Energi & Usaha

A. Pengertian Energi

Setiap saat manusia memerlukan energi yang sangat besar untuk menjalankan kegiatannya sehari-hari, baik untuk kegiatan jasmani maupun kegiatan rohani. Berpikir, bekerja, belajar, dan bernyanyi memerlukan energi yang besar. Kamu membutuhkan berjuta-juta kalori setiap harinya untuk melakukan kegiatan dalam kehidupan sehari-hari. Oleh karena itu, disarankan setiap pagi sebelum berangkat sekolah, kamu harus makan terlebih dahulu. Dengan demikian, tubuhmu cukup energi untuk melakukan kegiatan di sekolah dan untuk menjaga kesehatanmu.

Ketika kamu sakit dan nafsu makanmu hilang, tubuhmu akan lemas karena energi dalam tubuhmu berkurang. Jika demikian, kegiatan rutin sehari-harimu akan terganggu bahkan kegiatan ibadahmu pun akan terganggu. Menurutmu, apakah energi itu?

Kemampuan untuk melakukan sesuatu itulah yang disebut energi. Sesuatu itu dikatakan sebagai kerja atau usaha. Jadi, energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha.

Kegiatan sehari-hari memerlukan energi

Satuan energi dalam Sistem Internasional (SI) adalah joule (J). Satuan energi dalam sistem yang lain adalah kalori, erg, dan kWh (kilo watt hours). Kesetaraan joule dengan kalor adalah sebagai berikut.
1 kalori = 4,2 joule atau
1 joule = 0,24 kalori

B. Bentuk-Bentuk Energi

Energi yang paling besar adalah energi matahari. Tuhan telah menciptakan Matahari khusus untuk kesejahteraan umat manusia. Jarak Matahari ke Bumi yang telah diatur pada jarak 149.600 juta kilometer memungkinkan energi panas yang diterima manusia di Bumi tidak membahayakan. Energi panas dari sinar matahari sangat bermanfaat bagi Bumi dan dapat menghasilkan energi-energi yang lain di muka Bumi ini. Caranya adalah dengan mengubah energi matahari menjadi energi yang lain, seperti energi kimia, energi listrik, energi bunyi, dan energi gerak.

1. Energi Kimia

Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam persenyawaan kimia. Makanan banyak mengandung energi kimia yang sangat bermanfaat bagi tubuh manusia. Energi kimia pun terkandung dalam bahan minyak bumi yang sangat bermanfaat untuk bahan bakar. Baik energi kimia dalam makanan maupun energi kimia dalam minyak bumi berasal dari energi matahari.

Energi kimia terkandung di dalam bahan bakar minyak bumi

Energi cahaya matahari sangat diperlukan untuk proses fotosintesis pada tumbuhan sehingga mengandung energi kimia. Tumbuhan dimakan oleh manusia dan hewan sehingga mereka akan memiliki energi tersebut. Tumbuhan dan hewan yang mati milyaran tahun yang lalu menghasilkan minyak bumi. Energi kimia dalam minyak bumi sangat bermanfaat untuk menggerakkan kendaraan, alat-alat pabrik, ataupun kegiatan memasak.

2. Energi Listrik

Energi listrik merupakan salah satu bentuk energi yang paling banyak digunakan. Energi ini dipindahkan dalam bentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor yang disebut arus listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain seperti energi gerak, energi cahaya, energi panas, atau energi bunyi.

Generator arus listrik

Sebaliknya, energi listrik dapat berupa hasil perubahan energi yang lain, misalnya dari energi matahari, energi gerak, energi potensial air, energi kimia gas alam, dan energi uap.

3. Energi Panas

Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari Matahari. Sinar matahari dengan panasnya yang tepat dapat membantu manusia dan makhluk hidup lainnya untuk hidup dan berkembang biak. Energi panas pun merupakan hasil perubahan energi yang lain, seperti dari energi listrik, energi gerak, dan energi kimia. Energi panas dimanfaatkan untuk membantu manusia melakukan usaha seperti menyetrika pakaian, memasak, dan mendidihkan air.

Generator arus listrik bolak-balik pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) merupakan salah satu sumber energi listrik.

4. Energi Mekanik

Ketika kamu memerhatikan sebuah mangga yang bergantung di pohonnya, mungkin kamu mengharapkan buah mangga tersebut jatuh dari pohonnya. Mengapa buah mangga itu dapat jatuh dari pohonnya? Untuk melakukan kerja supaya dapat jatuh dari pohonnya, buah mangga harus memiliki energi. Energi apakah itu? Ketika buah mangga jatuh, dia bergerak ke bawah sampai mencapai tanah. Energi apakah yang terkandung ketika buah mangga bergerak jatuh?

