BAB IPENDAHULUAN

A. Latar BelakangTsunami yang terjadi di Aceh merupakan hasil gerakan lempeng bumi,

Gerakan ini menyebabkan getran yang energinya merambat ke permukaan air,yang menyebabkan gelombang sangat besar. Gelombang ini disebut gelombang mekanik. Gelombang mekanik merupakan gelombang yang memerlukan medium untuk perambatannya.. Selain gelombang mekanik,terdapat gelombang yang dalam perambatannya tidak memerlukan medium, yaitu gelombang elektromagnetik.

Dewasa ini, penggunaan gelombang elektromagnetik semakin luas. Sitem komunikasi radio,televisi,telepon genggam, dan radar merupakan contoh penggunaan gelombang elektromagnetik. Dunia terasa begitu kecil sehingga berbagai peristiwa yang terjadi di belahan bumi, tidak peduli jauhnya , dapat segera diketahui dan disebarluaskan melalui sarana yang memanfaatkan gelombang elektromagnetik, bahkan dunia di luar bumi.

Oleh karena itu, berdasarkan blatar belakang tersebut pada kesempatan kali ini penulis akan membahas tentang Gelombang elektromagnetik mulai dari terbentukmya, sifat-sifatnya , hingga jenis-jenis spektrumnya.

B. Rumusan MasalahAdapun beberapa rumusan masalah dalam makalah ini :1. Apa yang dimaksud dengan Gelombang Elektromagnetik ?2. Bagaimana terjadinya Gelombang Elektromagnetik ?3. Apa saja yang termasuk ke dalam Gelombang Elektromagnetik ?4. Bagaimana penggunaan Gelombang Elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari

?5. Bagaimana besar energi pada gelombang elektromagnetik ?

BAB IIISI

A. HIPOTESIS MAXWELLTeori gelombang elektromagnetik kali pertama dikemukakan oleh James Clerk

Maxwell (1831–1879). Ini berawal dari beberapa hukum dasar yang telah dipelajari, yakni Hukum Coulomb, Hukum Biot-Savart atau Hukum Ampere, dan Hukum Faraday. Hukum Coulomb memperlihatkan bagaimana muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik, Hukum Biot-Savart atau Hukum Ampere menjelaskan bagaimana arus listrik dapat menghasilkan medan magnet, dan Hukum Faraday menyatakan bahwa perubahan medan listrik dapat menghasilkan gaya gerak listrik (GGL) induksi. Maxwell melihat adanya keterkaitan yang sangat erat antara gejala kelistrikan dan kemagnetan. Ia mengemukakan bahwa jika perubahan medan magnetik menghasilkan medan listrik, seperti yang dikemukakan oleh hukum Faraday, dan hal sebaliknya dapat terjadi, yakni perubahan medan listrik dapat menimbulkan perubahan medan magnet.

Maxwell menurunkan beberapa persamaan yang berujung pada hipotesis-nya mengenai gelombang elektromagnetik. Persamaan tersebut dikenal sebagai Persamaan Maxwell, tetapi Anda tidak perlu menurunkan atau membahas secara mendalam persamaan tersebut. Menurut Maxwell, ketika terdapat perubahan medan listrik ( E), akan terjadi perubahan medan magnetik (B ). Perubahan medan magnetik ini akan menimbulkan kembali perubahan medan listrik dan seterusnya. \Maxwell menemukan bahwa perubahan medan listrik dan perubahan medan magnetik ini menghasilkan gelombang medan listrik dan gelombang medan magnetik yang dapat merambat di ruang hampa.Gelombang medan listrik (E) dan medan magnetik ( B) inilah yang kemudian dikenal dengan nama gelombang elektromagnetik.

Peramatan gelombang elektromagnetik dapat dilihat pada gambar di atas. Perhatikan bahwa arah getar dan arah rambat gelombang medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus sehingga gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversal. Akan tetapi, gelombang elektromagnetik adalah gelombang medan dan bukan gelombang partikel, sperti pada air atau pada tali. Oleh karena gelombang medan inila, gelombang elektromagnetik dapat merambat di ruang hampa.

Kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik bergantung pada permitivitas listrik dan permeabilitas magnetik medium. Maxwell menyatakan bahwa kecepatann gelombang elektromagnetik memenuhi persamaan :

c= 1√εμ

Dengan : ε = permitivitas listrik medium μ = permeabilitas magnetik medium di ruang hampa ε = ε 0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2, dan μ =μ0 = 4π x 10-7 Ns2/C2

Maka kecepatan gelombang elektromagnetik :

c= 1√ε0 μ0

= 1

√( 8,85 x 10−12 )(4π x 10−7) = 3 x 108 m/s

Besar kecepatan gelombang elektromagnetik di ruang hampa sama dengan kecepatan cahaya yang terukur.

