TUGAS FISIKA

LISTRIK AC & DCGELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Disusun oleh:

Nama : Cecilia Ratna P. S.Kelas : X-HNo. Absen : 10Th. Ajaran: 2009/2010

Jl. R.A. Fadhillah, Cijantung, Jakarta TimurKata Pengantar

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, karena hanya

dengan Rahmat dan KuasaNya saya dapat menyelesaikan pembuatan makalah fisika ini.

Merupakan karunia yang besar bagi penulis dapat menyelesaikan makalah ini,

yang merupakan salah satu penilaian tugas dari semua kriteria penilaian mata pelajaran

fisika. Semua ini tidak terlepas dari dorongan, doa dan bantuan kedua orang tua penulis,

Ignasius Suratmono dan Lina Handayani. Dorongan moral juga diberikan teman-teman

agar penulis bisa menyelesaikan tugas makalah fisika ini dengan sebaik mungkin.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas semua kebaikan orang-orang yang telah

membantu penulis.

Dengan segala kerendahan hati dan penuh rasa hormat, penulis menyampaikan

ucapan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada Bapak Fahmi Santoso, selaku guru

fisika, yang telah membimbing saya dalam menyelesaikan tugas makalah fisika ini.

Selain itu, kesabaran beliau dalam memberikan ilmu dan meluangkan waktunya kepada

penulis dalam menyelesaikan tugas makalah ini.

Dalam menyelesaikan makalah ini, tentu saja penulis mengalami beberapa

kesulitan. Diantaranya adalah mencari referensi dalam penyelesaian masalah dari

masalah yang saya kembangkan di dalam makalah ini.

Penulis menyadari, bahwa makalah fisika ini masih jauh dari sempurna. Mohon

maaf, apabila terdapat kesalahan dalam penulisan.

Penulis

Daftar isi

2

Kata Pengantar …………… 2Daftar Isi .................... 3

Listrik Ac dan dcPendahuluan …………….. 5

Apa yang dimaksud dengan listrik ac dan dc?

…………….. 6

Aplikasi listrik ac dan dc dalam kehidupan sehari-hari …………….. 8Permasalahan listrik AC …………….. 10Permasalahan listrik DC …………….. 12

Gelombang elektromagnetikPendahuluan …………….. 14Spektrum gelombang elektromagnetik …………….. 15Gelombang elektromagnetik …………….. 19Manfaat gelombang elektromagnetik …………….. 24

3

LISTRIK AC DAN DC

Pendahuluan

Dalam kehidupan sehari-hari, listrik merupakan suatu hal yang sudah tidak dapat

dilepaskan. Hampir semua peralatan yang digunakan manusia merupakan peralatan

elektronika. Seperti, komputer, radio, lampu, setrika, rice cooker (pemasak nasi), televisi,

dan sebagainya. Alat elektronik tersebut memerlukan listrik untuk beroperasi dengan

baik. Tanpa adanya listrik, alat-alat tersebut sama sekali tidak berfungsi sesuai dengan

4

fungsinya. Tanpa kehadiran alat-alat tersebut, kehidupan manusia akan berjalan lambat.

Kelebihan dari alat elektronika itu bekerja lebih cepat daripada alat pendahulunya yang

masih memakai alat pemanas seperti api.

Saat ini, untuk menimbulkan panas, energi listrik diubah menjadi energi panas,

atau energi cahaya. Sesuai dengan hukum kekebalan energi, “energi tidak dapat

dimusnahkan”. Energi tersebut berubah bentuk dari energi listrik menjadi energi-energi

yang lain seperti energi panas. Energi listrik tidak dapat bekerja dengan baik jika tidak

ada arus listrik. Arus listrik adalah muatan listrik yang berpindah tempat atau mengalir.

Arus listrik konvensional mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Sedangkan aliran

muatan listrik, mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Selain itu, ada juga daya

listrik. Daya listrik adalah jumlah energi listrik yang digunakan selama selang waktu

tertentu dibagi lama penggunaan listrik. Daya listrik digunakan sebagai penghitungan

biaya listrik yang sudah kita pakai.

