BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar
Belakang
Gejala-gejala
kelistrikan dan kemagnetan erat hubungannya satu sama lain. Hal ini tampak pada
gejala-gejala berikut :
1.
Muatan
listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya, yang besarnya
diperlihatkan oleh hukum Coulomb
2.
Arus
listrik atau muatan yang mengalir dapat, menghasilkan medan magnet disekitarnya
yang besar dan arahnya ditunjukkan oleh hukum Bio Savart atau hukum ampere
3.
Perubahan
medan magnetik dapat menimbulkan GGL induksi yang dapat menghasilkan medan
listrik dengan aturan yang diberikan oleh hukum induksi Faraday
Berawal dari percobaan James Clark Maxwell,
seorang ahli fisika dari Scotlandia. Jika Faraday menemukan bahwa perubahan
medan magnetik haruslah menghasilkan medan listrik, maka menurut Maxwell
perubahan medan listrik haruslah menghasilkan medan magnetik. Maxwell
mengemukakan suatu hipotesis : Karena
perubahan medan magnet dapat menimbulkan medan listrik, maka sebaliknya,
perubahan medan listrik pun akan dapat menimbulkan medan magnet. Hipotesa
itu dibuktikan melalui percobaan dua bola isolator yang bermuatan listrik
digetarkan pada pegas untuk menimbulkan perubahan medan magnet dan medan
listrik sehingga dipancarkanlah gelombang elektromagnetik.
Percobaan Maxwell
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium
untuk perambatannya atau disebut juga sebagai peristiwa timbulnya medan listrik
dan medan magnetik secara berkala dan menjalar ke segala arah. Gelombang
elektromagnetik ditimbulkan oleh muatan yang dipercepat, terdiri atas madan
magnetik B dan medan listrik E yang bergetar saling tegak lurus dan
keduanya tegak gelombang transversal.
Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik
ditentukan oleh permeabilitas vakum µo
dan permitivitas vakum Ɛo
sesuai dengan hubungan
Dengan memasukkan nilai-nilai
tertentu, akan diperoleh c = 2,998 x 108 m/s atau dibulatkan menjadi
c = 3 x 108 m/s
Orang
yang pertama kali menguji hipotesa Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik
adalah Hein rich Hertz. Dari
percobaannya menampakkan percikan bunga api yang berarti terjadi pemindahan
energi gelombang elektromagnetik. Dalam percobaan yang dilakukannya, Hertz juga
berhasil membuktikan cepat rampat GEM sesuai dengan nilai yang diramalkan
Maxwell.
1.2 Rumusan
Masalah
Dari latar belakang di atas, kami mengambil
beberapa rumusan masalah antara lain :
1. Apa sifat-sifat gelombang elektromagnetik
(GEM) ?
2. Bagaimana rentang spektrum GEM ? jelaskan !
3. Bagaimana energi yang ada dalam GEM ?
1.3 Tujuan
Penulisan Makalah
Adapun tujuan kami menulis makalah ini antara
lain adalah :
1.
Untuk
mengetahui latar belakang terjadinya gelombang elektromagnetik (GEM)
2.
Untuk
mengetahui sifat-sifat GEM
3.
Untuk
mengetahui rentang spektrum GEM lebih jelas
4.
Untuk
mengetahui energi-energi apa saja yang terdapat dalam GEM
1.4 Manfaat
Penulisan Makalah
Harapan yang akan dicapai dalam penulisan
makalah ini antara lain :
1.
Sebagai
tambahan wawasan pengetahuan tentang GEM
2.
Sebagai
sumber ilmu dalam materi GEM
3.
