Gelombang ElektromagnetikGelombang elektromagnetik timbul dari getaran medan listrik dan medan magnet secara bersamaan. GEM merambat tegak lurus dengan arah perambatan medan listrik dan medan magnet yang memicunya. Karenanya GEM disebut gelombang transversal. Arah getar medan listrik selalu tegak lurus arah getar medan magnet.

Sesuatu yang bergetar pasti memiliki frekuensi. Sama hal, dengan medan listrik dan medan magnet yang bergetar memiliki frekuensi tertentu, sehingga gelombang elektromagnetik pun memiliki frekuensi. Berdasarkan frekuensi getar medan listrik, gelombang elektromagnetik dibedakan kedalam beberapa spektrum mulai frekuensi terbesar sinar gamma sampai frekuensi terlemah gelombang radio. Secara lengkap spektrum gelombang elktromagnetik terlihat seperti pada gambar dibawah ini:

Gambar 1

Medan listrik atau medan magnet yang bergetar pasti mempunayai laju. Artinya gelombang elektromagnetik pun mempunyai laju. Laju gelombang elektromagnetik dalam setiap medium berbeda, dipengaruhi oleh jenis medium. Di ruang vakum laju gelombang elektromagnetik sama dengan laju cahaya yaitu ≈ 3.108 m/s. Hal ini menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik sama seperti sifat yang dimiliki cahaya. Sifat-sifat tersebut yaitu:

Mengalami pemantulan (refleksi) Mengalami pembiasan (refraksi) Mengalami perpaduan (interferensi) Mengalami pelenturan (difraksi) Mengalami polarisasi

semua sifat diatas dapat ditunjukkan gejalanya oleh cahaya tampak, karena cahaya tampak merupakan contoh dari gelombang elektromagnetik.

Soal tes Formatif1. Apa yangdimaksud dengan GEM?2. Sebutkan apa pernyataan teori Maxwell?3. Jelaskan apa yang kamu ketahui tentang percobaan Hertz?4. Diketahui nilai panjang gelombang suatu GEM adalah 430 nm. Tentukan berapa frekuensinya?5. Sebutkan jenis-jenis GEM diurutkan dari yag panjang gelombangnya paling besar?

LKS TUGAS PEMBELAJARANGELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

I. Masalah

Setiap hari kalian menyaksikan siaran televisi. Informasi yang diterima televisi berasal dari stasiun televisi. Proses pengiriman informasi (musik, video) dari stasiun televisi menggunakan gelombang pembawa. Pertama, informasi diubah kedalam bentuk getaran listrik dengan frekuensi tertentu. Kedua, getaran tersebut dibawa oleh gelombang pembawa sehingga menjadi gelombang total (getaran listrik dan pembawa). Terakhir, frekuensi gelombang total tersebut kemudian ditala atau diselaraskan dengan frekuensi penerima (receiver) yang dipunyai televisi. Pada akhirnya televisi akan menerima informasi yang sama dengan stasiun televisi. Permasalahnya:Jenis gelombang apa yang dipancarkan oleh stasiun televisi ?Seandainya tidak ada udara (medium), dapatkah gelombang ini merambat?Berapa panjang gelombang, gelombang ini?Sifat apa saja yang dimiliki gelombang ini?

II. Tujuan Demontrasi

Menjelaskan konsep, spektrum dan sifat-sifat gelombang elektromagnetik.

III. Alat dan Bahan

1. Lampu senter 2. Gelas ukur 3. Cermin4. Kisi celah ganda 5. Alumunium foil 6. Lampu pijar7. kabel 8. Laser pointer 9. Kit optik

IV. Langkah Kerja dan Pertanyaan

Spektrum gelombang elektromagnetik

Perhatikan gambar di samping:Gambar menunjukkan alat-alat yang dapat meradiasikan spektrum gelombang elektromagnetik dan kegunaan dari spektrum gelombang elektromagnetik tertentu. Lengkapilah tabel dibawah ini dengan mengisikan spektrum apa yang dipancarkan dan tuliskan berapa frekuensi tiap spektrum.

Gambar 1

Laju (v) gelombang elektromagnetik di vakum adalah 3. 108 ms-1. Dengan menggunakan persamaan λ = v/f, hitunglah besar panjang gelombang tiap spektrum.

