Gelombang Elektromagnetik

Dibimbing oleh : Ibu Poerwati Susilaningsih, S.Pd Ibu Hj. Woro Nurindra, S.Pd

Oleh

:

Misbachul Munir/ 12 Kelas X-2

Daftar Isi …………………………………………………………………..

1

Hipotesis Maxwell ………………………………………………………..

2

Terjadinya Gelombang Elektromagnetik……………………..……

3

Sifat-sifat Gelombang Elektromagnetik …………………………..

5

Spektrum Gelombang Elektromagnetik …………………………..

6

Daftar Pustaka …………………………………………………………….

16

1|Gelombang Elektromagnetik

Teori gelombang elektromagnetik kali pertama dikemukakan oleh James Clerk Maxwell (1831-1879). Ini berawal dari hukum dasar yang telah dipelajari, yakni Hukum Coulomb, Hukum Biot-Savart atau Hukum Ampere, dan Hukum Faraday. Hukum Coulomb memperlihatkan bagaimana muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik, Hukum BiotSavart atau Hukum Ampere menjelaskan bagaimana aurs listrik dapat menghasilkan medan magnet, dan Hukum Faraday menyatakan bahwa perubahan medan listrik dapat menghasilkan gaya gerak listrik (GGL) induksi. Maxwell melihat adanya keterkaitan yang sangat erat antara gejala kelistrikan dan kemagnetan. Ia mengemukakan bahwa jika perubahan medan magnetik menghasilkan medan listrik, seperti yang dikemukakan oleh hukum Faraday, dan hal sebaliknya dapat terjadi, yakni perubahan medan listrik dapat menimbulkan perubahan medan magnet. Maxwell menurunkan beberapa persamaan yang berujung pada hipotesisnya mengenai gelombang elektromagnetik, yang persamaan nya diberi nama persamaan Maxwell. Menurut Maxwell, ketika terdapat perubahan medan listrik (E), akan terjadi perubahan medan magnetic (B). perubahan medan mangnetik ini menghasilkan gelombang medan listrik dan gelombang medan magnetic yang dapat merabat di ruang hampa. Gelombang medan listrik (E) dan medan magnetic (B) inilah yang kemudian dikenal dengan nama gelombang elektromagnetik.

Berikut perambatan gelombang elektromagnetik

2|Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik ini termasuk gelombang transversal. Akan tetapi gelombang elektromagnetik ini adalah gelombang medan bukan gelombang partikel, seperti pada air atau pada tali. Oleh karena itu gelombang elektromagnetik ini dapat merambat di ruang hampa. Kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik bergantung pada permitivitas listrik dan permeabilitas magnetic medium. Maxwell menyatakan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik memenuhi persamaan berikut :

Dengan

ԑ = permitivitas listrik medium, 𝛍 = permeabilitas magnetic medium di ruang hampa

ԑ = ԑ = 8,85 x 10 0

-12

C2/ Nm2 dan

𝛍 = 𝛍0 = 4 𝞹 x 10-7 Ns2/ C2

Maka kecepatan gelombang elektromagnetik adalah 3 x 108 m/s, sama dengan kecepatan cahaya.

Terjadinya Gelombang Elektromagnet

1. Pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet dikenal sebagai Hukum Ampere. 2. Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen 3|Gelombang Elektromagnetik

oleh Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry. 3. Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan. Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan. Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell. Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan medan magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik ini secara serempak merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan gejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.

4|Gelombang Elektromagnetik

SIFAT-SIFAT GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK 1. Gelombang Elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa 2. Merupakan gelombang transversal 3. Gelombang Elektromagnetik bergerak dalam arah lurus 4. Dapat mengalami pembiasan atau refraksi 5. Dapat mengalami pemantulan atau refleksi 6. Dapat mengalami perpaduan atau interferensi 7. Dapat mengalami pelenturan atau difraksi 8. Dapat mengalami pengkutuban atau polarisasi

POLARISASI CAHAYA Polarisasi adalah peristiwa perubahan arah getar gelombang cahaya yang acak menjadi satu arah getar atau salah satu sifat cahaya yakni jika cahaya itu bergerak beroscillasi dengan arah tertentu. Polarisasi cahaya ini terjadi akibat beberapa peristiwa berikut : 1. Pemantulan Brewster 2. Polarisator karena penyerapan selektif 3. Polarisasi karena pembiasan ganda, terjadi pada hablur kolkspat (CaCO3), kuarsa, mike, Kristal gula, topaz, dan es. Polarisasi cahaya adalah penguraian cahaya, gambar arah cahayan merambat lurus.

5|Gelombang Elektromagnetik

Spektrum Gelombang Elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi atau tenaga per foton.

