RINGKASAN MATERI FISIKAGELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

DISUSUN OLEH:

NUR ATIKAH TADJUDDIN (6)KELAS X-3SMAN 17 MAKASSAR2012/2013

A. Spektrum Gelombang ElektromagnetikTeori gelombang elektromagnetik pertama kali diperkenalkan oleh James Clerk Maxwell (1831-1879). Maxwell menurunkan beberapa persamaan yang berujung pada hipotesisnya mengenai gelombang elektromagnetik. Adapun gelombang elektromagnetik merupakan perambatan medan listrik dan medan magnetik yang saling tegak lurus ke segala arah. Penjalaran gelombarng elektromagnetik termasuk gelombang transversal.

Spektrum gelombang elektromagnetik tediri dari berbagai jenis gelombang yang dibedakan berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya. Frekuensi terendah atau panjang gelombang terbesar adalah gelombang radio, dan frekuensi tertinggi atau panjang gelombang terkecil adalah sinar gamma.Maxwell berhasil menghitung cepat rambat gelombang elektromagnetik. Menurut perhitungan, kecepatan merambat (C) dari gelombang ini hanya bergantung pada dua besaran yaitu permitivitas listrik o dan permeabilitas magnet o yang dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut: c = Keterangan:= permitivitas listrik medium,= permeabilitas magnetik medium di ruang hampa,= 0= 8,85 10-12 C2 /Nm2, dan= 0= 4 10-7 Wb/AmContoh soal1. Gelombang elektromagnetik dalam suatu medium memiliki kelajuan 2,8 108 m/s. Jika permitivitas medium 12,76 107 Wb/Am, tentukanlah permeabilitas maksimumnya.JawabDiketahui:c = 2,8 108 m/s = 12,76 107 Wb/Am. Maka, dengan menggunakan persamaan sebelumnya dapat ditemukan bahwa

Gelombang elektromagnet Maxwell dapat menunjukkan gejala-gejala refraksi, refleksi, difraksi, dan polarisasi seperti yang ditemui pada gelombang cahaya. Oleh karena itu, Maxwell mempunyai cukup alasan untuk menyatakan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik adalah suatu bentuk energi, umumnya dihasilkan oleh elektron-elektron yang bergetaran. Gelombang elektromagnetik dipancarkan oleh benda alam, seperti matahari serta dapat dihasilkan oleh alat buatan manusia, misalnya gelombang radio. Yang membedakan gelombang-gelombang elektromagnetik adalah panjang gelombangnya. Gelombang elektromagnetik ini memiliki spektrum yang amat lebar dari = 108 m sampai = 10-17 m.

Adapun hubungan antara frekuensi (f) dan panjang gelombang () dapat dinyatakan dengan: = Keterangan:c = Cepat rambat gelombang elektromagnetik di udaraB. Karakteristik dan penerapan tiap gelombang elektromagnetik1. Gelombang RadioGelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio dipancarkan melalui antena dan diterima juga oleh antena. Luas daerah yang hendak dicakup dan panjang gelombang yang akan dihasilkan dapat ditentukan dengan tinggi rendahnya antena. Berdasarkan lebar frekuensinya, gelombang radio dapat dibagi menjadi limka kelompok, yaitu: Low Frequency (LF), Medium Frequency (MF), High Frequency (HF), Very High Frequency (VHF), dan Ultra High Frequency (UHF).2. Gelombang MikroGelombang mikro (microwaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi (super high frequency) yaitu di atas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda tersebut. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam oven microwave untuk memasak makanan dengan cepat.3. Sinar inframerahSinar inframerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda dipanaskan. Jadi, setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Sinar ini dapat dimanfaatkan dalam bidang industri, medis, dan astronomi serta dapat dibedakan dalam tiga daerah yaitu inframerah dekat dengan rentang panjang gelombang (3 10-6 m 7,8 10-7 m), inframeah sedang dengan rentang panjang gelombang (3 10-5 m 3 10-6 m, dan inframerah jauh dengan rentang panjang gelombang (10-3 m 3 10-5 m).4. Cahaya TampakCahaya tampak merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi (dikenal) oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya tampak bervariasi bergantung pada warnanya, mulai dari panjang gelombang 4 107 m untuk cahaya ungu sampai 7 107 m untuk cahaya merah.5. Sinar ultravioletSinar ultraviolet atau UV mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz. Sinar ultraviolet dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari merupakan sumber utama UV di permukaan bumi. Sinar ultraviolet diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat membunuh kuman-kuman penyakit.6. Sinar XSinar X mempunyai frekuensi antara 1016 Hz sampai 1020 Hz atau panjang gelombang 10-10 cm sampai 106 cm. Karena panjang gelombangnya sangat pendek, maka sinar X memiliki daya tembus yang kuat. Daya tembusnya bergantung pada frekuensi, makin tinggi frekuensi makin kuat daya tembusnya. Sinar X dapat dimanfaatkan pada instrument Rontgen dan Difraktometer sinar X.7. Sinar GammaSinar gamma memiliki daya tembus yang paling besar, mampu menembus pelat besi setebal beberapa sentimeter. Sinar ini dihasilkan oleh inti radioaktif selama reaksi nuklir tertentu sedang berlangsung. Sinar gamma digunakan untuk membunuh sel-sel kanker dan mensterilkan peralatan rumah sakit.

