MAKALAH FISIKA GELOMBANG

ELEKTROMAGNETIK

Di Susun Untuk Memenuhi Tugas Mata

Kuliah Fisika II

Di susun oleh : SLAMET KASTORO NIM. 112130206

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”

FAKULTAS TEKNOLOGI MINERAL

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN

YOGYAKARTA

2014

BAB 1

PENDAHULUAN

A.      Latar Belakang

Terjadinya gelombang elektromagnetik, arus listrik dapat menghasilkan

(menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak

dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini secara

eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet

dikenal sebagai Hukum Ampere. Kedua, medan magnet yang berubah-ubah

terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan listrik dalam bentuk

arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet. Konsep

induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh Michael Faraday dan

dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi elektromagnet

sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry.

            Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan

mempertimbangkan konsep simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk

Maxwell mengajukan suatu usulan. Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu

bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan

medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian

Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat

menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian

menjadi hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.

Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat

menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell

pada dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh

karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell. Dari ketiga

prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya suatu

pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan

medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang

berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses ini

berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan medan magnet dan medan

listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik ini secara serempak

merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan gejala

gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena

terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.

B.       Rumusan Masalah

1.  Apa pengertian gelombang elektromagnetik ?

2.  Apakah kegunaan gelombang elektromagnetik ?

3.  Jelaskan tentang spektrum gelombang elektromagnetik ?

4.  Bagaimanakah pemanfaatan gelombang elektromagnetik ?

BAB II

PEMBAHASAN

1.  Pengertian Gelombang Elektromagnetik

James Clerk Maxwell (1831-1879), adalah orang pertama yang menghitung

besar laju rambatan gelombang elektro-magnet dalam ruang hampa. Cahaya

termasuk gelombang elektro-magnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik

(c) tergantung dari permitivitas (ε ) dan permeabilitas ( µ) zat.

Untuk medium hampa udara, Untuk medium hampa udara, εr dan µr

masing-masing sama dengan 1. Cepat rambat gelombang elektromagnetik dengan

εo= 8,85 x 10-12 dan µo = 4x 10-7 diperoleh sebesar c = 3 x 108 m/s. Dengan

demikian dapat dihitung cepat rambat gelombang elektromagnetik pada suatu

medium, jika diketahui permitifitas dan permeabilitas relatifnya.

Hubungan antara medan listrik (E), medan magnet (B), dan arah rambatan

(c) gelombang elektromagnetik dapat ditentukan dengan menggunakan aturan

tangan kiri. Elektromagnetik dari kata “Elektro” dan “Magnetik” yang berarti

gelombang yang terdiri dari energy Listrik dan Magnet yang memancar dengan

sumber Muatan yang bergerak bolak-balik. System kerja elektromagnetik

merambat dengan system tangan kanan manusia yaitu arah jari keatas adalah

Medan Listrik, arah telapak tangan adalah Medan Magnet, dan arah jempol adalah

arah merambat vektor gelombang.

Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau

tidak ada medium. 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 berbeda-beda. 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.

2.    Kegunaan Gelombang Elektromagnetik

Saat ini hampir semua manusia memiliki peralatan yang satu ini. Dia begitu

kecil yang bisa dengan nyaman diletakkan di dalam saku, namun dianggap

memiliki fungsi yang sangat besar terutama untuk berkomunikasi. Ya, benda itu

adalah sebuah ponsel (telepon seluler). Saat ini ponsel tidak hanya digunakan

untuk menelpon saja tetapi juga untuk fungsi lain seperti mengirim dan menerima

pesan singkat (sms), mendengarkan musik, atau mengambil foto. Bagaimana

perangkat ponsel dapat terhubung dengan perangkat ponsel yang lain padahal

mereka saling berjauhan?

Konsep yang bisa menjelaskan fenomena ini adalah konsep gelombang

elektromagnetik. Dan, konsep gelombang elektromagnetik ternyata sangat luas

tidak hanya berkaitan dengan TV atau ponsel saja, melainkan banyak aplikasi lain

yang bisa sering kita temukan sehari-hari di sekitar kita. Aplikasi tersebut meliputi

microwave, radio, radar, atau sinar-x. Sebagaimana yang telah dibahas

sebelumnya bahwa ada dua hukum dasar yang menghubungkan gejala kelistrikan

dan kemagnetan.

Pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini

dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted

yang telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara

lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet dikenal sebagai Hukum Ampere.

                                                                

  Michael Faraday, penemu induksi elektromagnetik:

Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan

(menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai

gejala induksi elektromagnet. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara

eksperimen oleh Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph

Henry. Hukum induksi elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum

Faraday-Henry.

Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan

konsep simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell

mengajukan suatu usulan. Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika

medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan listrik

maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian Maxwell

mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat

menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian

menjadi hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.

James Clerk Maxwell peletak dasar teori gelombang elektromagnetik:

Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu

dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh

Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum Ampere.

Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell.

Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat

adanya suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat

membangkitkan medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan

medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan

3.  Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Gelombangelektromagnetik yang dirumuskan oleh Maxwell ternyata

terbentang dalam rentang frekuensi yang luas. Sebagai sebuah gejala gelombang,

gelombang elektromagnetik dapat diidentifikasi berdasarkan frekuensi dan

panjang gelombangnya. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik

sebagaimana gelombang radio atau sinar-X.

Masing-masing memiliki penggunaan yang berbeda meskipun mereka

secara fisika menggambarkan gejala yang serupa, yaitu gejala gelombang, lebih

khusus lagi gelombang elektromagnetik. Mereka dibedakan berdasarkan frekuensi

dan panjang gelombangnya. Gambar di atas  menunjukkan spektrum gelombang

elektromagnetik.

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Akan tetapi, spektrum

gelombang elektromagnetik masih terdiri dari berbagai jenis gelombang lainnya,

yang dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Spektrum

gelombang elektromagnetik, menurut ITU berdasarkan besar frekuensinya dapat

dibagi menjadi: Extramely low freguency, Very low freguncy, low freguency,

medium freguensi, high freguency, very high freguency (VHF), ultrahigh

freguency (UHF), superhigh freguency (SHF), extremely high freguency (EHF),

dan tremendously high freguency (THF).

4.  Pemanfaatan Gelombang Elektromagnetik

Pemanfaatan Spektrum Gelombang Elektromagnetik dalam Kehidupan- Jauh

sebelum Maxwell meramalkan gelombang elektromagnetik, cahaya telah

dipandang sebagai gelombang. Akan tetapi, tidak seorang pun tahu jenis

gelombang apakah cahaya itu. Baru setelah adanya hasil perhitungan Maxwell

tentang kecepatan gelombang elektromagnetik dan bukti eksperimen oleh Hertz,

cahaya dikategorikan sebagai gelombang elektromagnetik. Tidak hanya cahaya

yang termasuk gelombang elektromagnetik melainkan masih banyak lagi jenis-

jenis yang termasuk gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik

telah dibangkitkan atau dideteksi pada jangkauan frekuensi yang lebar. Jika diurut

dari frekuensi terbesar hingga frekuensi terkecil, yaitu sinar gamma, sinar-X, sinar

ultraviolet, sinar tampak (cahaya), sinar inframerah, gelombang mikro (radar),

gelombang televisi, dan gelombang radio. Gelombang-gelombang ini disebut

spektrum gelombang elektromagnetik. Berikut adalah pemanfaatan gelombang

elektromagnetik pada spektrum tersebut:

a. Sinar Gamma

Sinar gamma merupakan salah satu spektrum gelombang

elektromagnetik yang memiliki frekuensi paling besar atau panjang

gelombang terkecil. Frekuensi yang dimiliki sinar gamma berada dalam

rentang 1020 Hz sampai 1025 Hz. Sinar gamma dihasilkan dari peristiwa

peluruhan inti radioaktif. Inti atom unsur yang tidak stabil meluruh

menjadi inti atom unsur lain yang stabil dengan memancarkan sinar

radioaktif, di antaranya sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma. Di antara

ketiga sinar radioaktif ini, yang termasuk gelombang elektromagnetik

adalah sinar gamma. Sementara dua lainnya merupakan berkas partikel

bermuatan listrik. Jika dibandingkan dengan sinar alfa dan sinar beta, sinar

gamma memiliki daya tembus yang paling tinggi sehingga dapat

menembus pelat logam hingga beberapa sentimeter. Sekarang, sinar

gamma banyak dimanfaatkan dalam bidang kedokteran, diantaranya untuk

mengobati penyakit kanker dan mensterilkan peralatan rumah sakit. Selain

itu, sinar gamma dapat digunakan untuk melihat kerusakan pada logam.

