gelombang elektromagnetik

BAB 1

PENDAHULUAN

                         

1.1  Latar Belakang

           Kemajuan teknologi saat ini semakin meningkat berikut dalam penggunaan gelombang elekromagnetik seperti dalam kehidupan sehari-hari. Seperti apakah gelombang elektromagnetik, apa contoh gelombang elektromagnetik itu?

        Gelombang sebenarnya dapat dibagi ke dalam beberapa jenis, baik berdasarkan arah rambatannya maupun medium perantaranya. Salah satunya, berdasarkan medium perantaranya, gelombang dibagi atas gelombang mekanik (galombang yang memerlukan medium atau zat perantara) dan gelombang elektromagnetik (gelombang yang merambat tanpa memerlukan medium).

        Gelombang elektromagnetik sebenarnya selalu ada disekitar kita, mengapa panas sinar matahari dapat dirasakan manusia di bumi?  Karena energy matahari merupakan salah satu contoh elektromagnetik yang merambat melalui kevakuman udara di luar angkasa (tidak ada medium dalam perambatannya). Contoh lain adalah gelombang radio. Tetapi spektrum gelombang elektromagnetik masih terdiri dari berbagai jenis gelombang lainnya, yang dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Untuk itu disini kita akan mempelajari tentang rentang spektrum gelombang elektromagnetik, karakteristik khusus masing-masing gelombang elektromagnetik di dalam spektrum dan contoh dan penerapan masing-masing gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.

1.2   Rumusan Masalah

1.      Apa yang dimaksud dengan gelombang elektromagnetik?

2.      Siapakah yang pertama kali menemukan gelombang elektromagnetik?

3.      Bagaimana ciri-ciri gelombang elektromagnetik?

4.       Bagaimanakah sifat-sifat gelombang elektromagnetik?

5.      Bagaimana karakteristik khusus masing-masing gelombang elektromagnetik di dalam spektrum?

1.3  Tujuan

1.      Dapat mengetaui apa  yang di maksud dengan Gelombang Elektromagnetik

2.      Dapat mengetahui siapa yang pertama kali menemukan Gelombang Elektromagnetik

3.      Dapat mengetahui ciri-ciri Gelombang Elektromagnetik

4.      Dapat mengetahui sifat-sifat Gelombang Elektromagnetik

5.      Dapat mengetahui karakteristik khusus masing-masing gelombang elektromagnetik di dalam spektrum?

BAB 2

PEMBAHASAN

2.1   Pengertian Gelombang Elektromagnetik

 Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang / wavelength, frekuensi, amplitude / amplitude, kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.

Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbedabeda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik.

2.2   Gelombang Elektromagnetik Menurut Hipotesis Maxwell

Teori mengenai gelombang elektromagnetikpertama kali ditemukan oleh James Clerk Maxwell (1831-1879). Dengan mengkaji aturan dasar kelistrikan dan kemagnetan, Maxwell mengemukakan suatu hipotesis sebagai berikut.

“Karena perubahan medan magnetic dapat menimbulkan medan listrik maka sebaliknya perubahan medan listrik akan dapat menimbulkan medan magnetik’’.  

                Dengan hipotesis inilah Maxwell mengungkapkan terjadinya gelombang elektromagnetik. Percobaannya diakukan dengan dua buah bola lampu isolator yang dikaitkan pada ujung pegas, kemudian diberi muata listrik berbeda, satu bola diberi muatan posiytif, sedangkan bola yang lain diberi muatan negatif, seperti pada gambar dibawah ini.

 Selanjutnya, kedua bola digetarkan sehingga jarak kedua bola berubah-ubahterhadap waktu dan kedua muatan menimbulkan medan listrik di sekitarnyayang berubah terhadap waktu pula. Menurut Maxwell perubahan medan listrik ini akan mnimbulkan perubahan medan magnetic yang berubah terhadap waktu pula. Dengan adanya perubahan medan magnetic maka akan timbul kembali medan listrik yang besarnya juga berubah-ubah. Demikian seterusnya, sehingga didapatkan proses berantai dari perubahan medan listrik dan mean magnetic yang menjalar ke segala arah. Apabila penjalaran medan listrik dan medan magnetik tersebut ditinjau pada satu arah tertentu maka dapat dilukiskan seperti pada gambar dibawah ini.  

       

        Keterangan gambar:

B = Medan Magnet

E = Medan Listrik

Z = Arah Perambatan

             Vektor medan listrik dan magnetic pada gelombang elektromagnetik memilih ke yang sama dan tegak lurus satu sama lain terhadap arah perambatan gelombangnya.

Menurut perhitugan Maxwell, kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik hanya tergantung pada dua besaran, yaitu:

·         Permitivitas listrik (Ɛ₀), dan

·         Permeabilitas magnetic (µ₀).             

Sehingga dirumukan dengan: 

            Apabila nilai permitivitas listrik Ɛ₀ =8,85 x ^10-12C/Nm² dan nilai permeabilitas magnetic µ₀ =12,60 x 10^-4Wb/Am, diperoleh nilai kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik c =3 x 10⁸m/s. karena cepat rambat gelombang elektromagnetik ini tepat sama dengan cepat rambat cahaya di ruang hampa maka dapat disimpulkan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.

Hipotesis yang dikemukakan oleh Maxwell dibuktikan kebenarannya oleh Heinrich Rudolfh Hertz (1857-1894), beberapa tahun setelah Maxwell meninggal dunia. Hertz berhasil melakukan eksperimen yang menunjukkan gejala perambatan gelombang elektromagnetik, menggunakan alat yang serupa dengan Ruhrnkorf seperti pada rangkaian dibawah ini.