ApA yang dimaksud dengan listrik ac dan dc?

Listrik yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari, terdapat 2 macam listrik

yaitu, listrik AC dan listrik DC.

Arus AC (Alternating Current) atau arus bolak-balik. Arus ini berbalik arah

secara periodik dan teratur. Dalam selang waktu tertentu, bagian atas sumber AC

berpolaritas positif, sementara bagian bawahnya berpolaritas negatif. Hal ini

5

menyebabkan rangkaian AC mengalir searah dengan arah jarum jam. Dan pada selang

waktu lainnya polaritas sumber AC berbalik, bagian atas berpolaritas positif sedangkan

bagian bawahnya negatif, dan mengalir berlawanan arah jarum jam, begitu setrusnya

berulang kembali.

Diagram arus bolak-balik (garis hijau) dan arus searah (garis merah)

Arus bolak-balik (AC / alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya

dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah dimana

arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik

arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang

memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam aplikasi-aplikasi

spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya bentuk

gelombang segitiga (triangular wave) atau bentuk gelombang segi empat (square wave).

Secara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari sumbernya

(misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk. Namun ada pula contoh

lain seperti sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel, yang juga

merupakan listrik arus bolak-balik. Di dalam aplikasi-aplikasi ini, tujuan utama yang

paling penting adalah pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode di dalam

sinyal arus bolak-balik tersebut.

6

Arus dan tegangan AC dapat dihasilkan generator AC yang disebut Alternator.

Beberapa contoh generator berdasarkan penggerak turbinnya adalah PLTA (Pembangkit

Listrik Tenaga Air) dan PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap).

Arus DC (Direct Current) atau arus searah adalah arus listrik yang selalu mengalir

dalam satu arah. Bila arus DC dihasilkan oleh sebuah sumber yang bertegangan dan

disalurkan pada penghantar yang memiliki hambatan yang tetap, kuat arusnya juga tetap.

Arus DC adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik

lain yang energi potensialnya lebih rendah. Sumber arus listrik searah biasanya adalah

baterai (termasuk aki dan Elemen Volta) dan panel surya. Arus searah biasanya mengalir

pada sebuah konduktor, walaupun mungkin saja arus searah mengalir pada semi-

konduktor, isolator, dan ruang hampa udara

Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung positif

sumber arus listrik ke ujung negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang lebih baru

menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif (elektron) yang

mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini menyebabkan terjadinya

lubang-lubang bermuatan positif, yang "tampak" mengalir dari kutub positif ke kutub

negatif.

Penyaluran tenaga listrik komersil yang pertama dibuat oleh Thomas Edison di

akhir abad ke 19 menggunakan listrik arus searah. Karena listrik arus bolak-balik lebih

mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus searah untuk transmisi (penyaluran)

dan pembagian tenaga listrik, di zaman sekarang hampir semua transmisi tenaga listrik

menggunakan listrik arus bolak-balik.

Aplikasi listrik ac dan dc dalam kehidupan sehari-hari

Arus AC adalah arus listrik yang biasa kita pakai. Arus AC lebih banyak dipakai karena

arus tersebut tidak habis jika dipakai terus menerus. Tidak seperti listrik DC yang

mempunyai masa waktu. Arus AC juga dapat diubah menjadi arus DC dengan memakai

Trafo. Tetapi kekurangan dari arus AC adalah harus menggunakan kabel penghubung ke

arus (stop kontak).

7

Kemudahan arus AC ini membuat lebih banyak yang menggunakan arus AC

dibanding DC. Walaupun arus DC mempunyai kelebihan seperti tidak membutuhkan

kabel penghubung dengan arus listrik. Kekurangannya yaitu dapat habis dalam jangka

waktu.

Permasalahan yang masih terdapat di Indonesia adalah aliran listrik yang masih

belum merata. Solusinya adalah, di daerah yang masih kurang aliran listrik harus

mempunyai pembangkit tenga listrik sendiri seperti PLTA atau PLTU. Hal itu membuat

daerah tidak tergantung dengan pasokan listrik dari pusat.

