Jumat, 26 April 2013

Gelombang Elektromagnetik

Terjadinya gelombang elektromagnetik
Gauss menyetakan bahwa muatan listrik statis dapat menghasilkan medan listrik. Biot Savart mengemukakan aliran muatan listrik dapat menghasilkan medan magnet. Faraday mengemukakan perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik.
Teori Maxwell
Maxwell mengemukakan suatu hipotesis :
Karena perubahan magnet dapat menimbulkan medan listrik, maka sebaliknya perubahan medan listrik akan dapat menimbulkan medan magnet..
Pendapat Maxwell dapat dijelaskan dengan gambar di bawah ini :

Pada gambar di atas dua bola isolator bermuatan digetarkan sehingga menghasilkan gelombang elektromagnetik. Berdasarkan teori yang diungkapkan Maxwell didapatkan bahwa gelombang elktromagnetik terjadi karena penjalaran medan listrik dan medan magnet yang berlangsung bersama - sama dengan arah vektor medan magnet dan medan listrik saling tegak lurus..lihat gambar di bawah ini :

Maxwell juga melakukan perhitungan teoritis tentang cepat rambat gelombang elektromagnetik :





Dengan memasukkan nilai - nilai tersebut diatas didapat nilai c = 2,998 × 108 ≈ 3 × 108 m/s
Percobaan Hertz Tentang Gelombang Elektromagnetik
Dari eksperiment Hertz diperoleh beberapa sifat gelombang :
  1. Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan tempat yang sama.
  2. Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.
  3. Merupakan gelombang transversal
  4. Mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, polarisasi
  5. Dapat merambat dalam ruang hampa
  6. Besar medan listrik dan medan magnetik berbanding lurus satu sama lain
  7. Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat - sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.
  8. Merambat dalam arah lurus (tidak disimpangkan dalam medan listrik maupun medan magnetik karena gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan listrik)
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Penerapan Gelombang Elektromagnetik
  1. Gelombang radio
    2. Gelombang radio dihasilkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator.Pengelompokan gelombang radio

    Gelombang medium dengan frekuensi sekitar 1 MHz dapat digunakan sebagai alat komunikasi. Gelombang ini mudah dipantulkan oleh lapisan atmosfer bumi sehingga jangkauannya luas. Gelombang televisi (UHF) dan radio (VHF) tidak dipantulkan oleh lapisan atmosfer sehingga daerah jangkauannya sempit. Karena dapat menembus lapisan atmosfer (ionosfer) gelombang ini sering digunakan sebagai alat komunikasi dengan satelit - satelit.
    Informasi bunyi yang dibawa oleh gelombang medium adalah dalam bentuk perubahan amplitudo atau modulasi amnplitudo. Sedangkan pesawat televisi (UHF) atau radio (FM) membawa informasi bunyi dalam bentuk perubahan frekuensi atau modulasi frekuensi.
    Modulasi frekuensi sebagai pembawa informasi lebih unggul dibandingkan dengan modulasi amplitudo (AM) sebab pada pemancar AM akan terdengar derau akibat adanya peristiwa - peristiwa kelistrikan dan kemagnetan di udara yang mengganggu amplitudo gelombang.
  2. Gelombang televisi
    3. Gelombang ini merambat lurus, tidak dapat dipantulkan oleh lapisan - lapisan atmosfer bumi. Supaya jangkauannya luas diperlukan satelit yang bertindak sebagai stasiun penghubung.
  3. Gelombang mikro
    4. Gelombang mikro (microwave) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi (SHF = Super High Frequency) dapat digunakan sebagai pemanas microwave, komunikasi radar dan analisis tajam dan terinci dari struktur molekul dan atomik.
    Radar dalah singkatan dari Radio Detection dan Ranging. Antena radar dapat bertindak sebagai pemancar dan penerima gelombang elektromagnetik.

    Δ t = selang waktu antara pengiriman pulsa ke sasaran dan penerima pulsa pantulan dari sasaran (s)
  4. Sinar inframerah
    5. Karakteristik sinar inframerah :
    • Tidak dapat dilihat oleh manusia
    • Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang
    • Dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas
    • Panjang gelombangnya berbending terbalik dengan suhu, ketika suhu mengalami kenaikkan maka panjang gelombang mengalami penurunan
    Manfaat sinar inframerah :
    • terapi fisik, menyembuhkan penyakit cacar dan encok
    • fotografi inframerah untuk keperluan pemetaan sumber alam
    • diagnosa penyakit
    • remote control
    Bahaya sinar inframerah :
    • katarak lensa mata
  5. Cahaya tampak
    6. Supaya benda - benda tampak oleh mata, diperlukan sinar tampak. Sinar tampak berada pada daerah frekuensi yang cukup sempit dengan panjang gelombang antara 400 - 700 nm. Ungu mempunyai panjang gelombang terkecil, frekuensi terbesar, dan merah mempunyai panjang gelombang terbesar, frekuensi terkecil..Lihat gambar di bawah ini..

