaraan sebelum menyentuh/menabrak bagian yang tidak terlihat dari cabin kendaraan. Sensor ini merupakan perlengkapan standar mobil mewah, namun sekarang banyak dijual perlengkapan sensor ini untuk dipasang pada kendaraan yang belum memiiki sensor parkir. Sensor ditempatkan pada bagian belakang kendaraan, biasanya di bumper belakang. Sensor infrared, yang bekerja atas sinar inframerah ataupun sensor gelombang ultrasonik yang dipancarkan dan kemudian ditangkap lagi oleh sensor, yang kemudian diinformasikan kepada pengemudi melalui bunyi, lampu ataupun monitor LCD didashboard.
Gravitasi
F = gaya tarik-menarik antara kedua benda (N)
m1 = massa benda 1 (kg)
m2 = massa benda 2 (kg)
r = jarak antara kedua pusat benda (m)
G = tetapan gravitasi universal
Saat itu Newton belum dapat mendefinisikan besar dari G. Nilai G tidak dapat diperoleh dari teori, namun harus melalui eksperimen. Orang yang pertama kali melakukan eksperimen untuk menentukan nilai G adalah Henry Cavendish, dengan menggunakan neraca torsi. Neraca seperti ini kemudian disebut neraca Cavendish. Bola dengan massa yang berbeda, yaitu m dan M yang dapat bergerak bebas pada poros, akan tarik menarik, sehingga akan memuntir serat kuarsa, sehingga cahaya yang memantul pada cermin pun akan bergeser pada skala. Dengan mengkonversi skala, dan memperhatikan jarak m dan M serta massa m dan M, maka Cavendish menetapkan nilai G sebesar 6,754 x 10-11 N.m2/kg2. Nilai ini kemudian kini dengan perlengkapan yang lebih canggih disempurnakan, sehingga diperoleh nilai:
G = 6,672 x 10-11 N.m2/kg2. Gaya gravitasi merupakan besaran vektor, sehingga bila suatu benda mengalami gaya tarik gravitasi dari lebih satu benda sumber gravitasi, maka teknik mencari resultannya dipergunakan teknik pencarian resultan vektor. Misalnya dua buah gaya F1 dan F2 yang membentuk sudut , resultan gayanya dapat ditentukan berdasarkan
persamaan :
Nilai g dapat diukur dengan berbagai metoda. Bentuk-bentuk paling sederhana misalnya dengan menggunakan pegas atau bandul yang diketahui konstanta-konstantanya. Dengan melakukan pengukuran dapat ditentukan nilai percepatan gravitasi di suatu tempat, yang umumnya berbeda dengan tempat lain.
Dalam bidang fisika bumi dikenal pula metoda gravitasi yaitu suatu metoda pengukuran perbedaan percepatan gravitasi suatu tempat untuk memperkirakan kandungan tanah yang berada di bawah titik pengukuran. Dengan cara ini dapat diduga (bersama-sama dengan pemanfaatan metoda fisika bumi lainnya) struktur dan juga unsur-unsur pembentuk lapisan tanah yang tersusun atas elemen yang memiliki rapat massa yang berbeda-beda.
Bandul adalah benda yang terikat pada sebuah tali dan dapat berayun secara bebas dan periodik yang menjadi dasar kerja dari sebuah jam dinding kuno yang mempunyai ayunan. Dalam bidang fisika, prinsip ini pertama kali ditemukan pada tahun 1602 oleh Galileo Galilei, bahwa perioda (lama gerak osilasi satu ayunan, T) dipengaruhi oleh panjang tali dan percepatan gravitasi mengikuti rumus:
di mana L adalah panjang tali dan g adalah percepatan gravitasi.
timbangan adalah neraca pegas (dinamometer). Neraca pegas adalah timbangan sederhana yang menggunakan pegas sebagai alat untuk menentukan massa benda yang diukurnya. Neraca pegas (seperti timbangan badan) mengukur berat, defleksi pegasnya ditampilkan dalam skala massa (label angkanya sudah dibagi gravitasi).