Dari peristiwa tersebut terdapat dua buah jenis energi yang saling memengaruhi, yaitu energi yang diakibatkan oleh ketinggian dan energi karena benda bergerak. Energi akibat perbedaan ketinggian disebut energi potensial gravitasi, sedangkan energi gerak disebut energi kinetik (energi gerak).

Energi mekanik merupakan penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik. Secara matematis persamaan energi mekanik dapat dituliskan sebagai berikut.
Em = Ep + Ek
dengan: Em = energi mekanik (J)
Ep = energi potensial (J)
Ek = energi kinetik (J)

a. Energi Potensial

Telah kamu ketahui bahwa energi potensial gravitasi adalah energi akibat perbedaan ketinggian. Apakah energi ini diakibatkan oleh ketinggian saja?

Buah kelapa yang bergantung di pohonnya menyimpan suatu energi yang disebut energi potensial. Energi potensial yang dimiliki buah kelapa diakibatkan oleh adanya gaya tarik bumi sehingga jatuhnya selalu menuju ke pusat Bumi. Energi potensial akibat gravitasi Bumi disebut energi potensial gravitasi. Energi potensial gravitasi pun bisa diakibatkan oleh tarikan benda-benda lain seperti tarikan antarplanet. Adapun energi potensial yang dimiliki suatu benda akibat pegas atau karet yang kamu regangkan disebut energi potensial pegas. Energi potensial gravitasi dimiliki oleh benda yang berada pada ketinggian tertentu dari permukaan bumi. Energi potensial pegas muncul akibat adanya perbedaan kedudukan dari titik kesetimbangannya. Titik kesetimbangan adalah titik keadaan awal sebelum benda ditarik.

b. Energi Kinetik

Suatu ketika, ada seorang pelaut malang yang terdampar di pulau kecil. Dia berpikir hanya dengan tiga cara dia dapat mencari bantuan. Pertama, dia dapat menerbangkan layang-layang dan berharap ada kapal yang melihat layang-layang tersebut. Kedua, dia menyimpan pesan dalam botol dan membiarkannya mengapung di atas air sampai ada orang yang menemukannya. Ketiga, dia membuat rakit untuk mencoba pergi dari pulau itu.

Gagasan pelaut,(a)menerbangkan layang-layang,(b)menyimpan pesan dalam botol, dan (c)membuat rakit

Gagasan pelaut itu bergantung pada satu jenis energi yang bekerja, yaitu energi akibat gerakan angin yang akan membuat layangan dapat mengapung, botol dapat bergerak dibawa ombak, dan rakit dapat melaju. Sesuatu yang bergerak, misalnya angin dan air, memiliki kemampuan yang dapat digunakan untuk menarik atau mendorong sesuatu. Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut energi kinetik. Kamu pun memiliki energi kinetik apabila bergerak.

Ketika kamu menaiki sepeda dengan laju yang besar, tiba-tiba dihadapanmu terdapat batu besar yang menghalangi jalan. Tanpa ragu-ragu, kamu akan segera mengerem sepedamu. Sesaat badanmu terhentak sampai akhirnya berhenti. Hentakan yang kamu rasakan pada saat mengerem sepedamu itu disebut energi kinetik. Jika kamu mengajak temanmu menaiki sepeda tersebut, tentu kamu akan labih keras lagi mengerem sepedamu. Oleh karena massa orang yang menaiki sepeda lebih besar dari sebelumnya, dapat diambil kesimpulan bahwa energi kinetik bergantung pada massa benda dan kecepatan benda tersebut. Secara matematis, energi kinetik suatu benda dapat ditulis sebagai berikut.

C. Perubahan Bentuk-Bentuk Energi

Energi tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Pada umumnya, manfaat energi akan terlihat setelah berubah bentuk menjadi energi yang lain. Misalnya, energi listrik akan bermanfaat ketika berubah bentuk menjadi energi cahaya atau panas.

Matahari sebagai sumber energi terbesar yang diciptakan Tuhan telah mengalami beberapa perubahan bentuk energi yang sangat bermanfaat bagi kehidupan umat manusia. Misalnya, energi panas dan energi cahaya matahari menyinari tumbuhan sehingga tumbuhan dapat melakukan fotosintesis. Dengan demikian, tumbuhan memiliki energi kimia. Tumbuhan dimakan manusia atau hewan sehingga manusia atau tumbuhan memiliki energi untuk melakukan usaha.

Beberapa kegiatan tersebut menunjukkan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain. Energi kimia yang terkandung dalam batu baterai dapat mengalirkan muatan listrik jika dihubungkan dengan kabel. Jika aliran listrik tersebut melalui sebuah lampu, lampu akan menyala dan lama kelamaan lampu menjadi panas. Pada peristiwa tersebut, telah terjadi beberapa perubahan energi, antara lain energi kimia, energi listrik, energi cahaya, dan energi panas. Ketika kedua telapak tanganmu digosok-gosokkan, lama-kelamaan telapak tanganmu akan terasa panas. Hal ini menunjukkan bahwa pada telapak tanganmu telah terjadi perubahan energi dari energi gerak menjadi energi panas.

