gelombang elektromagnetik
TRANSCRIPT
STANDAR KOMETENSI
MATERI
INDIKATOR
KOMETENSI DASAR
MENERAPKAN KONSEP DAN PRINSIP GEJALA GELOMBANG DAN OPTIK DALAM MENYELESAIKAN MASALAH
MELAKUKAN KAJIAN ILMIAH UNTUK
MENGENALI GEJALA DAN CIRI-CIRI GELOMBANG ELEKTEOMAGNETIK SERTA PENERAPANNYA
MENJELASKAN APLIKASI EFEK DOPPLER SEPERTI PADA
RADAR
PETA KONSEP
2.1 GELOMBANG ELEKTOMAGNETIK
KONSEP GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
MAXWELL MENYATAKAN
BAHWA GANGGUAN PADA
GELOMBANG ELEKTROMAG-
NETIK BERUPA MEDAN
LISTRIK DAN MEDAN
MAGNETIK YANG SELALU
SALING TEGAK LURUS, DAN
KEDUANYA TEGAK LURUS
TERHADAP ARAH RAMBATAN
GELOMBANG
X
X= ARAH RAMBATAN
SELANJUTNYA MAXWELL MENEMUKAN RUMUS CEPAT RAMBAT CAHAYA ADALAH …….
AYOO SIAPATAU
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
• Gelombang listrik
• gelombang magnet
Ket: c = cepat rambat gelombang elektromegnetik
1v
o o
c
HUBUNGAN ANTARA AMPLITODO KUAT MEDAN LISTRIK DAN AMPLITUDO KUAT MEDAN MAGNET
B B
CC
E E
Y
X
Z
SEBUAH GELOMBANG BIDANG ELEKTROMAGNETIK YANG MERABAT DALAM ARAH X POSITIF. MEDAN LISTRIK ADALAH SEARAH SUMBU Y DAN MEDAN MAGNET ADALAH SEATAH SUMBU Z. SEHINGGA MEDAN MAGNET INI HANYA BERGANTUNG PADA X DAN t
Berdasarkan persamaan maxwell, solusi terbaik dari gelombang bidang elektromagnetik adalah suatu gelombang e dan b berubah terhadap x dan t seusai dengan persamaan:
E = Em cos (kx-ωt)
B = Bm cos (kx-ωt)
Ket : Em = Nilai maxsimum amplitudo kuat medan listrik
Bm = Nilai maxsimum amplitudo kuat medan
magnetik
K = 2π /Λ
ω = 2π f
Nilai perbandingan antara ω/k sama dengan cepat rambat c, karena
ω/k = 2πf/2f/Λ
= Λ . f
= c
x
z
y
k
E
B
/v c di ruang hampa udara E
B
Hubungan antara E, B dan k
Sifat-sifat GEM(b) Arah medan listrik tegak lurus dengan arah medan magnet dan
tegak lurus dengan arah penjalaran sehingga GEM adalah gelombang transversal
(c) Besarnya kecepatan GEM adalah perbandingan besar medan listrik dan medan magnet
(a) Persamaan-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 Maxwell• Garis 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 magnet juga dihasilkan oleh perubahan medan listrik
Medan magnet juga dihasilkan oleh perubahan medan listrik
Pertanyaan:Pertanyaan: apakah ada apakah ada kesimetrian kesimetrian antara medan listrik dan antara medan listrik dan medan magnetmedan magnet, misalnya medan magnet dapat dihasilkan oleh , misalnya medan magnet dapat dihasilkan oleh perubahan perubahan medan listrikmedan 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 – … yang kembali menghasilkan perubahan medan magnet…– ..dst
• Maxwell menyimpulkan bahwa cahaya tampak dan semua gelombang elektromagnetik lain terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang saling berfluktuasi dan tergandeng, dengan tiap medan menginduksi medan yang lain
• Maxwell memperoleh nilai kecepatan cahaya yaitu 3x108 m/s
Bukti prediksi Maxwell
• Hertz (1887) membuktikan secara experimen bahwa ternyata:– Arus bolak-balik menghasilkan GEM,
ada komponen medan listrik dan medan magnet tergandeng
– Gelombang ini dapat dipantulkan, dibiaskan, mengalami difraksi
BERDASARKAN PERSA-MAAN MAXWELL, SOLU-SI TERBAIK DARI GELOMBANG BIDANG ELEKTROMAGNETIK ADALAH SUATU GELOM-BANG BERJALAN SINUSOIDAL, DI MANA AMPLITODO E DAN B BERUBAH TERHADAP X DAN T SESUAI DENGAN PERSAMAAN :
E = E cos (kx - t)
B = B cos (kx - wt
Karena ω/k = c maka Bm/ Em = E/B = C
Jadi, pada setiap saat, nilai perbandingan antara amplitodo kuat medan listrik dan amplitudo kuat medan magnetik dari suatu gelombang elektromagntik sama dengan cepat gelombang cahaya.