    

             

          Dengan menghidupkan saklar, kumparan pada rangkaian Ruhmkorf akan member induksi berupa pulsa tegangan pada kedua elektroda di sisi A sehingga terjadi loncatan bunga api di sisi A karena adanya pelepasan muatan. Sesaat setelahnya, loop kawat kedua  di sisi B juga menampakkan percikan buga api. Hal ini berarti menunjukkan bahwa energy eleektromagnetik mengalami perpindahan dari kumparan ke kawat melingkar, meskipun terpisah. Disamping itu, Hertz juga berhasil mengukur kecepatan perambatan energy tersebut, yang sesuai dengan nilai yang di ramalkan Maxwell.

                                                                                                      

2.3  Ciri-Ciri Gelombang Elektromagnetik

             Gelombang Elektromagnetik memiliki beberapa ciri diantaranya:

a.       Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.

b.      Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

c.       Dari ciri no 2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.

d.      Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa polarisasi karena termasuk gelombang transversal.

e.       Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.

2.4 Sifat-Sifat Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik memiliki sifat-sifat tertentu, di antaranya adalah:

a.       Dapat merambat dalam ruangan

b.       Merupakan gelombang transversal

c.        Dapat mengalami pemantulan (refleksi)

d.        Dapat mengalami pembiasan (refraksi)

e.       Dapat mengalami penggabungan dua gelombang (interferensi)

f.       Dapat mengalami lenturan (difraksi)

g.      Dapat mengalami polarisasi

h.      Arah perambatannya tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan      magnetic.

2.5  Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Sebagai ciri suatugelombang, gelombang elektromagnetik juga memiliki panjang gelombang (λ), kecepatan perambatan gelombang (c) dan frekuensi (f). Secara matematis hubungan panjang gelombang, kecepatan, dan frekuensi dapat ditulis;

                        

               C = f λ

Keterangan :

                  c          = kecepatan perambatan gelombang

                  f           = frekuensi (Hz)

                  λ          = panjang gelombang (m)

            Karena cepat rambat gelombang elektromagnetik tidak bergantung pada medium rambatan dan mempunyai nilai tetap c maka yang berbeda pada gelombang elektromagnetik adalah f dan λ.Dari persamaan bentuk gelombang, yang dianalisis oleh Maxwell dapat diketahui nilai maksimum untuk gelombang medan listrik dan gelombang medan magnetic yaitu:

             Gelombang elektromagnetik yang ada di alam dapat terjadi secara alami ataupun dihasilkan oleh sebuah alat. Sebagai contoh, generator arus bolak-balikmenghhasilkan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 10⁸m,sedangkan alam menyediakan, inti atom yang dapat menghasilkan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 10^-17 m.

               Para ahli kemudian mengamati lebih lanjut gelombang elektromagnetik yang ada dan mencatat panjang gelombang dan frekuensinya, yaitu dengan cara langsung dan tidak langsung. Sebagian besar dilakukan secara tidak langsung yaitu dengan cara menginteraksikan gelombang elektromagnetik dengan bahan atau alat yang sanggup mengubah energy gelombang elektromanetik menjadi energy lain, seperti energy listrik, energy panas, energy mekanik atau energy kimia. Dari bentuk energy inilah diperoleh panjang gelombang dan frekuensi gelombang elektromagnetik. Tapi hanya sebagian kecil saja dari spectrum gelombang elektrogmagnetik yang dapat diamati langsung oelh indera mata, yaitu cahaya, sedangkan bagian yang lain tidak dapt diamati secara langsung. Manusia memanfaatkan gelombang elektrogmagnetik berdasrkan frekuensinya.

                  Spectrum gelombang elektrogmagnetik dengan urutan dari frekuensi terkecil ke frekuensi terbesar dapat disusun sebagai berikut.

a.       Gelombang Radio

             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. Oleh karena itu, kita mengenal adanya istilah AM dan FM. Amplitudo modulation (AM) atau modulasi amplitudo menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa berupa perubahan amplitudonya. Adapun frequency modulation (FM) atau modulasi frekuensi menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa dalam bentuk perubahan frekuensinya.

b.      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.

             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.

c.       Sinar inframerah

           Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. jika kamu memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah. Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.

d.      Cahaya 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 adlah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

e.       Sinar ultraviolet

             Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombagn 10-8 m 10-7 m. gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet dipermukaan bumi,lapisan ozon yang ada dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan makluk hidup di bumi.

f.       Sinar X

             Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz . panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm sampai 10 cm. meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm.

g.      Sinar Gamma

             Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz atau panjang gelombang antara 10 cm sampai 10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh.

                                                                                                      

BAB 3

PENUTUP

         3.1 Kesimpulan

ü  Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang / wavelength, frekuensi, amplitude / amplitude, kecepatan.

ü  Teori mengenai gelombang elektromagnetikpertama kali ditemukan oleh James Clerk Maxwell (1831-1879). Dengan mengkaji aturan dasar kelistrikan dan kemagnetan, Maxwell mengemukakan suatu hipotesis sebagai berikut.

“Karena perubahan medan magnetic dapat menimbulkan medan listrik maka sebaliknya perubahan medan listrik akan dapat menimbulkan medan magnetik’’.  

             Gelombang Elektromagnetik memiliki beberapa ciri diantaranya:

Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.

Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

Dari ciri no 2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.

Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa polarisasi karena termasuk gelombang transversal.

Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.

2.4 Sifat-Sifat Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik memiliki sifat-sifat tertentu, di antaranya adalah:

Dapat merambat dalam ruangan

 Merupakan gelombang transversal

 Dapat mengalami pemantulan (refleksi)

  Dapat mengalami pembiasan (refraksi)

Dapat mengalami penggabungan dua gelombang (interferensi)

Dapat mengalami lenturan (difraksi)

Dapat mengalami polarisasi

Arah perambatannya tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan      magnetic.