D. Hukum Kekekalan Energi

Berasal dari manakah energi yang kamu gunakan untuk melakukan kegiatan sehari-hari? Berubah menjadi energi apakah yang telah kamu gunakan tersebut? Apakah manusia dapat membuat mesin yang dapat melakukan kerja terus-menerus tanpa menggunakan bahan bakar? Pertanyaan-pertanyaan tersebut merupakan beberapa pertanyaan yang berhubungan dengan energi yang mungkin sering kamu tanyakan pada dirimu sendiri.

Bola dilempar Vertikal

Coba kamu lemparkan sebuah bola vertikal ke atas dan amati sampai jatuh lagi ke lantai, seperti pada Gambar diatas. Ketika bola bergerak ke atas, kecepatan bola semakin lama semakin melambat dan ketinggian bola semakin besar. Pada ketinggian tertentu, bola berhenti sesaat dan kembali lagi ke bawah dengan kecepatan yang semakin besar. Peristiwa tersebut menunjukkan bahwa energi gerak semakin lama semakin kecil sampai menjadi nol ketika berhenti sesaat pada ketinggian tertentu. Ke manakah energi gerak tersebut?

Energi gerak (Ek) tersebut ternyata berubah menjadi energi potensial gravitasi (Ep) sampai akhirnya mencapai maksimum. Begitu pula sebaliknya, energi potensial gravitasi semakin kecil ketika bola tersebut bergerak ke bawah. Adapun energi geraknya semakin besar dan mencapai maksimum ketika sampai di lantai, tetapi energi potensial gravitasinya menjadi nol ketika sampai di lantai. Setelah diam di lantai, semua energi mekanik benda habis. Tahukah kamu, kemana perginya? Apakah yang dapat kamu simpulkan? Adakah energi yang hilang?

Kegiatan tersebut menunjukkan bahwa energi bersifat kekal. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk energi menjadi bentuk energi yang lain. Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum Kekekalan Energi.

Telah kamu ketahui bahwa energi mekanik merupakan penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik.

Apabila benda selama bergerak naik dan turun hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi, besar energi mekanik selalu tetap. Dengan kata lain, jumlah energi potensial dan energi kinetik selalu tetap. Pernyataan itu disebut Hukum Kekekalan Energi Mekanik.

E. Usaha

Dalam kehidupan sehari-hari, pengertian usaha identik dengan kemampuan untuk meraih sesuatu. Misalnya, usaha untuk bisa naik kelas atau usaha untuk mendapatkan nilai yang besar. Namun, apakah pengertian usaha menurut ilmu Fisika? Untuk mengetahuinya lakukanlah kegiatan berikut.

Tujuan
Mengidentifikasi pengertian usaha
Alat dan bahan
Sebuah buku dan meja tulis
Cara kerja
Ambillah sebuah buku temanmu, lalu letakkan di atas mejamu.
Doronglah meja tulismu sampai berpindah tempat.
Doronglah dinding kelasmu sekuat tenaga.
Pertanyaan
Besaran apakah yang memengaruhi besaran usaha?
Bagaimanakah besaran-besaran itu memengaruhi usaha menurut perkiraanmu?

Berdasarkan kegiatan diatas, dapat diketahui bahwa ketika benda didorong ada yang berpindah tempat dan ada pula yang tetap di tempatnya. Ketika kamu mendorong atau menarik suatu benda, berarti kamu telah memberikan gaya pada benda tersebut. Oleh karena itu, usaha sangat dipengaruhi oleh dorongan atau tarikan (gaya). Menurut informasi tersebut, jika setelah didorong benda itu tidak berpindah, gayamu tidak melakukan usaha. Dengan kata lain, usaha juga dipengaruhi oleh perpindahan. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa usaha dihasilkan oleh gaya yang dikerjakan pada suatu benda sehingga benda itu berpindah tempat.

Bagaimanakah ketika kamu mendorong dinding kelasmu? Apakah dinding berpindah tempat? Walaupun kamu telah sekuat tenaga mendorongnya, tetapi dinding tetap ditempatnya. Oleh sebab itu, menurut Fisika gayamu dikatakan tidak melakukan usaha.

Apabila gaya disimbolkan dengan F dan perpindahan dengan s, secara matematis usaha dituliskan dalam persamaan berikut.
W = F s
dengan: W = usaha (J)
F = gaya (N)
s = perpindahan (m)
Persamaan berlaku untuk gaya yang arahnya sama dengan perpindahan, seperti terlihat pada Gambar berikut.

Arah gaya yang diberikan pada balok searah dengan perpindahannya

Usaha memiliki satuan yang sama dengan energi, yaitu joule. Dengan ketentuan bahwa 1 joule sama dengan besar usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar 1 N dengan perpindahan 1 m.

