Makalah gelombang elektromagnetik

KATA PENGANTAR

Assalamu alaikum Wr. Wb

Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan hidayahNya sehingga saya (Siska Amrin Pilomange) dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik, dan salawat serta salam kita kirimkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan kemampuan sehingga saya dapat mengerjakan Makalah ini dengan baik.

Penyusunan  makalah  ini penulis sajikan sebagai panduan pembelajaran bagi siswa-siswi, di dalam makalah ini siswa-siswi dapat mempelajari tentang GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK.

Saya  mengucapkan terima kasih kepada para guru dan siswa-siswi yang telah membaca dan mempelajari makalah ini. Semoga dengan makalah ini dapat meningkatkan hasil belajar yang maksimal.

Limboto Barat, 20 Mei 2013

i

Siska Amrin Pilomange

Daftar Isi

KATA PENGANTAR..................................................................................................................1

Daftar Isi.......................................................................................................................................2

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang.......................................................................................................................3

BAB 2 PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Gelombang Elektromagnetik...............................................................................5

2.2 Karakteristik dan Penerapan Tiap Gelombang Elektromagnetik...........................................7

2.3 Ciri-ciri Gelombang Elektomagnetik.....................................................................................9

2.4 Energi dan Gelombang Elektromagnetik...............................................................................9

2.5 Rapat Energi Listrik dan Magnetik......................................................................................10

2.6 Sumber gelombang elektromagnetik....................................................................................12

BAB 3 PENUTUP

3.1 Kesimpulan.............................................................................................................................

3.2 Saran...........................................................................................................................................

DAFTAR PUSTAKA

ii

 

BAB 1

PENDAHULUAN

Kemajuan teknologi saat ini semakin meningkat berikut dalam penggunaan gelombang elekromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.

Seperti apakah gelombang elektromagnetik, apa contoh gelombang elektromagnetik itu? Gelombang elektromagnetik sebenarnya selalu ada disekitar kita, salah satu contohnya adalah sinar matahari, gelombang ini tidak memerlukan medium perantara 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 spectrum dan contoh dan penerapan masing-masing gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.

1.1   Latar Belakang

Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat  walau tidak ada medium. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang di hasilkan dari perubahan medan magnet dan medan listrik secara berurutan, di mana arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus.

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.

¬  Gelombang elektromagnetik  ¬

 Yang termasuk gelombang elektromagnetik

Gelombang	Panjang gelombang λ
gelombang radio	1 mm-10.000 km
infra merah	0,001-1 mm
cahaya tampak	400-720 nm
ultra violet	10-400nm
sinar X	0,01-10 nm
sinar gamma	0,0001-0,1 nm

     Sinar kosmis tidak termasuk gelombang elektromagnetik; panjang gelombang lebih kecil dari 0,0001 nm.

     Sinar dengan panjang gelombang besar, yaitu gelombang radio dan infra merah, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih rendah. Sinar dengan panjang gelombang kecil, ultra violet, sinar x atau sinar rontgen, dan sinar gamma, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih tinggi.

2

 

BAB 2

PEMBAHASAN

2.1  Pengertian Gelombang Elektromagnetik

1.         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:

a.         Muatan listkik dapat menimbulkan medan listrik di sekitarnya besarnya kekuatan medan   listrik ini dapat diperlihatkan oleh hokum Coulomb.

b.        Arus listrik atau mauatan listrik yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitanya. Besarnya kekuatan medan listrik magnet diperlihatkan olrh hokum BiotSafart.

c.         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.

2.         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.

3.        Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Spektrum gelombang elektromagnetik terdiri atas bermacam-macam gelombang yang dibedakan berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya, tetapi kecepatan dalam ruang hampa adalah sama, yaitu c = 3    

Urutan spectrum gelombang elektromagnetik dari frekuensi terkecil sampai frekuensi terbesar adalah:

a.         Gelombang radio dan televise

b.         Gelombang mikro

c.         Sinar infra merah

d.        Sinar/cahaya tampak

e.         Sinar ultra violet

f.          Sinar –x

g.         Sinar -

Untuk semua gelombang elektromagnetik berlaku hubungan sebagai berikut:

c=  f

Keterangan:

c :  cepat rambat gelombang elektromagnetik = 3 : panjang gelombang (m)

f :  frekuensi gelombang (Hz)

4.        Sifat-sifat Gelombang elektromagnetik

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik di antaranya dapat dijelaskan seperti di bawah:

a.         Gelombang elektromagnetik tidak membutuhkan medium dalam merambat.

b.         Gelombang elektromagnetik tidak d belokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.

c.         Gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversal. Seperti halnya gelombang transversal lainnya, maka gelombang elektromagnetik akan memiliki sifat-sifat refleksi, refraksi, interferensi, difraksi, dan polarisasi.

d.        Semua spectrum gelombang elektromagnetik memiliki kecepatan yang sama dana hanya tergantung pada mediumnya.

