Gelombang elektromagnet

Apa itu Gelombang ? Gelombang adalah getaran yang merambat Apakah dalam perambatannya perlu medium/zat perantara ? Tidak harus ! Berdasarkan ada/tidak adanya medium : 1. Gelombang Mekanik perlu medium 2. Gelombang Elektromagnetik

MACAM GELOMBANG Gelombang Elektromagnetik Tidak memerlukan medium untuk menjalar Persamaan Maxwell Gelombang transversal Gelombang Mekanik Memerlukan medium untuk menjalar Persamaan Newton Gelombang longitudinal dan transversal 3

Gelombang adalah osilasi yang merambat. Contohnya: Gelombang air adalah perambatan osilasi permukaan air. Gelombang tali adalah perambatan osilasi bagian tali. Gelombang bunyi di udara adalah perambatan osilasi molekul-molekul gas di udara. Gelombang elektromagnetik adalah perambatan osilasi medan listrik dan medan magnet. Dapat merambat walau tanpa medium

BAGAIMANA GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK TERJADI? Keberadaan gelombang elektromagnetik didasarkan pada hipotesis Maxwell (James Clark Maxwell) : “Jika medan magnet dapat menimbulkan medan listrik, maka sebaliknya, perubahan medan listrik dapat menyebabkan medan magnet.”

Beberapa Percobaan Gelombang Elektromagnetik Percobaan Oersted yang berhasil membuktikan : arus listrik dalam konduktor menghasilkan medan magnet disekitarnya (jarum kompas menyimpang bila di dekatkan pada kawat yang dialiri arus listrik) Percobaan Faraday yang berhasil membuktikan batang konduktor yang menghasilkan GGL induksi pada kedua ujungnya bila memotong medan magnet Percobaan Faraday yang menunjukkan perubahan fluks magnetik pada kumparan menghasilkan arus induksi dalam kumparan tersebut

Didasarkan pada penemuan Faraday “Perubahan Fluks magnetik dapat menimbulkan medan listrik” dan arus pergeseran yang sudah dihipotesakan Maxwell sebelumnya, maka Maxwell mengajukan suatu hipotesa baru : “Jika perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka perubahan Fluks listrik juga harus dapat menimbulkan medan magnet” Hipotesa ini dikenal dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet.

Bila Hipotesa Maxwell benar, konsekuensinya perubahan medan listrik akan mengakibatkan medan magnet yang juga berubah serta sebaliknya dan keadaan ini akan terus berulang. Medan magnet atau medan listrik yang muncul akibat perubahan medan listrik atau medan magnet sebelumnya akan bergerak (merambat) menjauhi tempat awal kejadian. Perambatan medan listrik dan medan magnet inilah yang disebut sebagai gelombang elektromagnetik. E B Ilustrasi perambatan gem Arah rambatan

Kebenaran Hipotesa Maxwell tentang adanya gelombang elektromagnetik pada akhirnya dibuktikan oleh “Heinrich Hertz” Heinrich menemukan cara menghasilkan gelombang radio dan menentukan kelajuannya

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang tanpa medium merupakan gelombang transversal tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi), pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi) Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersamaan, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan berbanding lurus 

Gelombang elektromagnetik merupakan jenis gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Di dalam ruang hampa gelombang elektromagnetik menjalar dengan kecepatan 3x108m/s, yaitu sama dengan kecepatan cahaya. Sumbernya yaitu akibat gerakan muatan listrik. Gelombang elektromagnetik mempunyai dua komponen, yaitu medan listrik E dan medan magnet B. Kedua medan ini saling tegak lurus arah perambatannya, sehingga gelombang elektromagnetik termasuk dalam jenis gelombang transversal. Persamaan gelombang medan listrik: Persamaan gelombang magnetnya :

Dimana kecepatan gelombangnya Spektrum gelombang elektromagnetik berkisar antara 102 Hz hingga 1023 Hz. Beberapa contoh gelombang elektromagnetik : Gelombang Radio Frekuensi berkisar antara beberapa Hertz hingga 109 Hz. Sedangkan energi fotonnya berkisar dari hampir 0 - 10-5 eV, digunakan pada televisi dan pemancar radio. b) Gelombang Mikro Daerah frekuensi berkisar antara 109 Hz – 3x1011 Hz dan 10-3 < λ < 10-1 m. Energi fotonnya berkisar 10-5 eV- 10-3 eV, digunakan pada radar dan sistem komunikasi. Daerah gelombang mikro juga disebut sebagai UHF (Ultra Frequency Relative to Radio Frequency) c) Gelombang Inframerah Daerah frekuensi berkisar antara 3x1011 Hz. Energi fotonnya berkisar dari 10-3 eV-1,6 eV. Digunakan dalam bidang industri, kedokteran, dan astronomi.