Memperdalam
teori, konsep, ataupun rumus tentang GEM
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Sifat-sifat Gelombang Elektromagnetik
Hipotesa Maxwell mengenai gelombang
elektromagnetik telah terbukti kebenarannya melalui eksperimen Hein
rich Hertz. Di samping itu, eksperimen Hertz ini juga menunjukkan
sifat-sifat gelombang elektromagnetik, antara lain sebagai berikut :
Dapat
merambat dalam ruang hampa
Merupakan
gelombang transversal
Dapat
mengalami polarisasi
Dapat
mengalami pemantulan (refleksi)
Dapat
mengalami pembiasan (refraksi)
Dapat
mengalami interferensi
Dapat
mengalami lenturan atau hamburan (difraksi)
Merambat
dalam arah lurus
2.2 Rentang Spektrum Gelombang
Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik terdiri
dari bermacam-macam gelombang yang berbeda frekuensi dan panjang gelombangnya,
tetapi kecepatannya di ruang hampa adalah sama, yaitu c = 3 x 108 m/s.
Hubungan
antara frekuensi f, panjang gelombang
λ, dan cepat rambat gelombang
elektromagnetik c adalah
Berikut
adalah urutan spektrum gelombang elektromagnetik diurutkan mulai dari frekuensi
terkecil hingga frekuensi terbesar.
1.
Gelombang radio
Gelombang radio dapat dihasilkan oleh
rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan
oleh antena dan diterima oleh antena pula. Terdapat dua modulasi gelombang
radio, yaitu AM (Amplitudo Modulation) dan FM (Frequency Modulation). Dua
modulasi tersebut dapat menentukan jenis radio yang akan dimiliki sesuai
fungsinya.
-
Keunggulan
AM
AM juga
dipakai dalam transmisi isyarat video dalam televisi. AM adalah sistem yang
sederhana, murah, dan hanya membutuhkan lebar jalur kecil. Jangkauan siaran
dengan frekuensi AM lebih jauh (200 km) dan biaya untuk pemancaran AM lebih
murah daripada FM.
-
Kelemahan
AM
AM buruk
dalam performansi isyarat terhadap desah bila dibandingkan dengan FM.
-
Keunggulan
FM
Amplitudo
yang konstan dari gelombang FM memungkinkan efisiensi pemancar yang tinggi.
Desah pada isyarat FM hanya sepertiga dari desah isyarat AM untuk lebar jalur
yang sama. FM memiliki kemampuan transmisi stereo yang tidak dimiliki oleh
pemancar AM. Kualitas audio yang diterima juga lebih tinggi daripada kualitas
audio yang dimodulasi dengan AM.
-
Kelemahan
FM
Jalur yang
dibutuhkan lebih lebar. Untuk siaran hiburan, harga FM (max) biasanya adalah ±
75 kHz yang memungkinkan frekuensi pemodulasi sebesar 15 kHz. FM memiliki
jangkauan siaran terbatas (75 km), dibalik gunung atau bukit tidak bisa
ditangkap siarannya.
Berikut
adalah pengelompokan radio berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya.
|
Lebar frekuensi
|
Panjang
gelombang
|
Beberapa
pengguna
|
|
Low (LF)
30 kHz – 300 kHz
|
Long wave
1500 m
|
Radio gelombang panjang dan komunikasi melalui jarak jauh
|
|
Medium (MF)
300 kHz – 30 MHz
|
Medium wave
300 m
|
Gelombang medium lokal dan radio jarak jauh
|
|
High (HF)
3 MHz – 30 MHz
|
Short wave
30 m
|
Radio gelombang pendek dan komunikasi radio amatir dan CB
|
|
Very High (VHF)
30 MHz – 300 MHz
|
Very short wave
3 m
|
Radio FM, polisi, dan pelayanan darurat
|
|
Ultra High (UHF)
300 MHz – 3 GHz
|
Ultra short wave
30 cm
|
TV
|
|
Super High (SHF)
Di atas 3 GHz
|
Microwaves
3 cm
|
Radar, komunikasi satelit, telepon, dan saluran TV
|
2.