No No GambarSpektrum

GEMFrekuensi

Panjang gelombang

( λ = v/f)

1

2

3

4

5

6

7

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik

Untuk memahami sifat-sifat gelombang elektromgantik, perhatikan demontrasi yang dilakukan teman kalian. Tulis gejala yang terjadi pada tabel dibawah ini sesuai dengan gejala yang teramati.

1. Seorang siswa menyalakan lampu senter. Kemudian menyorotkan tegak lurus pada lempengan besi dan menempatkan layar di belakang lampu senter. Amatilah apa yang terjadi pada cahaya lampu senter.

NoSifat-sifat gelombang elektromagnetik

Gejala Penjelasan

1

2. Seorang siwa menyalakan lampu senter. Kemudian menyorotkan 45o terhadap normal permukaan air dalam gelas ukur. Amatilah apa yang terjadi pada berkas cahaya lampu senter ketika memasuki medium air?

NoSifat-sifat gelombang elektromagnetik

Difraksi

Gejala Penjelasan

2

3. Seorang siswa menyalakan lampu pada kit optik. Atur posisi sejauh 2-3 meter dari lampu kit optik. Lihatlah lampu kit optik dengan menggunakan kisi yang tersedia, denga menutup mata sebelah. Amatilah apa yang terjadi pada cahaya lampu?

NoSifat-sifat gelombang elektromagnetik

Gejala Penjelasan

3

4. Seorang siswa menyalakan lampu pada kit optik. Atur posisi sejauh celah ganda sejauh 1meter dari lampu dan tempatkan layar pada posisi 1-2 meter dari celah. Amatilah apa yang tampak pada layar?

NoSifat-sifat gelombang elektromagnetik

Gejala Penjelasan

4

5. Bacalah tulisan di bawah ini dan jawab pertanyaan yang diberikan:Untuk memahami salah satu sifat gelombang elektromagnetik dapat dilakukan percobaan dengan menggunakan alat gelombang 3 cm. Alat gelombang 3 cm terdiri dari sebuah pemancar (transmiter) gelombang elektromagnetik dan sebuah penerima (receiver). Prosedur percobaan yang dilakukan adalah sebagai berikut:

Gambar 2

Pada keadaan awal transmiter dan receiver di onkan dan ditempatkan pada jarak 10 cm. Pada keadaan tersebut receiver dapat menerima intensitas gelombang awal. Kemudian diantara transmiter dan receiver ditempatkan kisi 1 (kisi terbuat dari besi) seperti pada gambar 2 dan receiver menerima intensitas gelombang yang berkurang dari intensitas awal. Kemudian kisi 2 ditempatkan setelah kisi 1, receiver masih menerima intensitas gelombang yang sama ketika kisi 1 ditempatkan. Dan ketika kisi 3 ditempakan setelah kisi dua dengan dengan keadaan kisi diputar 90o, receiver tidak dapat mendeteksi intensitas gelombang yang dipancarkan transmiter. Pertanyaan: Sifat gelombang elektromgnetik apa, yang ditunjukkan dalam bacaan di

atas? Dari bacaan diatas apa yang dapat kalian simpulkan mengenai jenis

gelombang elektromagnetik menurut arah getar dan rambat gelombang?

V. Tugas dan pertanyaan

Konsep gelombang elektromagnetik1. Berdasarkan rentang frekuensi dan panjang gelombang, ada

berapa jenis spektrum gelombang elektromagnetik?2. Coba jelaskan apa yang dimaksud spektrum gelombang

elektromagnetik?3. Jika frekuensi gelombang elektromagnetik semakin kecil,

bagaimana dengan panjang gelombang elektromagnetik?4. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal,

apa artinya?5. Gambar dibawah ini menunjukkan gambar medan listrik dan

medan magnet gelombang elektromagnetik.

3.a. Kemanakah arah medan listrik?3.b. Kemanakah arah medan magnet?3.c. Kemanakah arah rambat medan listrik dan medan magnet?