Soal dan Pembahasannya1. Termasuk dalam gelombang apakah gelombang elektromagnetik? Jelaskan.Jawab:Termasuk dalam gelombang transversal yang tidak memerlukan medium rambat sehingga dapat merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan c = 3 108 m/s yang sama dengan kecepatan cahaya.2. Tuliskanlah hipotesis Maxwell!Jawab:Apabila perubahan magnetik dapat menimbulkan medan listrik, maka sebaliknya perubahan medan listrik pun akan dapat menimbulkan medan magnetik.3. Mengapa cahaya dapat merambat melalui vakum sedangkan bunyi tidak?Jawab:Karena cahaya termasuk dalam gelombang elektromagnetik yang dapat merambat dalam vakum sedangkan bunyi termasuk dalam gelombang mekanik yaitu gelombang yang memerlukan medium agar dapat merambat.4. Mengapa cahaya dapat mengalami polarisasi sedangkan bunyi tidak?Jawab:Karena, cahaya termasuk gelombang transversal karena arah getarannya (medan listrik dan medan magnetik) tegak lurus terhadap arah rambatnya. Sedangkan bunyi termasukgelombang longitudinal karena arah getarannya sejajar dengan arah rambatnya. Peristiwa polarisasi hanya dialami oleh gelombang transversal.5. Apakah yang dimaksud dengan gelombang AM dan gelombang FM?Jawab:Jika yang diproses dalam modulator (alat untuk mengubah amplitude,frekuensi, dan sebagainya) adalah amplitudo dari getaran-getaran pembawa dan getaran listrik suara, maka gelombang yang dihasilkan adalah gelombang AM. Sedangkan papabila yang diproses dalam modulator adalah frekuensi dari getaran-getaran pembawa dan getaran listrik suara, maka gelombang radio yang dihasilkan adalah gelombang FM.6. Tentukan rentang panjang gelombang (dalam vakum) untuk cahaya tampak yang memiliki rentang frekuensi antara 4,0 1014 Hz (cahaya merah) dan 7,9 1014 Hz (cahaya ungu). Nyatakan jawaban Anda dalam nanometer.Jawab:c = f maka = dengan c = 3,0 108 m/sUntuk f1 = 4,0 1014 Hz 1 = = 7,5 10-7 m = 750 nmUntuk f2 = 7,9 1014 Hz 2 = = 3,8 10-7 m = 380 nmJadi, rentang panjang gelombang adalah 380 nm sampai dengan 750 nm.7. Tuliskanlah sifat-sifat dari gelombang elektromagnetik.Jawab:a) Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang samab) Arah medan listrik dan medan magnetic saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombangc) Seperti apa yang dikemukakan pada poin (b), maka gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversald) Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi, juga dapat mengalami polarisasi karena termasuk gelombang transversale) Besar medan listrik dan medan magnetik berbanding lurus satu sama lain (hubungannya adalah E = c B)f) Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya. Cepat rambat gelombang elektromagnetik dalam vakum merupakan suatu tetapan umum (universal) dan nilainya adalah 3,0 108 m/sg) Tidak disimpangkan dalam medan listrik maupun medan magnetik karena gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan listrik.8. Tuliskanlah jenis pancaran sinar apakah yang: a. Dapat ditangkap oleh matab. Dapat