Listrik AC diterapkan pada listrik PLN yang disalurkan ke masyarakat.

Bentuk rangkaian AC yang digunakan dalam rumah-rumah

Trafo step down

Adaptor

8

Mesin pembersih lantai

Walaupun begitu, listrik DC masih tetap digunakan karena mempunyai voltase

dan arus yang tidak terlalu besar sesuai dengan penggunaanya. Tetapi banyak masalah

dalam penggunaanya. Seperti ketidakpastian arus listrik habis. Membuat pengguna repot

harus mengganti sumber arus listrik tersebut.

Dalam berjalannya waktu, banyak sumber arus listrik yang sudah memiliki

keunggulan, seperti lebih bertahan lama. Selain itu, listrik arus AC dapat diubah menjadi

listrik DC dengan menggunakan Trafo. Dengan adanya Trafo mengubah listrik arus AC

yang bertegangan tinggi diubah menjadi lebih kecil dan sesuai dengan spesifikasi alat

elektronik yang membutuhkan listrik DC tersebut. Sedangkan listrik DC contoh

penerapannya adalah seperti lampu senter, remote, radio baterai, dan alat elektronik yang

menggunakan baterai termasuk penerapan dalam listrik DC.

Permasalahan listrik ac

Pada saat ini energi listrik AC yang ada berasal dari bahan bakar fosil. Bahan

bakar dari minyak bumi, batubara, dan gas. Bahan-bahan bakar tersebut merupakan

bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui. Dengan tidak dapatnya bahan bakar tersebut

diperbaharui, lambat laun bahan bakar tersebut akan habis dengan sendirinya. Jika bahan

bakar habis, tidak ada suplai listrik lagi.

Saat ini, masih banyak daerah-daerah di belahan bumi yang masih gelap gulita,

yang masih kekurangan suplai listrik bahkan tidak mendapatkan suplai listrik sama

sekali. Di Indonesia, suplai listrik terbesar adalah di Pulau Jawa, karena merupakan pulau

dengan penduduk terbanyak. Tetapi pulau-pulau lain masih kekurangan suplai listrik.

9

Walaupun begitu, masih banyak masyarakat yang masih kurang menghargai

energi listrik. Dengan membiarkan alat elektronik menyala begitu saja tanpa digunakan.

Padahal masih banyak orang yang membutuhkan energi tersebut untuk kehidupannya.

Jika terus menerus dan banyak yang melakukan pemborosan energi seperti itu tak akan

lama lagi energi listrik di bumi akan habis. Dan mungkin suatu hari di masa yang akan

datang, energi yang saat ini kita anggap mudah untuk mendapatkannya akan sangat sulit

untuk didapatkan.

Selain itu, dengan banyaknya peralatan elektronika yang kita gunakan tentu

energi yang dibutuhkan juga akan banyak. Biaya listrik saat ini tidak murah dan masih

dianggap sesuatu yang mahal bagi beberapa kalangan. Tetapi walaupun dengan biaya

yang mahal tetap saja masih banyak yang kurang menghargai energi yang telah mereka

dapatkan.

Walaupun suplai di Pulau Jawa masih yang terbesar dibanding pulau-pulau lain di

Indonesia, masih saja ada pergiliran mati listrik. Hal itu menunjukkan bahwa energi yang

dibutuhkan tidak cukup untuk semua penduduk dalam waktu yang bersamaan. Energi

yang tidak dapat diperbaharui harus kita jaga dengan baik agar dapat kita gunakan di

masa mendatang. Energi adalah sesuatu yang sangat mahal dan menyangkut hidup

makhluk hidup di muka bumi oleh karena itu, jangan sampai di masa mendatang kita atau

pun generasi selanjutnya tidak dapat merasakan energi listrik hanya karena pada saat

energi melimpah disia-siakan begitu saja.