B. BUKTI HIPOTESI MAXWELL (EKSPERIMEN HERTZ)Anda telah mempelajari hipotesis Maxwell tentang gelombang

elektromagnetik. Apakah Anda ingin mengetahui pembuktian dari hipotesis Maxwell tersebut? Pada subbab ini, Anda akan mempelajari tentang bukti hipotesis Maxwell melalui eksperimen yang dilakukan oleh Heinrich Hertz . Kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik di ruang hampa yang dihitung oleh Maxwell, memiliki besar yang sama dengan kecepatan perambatan cahaya. Berdasarkan hasil ini, Maxwell mengemukakan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Gagasan ini secara umum diterima oleh para ilmuwan, tetapi tidak sepenuhnya hingga akhirnya gelombang elektromagnetik dapat dideteksi melalui eksperimen.

Gelombang elektromagnetik kali pertama dibangkitkan dan di deteksi melalui eksperimen yang dilakukan oleh Heinrich Hertz (1857-1894) pada tahun 1887, delapan tahun setelah kematian Maxwell, Hertz menggunakan peralatan, seperti gambar berikut :

Ketika sakelar S digetarkan, induktor (kumparan) Ruhmkorf meng-induksikan pulsa tegangan pada kumparan kedua yang terhubung pada dua buah elektrode bola. Akibatnya, muatan listrik loncat secara bolak-balik dari satu bola ke bola lainnya dan menimbulkan percikan. Ternyata, kedua elektrode bola pada cincin kawat di sebelahnya juga menampakkan percikan. Ini menunjukkan bahwa energi

gelombang yang dihasilkan oleh gerak bolak-balik muatan pada kedua elektrode pertama telah berpindah kepada elektrode kedua pada cincin kawat. Gelombang ini kemudian diukur kecepatannya dan tepat sama dengan hasil perhitungan Maxwell, yakni 3 × 108 m/s.

Selain itu, gelombang ini juga menunjukkan semua sifat cahaya seperti pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, dan polarisasi. Hasil eksperimen Hertz ini merupakan pembuktian dari teori Maxwell.Sifat-sifat gelombang elektromagnetik yang didasarkan dari eksperimen, yaitu sebagai

berikut.1. Merupakan perambatan getaran medan listrik dan medan magnet yang saling

tegak lurus terhadap arah rambatnya dan termasuk gelombang transversal,2. Tidak bermuatan listrik sehingga tidak dipengaruhi atau tidak dibelokkan oleh

medan listrik atau medan magnet,3. Tidak bermassa dan tidak dipengaruhi medan gravitasi,4. Merambat dalam lintasan garis lurus,5. Dapat merambat di ruang hampa,6. Dapat mengalami pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, serta polarisasi,

dan7. Kecepatannya di ruang hampa sebesar 3 × 108 m/s.

C. SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK Jauh sebelum Maxwell meramalkan gelombang elektromagnetik, cahaya telah

dipandang sebagai gelombang. Akan tetapi, tidak seorang pun tahu jenis gelombang apakah cahaya itu. Baru setelah adanya hasil perhitungan Maxwell tentang kecepatan gelombang elektromagnetik dan bukti eksperimen oleh Hertz, cahaya dikategorikan sebagai gelombang elektromagnetik.

Tidak hanya cahaya yang termasuk gelombang elektromagnetik melainkan masih banyak lagi jenis-jenis yang termasuk gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik telah dibangkitkan atau dideteksi pada jangkauan frekuensi yang lebar. Jika diurut dari frekuensi terbesar hingga frekuensi terkecil, yaitu sinar gamma, sinar-X, sinar ultraviolet, sinar tampak (cahaya), sinar inframerah, gelombang mikro (radar), gelombang televisi, dan gelombang radio. Gelombang-gelombang ini disebut spektrum gelombang elektromagnetik. Jangkauan frekuensi spektrum gelombang elektromagnetik ditunjukkan pada gambar berikut :

Tabel Spektrum Gelombang Elektromagnetik

D. KARAKTERISTIK DAN APLIKASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Spektrum gelombnag elektromagnetik tampak memiliki warna yang berbeda-beda. Warna ini disebabkan perbedaan frekuensi gelombang. Berdasarkan frekuensi gelombang inilah dapat diketahui sifat/karakteristik gelombang. Rentang frekuensi tertinggi (sinar gamma) hingga frekuensi rendah (radio) serta aplikasi setiap spektrum gelombang elektronik adalah sebagai berikut :

1. Gelombang Sinar GammaSinar gamma merupakan gelombang elek-tromagnetik yang mempunyai frekuensi tertinggi dalam spektrum gelombang elektro-magnetik, yaitu antara 1020 Hz sampai 1025 Hz. Panjang gelombangnya berkisar antara 10-5 nm sampai 0,1 nm. Sinar gamma berasal dari radioaktivitas nuklir atau atom-atom yang tidak stabil dalam waktu reaksi inti. Sinar gamma memiliki daya tembus yang sangat kuat, sehingga mampu menembus logam yang memiliki ketebalan beberapa

sentimeter. Jika diserap pada jaringan hidup, sinar gamma akan menyebabkan efek yang serius seperti mandul dan kanker.