merusak retina.Jawab:a. Cahaya Tampakb. Sinar Ultra ungu9. Radiasi apakah yang digunakan pada unit remote control?Jawab:Radiasi sinar inframerah10. a. Apakah yang dimaksud dengan RADAR?b. Suatu gelombang radar dipancarkan ke arah pesawat terbang di angkasa. Gelombang pantulannya diterima kembali setelah selang waktu 0,4 milisekon. Tentukan jarak pesawat tersebut.Jawab:a. RADAR atau Radio Detection and Ranging berarti mencari dan menentukan jarak benda dengan menggunakan gelombang mikro (frekuensi sekitar 1010 Hz). Jarakk pesawat dari radio dapat ditentukan dengan persamaan:s = Angka pembagi 2 muncul karena pulsa gelombang mikro harus menempuh jarak s pergi-pulangb. Dik: = 0,4 ms = 4,0 10-4 sc = 3,0 108 m/ss = = = = 6 104 m11. Kedalaman laut diukur dengan mengirim gelombang mikro sampai ke dasar laut. Ternyata pulsa pantul muncul setelah 4,0 s. Tentukan kedalaman laut tersebut.Jawab:Dik: = 4,0 s = 4,0 10-6 s c = 3,0 108 m/ss = = 600 m12. Jelaskanlah apa pentingnya ionosfer dalam komunikasi radio.Jawab:Lapisan ionosfer dapat memantulkan gelombang radio MF (Medium Frequency) dan HF (High Frequency), sehingga kedua gelombang radio ini dapat mencapai tempat yang jauh dari pemancarnya. Dengan demikian, gelombang radio MF dan LF dapat digunakan untuk komunikasi jarak jauh.13. Tuliskanlah jenis gelombang radio yang diteruskan, diserap, dan dipantulkan oleh ionosfer.Jawab:Gelombang VHF dan UHF adalah gelombang yang diteruskan , LF diserap, adapun hanya jenis gelombang MF dan HF yang dipantulkan oleh ionosfer.14. Jelaskanlah bagaimana cara kerja microwave memanaskan atau memasak makanan.Jawab:Mikrowave memasak makanan dengan cara memancarkan gelombang mikro pada makanan agar diserap oleh makanan. Sehingga makanan tersebut dapat masak dalam waktu singkat akibat besarnya pertambahan energi kalor yang diserap oleh makanan dari gelombang mikro.15. Radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang 12 m adalah radiasi infra merah. Tentukanlah frekuensinya.Jawab:Dik: = 12m = 12 10-6f = = = 2,5 1013 Hz16. Apakah manfaat sinar ultraviolet yang dipancarkan matahari pada pagi hari bagi tubuh kita?Jawab:Sinar ultraviolet tersebut bermanfaat untuk merangsang badan kita agar menghasilkan vitamin D yang kita perlukan untuk tulang yang sehat.17. Bagaimana cara memproduksi sinar-X untuk penggunaan sehari-hariJawab:Dengan cara menumbukkan elektron dengan kecepatan tinggi pada logam.18. Berkas sinar-X yang dihasilkan dalam suatu mesin sinar-X memiliki panjang gelombang 2,1 nm. Berapakah frekuensi sinar-X ini?Jawab:Panjang gelombang = 2,1 10-9 mc = 3,0 108 m/sf = = = 1,4 1017 Hz.19. Oleh apakah sinar gamma dihasilkan?Jawab:Sinar gamma dihasilkan oleh inti radioaktif selama reaksi nuklir tertentu sedang berlangsung20. Mengapa sinar gamma memiliki daya tembus yang paling kuat dalam rentang spektrum gelombang elektromagnetik?Jawab:Karena sinar gamma memiliki frekuensi yang paling tinggi yaitu 1020 1025 Hz pada spektrum gelombang elektromagnetik.