6. Matahari meradiasikan gelombang elektromagnetik, apa jenis spektrum gelombang elektromagnetik yang diradiasikannya?

7. Di vakum, semua spektrum gelombang elektromagnetik memiliki laju yang sama. Jika gelombang elektromagnetik merambat di air, apakah memiliki laju yang sama dengan di vakum? Jelaskan

8. Sifat apa saja yang dimiliki oleh gelombang elektromagnetik?9. Jelaskan apa yang dimaksud refraksi gelombang

elektromagnetik?10. Jelaskan apa yang dimaksud interferensi gelombang

elektromagnetik?11. Jelaskan, apa yang dimaksud difraksi gelombang

elektromagnetik?12. Jelaskan, apa yang dimaksud polarisasi gelombang

elektromgnetik?13. Bagaimana cara membuat gelombang elektromagnetik?

Aplikasi Gelombang ElektromagnetikGelombang elektromagnetik memiliki aplikasi yang sangat banyak dalam kehidupan sehari-hari umat manusia. Di bawah ini beberapa contoh aplikasi gelombang elektromagnetik yaitu:

No Spektrum GEM

Aplikasi

1 Sinar gamma Alarm pendeteksi kebakaran Sebagai pemeriksa cacat logam

2 Sinar-X

Sebagai pemeriksa cacat logam Sebagai pemeriksa bagian dalam tubuh

manusia Alat pendeteksi barang bawaan di

bandara

3 Sinar Ultraviolet

Alat pembunuh bakteri dan virus. Penstimulus vitamin D di tubuh manusia

4 Cahaya tampak

Alat bedah Sebagai pembawa informasi dalam

serat optik Sterilisasi alat-alat kedokteran

5 Sinar inframerah

Alat pencitra bumi Sebagai termogran Alat pengering cat kendaraaan

6 Gelombang Mikro

Microwave oven Microwave television dan radar

7 Gelombang radio

Penyamapai informasi pada TV dan radio

Salah satu aplikasi yang paling berguna dalam bidang komunikasi adalah penggunaan gelombang radio. Gelombang radio dapat dikelompokan menurut frekuensi dan panjang gelombang yaitu:

Lebar frekuensi Panjang gelombang PenggunaanLow 30kHz-300 kHz

Long wave 1500 m

Radio gelombang panjang.Komunikasi jarak jauh

Medium300 kHz-3 MHz

Medium Mave300 m

Gelombang medium lokalRadio jarak jauh

High3 MHz-30 MHz

Short Wave30 m

Radio Gelombang pendekRadio Amatir

Very High30 MHz-300 MHz

Very Short Wave3 m

Radio FM dan polisiPelayanan Darurat

Ultra High300 MHz-3GHz

Ultra Short Wave30 cm

TV

Super High> 3 GHz

MicroWave3 cm

Radar, Komunikasi satelitTelepon dan saluran TV

Proses pengiriman informasi (musik,berita, video) dapat dilakukan dengan proses modulasi gelombang informasi. Awalnya informasi diubah ke alam bentuk getaran listrik, kemudian dimodulasi oleh gelombang radio sehingga terbentuk gelombang termodulasi. Jika yang diproses amplitudo gelombang maka ternentuk gelombang AM, jika yang diproses frekuensi gelombang maka terbentuk gelombang FM. Kedua proses diatas dapat ditunjukkan sebagai berikut:

Gambar 1

Gelombang AM mempunyai jangkauan lebih jauh. Hal ini disebabkan gelombang radio yang digunakan jenis medium, yang lebih mudah mengalami pemantulan oleh lapisan ionesfer bumi. Gelombang FM memiliki jangkauan yang lebih pendek, tetapi kualitas informasi yang diterima lebih jelas. Hal ini di sebabkan gelombang radio yang digunakan adalah jenis VHF (short wave) yang tidak mengalami pemantulan oleh ionosfer.

SOAL TES FORMATIF

1. Jelaskan perbedaan sistem komunikasi AM dan FM! Termasuk sistem apakah pemancar televisi?

2. Tentukan panjang gelombang radar yang dibangkitkan dengan frekuensi 12,50 Hz!

3. Saebuah bsistem radar mengirimkan pulsa gelombang pada objek pesawat terbang ternyata pulsa tersebut diterima kembali 5 ms kemudian. Tentukan jarak pesawat terbang tersebut dari pemancar radar.