Kamu sudah mengetahui usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah benda ke arah horisontal, tetapi bagaimanakah besarnya usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah benda ke arah vertikal? Memindahkan benda secara vertikal memerlukan gaya minimal untuk mengatasi gaya gravitasi bumi yang besarnya sama dengan berat suatu benda. Secara matematis gaya tersebut dapat ditulis sebagai berikut.
F = m g
Karena perpindahan benda ke arah vertikal sama dengan ketinggian benda (h), dengan memasukkan Persamaan yang satu ke dalam Persamaan yang lain diperoleh usaha yang dilakukan terhadap benda tersebut sebagai berikut.
W = F s
W = m g h
dengan: W = usaha (J)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (N/kg)
h = perpindahan atau ketinggian (m)

F. Hubungan antara Usaha dan Energi

Kamu sudah mengetahui bahwa energi adalah kemampuan melakukan usaha. Definisi tersebut menunjukkan bahwa usaha memiliki kaitan yang erat dengan energi. Untuk dapat mengetahui kaitan energi dengan usaha, kerjakanlah Tugas berikut.

Angkat bukumu sampai ketinggian 0,5 meter. Pada saat gayamu melakukan usaha mengangkat buku sampai setengah meter, apakah terjadi perubahan energi? Jelaskan.
Doronglah sebuah buku sejauh setengah meter. Pada saat gayamu melakukan usaha pada buku tersebut, apakah terjadi perubahan energi? Jelaskan.
Dari kegiatan di atas, apakah hubungan antara usaha dan energi? Berilah kesimpulan.

Ketika gayamu berusaha mendorong mobil sehingga bergerak, berarti telah terjadi perubahan energi dari energi yang dikeluarkan olehmu menjadi energi gerak.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa ketika gaya melakukan usaha pada sebuah benda maka akan terjadi perubahan energi pada benda tersebut. Usaha yang dilakukan pada sebuah benda yang bergerak horisontal menyebabkan perubahan energi kinetik. Dengan demikian, besarnya usaha sama dengan perubahan energi kinetik benda. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

W = ∆E_k
W = E_k2 – E_k1
dengan: W = usaha (J)
E_k   = perubahan energi kinetik (J)
E_k2 = energi kinetik akhir (J)
E_k1 = energi kinetik awal (J)

Ketika kamu mengangkat sebuah balok, kamu akan memberikan gaya dorong terhadap balok. Pada saat ke atas, berlaku:
                        W_tangan = F_tangan . s = m g h
Saat ke bawah:
                        W_gravitasi = F_gravitasi . s = –m g h

Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi bumi (benda yang bergerak vertikal) sama dengan perubahan energi potensial gravitasi. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

W = ∆E_p
W = E_p2 – E_p1
W = m g (h₂ – h₁)
W = usaha (J)
∆E_p = perubahan energi potensial (J)
E_p1 = energi potensial awal (J)
E_p2 = energi potensial akhir (J).

بِسْــــــــــــــــمِ اﷲِالرَّحْمَنِ اارَّحِيم

ٱلْحَمْدُ لِلَّهِ رَبِّ ٱلْعَٰلَمِين

Lanjut Baca

Teknologi Terbaru Komputer, Hardware Canggih 2016 – 2017

Posted: 30-01-2017

Taukah kamu tekhnologi komputer di era tahun ini mengalami perkembangan kemajuan yang begitu pesat?...Dan di akhir tahun 2016 yang lalu, terdapat beberapa penemuan terkait teknologi terbaru komputer yang sangat mutakhir. Terlebih lagi teknologi-teknologi tersebut juga bisa langsung dirasakan oleh para pengguna komputer di seluruh dunia.

Kalau kita amati Dunia teknologi komputer setiap tahun selalu ada teknologi terbaru dan lebih canggih dari tahun sebelumnya.

Dengan lahirnya teknologi baru komputer  tentunya di harapkan bisa merubah fungsi dan akses komputer lebih praktis dan mudah.

Di lain sisi kalu kita lihat perkembangan teknologi tidak selamanya menguntungkan.Mungkin kita sadari, teknologi memiliki ancaman yang merugikan ,yaitu dengan adanya virus dan hacking.

Apa saja sih teknologi komputer tercanggih  dan terbaru saat ini ?.

Smartphone sebagai komputer

Smartphone saat ini mempunyai berbagai fitur yang bisa langsung dimanfaatkan. Bahkan kini, Microsoft mempunyai terobosan baru dengan peluncuran Windows 10. Berkat keberadaan sistem operasi terbaru itu, sebuah smartphone Windows 10 pun bisa pula dijadikan sebagai komputer. Dan fitur yang satu ini oleh Microsoft disebut dengan nama Continuum.

