GEJALA ELECTROMAGNETIK
Cahaya merupakan gelombang
elektromagnetik yang dipancarkan dalam berbagai panjang gelombang dan
frekuensi. Cahaya yang terdiri dari berbagai panjang gelombang dan frekuensi
tersebut dinamakan cahaya polikromatik, salah satu contohnya adalah cahaya
matahari. Sedangkan cahaya yang hanya terdiri dari satu panjang gelombang dan
frekuensi dinamakan cahaya monokromatik, contoh cahaya monokromatik adalah
laser.
Teori gelombang
elektromagnetik diajukan oleh seorang ahli fisika Inggris, James Clerk Maxwell
(1831 -1879). Hipotesis Maxwell yang melahirkan/memunculkan gagasan baru
tentang gelombang elektromagnetik. Keberhasilan Maxwell dalam menentukan teori
gelombang elektromagnetik membuka cakrawala baru di dunia komunikasi.
A. Spektrum
Gelombang Elektromagnetik
Gejala-gejala kelistrikan
dan kemagnetan erat hubungannya satu sama lain. Hal ini nampak pada
gejala-gejala sebagai berikut.
1. Hipotesis Maxwell
1) Muatan
medan listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya, yang besarnya diperlihatkan
oleh hukum Coulomb
2) Arus
listrik atau muatan yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya
yang besar dan arahnya ditunjukan 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.
Pada ketiga teori ini
terdapat hubungan antara listrik dengan medan magnet. Muatan listrik yang diam
menghasilkan medan magnet. Muatan listrik yang bergerak dapat menghasilkan
medan magnetik. Perubahan medan magnetik akan menghasilkan medan listrik.
Gelombang elektromagnetik
tersusun atas perambatan medan listrik E dan medan magnet B yang saling tegak
lurus satu sama lain. Perhatikan gambar berikut.
Menurut Maxwell kecepatan
merambat gelombang elektromagnetik bergantung dari listrik kemagnetan dan
kelistrikan medium atau tidak bergantung dari amplitudo getaran medannya.
Maxwell berhasil
menunjukan bahwa cahaya tampak merupakan bagian dari spektrum gelombang
elektromagnetik dan juga berhasil memprediksi kelajuan cahaya denga menggunakan
persamaan sebagai berikut :
Teori gelombang
elektromagnetik Maxwell didukung oleh Heinrich Hertz yang berhasil
membangkitkan dan mendeteksi adanya gelombang elektromagnetik dari sebuah percobaan
dengan menggunakan listrik.
2. Spektrum
Gelombang Elektromagnetik
Pada dasarnya radiasi
gelombang elektromagnetik terdiri dari beberapa gelombang dengan frekuensi dan
panjang gelombang yang berbeda, tetapi mempunyai laju yang sama, yaitu kira-kira
3 x 108 m/s. Gelombang-gelombang elektromagnetik dengan
frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda tersebut disebut dengan
“spektrum”, yang terdiri dari gelombang radio, gelombang televisi, gelombang
mikro, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma. Rentang
spektrum gelombang elaktromagnetik ditunjukan oleh gambar sebagai berikut.
Gelombang-gelombang
elektromagnetik yang berjalan di ruang hampa memiliki laju yang sama dengan
laju cahaya , dan berlaku persamaan berikut ini.
B. Penggunaan
gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari
1. Gelombang
radio
Suatau rangkaian
elektronika yang biasanya disebut dengan osilator dapat membangkitkan gelombang
radio yang dapat dipancarkan dan diterima dengan menggunakan alat yang disebut
antena. Gelombang radio dapat dibedakan berdasarkan rentang frekuensi dan
panjang gelombang
Berdasarkan rentang
frekuensi, gelombang radio dibedakan menjadi :
- Frekuensi
rendah (30 kHz - 300 kHz)
- Frekuensi
sedang (300 kHz - 3 MHz)
- Frekuensi
tinggi (3 MHz - 30 MHz )
- Frekuensi
sangat tinggi (30 MHz - 300 MHz)
- Frekuensi
ultra tinggi (300 MHz – 3 GHz)
- Frekuensi
super tinggi (lebih dari 3 GHz)
Sedangkan, berdasarkan
panjang gelombangnya, gelombang radio dibedakan menjadi :
- Gelombang
panjang (1500 m)
- Gelombang
sedang (300 m)
- Gelombang
pendek (30 m)
- Gelombang
sangat pendek (3 m)
- Gelombang
ultra pendek (30 cm)
- Gelombang
mikro (3 cm)
Gelombang radio banyak
dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, seperti komunikasi jarak jauh, radar,
satelit komunikasi, dan telepon. Gelombang radio yang digunakan dalam
komunikasi adalah gelombang sedang (frekuensinya sekitar 1 MHz).