4. seseorang mengukur kedalaman laut dengan dengan menggunakan pesawat radar dan mengirimkan pulsa gelombang ke dasar laut 2 ..s kemudian pantulan pulsa diterima kembali. Tentukan:

a. Kedalaman laut tersebut;b. Lama pulsa gelombang akan diterima kembali jika kedalaman laut 720 km!

5. Misalkan anda sedang menonton televisi. Ketika sebuah pesawat terbang melintas rendah di dekat rumah anda , anda akan menyaksikan bayangan kedip-kedip dalam gambar di layar televisi anda. Apakah yang terjadi? Berikan alasan anda!

LKS TUGAS PEMBELAJARANAPLIKASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

III. Masalah

Salah satu aplikasi gelombang elektromagnetik adalah proses penyampaian informasi pada radio. Di rumah kalian tentu mempunyai radio. Pada bagian radio, ada bagian tertentu tempat memilih frekuensi tertentu yang disebut tuning. Di bagian lain, ada bagian yang sering bertuliskan FM dan AM dengan deretan frekeunsi menyertai FM dan AM.

i. Berapa Hz kisaran frekuensi untuk FM dan AM?ii. Bagaimana proses penyampaian informasi melalui sistem FM dan AM?iii. FM atau AM kah yang menghasilkan informasi dengan kualitas yang

baik? Jelaskaniv. Apa kelebihan dan kekeurangan sistem AM dan FM

IV. Tujuan Pembelajaran

Memahami aplikasi gelombang elektromagnetik di bidang kominikasi, industri dan kesehatan.

III. Sumber Belajar

2. Buku paket fisika3. Gambar aplikasi GEM 4. Radio

IV. Tugas kerja kelompok

1. Dibawah ini disajikan beberapa spektrum gelombang elektromagnetik tertentu. Dengan melihat buku paket fisika, lengkapilah tabel dibawah ini dengan mengisikan aplikasi untuk setiap spektrum gelombang elektromagnetik.

No

Spektrum SumberAplikasi

Komunikasi Industri Kesehatan

1Sinar

Gamma

2 Sinar-X

3Sinar

ultrviolet

4Cahaya tampak

No

Spektrum SumberAplikasi

Komunikasi Industri Kesehatan

5Sinar

inframerah

6 Gelombang mikro

7Gelombang

radio

2. Gelombang radio terbagi kedalam beberapa frekuensi yang berbeda-beda. Setiap kisaran frekeunsi tetentu mempunyai aplikasi dalam bidang komunikasi. Dengan melihat buku paket fisika, isilah tabel sesuai dengan jenis-jenis gelombang radio dan aplikasinya

NoKisaran

FrekuensiPanjang

gelombangAplikasi Di bidang Komunikasi

1

2

3

4

5

6

3. Bacalah bacaan dibawah ini untuk memahami proses penyampaian informasi audio dan video pada radio dan TV melalui sistem AM dan FM

Radio dan TelevisiProses pengiriman informasi (kata-kata atau musik) oleh stasiun radio ditunjukkan pada gambar 1

dibawah ini.

Gambar 1 . Diagram blok pemancar radio

Informasi suara diubah menjadi sinyal listrik dengan frekuensi yang sama, katakanlah, mikrofon atau hade tape recorder. Sinyal listrik ini dinamakan sinyal frekuensi audio, karena rekuensinya berada berada dalam interval audio (20 hingga 20.000 Hz). sinyal ini diperkuat secara elektronis dan sinyal ini dicampur dengan sinyal frekuensi radio (RF). Frekuensi RF ini ditentukan oleh rangkaian tertentu dalam rangkaian resonansi dan dipilih sedemikian rupa hingga menghasilkan frekuensi khas dari setiap stasiun, dinamakan frekuensi pembawa (carrier). Stasiun radio AM menggunakan frekuensi pembawa dari 530 kHz hingga 1600 kHz. Sebagai contoh ”Anda terpantau di 710” menunjukan stsiun yang menggunakan frekuensi pembawa 710 kHz. Radio FM menggunakan frekuensi pembawa yang jauh lebih tinggi, antara 88 MHz dan 108 MHz. Frekuensi pembawa pada stasiun TV di Amerika Serikat antara 54 dan 88 MHz untuk kanal 2 hingga 6, dan antara 174 dan 216 MHz untuk kanal 7 hingga 13; stasiun UHF (ultra-high frequency) menggunakan frekuensi pembawa yang lebih tinggi, antara 470 dan 890 MHz.