Komputer hologram Hololens

Teknologi augmented reality sudah dikembangkan cukup lama. Dan pada tahun 2015 lalu, Microsoft membuat terobosan teknologi terbaru komputer dengan meluncurkan Hololens. Komputer yang satu ini bentuknya seperti sebuah kacamata. Dan berbeda dengan komputer biasa, Hololens merupakan sebuah komputer holografik yang bisa menampilkan objek dalam bentuk tiga dimensi.

 

Komputer tanpa keyboard dan mouse ( Creative Desktop dengan Touc Mat dari HP)

Di era canggih seperti saat ini, komputer bisa pula dijalankan dengan tanpa keyboard ataupun mouse. Seperti sebuah penemuan teknologi terbaru komputer oleh HP bernama Sprout PC. Perangkat ini memanfaatkan sebuah teknologi baru yang disebut HP bernama Touch Mat yang dikombinasikan dengan kamera RealSense 3D dari Intel. Touch Mat pun berperan sebagai pengganti keyboard serta mouse yang biasa dijumpai pada komputer. 

Gabungna antara fisik dan digital dari sebuah kamera dan proyeksi mesin Intel Realsense 3D ,sehingga pengguna memungkinkan memindai 2D dan 3D objek .
Cukup menempatkan objek di tikar sentuh dan tekan tombol scan. Sprout mengaktifkan kamera Intel® Realsense ™ 3D, sentuhan tikar, dan kamera tambahan dan sensor di Illuminator untuk menangkap warna gambar 3D dari objek Anda. 
Ikuti petunjuk sederhana dipandu untuk memutar dan menangkap objek dari berbagai sudut, dan menonton sebagai Sprout menggabungkan gambar untuk membangun model 3D yang indah, sepenuhnya dapat diedit di depan mata Anda . Pada intinya, Sprout adalah komputer kinerja tinggi dengan prosesor Intel® Core ™ i7, 1TB penyimpanan dan sistem operasi Windows. Sehingga memiliki banyak tenaga untuk segala sesuatu dari kantor ke studio Revolusioner semua-sentuh antarmuka pengguna Sprout memungkinkan Anda mengontrol konten Anda langsung dengan tangan Anda di kedua 23 "HD touchscreen penuh atau diproyeksikan tampilan pada 20-titik sentuh kapasitif Mat.

Sebuah revolusi lengkap dalam scanning 3D.

Capture 3D Tahap membuat scanning 3D dengan Sprout lebih mudah. Menempatkan obyek di atas panggung, memukul scan, dan menonton pergi bekerja. Capture 3D Tahap mengotomatisasi 360 derajat full scan, berputar dan menangkap objek hanya dalam posisi yang tepat. Sebuah 15-derajat tilt otomatis memastikan semua aspek proyek Anda ditangkap dengan sempurna

Biometrik Sensor.

Teknologi boimetik sensor yaitu sebuah teknologi,yang di gunakan untuk mengenali  ciri fisik dari tubuh seseorang. Dengan sistem scaner sidik jari yang di simpan dalam bentuk code biometrik yang terenskripsi,yang digunakan untuk verifikasi.

Wireless Display

Dengan wireless Display, pengguna dapat bebagi apa yang ada di laptop,tablet atau samrtphone pada HDTV atau monitor.Pada layar yang lebih besar tanpa kabel.

Dengan wireless display pengguna dapat memproyeksikan ide-ide dan berkolaborasi secara nyata  ,atau real time. Dengan cara mencolokan Mikrosoft wireless display ke proyektor di ruang konprensi atau monitor. Hanya dengan memasang USB dan HDMI dari adavtor wireless display ke HDTV atau ke monitor,dengan koneksi handal sampai kisaran 23 kaki.

Wereless Charger

Dengan hadirnya teknologi wireless charger, kita akan lebih mudah untuk mengisi daya baterai hp atau laptop.pengguna bisa bebas menggunakan laptop tanpa harus takut kehabisan daya.

Komputer Interaktif.

Yaitu sistem aplikasi perangkat lunak komputer yang dapat berinteraksi dengan pengguna.interaktif pada aplikasi tersebut meliputi , data yang sering  gunakan sehari-hari.

Teknologi ini dilengkapi dengan intel realsense 3D Camera, bahkan mampu mengatur jarak pengguna dengan sensor

Virtual  Keyword 

Teknologi komputer terbaru keluar Perusahaan Dell ini,menggabungkan  sebuah PC All in One dan smart desk.

Sehingga pengguna memungkinkan mengetik di tempat yang tidak lajim  ,misalnya di atas meja. Tanpa memegang dan menekan  keyboard komputer. 
Demikian beberapa teknologi komputer terbaru dan tercanggih, kita tunggu  tren teknologiberikutnya.