Persamaan matematis suatu neraca pegas dinyatakan dalam:
k * X = m * g
dengan
k = konstanta pegas
X = defleksi
m = massa
g = gravitasi
Neraca/timbangan dengan bandul pemberat (seperti yang terdapat di pasar ikan/sayur) menimbang massa. Biasanya menggunakan massa pembanding yang lebih kecil dengan lever (tuas) yg panjang. Mengikuti hukum tuas (persamaan momen).
m1 * g * L1 = m2 * g * L2
dengan
m1,m2 = massa benda pertama, massa benda kedua
L1,L2 = panjang tuas pertama, panjang tuas kedua
g = gravitasi
Neraca pegas menunjukkan angka yang berbeda di bumi dan bulan, atau di daerah yg gravitasinya berbeda. Timbangan bandul menunjukkan angka yg sama di mana pun, asal masih ada gravitasi untuk menggerakkan timbangan.
Medan magnet
Dalam ilmu Fisika, adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet "permanen"). Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.
Hasil kerja Maxwell telah banyak menyatukan listrik statis dengan kemagnetan, yang menghasilkan sekumpulan empat persamaan mengenai kedua medan tersebut. Namun, berdasarkan rumus Maxwell, masih terdapat dua medan yang berbeda yang menjelaskan gejala yang berbeda.Einsteinlah yang berhasil menunjukkannya dengan relativitas khusus, bahwa medan listrik dan medan magnet adalah dua aspek dari hal yang sama (tensor tingkat2), dan seorang pengamat bisa merasakan gaya magnet di mana seorang pengamat bergerak hanya merasakan gayaelektrostatik. Jadi, dengan menggunakan relativitas khusus, gaya magnet adalah wujud gaya elektrostatik dari muatan listrik yang bergerak, dan bisa diprakirakan dari pengetahuan tentang gaya elektrostatik dan gerakan muatan tersebut (relatif terhadap seorang pengamat).
Medan magnet bumi terkarakterisasi oleh parameter fisis atau disebut juga elemen medan magnet bumi (gambar I), yang dapat diukur yaitu meliputi arah dan intensitas kemagnetannya. Parameter fisis tersebut meliputi :
Deklinasi (D), yaitu sudut antara utara magnetik dengan komponen horizontal yang dihitung dari utara menuju timur
Inklinasi(I), yaitu sudut antara medan magnetik total dengan bidang horizontal yang dihitung dari bidang horizontal menuju bidang vertikal ke bawah.
Intensitas Horizontal (H), yaitu besar dari medan magnetik total pada bidang horizontal.
Medan magnetik total (F), yaitu besar dari vektor medan magnetik total.
Gambar I. Tiga Elemen medan magnet bumi
Medan magnet utama bumi berubah terhadap waktu. Untuk menyeragamkan nilai-nilai medan utama magnet bumi, dibuat standar nilai yang disebut International Geomagnetics Reference Field (IGRF) yang diperbaharui setiap 5 tahun sekali. Nilai-nilai IGRF tersebut diperoleh dari hasil pengukuran rata-rata pada daerah luasan sekitar 1 juta km2 yang dilakukan dalam waktu satu tahun.
Medan magnet bumi terdiri dari 3 bagian :
1. Medan magnet utama (main field)
Medan magnet utama dapat didefinisikan sebagai medan rata-rata hasil pengukuran dalam jangka waktu yang cukup lama mencakup daerah dengan luas lebih dari 106 km2.
2. Medan magnet luar (external field)
Pengaruh medan magnet luar berasal dari pengaruh luar bumi yang merupakan hasil ionisasi di atmosfer yang ditimbulkan oleh sinar ultraviolet dari matahari. Karena sumber medan luar ini berhubungan dengan arus listrik yang mengalir dalam lapisan terionisasi di atmosfer, maka perubahan medan ini terhadap waktu jauh lebih cepat.
3. Medan magnet anomali
Medan magnet anomali sering juga disebut medan magnet lokal (crustal field). Medan magnet ini dihasilkan oleh batuan yang mengandung mineral bermagnet seperti magnetite ( ), titanomagnetite ( ) dan lain-lain yang berada di kerak bumi.