Pencampuran frekuensi audio dan pembawa dilakukan dengan dua cara. pada modulasi amplitudo (AM), amplitudo gelombang pembawa yang lebih tinggi dibuat bervariasi mengikuti sinyal audio seperti ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Modulasi amplitude Gambar 3. Modulasi frekuensi

ini dinamakan modulasi amplitudo karena ampliyudo pembawa diubah. Pada modulasi frekuensi (FM) frekuensi gelombang pembawa diubah-ubah mengikuti sinyal audio seperti pada gambar 3. Sinyal campuran tersebut kemudian diperkuat dan dikirim keantena dimana campuran komplek dari frekuensi-frekuensi dikirim keluar dalam bentuk gelombang elektromagnetik.Pemancar televisi bekerja dengan cara yang sama, menggunakan modulasi frekuensi, tapi yang dicampur dengan frekuensi pembawa adalah sinyal audio dan video.

Sekarang dapat dilihat bagaimana ujung lain dari proses ini, yaitu penerimaan siaran radio dan televisi di rumah. sebuah penerima radio sederhana diganbarkan seperti gambar 4.

Gambar 4. Diagram Blok Radio penerima

Gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh seluruh stasiun diterima oleh antena. salah satu jenis antena memiliki satu atau lebih batang penghantar. Medan listrik yang terdapat dalam gelombang elektromagnetik memebrikan gaya pada elektron-elektron pada konduktor, meyebabkan mereka bergerak maju dan mundur sesuai dengan frekuensi gelombang. antena jenis kedua memiliki kumparan kawat berbentuk tabung, sering ditemukan pada radio AM atau antena televisi UHF yang terdiri dari loop sederhana. Antena-antena ini mendeteksi medan magnet ini mendeteksi medan magnet gelombang, dimana perubahan medan magnet menginduksi ggl didalam kumparan. sinyal yang dideteksi antena dan dikirim kepenerima masih sangat lemah dan mengandung banyak frekuensi dari stasiun-stasiun yang berbeda. penerima memilih salah satu frekuensi radio sesuai dengan frekuensi stasiun dengan menggunakan rangkaian tertentu. Sebuah stasiun yang ditala dengan manggunakan rangkaian tadi sehingga frekuensi resonansi rangkaian sama dengan frekuensi pembawa stasiun. Sinyal frkeunsi radio mungkin perlu diperkuat sebelum dan sesudah penalaan dilakukan. Sinyal yang mengandung frekuensi audio dan pembawa selanjutnya disalurkan kedetektor untuk proses demodulasi artinya frekuensi pembawa dipisahkan dari sinyal audio. Sinyal audio kemudian diperkuat dan dikirim ke loudspeaker dan headphone. sebuah pesawat televise melakukan hal yang sama untuk sinyal audio dan video. saluran akhir sinyal audio ke loudspeaker dan sinyal video adalah tabung gambar.

V. Pertanyaan

6. Sebutkan aplikasi gelombang elektromagnetik dalam bidang komunikasi?7. Sebutkan aplikasi gelombang elektromagnetik dalam bidang industri?8. Sebutkan aplikasi gelombang elektromagnetik dalam bidang kesehatan?9. Bagaimana gelombang radio dapat mencapai tempat yang jauh dari pemancar radio?10. Jelaskan perbedaan sistem komunikasi AM dan FM!11.Apa keuntungan dan kelemahan sistem AM dan FM pada gelombang radio?12.Mengapa informasi melalui sistem FM lebih baik dibanding sintem AM?13.Termasuk sistem apakah pemancar televisi (AM/FM)? jelaskan14.Beberapa stasiun radio ada yang memasang antenanya vertikal dan ada yang

memasang antenanya horizontal. bandingkan gelomabng elektromagnetik yang dipancarkan dari kedua jenis antena itu?

15.Termasuk spektrum gelombang elektromagnetik apa, laser?16.Apa kegunaan laser dalam kehidupan sehari-hari?17.Sebuah sistem radar mengirimkan pulsa gelombang pada objek pesawat terbang

ternyata pulsa tersebut diterima kembali 5 ms kemudian. Tentukan jarak pesawat terbang tersebut dari pemancar radar.