                                     

بِسْــــــــــــــــمِ اﷲِالرَّحْمَنِ اارَّحِيم

ٱلْحَمْدُ لِلَّهِ رَبِّ ٱلْعَٰلَمِين

Lanjut Baca

Seputar Pengetahuan Tentang Serat Optik

Posted: 23-01-2017

Fiber optik adalah sebuah kaca murni yang panjang dan tipis serta berdiameter sebesar rambut manusia. Dan dalam pengunaannya beberapa fiber optik dijadikan satu dalam sebuah tempat yang dinamakan kabel optik dan digunakan untuk mengantarkan data digital yang berupa sinar dalam jarak yang sangat jauh.

Bagian-bagian fiber optik

Core adalah kaca tipis yang merupakan bagian inti dari fiber optik yang dimana pengiriman sinar dilakukan. Cladding adalah materi yang mengelilingi inti yang berfungsi memantulkan sinar kembali ke dalam inti(core).

Buffer Coating adalah plastic pelapis yang melindungi fiber dari kerusakan.

Jenis Fiber Optik

1.      Single-mode fibers

Mempunyai inti yang kecil (berdiameter 0.00035 inch atau 9 micron) dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah (panjang gelombang 1300-1550 nanometer)

Struktur khas serat single-mode .
1. Core: 8 m diameter
2. Cladding: 125 diameter pM.
3. Buffer: 250 diameter pM.
4. Jaket: 400 diameter pM.

Serat dengan diameter inti kurang dari sekitar sepuluh kali panjang gelombang dari cahaya yang merambat tidak dapat dimodelkan menggunakan optik geometris. Sebaliknya, harus dianalisis sebagai elektromagnetik struktur, dengan solusi dari persamaan Maxwell sebagai direduksi menjadi persamaan gelombang elektromagnetik . Analisis elektromagnetik juga mungkin diperlukan untuk memahami perilaku seperti spekel yang terjadi ketika koherenpropagasi cahaya dalam multi-mode serat. Sebagai Waveguide optik, serat mendukung satu atau lebih terbatas mode melintang dimana cahaya dapat merambat sepanjang serat. Serat mendukung hanya satu modus disebut single-mode atau mono-mode serat. Perilaku yang lebih besar-core multi-mode serat juga dapat dimodelkan menggunakan persamaan gelombang, yang menunjukkan bahwa serat seperti mendukung lebih dari satu modus propagasi (maka nama). Hasil pemodelan seperti multi-mode serat sekitar setuju dengan prediksi optik geometris, jika inti serat cukup besar untuk mendukung lebih dari satu mode saja.

Analisis Waveguide menunjukkan bahwa energi cahaya dalam serat tidak sepenuhnya terkurung di inti. Sebaliknya, terutama dalam single-mode serat, fraksi yang signifikan dari energi dalam modus perjalanan terikat dalam kelongsong sebagai gelombang cepat berlalu dr ingatan .

Jenis yang paling umum dari serat single-mode memiliki diameter inti dari 8-10 mikrometer dan dirancang untuk digunakan dalam inframerah dekat . Struktur modus tergantung pada panjang gelombang dari cahaya yang digunakan, sehingga serat ini sebenarnya mendukung sejumlah kecil mode tambahan pada panjang gelombang terlihat. Multi-mode serat, sebagai perbandingan, diproduksi dengan diameter inti sekecil 50 mikrometer dan seluas ratusan mikrometer.Para frekuensi ternormalisasi V untuk serat ini harus kurang dari nol pertama dari fungsi Bessel J ₀ (sekitar 2,405).

2.      Multi-mode fibers

Mempunyai inti yang lebih besar(berdiameter 0.0025 inch atau 62.5 micron) dan berfungsi mengirimkan sinar laser inframerah (panjang gelombang 850-1300 nanometer)

Propagasi cahaya melalui serat optik multi-mode .

Laser memantul ke bawah sebuah akrilik batang, yang menggambarkan refleksi internal total cahaya dalam serat optik multi-mode.

Serat dengan diameter inti besar (lebih dari 10 mikrometer) dapat dianalisis dengan optik geometris . Serat seperti disebut multi-mode serat, dari analisis elektromagnetik (lihat di bawah). Dalam serat langkah-indeks multi-mode, sinar cahaya dipandu sepanjang inti serat oleh refleksi internal total. Sinar yang memenuhi batas core-cladding pada sudut tinggi (diukur relatif terhadap garis normal, untuk batas), lebih besar dari sudut kritis untuk batas ini, benar-benar tercermin. Sudut kritis (sudut minimum untuk refleksi internal total) ditentukan oleh perbedaan indeks bias antara inti dan bahan kelongsong. Sinar yang memenuhi batas pada sudut rendah dibiaskan dari inti ke dalam kelongsong, dan tidak menyampaikan informasi cahaya dan karenanya sepanjang serat.Sudut kritis menentukan sudut penerimaan serat, sering dilaporkan sebagai aperture numerik . Sebuah aperture numerik yang tinggi memungkinkan cahaya untuk merambat menuruni serat dalam sinar baik dekat dengan sumbu dan di berbagai sudut, yang memungkinkan kopling efisien cahaya ke dalam serat.Namun, hal ini aperture numerik yang tinggi meningkatkan jumlah dispersi sebagai sinar pada sudut yang berbeda memiliki panjang jalan dan karena itu mengambil waktu yang berbeda untuk melintasi serat.