Permasalahan yang begitu hangat saat ini diperbincangkan adalah pemanasan

global atau global warming yang kaitannya dengan energi listrik cukup erat. Banyak

lembaga-lembaga dari lingkungan hidup untuk menyerukan hemat energi untuk

kelangsungan hidup dimasa yang akan datang. Listrik yang berasal dari pembakaran

fosil-fosil dapat mengakibatkan efek rumah kaca karena asap hasil pembakarannya yang

dapat menimbulkan gas-gas efek rumah kaca.

Banyak tindakan yang telah diserukan untuk menghemat energi yang hanya cukup

untuk beberapa tahun kedepan, tetapi kesadaran masyarakat yang masih rendah membuat

sulit untuk menghemat energi ini.

10

Permasalahan listrik dc

Listrik arus DC adalah arus searah yang sumber arus listrik berasal dari baterai,

elemen volta, dan aki. Di mana sumber arus tersebut bisa habis dalam jangka waktu

tertentu dan tidak bisa tahan lama. Tetapi banyak kebutuhan manusia yang masih

menggunakan listrik DC seperti baterai ponsel, lampu senter, remote TV. Tetapi ada

beberapa barang elektronik seperti ponsel, laptop menggunakan listrik DC, alat elektronik

tersebut dihubungkan dengan listrik AC untuk diisi dayanya. Oleh karena itu, alat-alat

tersebut tidak membutuhkan kabel penghubung dalam penggunaannya.

Listrik arus DC memiliki banyak kekurangan dibanding listrik AC. Oleh karena itu lebih

banyak alat elektronik yang menggunakan listrik AC dibanding DC. Karena listrik DC

11

tidak bertahan lama, pengguna listrik DC harus memiliki pengganti sumber arus listrik

dan harus siap sedia dengan penghubung daya ke listrik AC.

Gelombang elektromagnetik

12

Pendahuluan

Siapa yang tidak kenal CR7 (sebutan buat Cristiano Ronaldo) atau Ariel Peter Pan?

Walaupun kamu tidak pernah bertemu secara langsung dengan keduanya, kamu pasti

kenal dengan mereka, ya kan? Kok bisa ya! Walaupun kamu tidak pernah bertemu

dengan mereka kamu pasti sering melihat mereka melalui TV, bukan begitu? Sekarang,

apa yang membuat kamu bisa menonton TV untuk melihat pertandingan sepak bola yang

sedang berlangsung di tempat lain yang sangat jauh? Tahukah kamu prinsip dan konsep

apa yang melandasi teknologi dan fenomena ini?

Saat ini hampir semua orang 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?

13

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.

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Pada pertengahan abad ke sepuluh seorang ilmuwan Mesir di Iskandaria yang

bernama Al Hasan (965-1038) mengemukakan pendapat bahwa mata dapat melihat

benda-benda di sekeliling karena adanya cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh

benda-benda yang bersangkutan masuk ke dalam mata. Teori ini akhirnya dapat diterima

oleh orang banyak sampai sekarang ini.

Beberapa teori-teori yang mendukung pendapat Al Hasan diantaranya adalah

a. Teori Emisi atau Teori Partikel

Sir Isaac Newton (1642-1727) merupakan ilmuwan berkebangsaan Inggris yang

mengemukakan pendapat bahwa dari sumber cahaya dipancarkan partikel-partikel yang

sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan kecepatan yang sangat besar. Bila partikel-

partikel ini mengenai mata, maka manusia akan mendapat kesan melihat benda tersebut.

Alasan dikemukakanya teori ini adalah sebagai berikut:

Karena partikel cahaya sangat ringan dan berkecepatan tinggi maka cahaya dapat

merambat lurus tanpa terpengaruh gaya gravitasi bumi.

14

Ketika cahaya mengenai permukaan yang halus maka cahaya akan akan

dipantulkan dengan sudut sinar datang sama dengan sudut sinar pantul sehingga

sesuai dengan hukum pemantulan Snellius. Peristiwa pemantulan ini dijelaskan

oleh Newton dengan menggunakan bantuan sebuah bola yang dipantulkan di

atas bidang pantul.

