tugas makalah fisika - gelombang elektromagnetik

Upload: fauzan-fakhrul-arifin

Post on 21-Jul-2015

11.666 views

Category:

Documents


18 download

TRANSCRIPT

TUGAS MAKALAH FISIKA GELOMBANGELEKTROMAGNETI K Disusun Oleh: Nama: Fauzan Fakhrul Arifin Kelas: X-6 No. Absen: 12 SMAN 1 SIDOARJO 2011/2012 I.Pendahuluan Kemajuanteknologisaatinisemakinmeningkatberikutdalampenggunaangelombang elekromagnetikdalamkehidupansehari-hari.Gelombangelektromagnetiksebenarnyaselaluada disekitar kita, salah satu contohnya adalah sinar matahari, gelombang ini tidak memerlukan medium perantara dalam perambatannya. Contoh lain adalah gelombang radio. Tetapi spektrum gelombang elektromagnetikmasihterdiridariberbagaijenisgelombanglainnya,yangdibedakanberdasarkan frekuensiataupanjanggelombangnya.Untukitudisinikitaakanmempelajaritentangrentang spektrumgelombangelektromagnetik,karakteristikkhususmasing-masinggelombang elektromagnetikdidalamspectrumdancontohdanpenerapanmasing-masinggelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari. Michael Faraday, penemu induksi elektromagnetik II.Kajian Pustaka GelombangElektromagnetikadalah gelombangyangdapatmerambatwalautidakada medium. Energielektromagnetikmerambatdalamgelombangdenganbeberapakarakteryangbisa diukur,yaitu:panjanggelombang/wavelength,frekuensi,amplitude/amplitude,kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensiadalahjumlahgelombangyangmelaluisuatutitikdalamsatusatuanwaktu. Frekuensi tergantungdarikecepatanmerambatnyagelombang.Karenakecepatanenergielektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjangsuatugelombang,semakinrendahfrekuensinya,dansemakinpendeksuatugelombang semakin tinggi frekuensinya. Energielektromagnetikdipancarkan,ataudilepaskan,olehsemuamasadialamsemesta padalevelyangberbedabeda.Semakintinggilevelenergidalamsuatusumberenergi,semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik. Adaduahukumdasaryangmenghubungkangejalakelistrikandan kemagnetan.Pertama,aruslistrikdapatmenghasilkan(menginduksi)medan magnet.Inidikenalsebagaigejala induksimagnet.Peletakdasarkonsepini adalahOerstedyangtelahmenemukangejalainisecaraeksperimendan dirumuskansecaralengkapolehAmpere.Gejalainduksimagnetdikenal sebagai Hukum Ampere. Kedua,medanmagnetyangberubah-ubahterhadapwaktudapat menghasilkan(menginduksi)medanlistrikdalambentukaruslistrik.Gejalaini dikenalsebagaigejalainduksielektromagnet.Konsepinduksielektromagnet ditemukansecaraeksperimenolehMichaelFaradaydandirumuskansecara lengkapolehJosephHenry.Hukuminduksi elektromagnetsendirikemudiandikenalsebagai Hukum Faraday-Henry. Darikeduaprinsipdasarlistrikmagnetdiatasdandenganmempertimbangkankonsepsimetriyangberlakudalamhukumalam,James ClerkMaxwellmengajukansuatuusulan.UsulanyangdikemukakanMaxwell, yaitubahwajikamedanmagnetyangberubahterhadapwaktudapat menghasilkanmedanlistrikmakahalsebaliknyabolehjadidapatterjadi. DengandemikianMaxwellmengusulkanbahwamedanlistrikyangberubah terhadapwaktudapatmenghasilkan(menginduksi)medanmagnet.Usulan Maxwellinikemudianmenjadihukumketigayangmenghubungkanantara kelistrikan dan kemagnetan. Jadi,prinsipketigaadalahmedanlistrikyangberubah-ubahterhadapwaktudapat menghasilkanmedanmagnet.PrinsipketigainiyangdikemukakanolehMaxwellpadadasarnya 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 jugaberubah-ubahterhadapwaktu,danmedanlistrikyangberubahterhadapwaktujugadapat menghasilkanmedanmagnet.Jikaprosesiniberlangsungsecarakontinumakaakandihasilkan