Dalam survei dengan metode magnetik yang menjadi target dari pengukuran adalah variasi medan magnetik yang terukur di permukaan (anomali magnetik). Secara garis besar anomali medan magnetik disebabkan oleh medan magnetik remanen dan medan magnetik induksi. Medan magnet remanen mempunyai peranan yang besar terhadap magnetisasi batuan yaitu pada besar dan arah medan magnetiknya serta berkaitan dengan peristiwa kemagnetan sebelumnya sehingga sangat rumit untuk diamati. Anomali yang diperoleh dari survei merupakan hasil gabungan medan magnetik remanen dan induksi, bila arah medan magnet remanen sama dengan arah medan magnet induksi maka anomalinya bertambah besar. Demikian pula sebaliknya. Dalam survei magnetik, efek medan remanen akan diabaikan apabila anomali medan magnetik kurang dari 25 % medan magnet utama bumi (Telford, 1976), sehingga dalam pengukuran medan magnet berlaku :
dengan : : medan magnet total bumi
: medan magnet utama bumi
: medan magnet luar
: medan magnet anomali
Solenoid adalah salah satu jenis kumparan terbuat dari kabel panjang yang dililitkan secara rapat dan dapat diasumsikan bahwa panjangnya jauh lebih besar daripada diameternya. Dalam kasus solenoid ideal, panjang kumparan adalah tak hinggadan dibangun dengan kabel yang saling berhimpit dalam lilitannya, dan medan magnet di dalamnya adalah seragam dan paralel terhadap sumbu solenoid.
Kuat medan magnet untuk solenoid ideal adalah:
di mana:
B adalah kuat medan magnet,
μ0 adalah permeabilitas ruang kosong,
i adalah kuat arus yang mengalir,
dan n adalah jumlah lilitan.
Jika terdapat batang besi dan ditempatkan sebagian panjangnya di dalam solenoid, batang tersebut akan bergerak masuk ke dalam solenoid saat arus dialirkan. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan tuas, membuka pintu, atau mengoperasikan relai.
Kompas adalah alat navigasi untuk menentukan arah berupa sebuah panah penunjuk magnetis yang bebas menyelaraskan dirinya dengan medan magnet bumi secara akurat. Kompas memberikan rujukan arah tertentu, sehingga sangat membantu dalam bidang navigasi. Penemuan bahwa jarum magnetik selalu mengarah ke utara dan selatan terjadi di Cina dan diuraikan dalam buku Loven Heng.
Metode Pengukuran Data Geomagnetik
Dalam melakukan pengukuran geomagnetik, peralatan paling utama yang digunakan adalah magnetometer. Peralatan ini digunakan untuk mengukur kuat medan magnetik di lokasi survei. Salah satu jenisnya adalah Proton Precission Magnetometer (PPM) yang digunakan untuk mengukur nilai kuat medan magnetik total. Peralatan lain yang bersifat pendukung di dalam survei magnetik adalah Global Positioning System (GPS). Peralatan ini digunaka untuk mengukur posisi titik pengukuran yang meliputi bujur, lintang, ketinggian, dan waktu. GPS ini dalam penentuan posisi suatu titik lokasi menggunakan bantuan satelit. Penggunaan sinyal satelit karena sinyal satelit menjangkau daerah yang sangat luas dan tidak terganggu oleh gunung, bukit, lembah dan jurang.
Beberapa peralatan penunjang lain yang sering digunakan di dalam survei magnetik, antara lain (Sehan, 2001) :
a. Kompas geologi, untuk mengetahui arah utara dan selatan dari medan magnet bumi.
b. Peta topografi, untuk menentukan rute perjalanan dan letak titik pengukuran pada saat survei magnetik di lokasi
c. Sarana transportasi
d. Buku kerja, untuk mencatat data-data selama pengambilan data
e. PC atau laptop dengan software seperti Surfer, Matlab, Mag2DC, dan lain-lain.
Pengukuran data medan magnetik di lapangan dilakukan menggunakan peralatan PPM, yang merupakan portable magnetometer. Data yang dicatat selama proses pengukuran adalah hari, tanggal, waktu, kuat medan magnetik, kondisi cuaca dan lingkungan.
Dalam melakukan akuisisi data magnetik yang pertama dilakukan adalah menentukan base station dan membuat station - station pengukuran (usahakan membentuk grid - grid). Ukuran gridnya disesuaikan dengan luasnya lokasi pengukuran, kemudian dilakukan pengukuran medan magnet di station - station pengukuran di setiap lintasan, pada saat yang bersamaan pula dilakukan pengukuran variasi harian di base station.
Jumat, 15 April 2011
Selasa, 05 April 2011
Langganan:
Postingan (Atom)
.jpg)