Alasan berikutnya adalah pada peristiwa pembiasan cahaya yang disamakan

dengan peristiwa menggelindingnya sebuah bola pada papan yang berbeda

ketinggian yang dihubungkan dengan sebuah bidang miring. Dari permukaan

yang lebih tinggi bola digelindingkan dan akan terus menggelinding melalui

bidang miring sampai akhirnya bola akan menggelinding di permukaan yang

lebih rendah. Jika diamati perjalanan bola, maka sebelum melewati bidang

miring lintasan bola akan membentuk sudut α terhadap garis tegak lurus pada

bidang miring. Setelah melewati bidang miring lintasan bola akan membentuk

sudut β terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Jika permukaan atas

dianggap sebagai udara dan permukaan bawah dianggap sebagai air serta bidang

miring merupakan batas antara udara dan air, gerak bola dianggap sebagai

jalannya pembiasan cahaya dari udara ke air, maka Newton menganggap bahwa

kecepatan cahaya dalam air lebih besar dari pada kecepatan cahaya dalam udara.

Pendapat ini masih bertahan hingga akhirnya seorang ahli fisika Prancis, Jean Focault

(1819 – 1868) melakukan percobaan tentang pengukuran kecepatan cahaya dalam

berbagai medium. Dalam percobaannya Jeans Focault mendapatkan kesimpulan bahwa

kecepatan cahaya dalam air lebih kecil dari pada kecepatan cahaya dalam udara.

b. Teori Gelombang

Menurut Christian Huygens (1629-1695) seorang ilmuwan berkebangsaan

Belanda, bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa gelombang.

Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang gelombang dan frekuensinya.

Pada teori ini Huygens menganggap bahwa setiap titik pada sebuah muka gelombang

dapat dianggap sebagai sebuah sumber gelombang yang baru dan arah muka gelombang

ini selalu tegak lurus tehadap muka gelombang yang bersangkutan.

15

Tahun 1887 dua ilmuwan Amerika, Albert Michelson dan James Morley, membuat mesin untuk menguji teori James Clerk Maxwell, ternyata kecepatan gelombang cahaya adalah tetap

Pada teori Huygens ini peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, ataupun difraksi

cahaya dapat dijelaskan secara tepat, namun dalam teori Huygens ada kesulitan dalam

penjelasan tentang sifat cahaya yang merambat lurus.

c. Teori Elektromagnetik

Percobaan James Clerk Maxwell (1831 – 1879) seorang

ilmuwan berkebangsaan Inggris (Scotlandia) menyatakan bahwa

cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat

cahaya yaitu 3x108 m/s, oleh karena itu Maxwell berkesimpulan

bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Kesimpulan

Maxwell ini di dukung oleh :

Seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman,

Heinrich Rudolph Hertz (1857 – 1894) yang membuktikan bahwa

gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal.

Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat

menunjukkan gejala polarisasi.

Percobaan seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Peter

Zeeman (1852 – 1943) yang menyatakan bahwa medan magnet

yang sangat kuat dapat berpengaruh terhadap berkas cahaya.

Percobaan Stark (1874 – 1957), seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang

mengungkapkan bahwa medan listrik yang sangat kuat dapat mempengaruhi

berkas cahaya.

16

HR.Hertz

d. Teori Kuantum

Teori kuantum pertama kali dicetuskan pada tahun 1900 oleh seorang ilmuwan

berkebangsaan Jerman yang bernama Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858 – 1947).

