Fisika Umum (MA 301)

Cahaya

Topik hari ini (minggu 11)

Cahaya adalah

Gelombang Elektromagnetik

Apa itu Gelombang Elektromagnetik!!!

Pendahuluan:

Persamaan Maxwell

Listrik dan magnet awalnya dianggap sebagai sesuatu yang terpisah

Pada tahun 1865, James Clerk Maxwell menyampaikan teori matematik yang menunjukkan hubungan antara semua fenomena

listrik dan magnet

Prediksi MaxwellGaris Medan listrik berawal dari muatan positif dan berakhir di muatan negatif

Medan listrik dihasilkan oleh muatan

Garis Medan magnet selalu dalam bentuk loop tertutup-tidak berawal dan tidak berujung dimanapun

Medan magnet dihasilkan oleh arus (muatan yang bergerak)

Perubahan Medan magnet menyebabkan ggl dan medan listrik (Hukum Faraday)

Medan listrik juga dihasilkan oleh perubahan medan magnet

Medan magnet juga dihasilkan oleh perubahan medan listrik

Pertanyaan: apakah ada kesimetrian antara medan listrik dan

medan magnet, misalnya medan magnet dapat dihasilkan oleh

perubahan medan listrik???

Maxwell: YA!!!

Prediksi Maxwell (lanjutan)

Jika medan magnet dapat menghasilkan medan listrik dan sebaliknya,

ada fenomena sangat menarik untuk diamati

Perubahan medan listrik menghasilkan medan magnet …

… yang kembali menghasilkan perubahan medan listrik (tapi: energi kekal)

… yang kembali menghasilkan perubahan medan magnet…

Maxwell menyimpulkan bahwa cahaya tampak dan semua gelombang

elektromagnetik lain terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang

saling berfluktiasi, dengan tiap medan mengiduksi medan yang lain

Maxwell memperoleh nilai kecepatan cahaya yaitu 3x108 m/s

Catatan: Muatan dan Medan

Muatan diam hanya menghasilkan medan listrik

Muatan yang bergerak GLB (kecepatan konstan)menghasilkan medan listrik dan medan magnet

Muatan yang dipercepat menghasilkan medan listrik dan medan magnet serta gelombang elektromagnetik

Medan-medan ini sefasa Pada tiap titik, kedua medan berharga maksimum atau minimum

pada saat yang bersamaan

Gelombang ElektromagnetikGelombang EM dapat dihasilkan oleh sebuah antena, kawat yang dihubungkan

dengan sumber ac. Sumber ac menghasilkan osolasi muatan positif dan negatif

yang menghasilkan medan listrik (karena pemisahan muatan) dan medan

magnet ( karena arus dalam kawat).

Catatan: medan listrik dan magnet saling tegak lurus satu sama lain.

Gelombang Elektromagnetik adalah

Gelombang Transversal

Medan E dan B saling

tegak lurus satu sama

lain

Kedua medan tegak

lurus dengan arah

gerak, Oleh karena itu,

gelombang EM adalah

gelombang

transversal

Sifat dari Gelombang EM

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang transfersal

Gelombang elektromagnet merambat dengan kecepatan cahaya

Karena gelombang em merambat dengan kecepatan yang sama persis dengan kecepatan cahaya, maka cahaya adalah gelombang elekrtromagnet.

812.99792 10

o o

c m s

Jarak matahari dari bumi sekitar 1.5x1011 m. Berapa waktu yang

dibutuhkan oleh cahaya untuk sampai ke bumi?

Pertanyaan

menit8.3s500m/s10x3

m10x5.1

kecepatan

jarakt

8

11

Sifat dari Gelombang EM, 2

Perbandingan besar medan listrik terhadap medan

magnet sama dengan kecepatan cahaya

Gelombang elektromagnetik membawa energi ketika

melintas melewati ruang, dan energi ini dapat ditransfer

kepada benda yang berada dalam lintasannya

B

Ec

Sifat dari Gelombang EM, 3

Energi yang dibawa oleh gelombang em dibagi rata oleh

medan listrik dan medan magnet

o2

2Bc

co2

2E

o2

BE

luassatuanperdayarataRata

maxmaxmaxmax

Sifat dari Gelombang EM, terakhir

Gelombang elektromagnetik membawa momentum

seperti halnya energi

Untuk penyerapan sempurna dari energi U,

p=U/c

Untuk pemantulan sempurna dari energi U,

p=(2U)/c

Tekanan radiasi dapat ditentukan dari eksperimen

Spektrum Gelombang EM

Bentuk dari gelombang elektromagnetik dapat dibedakan menurut frekuensi dan panjang gelombangnya

c = ƒλ

Panjang gelombang untuk cahaya tampak berkisar antara 400 nm sampai 700 nm

Spektrum

Gelombang

EM

Catatan tentang Spektrum Gelombang EM

Gelombang Radio

Digunakan dalam sistem komunikasi radio dan televisi

Gelombang Mikro (Microwaves)

Panjang gelombang berkisar antara 1 mm sampai 30 cm

Cocok digunakan untuk sistem radar

Oven Microwave adalah salah satu aplikasinya

Catatan tentang Spektrum EM, 2

Gelombang infra merah

Tidak tepat dikatakan sebagai gelombang panas

Dihasilkan oleh benda-benda dan molekul panas molecules

Mudah diserap oleh kebanyakan material

Cahaya tampak

Bagian dari spektrum yang masih bisa dideteksi oleh mata manusia

Lebih sensitif pada sekitar 560 nm (kuning-hijau)

Catatan tentang Spektrum EM, 3

Cahaya Ultraviolet

Panjang gelombang berkisar antara 400 nm sampai 0.6 nm

Matahari adalah sumber utama cahaya UV

Kebanyakan UV dari matahari diserap oleh ozon di lapisan stratosfir

Sinar-X

Sumbernya biasanya adalah elektron yang memiliki energi tinggi karena

dipercepat, menumbuk target logam

Biasa digunakan sebagai alat pengdiagnosa dalam kedokteran

Catatan tentang Spektrum EM, terakhir

Sinar Gamma

Diemisikan oleh inti radioaktif

Daya tembus besar dan menyebabkan kerusakan serius ketika

diserap oleh jaringan tubuh