d) Cahaya Tampak Daerah frekuensinya sama dengan frekuensi sensitif retina mata manusia, yaitu 4x1014 Hz - 8x1014 Hz, Energi fotonnya berkisar dari 1,6 eV – 3,2 eV e) Ultraviolet Daerah frekuensinya berkisar antara 8x1014 Hz - 3x1017 Hz, Energi fotonnya berkisar dari 3 eV – 2x103 eV, energi ini berhubungan dengan efek kimia pada mahluk hidup. f) Sinar-X Daerah frekuensinya berkisar antara 3x1017 Hz -5x1019 Hz. Energi fotonnya berkisar dari 1,2x103 eV- 2x103 eV. Sumber sinar-X adalah Bremsstrahlung atau perlambatan radiasi dalam atom. Biasa digunakan dalam bidang kedokteran. g) Sinar Gamma Daerah frekuensinya berkisar antara 3x1018 Hz -5x1022 Hz. Energi fotonnya berkisar dari 104 eV- 10-7 eV, energi ini berhubungan dengan proses nuklir.

laju perambatan gelombang elektromagnetik adalah ( dalam ruang Hampa) c = 2,997 924 58 × 108 m/s Hubungan antara laju, frekuensi, dan panjang gelombang diberikan oleh

2. Energi dalam GEM Hubungan antara kuat medan listrik dg medan magnetik : Dimana : Dengan : Em, Bm = nilai max amplitudo medan listrik dan magnetik c = cepat rambat cahaya

3. Rapat Energi Listrik dan Magnetik Rapat energi listrik dan magnetik dinyatakan dengan : Dengan : ue = rapat energi listrik (J/m3) ε0 = 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) μ0 = 4π x 10-7 Wb/A

4. Intensitas GEM 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 dan rapat energi magnetik adalah Rapat energi total adalah

Rapat energi total rata-rata adalah Intensitas gelombang (laju energi rata2 per m2) yg dipindahkan melalui GEM sama dg rapat enrgi 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)

Contoh: Gelombang elektromagnetik mempunyai amplitudo medan E = 500 V/m.Berapa amplitude medan magnetiknya? Penyelesaian:

PERSAMAAN MAXWELL

RUANG HAMPA

Hukum Gauss Untuk Listrik Hukum Gauss Untuk Kemagnetan Hukum induksi Faraday Hukum Ampere

Suatu GEM dalam vakum memiliki amplitudo medan listrik 360 V/m Suatu GEM dalam vakum memiliki amplitudo medan listrik 360 V/m. Hitunglah amplitudo medan magnetiknya? Medan listrik maksimum suatu gelombang elektromagnetdi suatu tempat adalah 200 N/C. Cepat rambat gelom-bang elektromagnetik dalam ruang hampa 3 x 106 m/s dan permitivitas listrik untuk ruang hampa 8,85 x 10-12C/Nm2. Hitung laju energi rata-rata tiap satuan luas gelombang elektromagnetik! Medan listrik dalam suatu gelombang elektromagnetik dapat dinyatakandengan persamaan gelombang berjalan: Ey = 100 sin (107x - wt) (dalam SI).Tentukan amplitude dari medan magnetik yang terkait, panjang gelombangserta frekuensinya! Sebuah sumber titik dari radiasi EM memiliki daya rata2 keluaran P = 1000 W. Tentukan : Amplitudo max medan listrik Em dan medan magnetik Bm pada titik yg berjarak r = 4 m dari sumber radiasi Rapat energi rata-rata pada titik yg berjarak r = 4 m dari sumber radiasi Sebuah sumber cahaya monokromatik memancarkan daya EM 250 W merata ke segala arah. Hitung rapat energi listrik rata-rata pada jarak 1 m dari sumber Hitung rapat energi magnetik rata-rata pada jarak 1 m dari sumber Tentukan intensitas gelombang pada lokasi tsb