  6. Sinar ultraviolet
    7. Sinar ultraviolet atau ultra ungu dihasilkan oleh atom - atom dan molekul. Matahari adalah sumber utama sinar ultraviolet. Lapisan ozon (O3) di atmosfer berfungsi menyerap sinar tersebut.
    Manfaat sinar Ultraviolet :
    • mengetahui unsur - unsur dalam suatu bahan dengan teknik spektroskopi
    • membantu pembentukan vitamin D yang dibutuhkan tulang
    • dalam dunia kesehatan digunakan sebagai sterillisator untuk alat - alat kesehatan dan ruangan operasi
    • membunuh bakteri patogen pada air minum
    Bahaya sinar ultraviolet :
    • bagi kulit menyebabkan kanker kulit
    • bagi mata menyebabkan katarak
  7. Sinar X
    8. Disebut juga sinar Rontgen. Sinar ini dihasilkan oleh :
    • elektron - elektron yang terletak pada bagian dalam kulit elektron dari sebuah atom.
    • elektron berkecepatan tinggi yang ditumbukkan pada permukaan logam (cara komersial).
    Manfaat sinar X :
    • dalam kedokteran, sinar X dapat digunakan untuk melihat tulang, gigi, serta organ lain tanpa melakukan pembedahan (foto rontgen)
    • dapat juga digunakan untuk membunuh sel - sel kanker
    • mendeteksi cacat/keretakan pada logam
    Bahaya sinar X :
    • jaringan sel - sel manusia dapat rusak jika terkena sinar X terlalu lama
    • pada dosis tertentu pada wanita hamil, paparan sinar X dapat menyebabkan keguguran atau cacat pada janin
  8. Sinar gamma
    9. Merupakan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi terbesar. Dihasilkan oleh inti - inti atom yang tidak stabil. Daya tembus yang sangat besar, dapat menembus plat besi dengan ketebalan beberapa cm. Untuk mendeteksi sinar gamma dipakai peralatan detektor Geiger - Muller
    Manfaat sinar gammma :
    • membunuh sel - sel kanker
    • mensterilkan peralatan rumah sakit
    • untuk pembuatan varietas tanaman unggul (tahan penyakit dengan produktivitas tinggi)
    • untuk sistem perunut aliran suatu fluida (mendeteksi kebocoran).
    Bahaya sinar gamma :
    • dapat merusak sel/ jaringan hidup pada manusia
    • dapat menyebabkan kemandulan
Energi dalam Gelombang Elektromagnetik
Hubungan Kuat Medan Listrik dengan Medan Magnetik

Em= nilai maksimum amplitudo medan listrik (N/C)
Bm= nilai maksimum amplitudo medan magnetik (T)
c= cepat rambat cahaya = 3 × 108 m/s
Intensitas Gelombang Elektromagnetik

I = intensitas radiasi (W/m²)
S = intensitas gelombang = laju energi rata - rata per m² (W/m²)
P = daya radiasi (W)
A = luas permukaan (m²) = 4πr²
Lihat soal dan pembahasannya : KSJAX
Latihan Soal
  1. Suatu sistem radar mengirim pulsa - pulsa gelombang radio dengan panjang gelombang sangat pendek. Berapa milisekon setelah sebuah pulsa dikirim, pulsa tersebut akan diterima kembali setelah dipantulkan oleh sebuh pesawat terbang yang berada 60 km jauhnya dari stasiun radar?
  2. Suatu gelombang elektromagnetik dalam vakum memiliki amplitudo medan listrik 360 V/m. Hitung amplitudo medan magnetiknya.
  3. Medan listrik dalam suatu gelombang elektromagnetik dapat dinyatakan dengan persamaan gelombang berjalan : Ey = 120 sin (107x - ωt) dalam sistem SI. Tentukanlah : (a) amplitudo dari medan magnetik yang terkait, (b) panjang gelombang, dan (c) frekuensi gelombang elektromagnetik !
  4. Medan listrik dalam suatu gelombang elektromagnetik memiliki puncak 60 mV/m. Berapa laju rata - rata energi per satuan luas yang dipindahkan oleh gelombang elektromagnetik tersebut?
  5. Medan magnetik dalam suatu gelombang elektromagnetik memiliki puncak 3,14 %times; 10-8 T. Berapa besar energi yang diangkut oleh gelombang ini per meter persegi per sekon.
  6. Sebuah laser 150 mW memancarkan berkas sinar sempit dengan diameter 2 mm. Berapa nilai maksimum dari E dan B dalam berkas sinar laser tersebut?
  7. Berapakah nilai puncak medan listrik dan medan magnetik dalam suatu gelombang elektromagnetik yang berada 1 m dari sebuah sumber cahaya 60 W? Anggap sumber cahaya memancarkan radiasi dengan frekuensi tunggal secara merata ke segala arah.
Daftar Pustaka
Terpadu Fisika SMU karangan Bob Foster
Seribu Pena Fisika kelas X karangan Marthen Kanginan
Diposting oleh di

2 komentar:

Langganan: Posting Komentar (Atom)