Laju energi yang dipindahkan melalui gelombang elekrtomagnetik disebut poynting ( lambang S )
Dan didefinisikan oleh persamaan vektor:
S = I/µ0 . E x B
0B
S
E
Z
X
Y
Karena pada gelombang bidang ini E tegak lurus B, maka S = I/µ0 . E x B sin θ
S = EB/µ0
S = I/µ0
Sebab sin θ = 1
Energi dan momentum GEM: Vektor Poynting dan Intensitas
Intensitas (I)=(rapat energi rata-rata) x laju gelombang
Intensitas sesaat=rapat energi sesaat x laju gelombang
Karena E dan B adalah fungsi sinuisoidal maka
Biasanya dinyatakan dengan vektor poynting (S)
Karena ingin mencari intensitas (rata-rata) maka rata-rata fungsi kuadrat dari sinus adalah ½ sehingga
I
sesaatI wv wc
o
EB
2 rata rataI S
o o
o
E B
sesaatI
2o o
o
E B sin (kx - t)
2sin ( )sesaat
o o
ExB EB kx tS S I
Vektor Poynting=Laju aliran energi gelombang elektromagnetik persatuan luas bidang yang ditembusnya
Sehingga laju energi rata-rata per m2 gelombang elektromagntik, S, yaitu:
S = Em . Bm / 2. µ0
Keterangan : S = Laju energi rata-rata per m2 yang dipindahkan melalui
gelombang elektromagnetik ( J/s m2 = W/m
Em = Amplitudo maksimum kuat medan listrik (N/C)
Bm = Amplitudo maksimum kuat medan magnetik (Wb/m2 = T
C = cepat rambat gelombang elektromagnetik = 3x108 m/s
µ0 = 4πx10-7 Wb A-1m-1
• Difraksi : pembelokan gelombang di sekitar suatu penghalang atau pinggir celah
Suatu gelombang melewati suatu celah •Jika lebar celah<λ maka akan terjadi difraksi Saat difraksi terjadi arah penjalaran dan bentuk gelombang dapat berubah. Jika lebar celah sangat kecil maka di sekitar celah seolah-olah ada sumber titik pada celah tersebut sehingga dapat menjadi sumber gelombang baru
•Jika lebar celah atau perintang > λ dekat tepi lubang, muka gelombang akan terdistorsi dan gelombang tampak sedikit membelok. Namun sebagian muka gelombang tidak terpengaruh
•Jika lebar celah atau perintang >> λ, difraksi/pembelokan muka gelombang tidak akan teramati dan gelombang menjalar dengan garis atau berkas lurus
Difraksi pada kehidupan sehari-hari: Experimen sederhana Difraksi cahaya
layar
Uang logam
Terang pada pusat
Difraksi cahaya (pembelokkan) di sekitar uang logam menyebabkan interferensi sehingga menghasilkan pola pada layar
Hasil pengamatan Difraksi cahaya (pembelokkan) di sekitar uang logam. Pola ini hanya dapat dihasilkan jika suber cahaya monokromatik yaitu cahaya dengan satu panjang gelombang saja (mis:laser)
Cahaya yang mlewati sebuah celah sempit yang seukuran dengan panjang gelombang cahaya, mengalami lenturan atau Dfraksi. Utuk difraksi celah tunggal yang kita amati adalah ita gelap. Pita gelap ke – n terjadi jika,
d sin θ = n. Λ Λ = d sin θ θ / nn = 1,2,3,…
n = 1 untuk pita gelap ke – 1,
n = 2 untuk pita gelap ke – 2,….
θ = sudut simpang (Sudut Deviasi).
Lebar pita terang pusat = 2y1, dengan y1 adalah jarak pita gelap ke - 1 dari titik tengah terang pusat , dihitung sebagai berikut :
dyi / L= 1. Atau y1 = L Λ / dDengan L adalah jarak celah tunggal ke layar.
PERBESARAN SISTEM ALAT OPTIK DIBATASI
OLEH DIFRAKSI
Suatu kriteria yang menyatakan bagaimana bayangan dari dua dua benda titik yang masih dapat dipisahkan dengan baik oleh suatu lensa, pertama diusulkan oleh LORD RAYLEIGH (1887-1905), disebut kriteria Rayleigh, yang berbunyi sebagai berikut.
Dua benda titik tepat akan dapat pisahkan ( diedakan) jika pusat dari pola difraksi benda titik pertama berimpit dengan minimum pertama dari pada difraksi benda titik dua.
Ukuran sudut pemisahan agar dua benda titik masih dapat dipisahkan secara tepat brdasarkan kriteria Rayleigh disebut batas sudut resolusi atau sudut resolusi minimum (lambang θm), dinyatakan oleh:
Sin θm = 1,22 Λ / dKarena sudut θm sangat kecil maka sin θm ≈ θm , sehingga persamaan menjadi
θm = 1,22 Λ / D
Dengan : θm = sudut resolusi minimum (radian)
Λ = Panjang gelombang (m)
D = Diaeter bukaan alat optik (m)