MATERI FISIKA UNTUK MAKALAH KELAS X : GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

PEMBAHASAN

A.  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.

B.   Sejarah Penemuan Gelombang Elektromagnetik

1.      MICHAEL FARADAY 1791-1867

 

Michael Faraday lahir pada tahun 1791 di Newington, Inggris. Di tahun 1831, Faraday menemukan bahwa bilamana magnit dilalui lewat sepotong kawat, arus akan mengalir di kawat sedangkan magnit bergerak. Keadaan ini disebut “pengaruh elektro magnetik,” dan penemuan ini disebut “Hukum Faraday” dan pada umumnya dianggap penemuan Faraday yang terpenting dan terbesar.

 Hukum Faraday merupakan penemuan yang monumental, berdasarkan dua alasan berikut. Pertama, “Hukum Faraday” mempunyai arti penting yang mendasar dalam hubungan dengan pengertian teoritis tentang elektromagnetik.

Kedua, elektromagnetik dapat digunakan untuk menggerakkan secara terus-menerus arus aliran listrik seperti diperagakan sendiri oleh Faraday lewat pembuatan dinamo listrik pertama. Meski generator tenaga pembangkit listrik kita untuk mensuplai kota dan pabrik dewasa ini jauh lebih sempurna ketimbang apa yang diperbuat Faraday, tetapi kesemuanya berdasar pada prinsip serupa dengan pengaruh elektromagnetik.

2.      JAMES CLERK MAXWELL 1831-1879

Maxwell dilahirkan di Edinburgh, Skotlandia, tahun 1831. James Clark Maxwel juga merupakan ilmuan yang telah menelusuri keterkaitan antara gejala kelistrikan  dan kemagnetan dengan bertitik tolak pada dasarnya pengetahuan yang sudah ada pada saat itu yaitu:

1. Muatan listkik dapat menimbulkan medan listrik di sekitarnya besarnya kekuatan medan   listrik ini dapat diperlihatkan oleh hokum Coulomb.
2. Arus listrik atau mauatan listrik yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitanya. Besarnya kekuatan medan listrik magnet diperlihatkan olrh hokum BiotSafart.
3. Perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik yang dapat dijelaskan oleh hukum Faraday

Dasar teori dari perambatan gelombang elektromagnetik pertama kali dijelaskan pada 1873 oleh James Clerk Maxwell dalam papernya di Royal Society mengenai teori dinamika medan elektromagnetik (A dynamical theory of the electromagnetic field), berdasarkan hasil kerja penelitiannya antara 1861 dan 1865.

3. HEINRICH RUDOLF HERTZ

Kebenaran Hipotesa Maxwell tentang adanya gelombang elektromagnetik pada akhirnya dibuktikan oleh “ Heinrich Rudolf Hertz” antara tahun 1886 dan 1888, pertama kali membuktikan teori Maxwell melalui eksperimen, memperagakan bahwa radiasi radio memiliki seluruh properti gelombang (sekarang disebut gelombang Hertzian), dan menemukan bahwa persamaan elektromagnetik dapat diformulasikan ke persamaan turunan partial disebut persamaan gelombang.

Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Waktu kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Planck

E = Hν

di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta Planck — 6.626 × 10 ⁻³⁴ J·s — dan ν adalah frekuensi gelombang.

C.  Ciri atau Sifat Gelombang Elektromagnetik

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 pada tempat yang sama
2. Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.
3. Dari ciri no 2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.
4. Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa polarisasi karena termasuk gelombang transversal
5. Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.

D.  Sumber Gelombang Elektromagnetik

1. Osolasi listrik
2. Sinar matahari menghasilkan sinar inframerah
3. Lampu merkuri menghasilkan sinar ultraviolet
4. Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen)
5. Inti atom yang tidak stabil menghasilkan sinar gamma

E.   Spektrum gelombang eletromagnetik

1. 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.

Gelombang dapat dibedakan menjadi dua yaitu gelombang radio AM dan gelombang FM. Gelombang AM dapat mencapai tempat yang jauh karena dipantulkan lapisan ionosfer.

Sedang gelombang FM mempunyai kelebihan karena tidak terpengaruh oleh perubahan listrik di udara sehingga suara tetap jernih.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Sinarultraviolet

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.

6. 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

7. 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.

F.   Pengaplikasian Gelombang Elektromagnetik dalam    Kehidupan Sehari-hari

Penemuan gelombang elektromagnetik pada akhir abad 19 merupakan cikal bakal perkembangan tekhnologi di bidang komunikasi, kedokteran, penginderaan jarak jauh maupun bidang industri.

·                     Sinar gamma

Banyak digunakan dalam bidang industri pengawetan makanan, produk industri dan lain-lain

·                     SinarX

Sinar X dapat menembus jaringan tubuh tetapi tidak dapat menembus tulang sehingga sinar X sering di gunakan untuk memotret posisi tulang atau bagian tubuh yang mempunyai kelainan

Sinar X sangat berperan dalam mendapatkan informasi tentang mikroskopi atom dan molekul seperti penentuan struktur molekul menggunakan sinar X dengan panjang gelombang yang sangat pendek.  Untuk pelaksanaannya digunakan sebuah alat yang diberi nama difraktometer sinar X.

Sinar X juga banyak dalam uji tak merusak  seperti menentukan cacat pada hasil las.  Alat yang digunakan disebut radiogrofi sinar X.  sinar X juga dapat digunakan untuk menentukan unsur dalam suatu bahan. Menggunakan alat XRF ( X- Ray Fluorescence )

·                     Sinar ultra violet

Sinar ultraviolet sering digunakan pada kandungan unsure-unsur dalam suatu bahan melalui teknik spektroskopi.

·                     Sinar tampak

Sinar tampak adalah sinar  yang dapat membantu penglihatan manusia.

·                     Sinar inframerah

Banyak di gunakan untuk kegiatan pemotretan permukaan bum oleh pesawat udara yang terbang tinggi atau oleh satelit. Sinar inframerah juga digunakan untuk mempelajari setruktur molekul suatu zat menggunakan alat yang disebut spretometer inframerah.

·                     Gelombang mikro

Gelombang mikro dalam bentuk gelombang televisi dan gelombang radar banyak digunakan dalam sistem komunikasi, sistem deteksi dan system pertahanan. Pada sistem radar antena berfungsi sebagai pemancar gelombang dan sebagai penerima gelombang pantul.  Pancaran gelombang radar yang dihasilkan berbentuk pulsa, dan jika pulsa ini mengenai sasaran maka akan diterima pulsa pantul oleh antena radar.  Pulsa pantul dapat ditampilkan pada layar sebuah osiloskop.  Jika selang waktu antara pemancar gelombang radar dan penerima gelombang pantulnya adalah t kecepatan gelombang radar adalah c maka jarak antara sasaran dengan radar adalah s.Gelombang radar juga di gunakan dalam penentuan jarak bumi dan bulan.

·                     Gelombang radio

Gelombang radio banyak dimanfaatkan dalam sarana komunikasi, membawa informasi dan berita dari stu tempat ke tempat lain. Komunikasi dengan memanfaatkan gelombang radio dapat menjangkau daerah Yng cukup jauh dari pemancarnya. Hal ini terjadi jika gelombang radio dalam bentuk gelombang angkasa sehingga dapat mencapai tempat-tempat di dunia yang jaraknya sangat jauh dari pemancar.