Dalam percobaannya Planck mengamati sifat-sifat termodinamika radiasi benda-benda

hitam hingga ia berkesimpulan bahwa energi cahaya terkumpul dalam paket-paket energi

yang disebut kuanta atau foton. Dan pada tahun 1901 Planck mempublikasikan teori

kuantum cahaya yang menyatakan bahwa cahaya terdiri dari peket-paket energi yang

disebut kuanta atau foton. Akan tetapi dalam teori ini paket-paket energi atau partikel

penyusun cahaya yang dimaksud berbeda dengan partikel yang dikemukakan oleh

Newton . Karena foton tidak bermassa sedangkan partikel pada teori Newton memiliki

massa

Pernyataan Planck ternyata mendapat dukungan dengan adanya percobaan Albert

Einstein pada tahun 1905 yang berhasil menerangkan gejala fotolistrik dengan

menggunakan teori Planck. Fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari suatu

logam yang disinari dengan panjang gelombang tertentu. Akibatnya percobaan Einstein

justru bertentangan dengan pernyataan Huygens dengan teori gelombangnya.Pada efek

fotolistrik, besarnya kecepatan elektron yang terlepas dari logam ternyata tidak

bergantung pada besarnya intensitas cahaya yang digunakan untuk menyinari logam

tersebut. Sedangkan menurut teori gelombang seharusnya energi kinetik elektron

bergantung pada intensitas cahaya.

Kemudian dari seluruh teori-teori cahaya yang muncul dapat disimpulkan bahwa

cahaya mempunyai sifat dual (dualisme cahaya) yaitu cahaya dapat bersifat sebagai

gelombang untuk menjelaskan peristiwa interferensi dan difraksi tetapi di lain pihak

cahaya dapat berupa materi tak bermassa yang berisikan paket-paket energi yang disebut

kuanta atau foton sehingga dapat menjelaskan peristiwa efek fotolistrik.

17

Gelombang Elektromagnetik

Perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet yang tidak tetap besarannya

atau berubahubah. Sehingga perubahan medan magnet tersebut akan menghasilkan lagi

medan listrik yang berubahubah.

Proses terjadinya medan listrik dan medan

magnet berlangsung secara bersamasama dan

menjalar kesegala arah. Arah getar vektor

medan listrik dan medan magnet saling tegak

lurus. Jadi gelombang elektromagnetik adalah

gelombang yang dihasilkan dari perubahan

medan magnet dan medan listrik secara

berurutan, dimana arah getar vektor medan

listrik dan medan magnet saling tegak lurus.

E = medan listrik (menjalar vertikal)

B = medan magnet (menjalar horizontal.)

18

Gejala seperti ini disebut terjadinya gelombang elektromagnetik (= gelombang yang

mempunyai medan magnet dan medan listrik).

Bila dalam kawat PQ terjadi perubahan-perubahan

tegangan baik besar maupun arahnya, maka dalam

kawat PQ elektron bergerak bolak-balik, dengan

kata lain dalam kawat PQ terjadi getaran listrik.

Perubahan tegangan menimbulkan perubahan

medan listrik dalam ruangan disekitar kawat,

sedangkan perubahan arus listrik menimbulkan

perubahan medan magnet. Perubahan medan listrik

dan medan magnet itu merambat ke segala jurusan.

Karena rambatan perubahan medan magnet dan medan listrik secara periodik maka

rambatan perubahan medan listrik dan medan magnet lazim disebut gelombang

elektromagnetik. (GEM)

Percobaan-percobaan yang teliti membawa kesimpulan :

1. Pola gelombang

elektromagnetik sama dengan

pola gelombang transversal

dengan vektor perubahan

medan listrik tegak lurus

pada vektor perubahan

medan magnet.

2. Gelombang elektromagnetik menunjukkan gejala-gejala pemantulan, pembiasan,

difraksi, polarisasi seperti halnya pada cahaya.

3. Diserap oleh konduktor dan diteruskan oleh isolator.

Gelombang elektromagnetik lahir sebagai paduan daya imajinasi dan ketajaman

akal pikiran berlandaskan keyakinan akan keteraturan dan kerapian aturan-aturan alam.

19

Hasil-hasil percobaan yang mendahuluinya telah mengungkapkan tiga aturan gejala

kelistrikan , antara lain sebagai berikut.

Hukum Coulomb : Muatan listrik menghasilkan medan listrik yang kuat.

Hukum Biot-Savart : Aliran muatan (arus) listrik menghasilkan medan magnet

disekitarnya.

Hukum Faraday : Perubahan medan magnet (B) dapat menimbulkan medan

listrik (E).