1) Sinar Gamma Sinar gamma merupakan salah satu spektrun gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi paling besar atau panjang gelombang terkecil. Frekuensi yang dimiliki sinar gammba berada dalam rentang 1020 Hz sampai 1025 Hz. Sinar gamma dihasilkan dari peristiwa peluruhan inti radioaktif. Inti atom unsur yang tidak stabil meluruh menjadi into aom unsur lain yang stabil dengan memancarkan sinar radioaktif, diantaranya sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma. Di antara ketiga sinar radioaktif ini, yang termasuk gelombang elektromagnetik adalah sinar gamma. Sementara dua lainnya merupakan berkas partikel bermuatan listrik. Jika dibandingkan dengan sinar alfa dan sinar beta, sinar gamma memiliki daya tembus paling tinggi sehingga

6|Gelombang Elektromagnetik

dapat menembus pelat logam hingga beberapa sentimeter.karena daya tembus yang besar ini jugalah dapat menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh Sekarang sinar gamma banyak dimanfaatkan dalam bidang kedokteran, diantaranya utnuk mengobati penyakit kanker dan menyeterilkan peralatan rumah sakit. Selain itu, sinar gamma dapat digunakan untuk melihat kerusakan pada logam dan dapat digunakan juga untuk mengontrol ketebalan dua sisi suatu logam sehingga memiliki ketebalan yang sama.

2) Sinar-X Sinar X, dikenal juga sebagai sinar Rontgen. Nama ini diambil dari penemunya, yaitu Wilhelm C. Rontgen (1845-1923). Sinar X dihasilkan dari peristiwa tumbukan antara electron yang dipercepat pada beda potensial tertentu. Sinar X digunakan dalam bidang kedokteran, seperti untuk melihat struktur tulang yang terdapat dalam tubuh manusia. Sinar X berada pada rentang frekuensi 300 juta GHz dan 50 miliar GHz. Cara paling umum untuk memproduksi sinar-X adaah melalui mekanisme yang disebut bremsstrahlung atau radiasi perlambatan. Mekanisme ini yang ditempuh oleh Rontgen saat pertama kali menghasilkan sinar X. Dalam teori radiasi gelombang elektromagnetik diketahui bahwa muatan listrik yang dipercepat (atau diperlambat) akan menghasilkan gelombang elektromagnetik. Selain melalui radiasi perambatan, sinar X juga dihasilkan dari proses transisi internal electron di dalam atom atau molekul. Manfaat dari sinar X adalah : 1. Mendiagnosis adanya gejala penyakit dalam tubuh, seperti kedudukan tulang-tulang dan gigi 2. Mengidentifikasi bahan atau alat deteksi keamanan 3. Menganalisisi struktur atom dari Kristal

7|Gelombang Elektromagnetik

Berikut adalah contoh alat rontgen dalam dunia medis yang cara kerjanya menggunakan Sinar X

3) Sinar Ultraviolet Sinar

Ultraviolet

dihasilkan

dari

radiasi sinar Matahari. Selain itu, dapat juga dihasilkan dari transisi electron dalam orbit atom. Jangkauan frekuensi sinar ultraviolet, yaitu berkisar antara 105 Hertz sampai dengan 1016. Karena energinya yang cukup kuat dan sifatnya yang dapat mengionisasi bahan, sinar ultraviolet tergolong sebagai radiasi yang berbahaya bagi manusia (terutama jika terpancar dalam intensitas yang besar). Alhamdulillah, atmosfer bumi kita memiliki lapisan yang dapat menahan dan menyerap radiasi ultraviolet dari matahari sehingga sinar matahari yang sampai ke bumi berada dalam taraf yang tidak berbahaya. Sinar ultraviolet datang dari matahari berupa radiasi ultraviolet memiliki energi yang cukup kuat dan dapat mengionisasi atom-atom yang berada di lapisan atmosfer. Dari proses ionisasi atom-atom tersebut dihasilkan ion-ion, yaitu atom yang bermuatan listrik. Lapisan yang terdiri dari ion-ion ini membentuk lapisan khusus dalam atmosfer yang disebut ionosfer. 8|Gelombang Elektromagnetik

Lapisan ionosfer yang terisi dengan atom-atom bermuatan listrik ini dapat memantulkan gelombang elektromagnetik frekuensi rendah (berada dalam spectrum frekuensi gelombang radio medium) dan dimanfaatkan dalam transmisi radio. Lapisan ozon di atmosfer menahan sebagian radiasi ultraviolet. Penggunaan bahan kimia baik untuk pendingin

berupa

Freon

maupun

untuk

penyemprot (parfum bentuk spray, pilok, dsb) dapat menyebabkan kebocoran lapisan ozon. Hal ini menyebabkan sinar ultraviolet dapat menembus lapisan ozon dan sampai ke permukaan bumi, suatu hal yang sangat berbahaya bagi manusia. Jika semakin banyak sinar ultraviolet yang terpancar ke permukaan bumi dan mengenai manusia, maka efek yang tidak diinginkan bagi manusia dan lingkungan dapat muncul. Sinar Ultraviolet juga dapat dihasilkan oleh proses internal atom dan molekul. Sinar ultraviolet juga dapat dimanfaatkan dalam proses sterilisasi makanan dimana kuman dan bakteri berbahaya di dalam makanan dapat dimatikan.