b. Sinar-X

Sinar-X, dikenal juga sebagai sinar Röntgen. Nama ini diambil dari

penemunya, yaitu Wilhelm C. Röntgen (1845 – 1923). Sinar-X dihasilkan

dari peristiwa tumbukan antara elektron yang dipercepat pada beda

potensial tertentu. Sinar-X digunakan dalam bidang kedokteran, seperti

untuk melihat struktur tulang yang terdapat dalam tubuh manusia. Jika

Anda pernah mengalami patah tulang, sinar ini dapat membantu dalam

mencari bagian tulang yang patah tersebut. Hasil dari sinar ini berupa

sebuah film foto yang dapat menembus hingga pada bagian tubuh yang

paling dalam. Orang yang sering merokok dengan yang tidak merokok

akan terlihat bedanya dengan cara menyinari bagian tubuh, yaitu paru-

paru. Paru-paru orang yang merokok terlihat bercak-bercak berwarna

hitam, sedangkan pada normalnya paru-paru manusia cenderung utuh

tanpa bercak.

c. Sinar Ultraviolet

Sinar ultraviolet dihasilkan dari radiasi sinar Matahari. Selain itu,

dapat juga dihasilkan dari transisi elektron dalam orbit atom. Jangkauan

frekuensi sinar ultraviolet, yaitu berkisar diantara 105 hertz sampai dengan

1016 hertz. Sinar ultraviolet dapat berguna dan dapat juga berbahaya bagi

kehidupan manusia. Sinar ultraviolet dapat dimanfaatkan untuk mencegah

agar bayi yang baru lahir tidak kuning warna kulitnya. Selain itu, sinar

ultraviolet yang berasal dari Matahari dapat merangsang tubuh manusia

untuk memproduksi vitamin D yang diperlukan untuk kesehatan tulang.

Sinar ultraviolet tidak selamanya bermanfaat. Lapisan ozon di atmosfer

Bumi (pada lapisan atmosfer) berfungsi untuk mencegah supaya sinar

ultraviolet tidak terlalu banyaksampai ke permukaan Bumi. Jika hal

tersebut terjadi, akan menimbulkan berbagai penyakit pada manusia,

terutama pada kulit.

d. Sinar Tampak

Sinar tampak atau cahaya merupakan gelombang elektromagnetik

yang dapat dilihat dan sangat membantu dalam penglihatan. Anda tidak

akan dapat melihat apapun tanpa bantuan cahaya. Sinar tampak memiliki

jangkauan panjang gelombang yang sempit, mulai dari 400 nm sampai

dengan 700 nm. Sinar tampak terdiri atas tujuh spektrum warna, jika

diurutkan dari frekuensi terkecil ke frekuensi terbesar, yaitu merah, jingga,

kuning, hijau, biru, nila, dan ungu (disingkat mejikuhibiniu). Sinar tampak

atau cahaya digunakan sebagai penerangan ketika di malam hari atau

ditempat yang gelap. Selain sebagai penerangan, sinar tampak digunakan

juga pada tempat-tempat hiburan, rumah sakit, industri, dan

telekomunikasi.

e. Sinar Inframerah

Sinar inframerah memiliki jangkauan frekuensi antara 1011 hertz

sampai 1014 hertz. Sinar inframerah dihasilkan dari transisi elektron dalam

orbit atom. Benda yang memiliki temperatur yang lebih relatif terhadap

lingkungannya akan meradiasikan sinar inframerah, termasuk dari dalam

tubuh manusia. Sinar ini dimanfaatkan, di antaranya untuk pengindraan

jarak jauh, transfer data ke komputer, dan pengendali jarak jauh (remote

control). Seorang tentara yang sedang berperang dapat melihat musuhnya

dalam kegelapan dengan bantuan kacamata inframerah yang dapat melihat

hawa panas dari seseorang. Dengan menggunakan kacamata ini dengan

sangat mudah seseorang dapat ditemukan dalam ruangan gelap. Sinar

inframerah dapat digunakan juga dalam bidang kedokteran, seperti

diagnosa kesehatan. Sirkulasi darah dalam tubuh Anda dapat terlihat

dengan menggunakan bantuan sinar inframerah. Selain itu, penyakit

seperti kanker dapat dideteksi dengan menyelidiki pancaran sinar

inframerah dalam tubuh Anda.

f. Gelombang Mikro

Gelombang mikro dihasilkan oleh rangkaian elektronik yang

disebut osilator. Frekuensi gelombang mikro sekitar 1010 Hz. Gelombang

mikro disebut juga sebagai gelombang radio super high frequency.

Gelombang mikro digunakan, di antaranya untuk komunikasi jarak jauh,

radar (radio detection and ranging), dan memasak (oven). Di pangkalan

udara, radar digunakan untuk mendeteksi dan memandu pesawat terbang

untuk mendarat dalam keadaan cuaca buruk. Antena radar memiliki dua

fungsi, yaitu sebagai pemancar gelombang dan penerima gelombang.