Didorong oleh keyakinan atas keteraturan dan kerapian hukum-hukum alam, Maxwell

berpendapat bahwa masih ada kekurangan satu aturan kelistrikan yang masih belum

terungkap secara empirik. Jika perubahan medan magnet dapat menimbulkan perubahan

medan listrik maka perubahan medan listrik pasti dapat menimbulkan perubahan medan

magnet, demikianlah keyakinan Maxwell.

Dengan pengetahuan matematika yang dimilikinya, secara cermat Maxwell

membangun teori yang dikenal sebagai teori gelombang elektromagnetik. Baru setelah

bertahun-tahun Maxwell tiada, teorinya dapat diuji kebenarannya melalui percobaan-

percobaan. Menurut perhitungan secara teoritik, kecepatan gelombang elektromagnetik

hanya bergantung pada permitivitas ruang hampa dan permeabilitas ruang hampa.

erubahan medan listrik menimbulkan medan magnet yang tidak tetap besarannya atau

berubahubah. Sehingga perubahan medan magnet tersebut akan menghasilkan lagi

medan listrik yang berubahubah.

Proses terjadinya medan listrik dan medan magnet berlangsung secara bersamasama dan

menjalar kesegala arah. Arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak

lurus. Jadi gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahan

medan magnet dan medan listrik secara berurutan, dimana arah getar vektor medan listrik

dan medan magnet saling tegak lurus.

Oleh sebab itu Maxwell mempunyai cukup alasan untuk menganggap cahaya adalah

gelombang elektromagnetik. Oleh karena itu konsep gelombang elektromagnetik ini

merupakan penyokong teori Huygens tentang cahaya sebagai gerak gelombang.

20

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Hasil kali panjang gelombang () dengan frekuensi gelombang (f) sama dengan cepat

rambat gelombang ( c ). Dirumuskan sebagai berikut.

c = λ . f

Beberapa contoh sumber gelombang elektromagnetik antara lain sebagai berikut.

Osilasi listrik.

Sinar matahari yaitu menghasilkan sinar infra merah.

Lampu merkuri dapat menghasilkan ultra violet.

Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam dapat

menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen).

Inti atom yang tidak stabil dapat menghasilkan sinar gamma (.γ)

Beberapa sifat gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut.

Dapat merambat dalam ruang hampa.

Merupakan gelombang transversal (arah getar tegak lurus arah rambat), jadi dapat

mengalami polarisasi.

Dapat mengalami refleksi, refraksi, interferensi dan difraksi.

Tidak dibelokkan dalam medan listrik maupun medan magnet.

Setiap spektrum gelombang elektromagnetik memiliki fenomena yang berbeda-beda

sesuai dengan karakteristiknya masing-masing.  Karakteristik gelombang ini

berhubungan dengan frekuensi. Dengan kecepatan yang sama gelombang

elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang besar akan memiliki frekuensi kecil.

Sebaliknya spektrum gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang

pendek akan memiliki frekuensi besar. Berdasarkan panjang gelombang () dan frekuensi

(f) dapat disusun diagram spektrum gelombang elektromagnetik sebagai berikut.

21

Dari spektrum tersebut dapat disimpulkan bahwa makin pendek panjang gelombang ()

makin tinggi fekuensinya (f) dan makin besar pula daya tembusnya.

Untuk mengurutkan spektrum dari frekuensi tinggi ke frekuensi rendah dapat diingat

dengan cara sebagai berikut.

1. Sinar gamma (γ)

2. Sinar X (Rontgen)

3. Sinar ultra ungu

4. Cahaya tampak:

Ungu

Biru

Hijau

Kuning

Jingga

Merah

5. Sinar infra merah

6. Gelombang Radar

7. Gelombang TV

8. Gelombang Radio

Diantara gelombang-gelombang yang terdapat pada spektrum tersebut, yang dapat dilihat

oleh mata hanyalah gelombang cahaya yang mempunyai panjang gelombang antara 7800

Å (merah) – 3990 Å (ungu).

22

Urutan dari atas kebawah:frekuensi (f) makin kecilPanjang gelombang () makin besarCepat rambat (c) sama.

c = λ . f

Gelombang yang mempunyai daya tembus yang sangat besar adalah sinar X dan sinar .

Dimana sinar X dihasilkan dengan cara emisitermionik, sedangkan sinar dihasilkan

oleh inti-inti yang tidak stabil (bersifat radioaktif).

Manfaat Gelombang Elektromagnetik

Manfaat gelombang elektromagnet dapat diterangkan sesuai urutan spektrumnya :

1. Daerah frekuensi antara 104 sampai 107 Hz dikenal sebagai gelombang radio,

yaitu sebagai salah satu sarana komunikasi. Karena sifat gelombangnya yang

mudah dipantulkan ionosfer, yaitu lapisan atmosfir bumi yang mengandung

partikel-partikel bermuatan, maka gelombang ini mampu mencapai tempat-tempat

yang jaraknya cukup jauh dari stasiun pemancar.

Informasi dalam bentuk suara dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan

amplitudo (modulasi amplitudo).

2. Daerah frekuensi sekitar 108 Hz, gelombang elektromagnetik mampu menembus

lapisan ionosfer sehingga sering digunakan sebagai sarana komunikasi dengan

satelit-satelit. Daerah ini digunakan untuk televisi dan radio FM (frekuensi

modulasi) dimana informasi dibawa dalam bentuk perubahan frekuensi (modulasi

frekuensi).

Jadi ada dua macam cara modulasi gelombang elektromagnetik pada daerah 104

108 Hz:

23

a. Modulasi Amplitudo (AM)

Amplitudo gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang

bunyi yang dibawa dengan frekuensi tetap.

b. Modulasi Frekuensi (FM)

Frekuensi gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang

bunyi yang dibawa dengan amplitudo tetap.

Sistem FM lebih unggul daripada AM karena FM dapat mengurangi desau akibat

kelistrikan diudara, walaupun jangkauannya terbatas sekali.

3. Daerah frekuensi sekitar 1010 Hz, digunakan oleh pesawat RADAR (Radio

Detection and Ranging). Radar adalah suatu alat yang sistemnya memancarkan

gelombang elektromagnetik berupa gelombang radio dan gelombang mikro.

Pantulan dari gelombang yang dipancarkan tadi digunakan untuk mendeteksi

obyek. Informasi yang dikirim ataupun yang diterima berbentuk sebagai pulsa.

Bila pulsa ini dikirim oleh pesawat radar dan mengenai suatu sasaran dalam

selang waktu t, maka jarak antara radar ke sasaran :

s =

c = kecepatan cahaya (3 . 108 m/det). Selang waktu yang diperlukan oleh

gelombang tersebut dinamakan time delay 

4. Daerah frekuensi 1011 – 1014 Hz, ditempati oleh radiasi infra merah, dimana

gelombang ini lebih panjang dari gelombang cahaya tampak dan tidak banyak

dihamburkan oleh partikel-partikel debu dalam atmosfir sehingga mengurangi

batas penglihatan manusia.

5. Daerah frekuensi 1014 – 1015 Hz, berisi daerah cahaya tampak (visible light), yaitu

cahaya yang tampak oleh mata manusia dan terdiri dari deretan warna-warna

merah sampai ungu.

6. Daerah frekuensi 1015 – 1016 Hz, dinamakan daerah ultra ungu (ultra violet).

Dengan frekuensi ultra ungu memungkinkan kita mengenal lebih cepat dan tepat

unsur-unsur yang terkandung dalam suatu bahan.

24

7. Daerah frekuensi 1016 – 1020 Hz, disebut daerah sinar X. Gelombang ini dapat

juga dihasilkan dengan menembakkan elektron dalam tabung hampa pada

kepingan logam. Karena panjang gelombangnya sangat pendek, maka gelombang

ini mempunyai daya tembus yang cukup besar sehingga selain digunakan di

rumah sakit, banyak pula digunakan di lembaga-lembaga penelitian ataupun

industri.

25