Gelombang televisi
Penyiaran televisi biasanya disebarkan melalui
gelombang radio VHF dan UHF dalam jalur frekuensi yang ditetapkan antara 300
MHz – 3 GHz. Gelombang ini merambat lurus, tidak dapat dipantulkan oleh
atmosfer-atmosfer bumi. Untuk menangkap sinyal gelombang televisi diperlukan
sebuah stasiun penghubung (relay) atau bahkan juga membutuhkan sebuah satelit sebagai stasiun penghubung
jarak yang sangat jauh.
3.
Gelombang mikro (radar)
Memiliki frekuensi yaitu 3 GHz (3x109
Hz). Radar adalah singkatan dari Radio Detection and Ranging. Antena radardaoat
bertindak sebagai pemancara dan penerima gelombang elektromagnetik. Pesawat
radar juga digunakan untuk mengukur kedalaman laut menggunakan sifat
pemantulan.
Keterangan :
s =
jarak bidang pantul dengan pesawat radar (m)
c =
kecepatan cahaya (3x108 m/s)
=
selang waktu pengiriman dan penerima pulsa (s)
4.
Sinar inframerah
Sinar inframerah memiliki jangkauan frekuensi
1011 Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4
m sampai dengan 10-1 m. Sinar inframerah dapat dihasilkan oleh
elektron dalam molekul yang bergetar karena dipanaskan. Sinar ini tidak banyak
dihamburkan oleh partikel-partikel udara. Contoh penggunaan inframerah adalah
untuk menyelidiki suatu penyakit dalam tubuh dengan pancaran inframerah, dan
dapat juga digunakan untuk mempelajari atau mengetahui struktur suatu molekul
(dikenal dengan spektroskopi inframerah).
5.
Sinar tampak (cahaya)
Sinar tampak atau disebut cahaya adalah sinar
yang dapat membantu pengelihatan kita. Sinar tampak memiliki frekuensi yang
cukup sempit dan panjang gelombang 10-7 m sampai dengan 10-6
m. Sinar tampak memiliki spektrum warna yang dimulai dari frekuensi terkecil
sampai terbesar yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Jadi,
warna merah memiliki frekuensi terkecil dan panjang gelombang terbesar
sedangkan warna ungu memiliki frekuensi terbesar dan panjang gelombang
terkecil.
6.
Sinar ultraviolet
Jenis gelombang elektromagnetik yang mempunyai
frekuensi 1015 Hz sampai 1016 Hz atau daerah panjang
gelombang 10-8 m sampai 10-7 m ini dihasilkan oleh atom
dan molekul dalam loncatan atau nyala listrik. Matahari adalah sumber utama
dari sinar ulraviolet. Dengan mempunyai energi yang kira-kira sama dengan
energi yang diperlukan dalam suatu reaksi kimia, maka sinar ultraviolet dapat
digunakan untuk memendarkan barium platina sianida, menghitamkan plat foto yang
berlapis perak bromida, dan memiliki daya pembunuh kuman, terutama untuk
kuman-kuman penyakit kulit.
7.
Sinar – X
Sinar-X pertama kali ditemukan oleh Wilhelm
Conrad Rontgen pada tahun 1895, sehingga sinar-X ini disebut juga sinar
Rontgen. Sinar-X dapat dihasilkan
oleh elektron-elektron yang terletak di bagian kulit elektron atau dapat pula
dihasilkan oleh pancaran radiasi yang keluar ketika elekron yang berkecepatan
tinggi menumbuk permukaan logam. Sinar-X memiliki daerah frekuensi antara 1016
Hz sampai 1020 Hz dan daerah panjang gelombang 10-9 m
sampai 10-6 m. Dengan panjang gelombang yang pendek dan frekuensi
yang besar, sinar-X mempunyai daya tembus kuat. Sinar-X banyak digunakan dalam
bidang kedokteran maupun dalam bidang industri. Sinar-X dapat dipakai untuk
mendeteksi organ-organ dalam tubuh, dapat dipakai memotret posisi tulang dalam
tubuh, misalnya untuk menentukan posisi tulang yang patah.