Gelombang mikro yang dipancarkan dilakukan secara terarah dalam

bentuk pulsa. Ketika pulsa dipancarkan dan mengenai suatu benda, seperti

pesawat atau roket pulsa akan dipantulkan dan diterima oleh antena

penerima, biasanya ditampilkan dalam osiloskop. Jika diketahui selang

waktu antara pulsa yang dipancarkan dengan pulsa yang diterima Δt dan

kecepatan gelombang elektromagnetik c = 3 × 108 m/s, jarak antara radar

dan benda yang dituju (pesawat atau roket), dapat dituliskan dalam

persamaan berikut

s = ½ c.Δt

dengan: s = jarak antara radar dan benda yang dituju (m), c =

kecepatan gelombang elektromagnetik (3 × 108 m/s), dan

Δt = selang waktu (s).

Angka 2 yang terdapat pada Persamaan muncul karena pulsa

melakukan dua kali perjalanan, yaitu saat dipancarkan dan saat diterima.

Saat ini radar sangat membantu dalam pendaratan pesawat terbang ketika

terjadi cuaca buruk atau terjadi badai. Radar dapat berguna juga dalam

mendeteksi adanya pesawat terbang atau benda asing yang terbang

memasuki suatu wilayah tertentu.

g. Gelombang Radio

Mungkin Anda sudah tahu atau pernah mendengar gelombang ini.

Gelombang radio banyak digunakan, terutama dalam bidang

telekomunikasi, seperti handphone, televisi, dan radio. Di antara spektrum

gelombang elektromagnetik, gelombang radio termasuk ke dalam

spektrum yang memiliki panjang gelombang terbesar dan memiliki

frekuensi paling kecil. Gelombang radio dihasilkan oleh elektron pada

kawat penghantar yang menimbulkan arus bolak-balik pada kawat.

Kenyataannya arus bolak-balik yang terdapat pada kawat ini, dihasilkan

oleh gelombang elektromagnetik. Gelombang radio ini dipancarkan dari

antena pemancar (transmitter) dan diterima oleh antena penerima

(receiver). Jika dibedakan berdasarkan frekuensinya, gelombang radio

dibagi menjadi beberapa band frekuensi. Nama-nama band frekuensi

beserta kegunaannya dapat Anda lihat pada tabel berikut ini.

Rentang Frekuensi Gelombang Radio, berikut nama band,

singkatan, frekuensi, panjang gelombang, dan Contoh Penggunaan:

1. Extremely Low Frequency(ELF)=(3 – 30GHz),(105 –

104km),Komunikasi dengan bawah laut

2. Super Low Frequency(SLF)=(30 – 300GHz),(104 –

103km),Komunikasi dengan bawah laut

3. Ultra Low Frequency(ULF)=(300 – 3000Hz),(103 –

102km),Komunikasi dalam pertambangan

4. Very Low Frequency(VLF)=(3 – 30GHz),(102 –

104km),Komunikasi di bawah laut

5. Low Frequency(LF)=(30 – 300GHz),(10 – 1km)         Navigasi

6. Medium Frequency(MF)=(300 – 3000GHz),(1 – 10–1km),Siaran

radio AM

7. High Frequency(HF)=(3 – 30GHz),(10–1 – 10–2km),Radio amatir

8. Very High Frequency(VHF)=(30 – 300GHz),(10–2 – 10–

3km),Siaran radio FM dan televisi

9. Ultra High Frequency(UHF)=(300 – 3000Hz),(10–3 – 10–

4km),Televisi dan handphone

10. Super High Frequency(SHF)=(3 – 30GHz),(10–4 – 10–

5km),Wireless LAN

11. ExtremelyHighFrequency(EHF)=(30 – 300GHz),(10–5 – 10–

6km),Radio astronomi

Manfaat Gelombang Elektromagnetik di bidang teknologi (Fisika):

Perlu diketahui. Rentang/spektrum Gelombang Elektromagnetik (GEM).

Terdiri dari beberapa urutan, yakni sinar gamma, sinar X, ultra violet, cahaya

tampak, infra merah, gelombang mikro, gelombang TV dan gelombang radio, dst

dalam urutan ini frekuensinya makin kecil, tapi panjang gelombangnya makin

besar.

BAB III

PENUTUP

A.Kesimpulan

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 :

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)[1].

Dan beberapa contoh spektrum elektromagnetik seperti :

1. Radar (Radio Detection And Ranging),digunakan sebagai pemancar dan

penerima gelombang)

2. Infra Merah

3. Dihasilkan dari getaran atom dalam bahan dan dimanfaatkan untuk

mempelajari struktur molekul

4. Sinar tampak

5. Mempunyai panjang gelombang 3990 Aº – 7800 Aº.

6. Ultra ungu

7. Dimanfaatkan untuk pengenalan unsur suatu bahan dengan teknik

spektrosko