medanmagnetdanmedanlistriksecarakontinu.Jikamedanmagnetdanmedanlistrikinisecara serempakmerambat(menyebar)didalamruangkesegalaarahmakainimerupakangejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang. Pada mulanya gelombang elektromagnetik masih berupa ramalan dari Maxwell yang dengan intuisinya mampu melihat adanya pola dasar dalam kelistrikan dan kemagnetan, sebagaimana telah James Clerk Maxwell peletak dasar teori gelombang elektromagnetik dibahasdiatas.KenyataaninimenjadikanJCMaxwelldianggapsebagaipenemudanperumus dasar-dasar gelombang elektromagnetik. RamalanMaxwelltentanggelombangelektromagnetikternyatabenar-benarterbukti. AdalahHeinrichHertzyangmembuktikanadanyagelombangelektromagnetikmelalui eksperimennya.EksperimenHertzsendiriberupapembangkitangelombangelektromagnetikdari sebuahdipollistrik(duakutubbermuatanlistrikdenganmuatanyangberbeda,positifdannegatif yangberdekatan)sebagaipemancardandipollistriklainsebagai penerima.Antenapemancardanpenerimayangadasaatini menggunakan prinsip seperti ini. Melalui eksperimennya ini Hertz berhasil membangkitkan gelombangelektromagnetikdanterdeteksiolehbagian penerimanya.Eksperimeniniberhasilmembuktikanbahwa gelombang elektromagnetik yang awalnya hanya berupa rumusan teoritisdariMaxwell,benar-benaradasekaligusmengukuhkan teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik. CIRI-CIRI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut: 1.Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga keduamedanmemilikihargamaksimumdanminimumpadasaatyangsamadanpada tempat yang sama. 2.Arahmedanlistrikdanmedanmagnetiksalingtegaklurusdankeduanyategaklurus terhadap arah rambat gelombang. 3.Daricirino2diperolehbahwagelombangelektromagnetikmerupakangelombang transversal. 4.Sepertihalnyagelombangpadaumumnya,gelombangelektromagnetikmengalami peristiwapemantulan,pembiasan,interferensi,dandifraksi.Jugamengalamiperistiwa polarisasi karena termasuk gelombang transversal. 5.Cepatrambatgelombangelektromagnetikhanyabergantungpadasifat-sifatlistrikdan magnetik medium yang ditempuhnya. Teori Maxwell tentang listrik dan magnet meramalkan adanya gelombang elektromgnetik diagram skematik eksperimen Hertz Cahayayangtampakolehmatabukansematajenisyangmemungkinkanradiasi elektromagnetik.PendapatJamesClerkMaxwellmenunjukkanbahwagelombangelektromagnetik lain,berbedadengancahayayangtampakolehmatadalamdiapunyapanjanggelombangdan frekuensi, bisa saja ada. Kesimpulan teoritis ini secara mengagumkan diperkuat oleh Heinrich Hertz, yangsanggupmenghasilkandanmenemuikeduagelombangyangtampakolehmatayang diramalkan oleh Maxwell itu. Beberapa tahun kemudian Guglielmo Marconi memperagakan bahwa gelombangyangtakterlihatmataitudapatdigunakanbuatkomunikasitanpakawatsehingga menjelmalah apa yang namanya radio itu. Kini, kita gunakan juga buat televisi, sinar X, sinar gamma, sinarinfra,sinarultravioletadalahcontoh-contohdariradiasielektromagnetik.Semuanyabisa dipelajari lewat hasil pemikiran Maxwell. SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK Susunansemuabentukgelombangelektromagnetikberdasarkanpanjanggelombang danfrekuensinyadisebutspektrumelektromagnetik.Gambarspectrumelektromagnetikdi bawahdisusunberdasarkanpanjanggelombang(diukurdalamsatuan_m)mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, sepertigelombangradiosampaikeenergiyangsangattinggi,denganpanjanggelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray. CONTOH SPEKTRUM ELEKTROMAGNETIK