2.2 Karakteristik Dan Penerapan Tiap Gelombang Elektromagnetik

1.    Gelombang Radio dan Televisi

Agar dapat ditangkap atau diterima di suatu daerah yang jauh dari pemancarnya diperlukan adanya stasiun relai atau stasiun penghubung. Gelombang mikro, gelombang televise, dan gelombang radio dapat dihasilkan dari rangkaian osilator RLC arus bolak-balik. Gelombang ini juga dapat dihasilkan pada radiasi matahari hanya yang sampai ke bumi kecil.

2.    Gelombang Mikro

Gelombang ini dapat menimbulkan efek pemanasan pada benda yang menyerapnya. Jadi, jika suatu mekanan menyerap radiasi gelombang mikro maka makanan tersebut menjadi panas dalam waktu yang sangat singkat. Hal inilah yang dimanfaatkan dalam oven mikro wave untuk memasak makanan dengan cepat dan lebih ekonomis. Kegunaan lain dari gelombang ini adalah pada pesawat RADAR (Radio Detection And Ranging).

3.    Sinar Infra Merah

Salah satu kenggunaan sinar infra merah adalah untuk menyelidiki suatu penyakit dalam tubuh dengan pancaran sinar infra merah atau dapat pula digunakan untuk mengetahui struktur suatu molekul.

4.    Cahaya Tampak

Mempunyai daerah frekuensi yang cukup sempit dengan panjang gelombang  cm sampai   cm. sinar tampak memiliki spectrum warna dimulai dari frekuensi terkecil sampai terbesar yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Warna merah memiliki frekuensi terkecil dan panjang gelombang terbesar sedangkan warna ungu memiliki frekuensi terbesar dan panjang gelombang terkecil. Cahaya mutlak digunakan agar mata dapat menangkap atau melihat benda-benda yang ada di sekitar kita.

5.    Sinar Ultra Violet

Sinar ultra violet atau sinar ultra ungu merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi di atas sinar tampak (sinar ungu) dan di bawah sinar-X. rentang frekuensi adalah antara Hz - Hz. Sinar ini selain dihasilkan oleh radiasi matahari, juga dapat dihasilkan dari tabung lucutan. Sinar ultra violet dapat digunakan dalam teknik spektroskopi yaitu untuk mengetahui kandungan unsur-unsur pada suatu bahan. Dalam perkembangannya sinar ultra violet diketahui dapat mempengaruhi kecepatan pertumbuhan sel. Sisi negatifnya dapat menyebabkan kanker kulit tapi sisi positifnya dapat digunakan untuk memicu perkembangan ternak seperti babi.

6.    Sinar-x

Dapat dihasilkan oleh electron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit electron atau dapat pula dihasilakn dari pancaran radiasi yang keluar ketika electron yang berkecepatan tinggi menumbuk permukaan logam.

panjang gelombang yang pendek dan frekuensi yang besar, sinra-x mempunyai daya tembus yang kuat. Karena kekuatan daya tembus ini, sinra-x dapat digunakan untuk memotret susunan tulang dalam tubuh, misalnya untuk menentukan letak tulang yang patah. Sinar-x pertama kali ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen. Oleh karena itu sering disebut dengan sinar Rontgen.

7.    Sinar gamma

Sifat yang dimiliki sinar gamma adalah energy yang besar sehingga daya tembusnya sangat kuat. Sinar gamma ditemukan dari radiasi inti-inti atom tidak stabil yang merupakan pancaran zat radioaktif. Sekarang sinar gamma banyak digunakan sebagai bahan sterilisasi bahan makanan kaleng dan pendeteksi keretakan batang baja. Radiasi sinar gamma dapat diketahui dengan suatu alat yaitu detector Geiger Muller.

2.3 Ciri-ciri Gelombang Elektromagnetik

Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:

|  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 Energi dalam Gelombang Elektomagnetik

Gelombang elektromagnetik merambatkan energinya dalam bentuk medan listrik dan medan magnetic yang saling tegak lurus satu sama lain.

Kita menganggap bahwa gelombang elektromagnetik adalah suatu gelombang bidang yang merambat pada sumbu-x, medan listrik E merambat pada sumbu Y, dan medan magnet B pada sumbu Z. Medan E dan B hanya bergantung pada X dan Y dan tidak bergantung pada koordinat Y dan Z. Bedsarakan persamaan Maxwell, penyelesaian terbaik dari gelombang bidang elektomagnetik adalah suatu gelombang sinusoidal, di mana amplitude E dan B berubah terhadap x dan t.

2.5 Rapat Energi Listrik dan Magnetik

Energi yang tersimpan dalam sebuah kapasitor W, dalam bentuk medan listrik dinyatakan oleh:

W = CV²

C adalah kapasitas kapasitor dan V adalah beda potensial antar keping. Energi per satuan volume atau rapat energy listrik dirumuskan sebagai berikut:

U_e = E²

Keterangan:

U_e : rapat energy listrik (J/m³) permitivitas listrik = 8,85  10^-12 C²N^-1m^-2

E   : kuat medan listrik (N/C)

Sedangkan rapat energy magnetic atau energy magnetic per satuan volume (U_m) dalam bentuk medan magnetic yaitu:

U_m = B

Keterangan:

U_m : rapat energy magnetik (J/m³)

B   : induksi magnetic (Wb/m² = T)

: permeabilitas magnetic = 4    10^-7 WbA^-1m^-1

Seperti halnya gelombang yang lain, ketika merambat gelombang elektromagnetik dapat memindahkan energinya ke benda-benda yang berada pada lintasannya. Intensitas gelombang elektromagnetik atau laju energy yang dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik disebut Vektor Pointing dan didefinisikan oleh persamaan vector:

S =  = E  B

Arah S searah dengan arah perambatan gelombang elektomagnetik dan dinyatakan dalam satuan J/sm². Sedangkan laju energy rata-rata per m² gelombang elektromagnetik S adalah sebagai berikut:

S = B_m² =

Keterangan:

·      S : laju energy rata-rata per m² yang dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik (J/sm² atau W/m²)

·      E_m  :   amplitude maksimum kuat medan listrik (N/C)

·      B_m  :   amplitude maksimum induksi magnetic (Wb/m² atau T)

·      C    :   cepat rambat gelombang elektromagnetik = 3  10⁸ m/s

Dalam suatu volume tertentu, energi gelombang elektromagnetik terdiri atas energy medan magnetic dan energi medan listrik yang sama besar, sehingga rapat energy sesaat total U dari gelombang elektromagnetik sama dengan jumlah rapat energy medan listrik dan medan magnetic, yaitu:

U = U_e + U_m = 2U_m =

Rapat energy total rata-ratanya adalah sebagai berikut,

U =

Jika kita gabung persamaan tersebut maka akan didapatkan:

S = cU

Jadi, laju rata-rata per m² atau biasa disebut dengan intensitas gelombang yang dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik (S) sama dengan rapat energi rata-rata (U) dikalikan dengan cepat rambat gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa.

Sehingga dapat dituliskan :

S =  =  =  =  = I

Keterangan:

I : intensitas radiasi (W/m²)

S : intensitas gelombang = laju energi rata-rata per m²(W/m²)

P : daya radiasi (W)

A : luas permukaan (m²)

2.6  Sumber Gelombang Elektromagnetik

1.    Osilasi listrik.

2.    Sinar matahari ® menghasilkan sinar infra merah.

3.    Lampu merkuri ® menghasilkan ultra violet.

4.    Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam ® menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen).

Inti atom yang tidak stabil  menghasilkan sinar gamma.

BAB 3

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa begitu besar peranan gelombang elektromagnetik yang bermanfaat dalam kehidupan kita sehari-hari, tanpa kita sadari keberadaannya.

Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan :

·      Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz

·      Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1µeV/GHz

·      Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 µeVm

Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (? = 0,5 mm). Istilah “spektrum optik” juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 – 700 nm).

S Dan beberapa contoh spektrum elektromagnetik seperti :

|  Radar (Radio Detection And Ranging),digunakan sebagai pemancar dan penerima gelombang.

|  Infra Merah : Dihasilkan dari getaran atom dalam bahan dan dimanfaatkan untuk mempelajari struktur molekul

|  Sinar tampak : mempunyai panjang gelombang 3990 Aº – 7800 Aº.

|  Ultra ungu : dimanfaatkan untuk pengenalan unsur suatu bahan dengan teknik spektroskopi.

3.2 Saran

Masyarakat hendaknya lebih mengetahui dan memahami tentang gelombang elektromagnetik kerena selain bermanfaat untuk kehidupan, ternyata gelombang elektromagnetik memiliki dampak yang buruk juga. Dengan lebih memahami gelombang elektromagnetik, diharapkan masyarakat akan lebih berhati-hati dalam memanfaatkan gelombang elektromagnetik.                                

DAFTAR PUSTAKA

      Slamet, Pramukti Nindita Sari. 2010. Modul Fisika. Surakarta: Hayati Tumbuh Subur.