8.
Sinar gamma ϒ
Daerah frekuensi sinar gamma antara 1020
Hz samapai dengan 1025 Hz dan panjang gelombang 10-11 m
sampai 10-8 m. Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang
memiliki frekuensi terbesar. Sinar gamma ini dihasilkan oleh inti-inti atom
yang tidak stabil. Sinar gamma mempunyai daya tembus yang sangat besar, dapat
menembus pelat besi dengan ketebalan beberapa cm. Untuk mendeteksi adanya sinar
gamma dipakai peralatan detektor Geiger-Muller.
2.3 Energi dalam Gelombang
Elektromagnetik
2.3.1 Hubungan antara Medan Magnet B, Medan Listrik E, dan
Cepat Rambat GEM c
Gelombang
elektromagnetik merambatkan energinya dalam bentuk medan listrik dan medan
magnet yang satu sama lain saling tegak lurus dan berubah secara periodik
seperti tampak pada gambar dibawah ini :
Dari gambar tersebut dapat
dirumuskan dengan 
, dimana E adalah medan listrik, B adalah medan magnet, dan c adalah cepat rambat GEM. Jadi dapat
disimpulkan bahwa hubungan
antara medan magnet B, medan listrik E, dan cepat rambat GEM c adalah tegak lurus. Itu sebabnya GEM
disebut gelombang transversal.
, dimana E adalah medan listrik, B adalah medan magnet, dan c adalah cepat rambat GEM. Jadi dapat
disimpulkan bahwa hubungan
antara medan magnet B, medan listrik E, dan cepat rambat GEM c adalah tegak lurus. Itu sebabnya GEM
disebut gelombang transversal.
2.3.2 Rapat Energi Listrik dan Magnet
Energi persatuan volume atau yang
disebut dengan rapat energi listrik 
dapat
dirumuskan dengan :
dapat
dirumuskan dengan :
dimana
,
=
rapat energi listrik (
atau J 
)
= permitivitas listrik = 8,85 x 
E = kuat medan listrik (N/C atau N 
)
)
Energi magnetik persatuan volume
atau rapat energi magnetik 
dapat dirumuskan dengan :
dapat dirumuskan dengan :
= 
dimana
,
= rapat energi magnetik
(J/m3)
B = besar induksi magnetik (Wb/m2 = T)
µ0
= permeabilitas magnetik = 4π x 10-7
Wb A-1 m-1
2.3.3 Intensitas
Gelombang elektromagnetik
Intensitas GEM atau laju energi yang
dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik disebut pointing (lambang S). Dapat dirumuskan sebagai berikut :
Intensitas gelombang (laju energi rata-rata
per m2) yang dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik sama
dengan rapat energi rata-rata dikalikan dengan cepat rambat cahaya. Dapat juga
dituliskan dengan :
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Dari
pengumpulan referensi yang kami lakukan , dapat ditarik beberapa kesimpulan
yaitu :
1. Sifat-sifat gelombang elektromagnetik adalah
Dapat
merambat dalam ruang hampa
Merupakan
gelombang transversal
Dapat
mengalami polarisasi
Dapat
mengalami pemantulan (refleksi)
Dapat
mengalami pembiasan (refraksi)
Dapat
mengalami interferensi
Dapat
mengalami lenturan atau hamburan (difraksi)
Merambat
dalam arah lurus
2. Urutan spektrum gelombang elektromagnetik
diurutkan mulai dari frekuensi terkecil hingga frekuensi terbesar yaitu
a. Gelombang radio
b. Gelombang televisi
c. Gelombang mikro (radar)
d. Sinar inframerah
e. Sinar tampak (cahaya)
f.
Sinar
ultraviolet
g. Sinar-X
h. Sinar gamma
3. Hubungan antara Medan Magnet B, Medan Listrik E, dan Cepat Rambat GEM c dapat
dirumuskan dengan
dengan 
3.2 Saran
0 komentar:
Posting Komentar