Gelombang sedang dapat
dipantulkan oleh lapisan atmosfer bumi yaitu pada lapisan ionosfer, sehingga
informasi yang dibawa oleh gelombang medium dapat mencapai tempat-tempat yang
jauh dari pemancar.
a. Gelombang
radio Amplitude Modulation (AM)
Pada sistem ini gelombang
suara dipancarkan oleh gelombang radio, dengan gelombang radio mengalami
perubahan amplitudo sesuai dengan amplitude suara, gelombang AM mempunyai
frekuensi antara 104 Hz sampai 109 Hz.
Keuntungan radio AM adalah
sebagai berikut :
1) Sangat
baik untuk membawa informasi berita
2) Dapat
menjaga seluruh tempat di permukaan bumi, hal ini disebabkan energi gelombang
yang dipancarakan tidak mampu menembus lapisan ionosfer dan dipantulkan kembali
ke perukaan bumi.
Kelemahannya : mudah di
pengaruhi oleh gejala kelistrikan di udara, akibatnya terdengar suara brisik.
b. Gelombang
radio Frequency Modultion (FM)
Pada gelmbang FM,
frekuensi gelombang radio mengalami gangguan pada rapatannya sesuai dengan
amplitudo gelombang suara.
Keunggulan system FM
antara laian sebagai berikut :
1) Digunakan
untuk komunikasi antarsatelit, karena mampu menembus lapsan ionosfer
2) Kualitas
suara lebih bagus, karena bebas dari gangguan kelistrikan
Kelemahannya : tidak dapat
menjangkau tempat yang jauh, karena tidak dapat dipantulkan ionosfer bumi.
2. Gelombang
televisi
Pemancar televisi bekerja
dengan menggunakan perubahan frekuensi dalam pengiriman informasi yang digabung
denga sinyal audio (suara) audio (gambar). Frekuensi yang digunakan dibedakan
atas Ultra High Frekuency (UHF) atau Very High
Frekuency (VHF).
3. Gelombang
mikro atau Rader
Gelombang mikro
dibangkitkan oleh rangkaian elektrode seperti rangkaianosilasi listrik.
Alat-alat klyson, magketron, dan Travelling Wave Tube (TMT).
Gelombang mikro adalah gelombang pendek (1 mm – 30 cm) dengan frekuensi sekitar
1010 Hz, sehingga dapat digunakan pada system radar yang
difungsikan untuk navigasi pertahanan udara, untuk mempelajarai sifat atom dan
molekul dari suatu zat dan untuk mengukur kedalaman laut.
4. Sinar
inframerah
Sinar inframerah
dibangkitkan oleh electron dalam molekul yang digetarkan, misalnya jika benda
dipanaskan. Rentang panjang gelombang antara 7,8x10-4m - 103m.
Frekuensi anatara 3 x 10-11m -4 x 1-43Hz.
Dengan energi yang tinggi mampu menembus kabut dan awan tebal sehingga dapat
digunakan untuk membuat foto jarak jauh. Dalam bidang kedokteran digunakan
untuk penyianaran pada proses penyembuhan penyakit encok, dan cacar.
5. Cahaya
tampak
Cahaya tampak yang
mempunyai frekuensi 1015Hzdibamgkitkan oleh molekul dan
atom-atom karena electron-elektron luasnya mengalami perpindahan energi.
Cahaya tampak berfungsi sebagai alat bantu untuk penglihatan mata. Cahaya
tampak terdiri dari warna, jingga, kuning, hijau, biru dan ungu.
6. Sinar
Ultraviolet
Cahaya ultraviolet yang
mempunyai frekuensi 1015Hz sampai 1016 Hz
memiliki panjang gelombang 6 x 10-8m sampai 3,6x10-7m. Matahari
merupakan sumber dari gelombang ultraviolet.
Kegunaannya antara lain
sebagai berikut :
a. Menghitamkan
plat foto
b. Membunuh
kuman-kuman
c. Digunakan
untuk pembuatan IC
7. Sinat-X
Sinar X memiliki panjang
gelombang antara 10-18 msampai 10-8 m.
sinar X memiliki daya tembus yang kuat karena memiliki energy yang besar. Sinar
X dapat diperoleh dengan cara menmbak inti atom. Sinar X digunakan sebagai lat
diagnosa kesehatan, misalnya untuk Rontgen, sinar X juga digunakan untuk
menganalisis struktur atom dan Kristal. Sinar X memiliki frekuensi 1016 Hz sampai 1020Hz.
Kelemahannya : pemeriksaan
anggota tubuh dengan sinar tidak boleh terlalu lama, karena membahayakan.
8. Sinar
Gamma
Sinar gamma dihasilkan
oleh bahan-bahan radioaktif karena aktivitas inti atomnya. Sinar gamma memiliki
frekuensi terbesar dalam spekrum gelombang elektromagnetik, yaitu 1020 Hz
– 1025 Hz dengan panjang gelombang atom 1A0 –
10-4 A0. Sinar ini memiliki daya tembus yang
sangat besar, mampu menembus timah besi. Sinar ini dihasilkan oleh atom-atom
yang tidak stabil.
Kelemahannya ; jika
diserap pada jaringan hidup sinar gamma akan menyebabkan efek yang serius
seperti mandul dan kanker
Contoh Soal
1.
kebalikan dari frekuensi gelombang di kenal
sebagai…
a.
panjang gelombang
b.
amplitudo gelombang
c.
lintasan gelombang
d.
periode gelombang
e. cepat rambat
gelombang
jawaban
: D
2.
Gelombang adalah…
a. rambatan getaan dan energi
b. rambatan getaran dan materi
c. rambatan energi dan materi
d. rambatan energi dan medium
e. rambatan materi dan medium
Jawaban: (a)
3.
yang tersebut di bawah ini tergolong bukan
jenis gelombang mekanik adalah..
a. gelombang bunyi
b. gelombang radio
c. gelombang pada tali yang di getarkan
d. gelombang pada batang logam yang di
getarkan
e. gelombang pada senar dawai
Jawaban (b)
4.
Gelombang mikro adalah gelombang
elektromagnetik yang dapat digunakan untuk ….
a.
membunuh sel kanker
b.
memeriksa cacat logam
c.
mencari jejak sebuah benda
d.
memasak makanan dengan cepat
e.
mensterilkan peralatan kedokteran
Jawaban: (d)
Gelombang mikro dapat dimanfaatkan untuk
memasak makanan dengan cepat dan ekonomis (microwave oven).Sinar gamma
digunakan untuk sterilisasi alat-alat kedokteran dan membunuh sel kanker,
sinar-X digunakan untuk memeriksa cacat atau keretakan logam dan, untuk mencari
jejak bisa digunakan gelombang radar.
5.
Gelombang elektromagnetik dengan periode
10-15 sekon (cepat rambat dalam ruang hampa 3,0 × 108 m/s) merupakan ….
a.
gelombang radio dan televisi
b.
gelombang mikro
c.
sinar inframerah
d.
cahaya tampak
e.
sinar ultraviolet
Jawaban: (d)
Diketahui: T = 10–15 s
v = 3 × 108 m/s
Ditanyakan: Jenis spektrum gelombang
elektromagnetik
Jawab:
f = 1/T = 1 / 10-15 = 1015 Hz
Gelombang elektromagnetik yang berfrekuensi
(f = 1015) termasuk cahaya tampak.
6.
Pada benda yang melakukan gerak harmonik sederhana,
besaran yang berbanding lurus dengan percepatannya adalah ….
a.
simpangan
b.
amplitudo
c.
kecepatan
d.
energi kinetik
e.
energi potensial
Jawaban: (e)
7.
Berapa Frekwensi yang dimiliki sinar
ultraviolet dalam gelombang electromagnetic :
a.
1510Hz sampai
1016 Hz
b.
1016Hz sampai
1018 Hz
c.
1015Hz sampai
1016 Hz
d.
108Hz sampai
1016 Hz
e.
109Hz sampai
1011 Hz
Jawaban
: (b)
8. Perhatikan daftar
gelombang elektromagnetik berikut:
(1) Infra merah
(2) Cahaya tampak
(3) Sinar X
(4) Gelombang TV
Urutan dari energi paling besar sampai
energi paling kecil adalah ….
a. (1) − (2) − (3) −
(4)
b. (2) − (4) − (3) −
(1)
c. (3) − (2) − (1) −
(4)
d. (3) − (1) − (4) −
(2)
e. (4) − (1) − (3) −
(2)
Jawaban: C
Energi foton bergantung terhadap frekuensi
cahayanya, maka frekuensi gelombang cahaya yang dari yang tertinggi adalah:
sinar-X → cahaya tampak → inframerah → gelombang TV.
9.
Sebuah pemancar
radio bekerja pada daerah frekuensi 600 kHz dan 900 kHz. Berapa panjang
gelombang siaran yang diterima pesawat radio?
Jawab
:
10. Sebuah
gelombang pada permukaan air dihasilkan dari suatu getaran yang frekuensinya 30
Hz. Jika jarak antara puncak dan lembah gelombang yang berturutan adalah 50 cm,
hitunglah cepat rambat gelombang tersebut!
Penyelesaian
:
Diketahui
: f = 30 Hz , ½ λ = 50 cm à λ
= 100 cm = 1 m
Ditanya
: v = ..?
Jawab
:
v
= λ.f
= 1.30 = 30 m/s
Komentar
Posting Komentar