Gelombang Radio Gelombangradiodikelompokkanmenurutpanjanggelombangataufrekuensinya. Jikapanjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan olehmuatan-muatanlistrikyangdipercepatmelaluikawat-kawatpenghantar.Muatan-muatanini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antenadanditerimaolehantenapula.Kamutidakdapatmendengarradiosecaralangsung,tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi bunyi. Gelombang mikro Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada bendaitu.Jikamakananmenyerapradiasigelombangmikro,makamakananmenjadipanasdalam selangwaktuyangsangatsingkat.Prosesinilahyangdimanfaatkandalammicrowaveovenuntuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis. GelombangmikrojugadimanfaatkanpadapesawatRADAR(RadioDetectionandRanging)RADAR berartimencaridanmenentukanjejaksebuahbendadenganmenggunakangelombangmikro. Pesawatradarmemanfaatkansifatpemantulangelombangmikro.Karenacepatrambatglombang elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan.

Sinar Inframerah Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4cmsampai10-1cm.jikakamumemeriksaspektrumyangdihasilkanolehsebuahlampupijar dengandetektoryangdihubungkanpadamiliampermeter,makajarumampermetersedikitdiatas ujungspektrummerah.Sinaryangtidakdilihattetapidapatdideteksidiatasspektrummerahitu disebutradiasiinframerah.Sinarinfamerahdihasilkanolehelektrondalammolekul-molekulyang bergetarkarenabendadiipanaskan.Jadisetiapbendapanaspastimemancarkansinarinframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.

Cahaya tampak Cahayatampaksebagairadiasielektromagnetikyangpalingdikenalolehkitadapatdidefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4x10-7muntukcahayaviolet(ungu)sampai7x10-7muntukcahayamerah.Kegunaancahaya salahsatunyaadlahpenggunaanlaserdalamseratoptikpadabidangtelekomunikasidan kedokteran. Sinar ultravioletSinarultravioletmempunyaifrekuensidalamdaerah1015Hzsampai1016Hzataudalamdaerah panjanggelombagn10-8m10-7m.gelombanginidihasilkanolehatomdanmolekuldalamnyala listrik.Matahariadalahsumberutamayangmemancarkansinarultravioletdipermukaan bumi,lapisanozonyangadadalamlapisanatasatmosferlahyangberfungsimenyerapsinar ultravioletdan meneruskansinarultraviolet yangtidakmembahayakan kehidupanmaklukhidupdi bumi. Sinar XSinarXmempunyaifrekuensiantara10Hzsampai10Hz.panjanggelombangnyasangatpendek yaitu10cmsampai10cm.meskipunsepertiitutapisinarXmempunyaidayatembuskuat,dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm.

Sinar Gamma Sinargammamempunyaifrekuensiantara10Hzsampai10Hzataupanjanggelombangantara10 cm sampai 10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh.

CONTOH PENERAPAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI 1.Radio Radioenergiadalahbentuklevelenergielektromagnetikterendah,dengankisaranpanjang gelombang dari ribuan kilometer sampai kurang dari satu meter. Penggunaan palingbanyak adalah komunikasi,untukmenelitiluarangkasadansistemradar.Radarbergunauntukmempelajaripola cuaca,badai,membuatpeta3Dpermukaanbumi, mengukurcurahhujan,pergerakanesdidaerah kutub dan memonitor lingkungan. Panjang gelombang radar berkisar antara 0.8 100 cm.2.Microwave Panjanggelombangradiasimicrowaveberkisarantara0.3300cm.Penggunaannyaterutama dalam bidang komunikasi dan pengiriman informasi melalui ruang terbuka, memasak, dan sistem PJ aktif.PadasistemPJaktif,pulsamicrowaveditembakkankepadasebuahtargetdanrefleksinya diukuruntukmempelajarikarakteristiktarget.SebagaicontohaplikasiadalahTropicalRainfall MeasuringMissions(TRMM)MicrowaveImager(TMI),yangmengukurradiasimicrowaveyang dipancarkan dari Spektrum elektromagnetik Energi elektromagnetik atmosfer bumi untuk mengukur penguapan, kandungan air di awan dan intensitas hujan. 3.Infrared Kondisi-kondisikesehatandapatdidiagnosisdenganmenyelidikipancaraninframerahdaritubuh. Fotoinframerahkhususdisebuttermogramdigunakanuntukmendeteksimasalahsirkulasidarah, radangsendidankanker.Radiasiinframerahdapatjugadigunakandalamalarmpencuri. Seorang pencuritanpasepengetahuannyaakanmenghalangisinardanmenyembunyikanalarm. Remote controlberkomunikasidenganTVmelaluiradiasisinarinframerahyangdihasilkanolehLED(Light Emiting Diode ) yang terdapat dalam unit, sehingga kita dapat menyalakan TV dari jarak jauh dengan menggunakan remote control.

4.Ultraviolet Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat membunuh kuman-kuman penyakit kulit.