4) Sinar Tampak Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya salah satunya adalah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

9|Gelombang Elektromagnetik

Dalam rentang spektrum gelombang elektromagnetik, cahaya atau sinar tampak hanya menempati pita sempit di atas sinar inframerah. Spektrum frekuensi sinar tampak berisi frekuensi dimana mata manusia peka terhadapnya. Frekuensi sinar tampak memb entang antara 40.000 dan 80.000 GHz (10 pangkat 13) atau bersesuaian dengan panjang gelombang antara 380 dan 780 nm (10 pangkat -9). Cahaya yang kita rasakan sehari-hari berada dalam rentang frekuensi ini. cahaya juga dihasilkan melalui proses dalam skala atom dan molekul berupa pengaturan internal dalam konfigurasi elektron.Pembahasan tentang cahaya begitu luas dan membentuk satu disiplin ilmu fisika tersendiri, yaitu optik. Berikut adalah spectrum warna cahaya berdasarkan urutan kenaikan panjang gelombang :

SPEKTRUM WARNA

PANJANG GELOMBANG (nanometer)

Ungu

390-455

Biru

455-492

HIjau

492-577

Kuning

577-597

Jingga

597-622

Merah

622-780

10 | G e l o m b a n g E l e k t r o m a g n e t i k

5) Sinar Inframerah Sinar Inframerah meliputi daerah 300 GHz sampai 40.000 GHz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. Jika kita memmeriksa spectrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detector yang dihubungkan pada miliamperemeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spectrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi dia tas spectrum merah itu disebut radiasi inframerah. Telah lama diketahui bahwa benda pana akibat aktivitas (getaran) atomik dan molekuler di dalamnya dianggap memancarkan gelombang panas dalam bentuk sinar inframerah. Oleh Karena itu, sinar inframerah sering disebut sebagai radiasi panas.

Foto inframerah yang bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk membuat lukisan panas dari suatu daerah atau objek. Hasil lukisan panas dapat menggambarkan daerah mana yang panas dan tidak. Suatu lukisan panas dari satu gedung dapat digunakan untuk mengetahui daerah mana dari gedung itu yang menghasilkan panas berlebihan sehingga dapat dilakukan perbaikan-perbaikan yang diperlukan.

11 | G e l o m b a n g E l e k t r o m a g n e t i k

Dalam bidang kesehatan, pancaran panas berupa pancaran sinar inframerah dari organ-organ tubuh dapat dijadikan sebagai informasi kondisi kesehatan organ tersebut. Ini sangat bermanfaat bagi dokter dalam diagnosis dan keputusan tindakan yang sesuai buat pasien. Selain itu, pancaran panas dalam intensitas tertentu dipercaya dapat digunakan untuk proses penyembuhan penyakit seperti cacar dan encok. Dalam teknologi elektronik, sinar inframerah telah lama digunakan sebagai media transfer data. Ponsel dan laptop dilengkapi dengan inframerah sebagai salah konektivitas untuk menghubungkan atau transfer data dari satu perangkat dengan perangkat lain. Fungsi inframerah pada ponsel dan laptop dijalankan melalui teknologi Irda (infra red data acquitition). Sinar Inframerah dapat dibedakan ke dalam tiga daerah seperti table berikut :

Daerah Inframerah

Rentang Panjang Gelombang (meter)

Inframerah dekat

7,8 x 10-7 – 3 x 10-6

Inframerah sedang

3 x 10-6 – 3 x 10-5

Inframerah jauh

3 x 10-5 x 10-3

Berikut adalah karakteristik dari sinar inframerah : 1. Tidak dapat dilihat oleh manusia 2. Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang 3. Dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas 4. Panjang gelombang pada inframerah memiliki hubungan yang berlawanan atau berbanding terrbalik dengan suhu.

6) Gelombang Mikro Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis. 12 | G e l o m b a n g E l e k t r o m a g n e t i k

Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat glombang elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan. Dalam suatu sistem radar, gelombang mikro dipancarkan terus menerus ke segala arah oleh pemancar. Jika ada objek yang terkena gelombang ini, sinyal akan dipantulkan oleh objek dan diterima kembali oleh penerima. Sinyal pantulan ini akan memberikan informasi bahwa ada objek yang dekat yang akan ditampilkan oleh layar radar.