Serat optik jenis.

Dalam dinilai-indeks serat, indeks bias dalam inti menurun terus menerus antara sumbu dan cladding. Hal ini menyebabkan sinar cahaya untuk menekuk lancar ketika mereka mendekati cladding, bukannya mencerminkan tiba-tiba dari batas core-cladding. Jalur melengkung sehingga mengurangi multi-jalan dispersi karena sinar sudut tinggi lulus lebih melalui pinggiran rendah indeks inti, bukan tinggi-indeks pusat. Profil indeks dipilih untuk meminimalkan perbedaan dalam kecepatan propagasi aksial dari sinar berbagai serat. Ini profil indeks ideal adalah sangat dekat dengan parabola hubungan antara indeks dan jarak dari sumbu.

Cara Kerja Fiber Optik

Sinar dalam fiber optik berjalan melalui inti dengan secara memantul dari cladding, dan hal ini disebut total internal reflection, karena cladding sama sekali tidak menyerap sinar dari inti. Akan tetapi dikarenakan ketidakmurnian kaca sinyal cahaya akan terdegradasi, ketahanan sinyal tergantung pada kemurnian kaca dan panjang gelombang sinyal.

Pada dasarnya, sistem komunikasi serat optik terdiri dari tiga bagian: pemancar (transmitter), saluran komunikasi, dan penerima (receiver). Transmitter (yang terdiri dari dioda laser dan LED) berfungsi mengubah sinyal elektronik ke dalam bentuk gelombang cahaya dan memasukkannya ke dalam serat optik. Dibandingkan kabel tembaga, sebatang kabel serat optik memiliki bandwidth lebih banyak (sampai dengan 1 Terabit/detik atau 10¹² bit/detik), material loss yang rendah, tidak menghasilkan electromagnetik noise, dan juga tidak terpengaruhi oleh gelombang elektromagnetik dari luar (electromagnetic interference). Dilihat dari segi bandwidth, serat optik jelas jauh lebih unggul daripada kabel tembaga atau nirkabel/satelit. Penerima (photodetector) berfungsi mengubah sinyal cahaya kembali ke dalam bentuk elektronik. Alat-alat opto-elektronik yang dipakai dalam sistem serat optik sebagian besar terbuat daripada bahan semikonduktor, khususnya senyawa yang terbentuk dari unsur-unsur golongan III (seperti Ga) dan golongan V (seperti As). Senyawa-senyawa yang terbentuk dari elemen-elemen golongan III-V mempunyai bandgap langsung yang memudahkan transisi elektron dari band konduksi ke band valensi dengan menghasilkan photon pada prosesnya. Akhir-akhir ini, kemajuan dalam ilmu nanoteknologi, khususnya di bidang eksperimen, telah memungkinkan para ilmuwan untuk membuat struktur dalam skala nanometer.

Keuntungan Fiber Optik

Murah : jika dibandingkan dengan kabel tembaga dalam panjang yang sama.
Lebih tipis: mempunyai diameter yang lebih kecil daripada kabel tembaga.
Kapasitas lebih besar.  Sinyal degradasi lebih kecil. Tidak mudah terbakar : tidak mengalirkan listrik. Fleksibel. Sinyal digital.

Bagaimana Fiber Optik Dibuat

Making a preform glass cylinder

Proses ini disebut modified chemical vapor deposition (MCVD).
Silikon dan germanium bereaksi dengan oksigen membentuk SiO2 dan GeO2.
SiO2 dan GeO2 menyatu dan membentuk kaca.

Proses ini dilakukan secara otomatis dan membutuhkan waktu beberapa jam.

Drawing the fiber from the preform

Setelah proses pertama selesai preform dimasukkan kedalam fiber drawing tower.
Kemudian dipanaskan 1900-2200 derajat celcius sampai meleleh.
Lelehan tersebut jatuh melewati laser mikrometer sehingga preform membentuk benang.
Dilakukan proses coating dan UV Curing.