5. Sinar X SinarXinibiasadigunakandalambidangkedokteranuntukmemotretkedudukantulangdalam badanterutamauntuk menentukantulangyangpatah.AkantetapipenggunaansinarXharushati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat rusak akibat penggunaan sinar X yang terlalu lama. RUMUS RUMUS YANG LAZIM DIGUNAKAN DALAM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK Hubungan antara kuat medan listrik dg medan magnetik : Dimana: Dengan : Em, Bm = nilai max amplitudo medan listrik dan magnetikc = cepat rambat cahayaRapat energi listrik dan magnetik dinyatakan dengan : Dengan : ue = rapat energi listrik (J/m3) 0 = 8,85 x 10-12 C2 N-1m-2

E = kuat medan listrik (N/C) uB = rapat energi magnetik (J/m3) B = besar induksi magnetik (Wb/m2) 0 = 4 x 10-7 Wb/A cBEBEmm= =t) - (kx cost) - (kx coseem xm yB BE E==20 21E uec =022BuB =Intensitas GEM atau laju energi yg dipindahkan melalui GEM disebut pointing (S). Dengan intensitas rata-rata : HUBUNGAN INTENSITAS GELOMBANG DENGAN ENERGI RATA-RATA Dengan menggunakan hubungan rapat energi magnetik adalah Rapat energi total adalah Rapat energi total rata-rata adalah B x E S 01=020) ( coset kx B E EBSm m= =02m mB ES =cEB =0 01c = cdan e Bu EE c E Bu = = = = =2000 0202 202212 2/2cc 022Bu u u uB e B= = + =cB Eum m02= Intensitasgelombang(lajuenergirata2perm2)ygdipindahkanmelaluiGEMsamadgrapatenrgi rata2 dikalikan dengan cepat rambat cahaya. Dengan : I = intensitas radiasi (W/m2) S = intensitas gelombang = laju energi rata2 per m2 (W/m2) P = daya radiasi (W) A = luas permukaan (m2) Jikamediumnyaadalahruanghampamakacepatrambatgelombangelektromagnetikmemenuhi persamaan: u c S =020202 2 2 m m m mcBcE B EAPI S = = = = =u= 1 c00 c=]Keterangan: c= cepat rambat gelombang (3 X 108 m/s) ]= frekuensi gelombang(Hz) = panjang gelombang (m) III.Kesimpulan Daripembahasandiatas,dapatdisimpulkanbahwabegitubesarperanangelombang elektromagnetikyangbermanfaatdalamkehidupankitasehari-hari,tanpakitasadari keberadaannya. Spektrumelektromagnetikadalahrentangsemuaradiasielektromagnetikyangmungkin.Spektrum elektromagnetikdapatdijelaskandalampanjanggelombang,frekuensi,atautenagaperfoton. Spektrum ini secara langsung berkaitan : *Panjanggelombangdikalikandenganfrekuensiialahkecepatancahaya:300Mm/s,yaitu300 MmHz * Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1eV/GHz * Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 eVm Spektrumelektromagnetikdapatdibagidalambeberapadaerahyangterentangdarisinargamma gelombangpendekberenergitinggisampaipadagelombangmikrodangelombangradiodengan panjanggelombangsangatpanjang.Pembagianinisebenarnyatidakbegitutegasdantumbuhdari penggunaanpraktisyangsecarahistorisberasaldariberbagaimacammetodedeteksi.Biasanya dalammendeskripsikanenergispektrumelektromagnetikdinyatakandalamelektronvoltuntuk fotonberenergitinggi(diatas100eV),dalampanjanggelombanguntukenergimenengah,dan dalamfrekuensiuntukenergirendah(?=0,5mm).Istilahspektrumoptikjugamasihdigunakan secaraluasdalammerujukspektrumelektromagnetik,walaupunsebenarnyahanyamencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 700 nm)[1]. Dan beberapa contoh spektrum elektromagnetik seperti : Radar (Radio Detection And Ranging),digunakan sebagai pemancar dan penerima gelombang. Infra Merah Dihasilkan dari getaran atom dalam bahan dan dimanfaatkan untuk mempelajari struktur molekul Sinar tampak mempunyai panjang gelombang 3990 A 7800 A. Ultra ungu dimanfaatkan untuk pengenalan unsur suatu bahan dengan teknik spektroskopi. IV.Daftar Pustaka -http://aktifisika.wordpress.com/2008/11/17/gelombang-elektromagnetik/ -http://brigittalala.wordpress.com/pesan-dan-kesan-mengikuti-pree-test-fisika/gelombang-elektromagnetik/ -Supriyanto.2007.PerambatanGelombangElektromagnetik.Jakarta:DepartemenFisika-FMIPA Univeristas Indonesia -Sumarno, Joko. 2008. Fisika SMA Kelas X. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional