RINGKASAN MATERI FISIKA

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

DISUSUN OLEH:

NUR ATIKAH TADJUDDIN (6)

KELAS X-3

SMAN 17 MAKASSAR

2012/2013

A. Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Teori 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 εo dan permeabilitas magnet μo yang dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut:

c = 1

√𝜇𝜀

Keterangan:

ℇ= permitivitas listrik medium,

µ= permeabilitas magnetik medium di ruang hampa,

ℇ= ℇ0= 8,85 × 10-12 C2 /Nm2, dan

µ= µ0= 4π× 10-7 Wb/Am

Contoh soal

1. Gelombang elektromagnetik dalam suatu medium memiliki kelajuan 2,8 × 108 m/s. Jika permitivitas

medium 12,76 × 10–7 Wb/Am, tentukanlah permeabilitas maksimumnya.

Jawab

Diketahui: c = 2,8 × 108 m/s

ε = 12,76 × 10–7 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 λ = 108 m sampai λ = 10-17 m.

Adapun hubungan antara frekuensi (f) dan panjang gelombang (λ) dapat dinyatakan dengan:

λ = 𝑐

𝑓

Keterangan: c = Cepat rambat gelombang elektromagnetik di udara

B. Karakteristik dan penerapan tiap gelombang elektromagnetik

1. Gelombang Radio

Gelombang 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 Mikro

Gelombang 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 inframerah

Sinar 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 Tampak

Cahaya 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 ultraviolet

Sinar 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 X

Sinar 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 Gamma

Sinar 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 Pembahasannya

1. 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 = λf maka λ = 𝑐

𝑓 dengan c = 3,0 × 108 m/s

Untuk f1 = 4,0 × 1014 Hz → λ1 = 3,0 × 108

4,0 ×1014

= 7,5 × 10-7 m = 750 nm

Untuk f2 = 7,9 × 1014 Hz → λ2 = 3,0 × 108

7,9 ×1014

= 3,8 × 10-7 m = 380 nm

Jadi, 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 sama

b) Arah medan listrik dan medan magnetic saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap

arah rambat gelombang

c) Seperti apa yang dikemukakan pada poin (b), maka gelombang elektromagnetik termasuk

gelombang transversal

d) Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa

pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi, juga dapat mengalami polarisasi karena

termasuk gelombang transversal

e) 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/s

g) 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 mata

b. Dapat merusak retina.

Jawab:

a. Cahaya Tampak

b. Sinar Ultra ungu

9. Radiasi apakah yang digunakan pada unit remote control?

Jawab:

Radiasi sinar inframerah

10. 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 = 𝑐 × ∆𝑡

2

Angka pembagi 2 muncul karena pulsa gelombang mikro harus menempuh jarak s pergi-pulang

b. Dik: ∆𝑡 = 0,4 ms = 4,0 × 10-4 s

c = 3,0 × 108 m/s

s = 𝑐 × ∆𝑡

2

= (3,0 × 108) ×(4,0 × 10−4)

2

= 1,2 × 105

2

= 6 × 104 m

11. Kedalaman laut diukur dengan mengirim gelombang mikro sampai ke dasar laut. Ternyata pulsa

pantul muncul setelah 4,0 µs. Tentukan kedalaman laut tersebut.

Jawab:

Dik: ∆𝑡 = 4,0 µs = 4,0 × 10-6 s

c = 3,0 × 108 m/s

s = (3,0 × 108) × (4,0 × 10−6)

2

= 600 m

12. 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 µm adalah radiasi infra merah. Tentukanlah

frekuensinya.

Jawab:

Dik: λ = 12µm = 12 × 10-6

f = 𝑐

λ

= 3,0 × 108

12 × 10−6

= 2,5 × 1013 Hz

16. 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-hari

Jawab:

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 λ = 2,1 × 10-9 m

c = 3,0 × 108 m/s

f = 𝑐

λ

= 3,0 × 108

2,1 × 10−9 = 1,4 × 1017 Hz.

19. Oleh apakah sinar gamma dihasilkan?

Jawab:

Sinar gamma dihasilkan oleh inti radioaktif selama reaksi nuklir tertentu sedang berlangsung

20. 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.