Testing the Finished Optical Fiber

Tensile strength: harus mampu menahan 100.000 lb/inch2 atau lebih.
Refractive index profile : menghitung layar untuk pemantulan optik.
Fiber geometry : diameter Core, dimensi cladding, diameter cloating adalah seragam.
Attenuation : menghitung kekuatan sinyal dari berbagai panjang gelombang dan jarak.
Information carrying capacity : bandwith

Chromatic dispersion : penyebaran berbagai panjang gelombang sinar melalui core.
Operating temperature

Kabel Optik Yang Sering Digunakan

Distribution Cable

Serat memiliki banyak kegunaan dalam penginderaan jauh. Dalam beberapa aplikasi, sensor itu sendiri merupakan serat optik. Dalam kasus lain, serat digunakan untuk menghubungkan sensor non-serat optik ke sistem pengukuran. Tergantung pada aplikasi, serat dapat digunakan karena ukurannya yang kecil, atau fakta bahwa tidak ada daya li

strik yang diperlukan di lokasi terpencil, atau karena banyak sensor dapat multiplexing sepanjang serat dengan menggunakan panjang gelombang cahaya yang berbeda untuk setiap sensor, atau dengan merasakan waktu tunda sebagai cahaya melewati sepanjang serat melalui setiap sensor. Penundaan waktu dapat ditentukan dengan menggunakan perangkat seperti reflectometer waktu-domain optik .

Serat optik dapat digunakan sebagai sensor untuk mengukur regangan , suhu , tekanan dan jumlah lain dengan memodifikasi serat sehingga properti untuk mengukur memodulasi intensitas , fase ,polarisasi , panjang gelombang , atau waktu transit cahaya dalam serat. Sensor yang bervariasi intensitas cahaya yang paling sederhana, karena hanya sumber yang sederhana dan detektor diperlukan. Sebuah fitur yang sangat berguna seperti sensor serat optik adalah bahwa mereka dapat, jika diperlukan, menyediakan didistribusikan penginderaan jarak hingga satu meter.

Sensor serat optik ekstrinsik menggunakan kabel serat optik , biasanya mode multi-satu, untuk mengirimkan modulasi cahaya dari sensor baik-atau non-serat optik sensor elektronik yang disambungkan ke sebuah pemancar optik. Keuntungan utama dari sensor ekstrinsik adalah kemampuan mereka untuk mencapai tempat tidak terjangkau. Contohnya adalah pengukuran suhu di dalampesawat mesin jet dengan menggunakan serat untuk mengirimkan radiasi menjadi radiasi pirometer luar mesin. Sensor ekstrinsik dapat digunakan dengan cara yang sama untuk mengukur suhu internal transformator listrik , dimana ekstrim medan elektromagnetik ini membuat teknik pengukuran lain tidak mungkin. Ekstrinsik sensor getaran ukuran, rotasi, perpindahan, kecepatan, percepatan, torsi, dan memutar. Sebuah versi solid state dari giroskop, menggunakan interferensi cahaya, telah dikembangkan. Para giroskop serat optik (FOG) memiliki bagian yang bergerak, dan memanfaatkanefek Sagnac untuk mendeteksi rotasi mekanik.

Umum digunakan untuk sensor serat optik meliputi sistem deteksi intrusi keamanan yang canggih. Cahaya ditransmisikan sepanjang kabel sensor serat optik ditempatkan pada pagar, pipa, atau pemasangan kabel komunikasi, dan sinyal kembali dimonitor dan dianalisis untuk gangguan. Ini sinyal kembali secara digital diproses untuk mendeteksi gangguan dan perjalanan alarm jika intrusi telah terjadi.

Prinsip Operasi

Sebuah serat optik adalah silinder Waveguide dielektrik ( nonconducting Waveguide) yang mentransmisikan cahaya di sepanjang sumbunya, dengan proses refleksi internal total . Serat yang terdiri dariinti yang dikelilingi oleh cladding lapisan, baik yang terbuat dari dielektrik bahan. Untuk membatasi sinyal optik dalam inti, indeks bias dari inti harus lebih besar dibandingkan dengan cladding. Batas antara inti dan cladding baik mungkin tiba-tiba, di langkah-indeks serat , atau bertahap, dalam gradasi-indeks serat .

Khusus-tujuan serat

Beberapa serat optik tujuan khusus dibangun dengan inti non-silinder dan / atau lapisan cladding, biasanya dengan penampang berbentuk bulat panjang atau persegi panjang. Ini termasuk mempertahankan polarisasi-serat dan serat yang dirancang untuk menekan berbisik galeri modus propagasi.

Foton-kristal serat dibuat dengan pola yang teratur variasi indeks (sering dalam bentuk lubang silindris yang berjalan di sepanjang serat). Serat seperti menggunakan difraksi efek bukan atau di samping refleksi internal total, untuk membatasi cahaya untuk inti serat. Sifat-sifat serat dapat disesuaikan untuk berbagai aplikasi.

بِسْــــــــــــــــمِ اﷲِالرَّحْمَنِ اارَّحِيم

ٱلْحَمْدُ لِلَّهِ رَبِّ ٱلْعَٰلَمِين

Lanjut Baca