Dari waktu pemancaran sinyal sampai diterima kembali oleh radar, jarak objek yang terdeteksi dapat diketahui. Tentu kamu dapat membayangkan rumus yang dapat dipakai untuk menghitung jarak ini, bukan? Ya, jarak adalah kecepatan dikali waktu, dan karena kecepatan gelombang adalah konstan, maka dengan mengetahui waktu, jarak pun dapat dihitung. Jangan lupa bahwa pembagian dengan faktor 2 diperlukan karena sinyal menempuh jarak pulang pergi. Sehingga dirumuskan sebagai berikut :

Dengan s adalah jarak sasaran ke pusat radar dan t selang waktu penerimaan pulsa setelah pantulan dari sasaran.

13 | G e l o m b a n g E l e k t r o m a g n e t i k

7) Gelombang Radio Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula. Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi bunyi. Gelombang radio merupakan gelombang yang memiliki frekuensi paling kecil atau panjang gelombang paling panjang. Gelombang radio berada dalam rentang frekuensi yang luas meliputi beberapa Hz sampai gigahertz (GHz atau orde pangkat 9). Gelombang ini dihasilkan oleh alat-alat elektronik berupa rangkaian osilator (variasi dan gabungan dari komponen Resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C)). Oleh karena itu, gelombang radio banyak digunakan dalam sistem telekomunikasi. Siaran TV, radio, dan jaringan telepon seluler menggunakan gelombang dalam rentang gelombang radio ini. Suatu sistem telekomunikasi yang menggunakan gelombang radio sebagai pembawa sinyal informasinya pada dasarnya terdiri dari antena pemancar dan antena penerima. Sebelum dirambatkan sebagai gelombang radio, sinyal informasi dalam berbagai bentuknya (suara pada sistem radio, suara dan data pada sistem seluler, atau suara dan gambar pada sistem TV) terlebih dahulu dimodulasi. Modulasi di sini secara sederhana dinyatakan sebagai penggabungan antara getaran listrik informasi (misalnya suara pada sistem radio) dengan gelombang pembawa frekuensi radio tersebut. Penggabungan ini menghasilkan gelombang radio termodulasi. Gelombang inilah yang dirambatkan melalui ruang dari pemancar menuju penerima.

14 | G e l o m b a n g E l e k t r o m a g n e t i k

Berikut adalah rentang Frekuensi Gelombang Radio :

Panjang

Nama Band

Singkatan

Frekuensi

Extremly Low

ELF

(3-30) Hz

(105-104)km

Komunikasi dgn bawah laut

Super Low Frequency

SLF

(30-300) Hz

(104-103)km

Komunikasi dgn bawah laut

Ultra Low Frequency

ULF

(300-3000) Hz

(103-102)km

Komunikasi di pertambangan

Very Low Frequency

VLF

(3-30) kHz

(102-104)km

komunikasi di bawah laut

Low Frequency

LF

(30-300) kHz

(10-1)km

Navigasi

Medium Frequency

MF

(300-3000) kHz

(1-10-1)km

Siaran radio AM

Gelombang

Contoh Penggunaan

Frequency

High Frequency

HF

(3-30) MHz

-1

-2

Radio amatir

-2

-3

(10 -10 )km

Very High Frequency

VHF

(30-300) MHz

(10 -10 )km

Siaran radio FM dan televisi

Ultra High Frequency

UHF

(300-3000) MHz

(10-3-10-4)km

Televisi dan handphone

Super High Frequency

SHF

(3-30) GHz

(10-4-10-5)km

Wireless LAN

Extremly High

EHF

(30-300) GHz

(10-5-10-6)km

Radio Astronomi

Frequency

15 | G e l o m b a n g E l e k t r o m a g n e t i k

Daftar Pustaka http://www.vbook.pub.com/doc/32961457/Makalah-Fisika-Listrik-Dinamis-Dan Elektromagnetik http://brigittalala.wordpress.com/gelombang-elektromagnetik/ http://aktifisika.wordpress.com/2008/11/17/spektrum-gelombang-elektromagnetik/ http://makalah-artikel-online.blogspot.com/2009/04/spektrum-gelombangelektromagnetik.html http://alljabbar.wordpress.com/2008/04/06/energi-dan-daya-listrik/ http://b0cah.org/index.php?option=com_content&task=view&id=808&Itemid=40 www.wikipedia.com http://www.crayonpedia.org Kanginan , Marthen . 2007 . Fisika SMA . Jakarta : Penerbit Erlangga Saripudin, Aip dkk. 2009. Praktis Belajar Fisika . Jakarta : Penerbit Departemen Pendidikan Nasional Chasanah, Chuswatun dkk. Kreatif Fisika. Klaten : Penerbit Viva Pakarindo

16 | G e l o m b a n g E l e k t r o m a g n e t i k