GELOMBANG GELOMBANG ELEKTROMAGNETIKELEKTROMAGNETIK

Apa itu Gelombang ?Apa itu Gelombang ?

Gelombang adalah getaran yang Gelombang adalah getaran yang merambatmerambat

Apakah dalam perambatannya perlu Apakah dalam perambatannya perlu medium/zat perantara ?medium/zat perantara ?

Tidak harus !Tidak harus ! Berdasarkan ada/tidak adanya medium :Berdasarkan ada/tidak adanya medium :

1. Gelombang Mekanik perlu 1. Gelombang Mekanik perlu mediummedium

2. Gelombang Elektromagnetik2. Gelombang Elektromagnetik

Apakah Gelombang Apakah Gelombang Elektromagnetik ??Elektromagnetik ??

Gelombang Gelombang Elektromagnetik adalah Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat gelombang yang dapat merambat walau tidak ada merambat walau tidak ada mediummedium

Bagaimana alat-alat berikut bekerja

BAGAIMANA “GEM” BAGAIMANA “GEM” TERJADI ????TERJADI ????

Keberadaan gelombang Keberadaan gelombang elektromagnetik didasarkan elektromagnetik didasarkan pada hipotesis Maxwell pada hipotesis Maxwell “ “

James Clark Maxwell James Clark Maxwell ”” dengan mengacu pada 3 fakta relasi antara dengan mengacu pada 3 fakta relasi antara listrik dan magnet yang sudah ditemukan :listrik dan magnet yang sudah ditemukan :

a. percobaan Oersted yang berhasil membuktikan : arus listrik dalam konduktor menghasilkan medan magnet disekitarnya (jarum kompas menyimpang bila di dekatkan pada kawat yang dialiri arus listrik)

b. percobaan Faraday yang berhasil mebuktikan batang konduktor yang menghasilkan GGL induksi pada kedua ujungnya bila memotong medan magnet

c. percobaan Faraday yang menunjukkan perubahan fluks magnetik pada kumparan menghasilkan arus induksi dalam kuparan tersebut

Didasarkan pada penemuan Faraday “Perubahan Fluks magnetik dapat menimbulkan medan listrik” dan arus pergeseran yang sudah dihipotesakan Maxwell sebelumnya, maka Maxwell mengajukan suatu hipotesa baru : “Jika perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka perubahan Fluks listrik juga harus dapat menimbulkan medan magnet” Hipotesa ini dikenal dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet.

Bila Hipotesa Maxwell benar, konsekuensinya perubahan medan listrik akan mengakibatkan medan magnet yang juga berubah serta sebaliknya dan keadaan ini akan terus berulang. Medan magnet atau medan listrik yang muncul akibat perubahan medan listrik atau medan magnet sebelumnya akan bergerak (merambat) menjauhi tempat awal kejadian. Perambatan medan listrik dan medan magnet inilah yang disebut sebagai gelombang elektromagnetik.

E E E E

B B B B

Ilustrasi perambatan gem

Arah rambatan

Kebenaran Hipotesa Maxwell tentang adanya gelombang elektromagnetik pada akhirnya dibuktikan oleh “ Heinrich Hertz”

Sketsa gelombang elektromagnetik

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik1. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam

ruang tanpa medium

2. merupakan gelombang transversal

3. tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik

4. dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi), pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi)

5. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersamaan, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan berbanding lurus 

1.1. Spektrum ElektromagnetikSpektrum Elektromagnetik Gel. Radio : Panjang gel. lebih besar dari 1 mGel. Radio : Panjang gel. lebih besar dari 1 m Gel. Mikro : Panjang gel. antara 1 mm sampai 1 m Gel. Mikro : Panjang gel. antara 1 mm sampai 1 m Gel. Inframerah : Panjang gel. 700 nm sampai 1000 Gel. Inframerah : Panjang gel. 700 nm sampai 1000

nmnm

(Radiasi termal) suhu 3 K – 3000 K (Radiasi termal) suhu 3 K – 3000 K atom/mol atom/mol berubah energi dalam (vibrasi dan rotasinya) berubah energi dalam (vibrasi dan rotasinya)

Cahaya tampak : Panjang gel. 400 nm – 700 nm, Cahaya tampak : Panjang gel. 400 nm – 700 nm, atom transisi dari energi tinggi ke rendah.atom transisi dari energi tinggi ke rendah.

Gel. UV : Panjang gel. 1 nm-400 nm, transisi elektron Gel. UV : Panjang gel. 1 nm-400 nm, transisi elektron terluar atau dari termal matahari dgn suhu > 6000 Kterluar atau dari termal matahari dgn suhu > 6000 K

Sinar-X : Panjang gel. 0,01 nm-10nm, transisi Sinar-X : Panjang gel. 0,01 nm-10nm, transisi elektron yang lebih dalam atau partikel diperlambatelektron yang lebih dalam atau partikel diperlambat

Sinar Gamma : Panjang gel < 10pm, transisi inti Sinar Gamma : Panjang gel < 10pm, transisi inti atom atau peluruhan radioaktifatom atau peluruhan radioaktif

SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

1. Spektrum Elektromagnetik1. Spektrum Elektromagnetik

Gel. RadioGel. Radio Gel. MikroGel. Mikro Gel. InframerahGel. Inframerah Cahaya tampakCahaya tampak Gel. UVGel. UV Sinar-XSinar-X Sinar GammaSinar Gamma

2. Energi dalam GEM2. Energi dalam GEM

Hubungan antara kuat medan listrik dg medan magnetik :Hubungan antara kuat medan listrik dg medan magnetik :

Dimana :Dimana :

Dengan :Dengan :

EEmm, B, Bmm = nilai max amplitudo medan listrik dan magnetik = nilai max amplitudo medan listrik dan magnetik

c = cepat rambat cahayac = cepat rambat cahaya

cB

E

B

E

m

m

t)-(kx cos

t)-(kx cos

mx

my

BB

EE

3. Rapat Energi Listrik dan Magnetik3. Rapat Energi Listrik dan Magnetik

Rapat energi listrik dan magnetik dinyatakan dengan :Rapat energi listrik dan magnetik dinyatakan dengan :

Dengan :Dengan :

uuee = rapat energi listrik (J/m = rapat energi listrik (J/m33))

εε00 = 8,85 x 10 = 8,85 x 10-12-12 C C22 N N-1-1mm-2-2

E = kuat medan listrik (N/C)E = kuat medan listrik (N/C)

uuBB = rapat energi magnetik (J/m = rapat energi magnetik (J/m33))

B = besar induksi magnetik (Wb/mB = besar induksi magnetik (Wb/m22))

μμ00 = 4 = 4ππ x 10 x 10-7-7 Wb/A Wb/A

202

1 Eue 0

2

2B

uB

4. Intensitas GEM4. Intensitas GEM

Intensitas GEM atau laju energi yg dipindahkan melalui Intensitas GEM atau laju energi yg dipindahkan melalui GEM disebut GEM disebut pointingpointing (S). (S).

Dengan intensitas rata-rata :Dengan intensitas rata-rata :

BxES

0

1

0

2

0

)(cos

tkxBEEB

S mm

0mmBE

S

Hubungan Intensitas Gelombang dengan Energi Hubungan Intensitas Gelombang dengan Energi Rata-rataRata-rata

Dengan menggunakan hubungan dan Dengan menggunakan hubungan dan

rapat energi magnetik adalahrapat energi magnetik adalah

Rapat energi total adalahRapat energi total adalah

c

EB

00

1

c

eB uEEcEB

u 20

0

002

0

22

0

2

2

1

22

/

2

0

2

2B

uuuu BeB

Rapat energi total rata-rata adalahRapat energi total rata-rata adalah

Intensitas gelombang (laju energi rata2 per mIntensitas gelombang (laju energi rata2 per m22) yg ) yg dipindahkan melalui GEM sama dg rapat enrgi rata2 dipindahkan melalui GEM sama dg rapat enrgi rata2 dikalikan dengan cepat rambat cahaya.dikalikan dengan cepat rambat cahaya.

Dengan :Dengan :I = intensitas radiasi (W/mI = intensitas radiasi (W/m22))S = intensitas gelombang = laju energi rata2 per mS = intensitas gelombang = laju energi rata2 per m22

(W/m(W/m22))P = daya radiasi (W)P = daya radiasi (W)A = luas permukaan (mA = luas permukaan (m22))

c

BEu mm

02

ucS 0

2

0

2

0 222 mmmm cB

c

EBE

A

PIS

Contoh :Contoh :1.1. Suatu GEM dalam vakum memiliki amplitudo medan Suatu GEM dalam vakum memiliki amplitudo medan

listrik 360 V/m. Hitunglah amplitudo medan listrik 360 V/m. Hitunglah amplitudo medan magnetiknya?magnetiknya?

2.2. Sebuah sumber titik dari radiasi EM memiliki daya Sebuah sumber titik dari radiasi EM memiliki daya rata2 keluaran P = 1000 W. Tentukan :rata2 keluaran P = 1000 W. Tentukan :

a.a. Amplitudo max medan listrik EAmplitudo max medan listrik Emm dan medan magnetik dan medan magnetik BBmm pada titik yg berjarak r = 4 m dari sumber radiasi pada titik yg berjarak r = 4 m dari sumber radiasi

b.b. Rapat energi rata-rata pada titik yg berjarak r = 4 m Rapat energi rata-rata pada titik yg berjarak r = 4 m dari sumber radiasidari sumber radiasi

3.3. Sebuah sumber cahaya monokromatik memancarkan Sebuah sumber cahaya monokromatik memancarkan daya EM 250 W merata ke segala arah. daya EM 250 W merata ke segala arah.

a.a. Hitung rapat energi listrik rata-rata pada jarak 1 m dari Hitung rapat energi listrik rata-rata pada jarak 1 m dari sumbersumber

b.b. Hitung rapat energi magnetik rata-rata pada jarak 1 m Hitung rapat energi magnetik rata-rata pada jarak 1 m dari sumberdari sumber

c.c. Tentukan intensitas gelombang pada lokasi tsbTentukan intensitas gelombang pada lokasi tsb