2. Sinar XSinar X mempunyai frekuensi anata 1016Hz sampai 1020Hz. Panjang gelombangnya 10-11 sampai 10-8 m. Sinar x ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun 1895. Untuk menghormatinya sinar-X juga disebut sinar rontgen. Sinar-X dihasilkan dari elektron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit elektron atom atau dapat dihasilkan dari elektron dengan kecepatan tinggi yang menumbuk logam. Sinar-X banyak dimanfaatkan dalam bidang kedokteran seperti untuk memotret kedudukan tulang, dan bidang industri dimanfaatkan untuk menganalisis struktur kristal.

Sinar-X mempunyai daya tembus yang sangat kuat. Sinar ini mampu menembus zat padat seperti kayu, kertas, dan daging manusia. Pemeriksaan anggota tubuh dengan sinar-X tidak boleh terlalu lama, karena membahayakan.

3. Sinar UltravioletSinar ultraviolet merupakan gelombang elektromagnetik yang mempunyai

frekuensi antara 1015 Hz sampai 1016 Hz. Panjang gelombangnya antara 10 nm sampai 100 nm. Sinar ultraviolet dihasilkan dari atom dan molekul dalam nyala listrik. Sinar ini juga dapat dihasilkan dari reaksi sinar matahari.

Sinar ultraviolet dari matahari dalam kadar tertentu dapat merangsang badan Anda menghasilkan vitamin D . Secara khusus, sinar ultra violet juga dapat diaplikasikan untuk membunuh kuman. Lampu yang menghasilkan sinar seperti itu digunakan dalam perawatan medis. Sinar ultraviolet juga dimanfaatkan dalam bidang perbankan, yaitu untuk memeriksa apakah tanda tangan Anda di slip penarikan uang sama dengan tanda tangan dalam buku tabungan.

4. Cahaya tampak

Cahaya tampak mempunyai frekuensi sekitar 1015Hz. Panjang gelombangnya antara 400 nm sampai 800 nm. Mata manusia sangat peka terhadap radiasi sinar tersebut, sehingga cahaya tampak sangat membantu penglihatan manusia. Panjang gelombang sinar tampak yang terpendek dalam spektrum ber-sesuaian dengan cahaya violet (ungu) dan yang terpanjang bersesuaian dengan cahaya merah. Semua warna pelangi terletak di antara kedua batas tersebut. Perhatikan tabel berikut!

Tabel Spektrum,Panjang, dan Frekuansi Gelombang

Salah satu aplikasi dari cahaya tampak adalah penggunaan sinar laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi.

5. Infra red raySinar Infra merah mempunyai frekuensi anatara 1011Hz sampai 1014Hz. Panjang gelombangnya lebih panjang/ besar dari pada cahaya tampak. Frekuensi gelombang ini dihasilkan oleh getaran-getaran elektron pada suatu atom atau bahan yang dapat memancarkan gelombang elektromagnetik pada frekuensi khas.

Di bidang kedokteran, radiasi inframerah diaplikasikan sebagai terapi medis seperti penyembuhan penyakit encok dan terapi saraf. Pada bidang militer, dibuat teleskop infrared yang digunakan melihat di tempat yang gelap atau berkabut. Hal ini mungkin karena sinar infra merah tidak banyak dihamburkan oleh partikel udara. Selain itu, sinar infra merah dibidang militer dimanfaatkan satelit untuk memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau awan. Di bidang elektronika, infra merah dimanfaatkan pada remote kontrol peralatan elektronik seperti TV dan VCD. Unit kontrol berkomunikasi dengan peralatan elektronik melalui reaksi yang dihasilkan oleh dioda pancar cahaya (LED).

6. Radar atau Gel ombang Mikro

Gelombang mikro merupakan gelombang elektromagnetik dengan fre-kuensi sekitar 1010 Hz. Panjang gelombangnya kira-kira 3 mm. Gelombang mikro ini dimanfaatkan pada pesawat radar (radio detection and ranging ).

Gelombang radar diaplikasikan untuk mendeteksi suatu objek, memandu pendara-tan pesawat terbang, membantu pengamatan di kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca kabut, serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat. Misalnya, jika radar memancarkan gelom-bang mikro mengenai benda, maka gelom-bang mikro akan memantul kembali ke radar. Selang waktu antara pemancaran dan peneri-maan radar adalah Δt , kecepatan perambatan radar c, maka jarak sasaran dari pemancar radar dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

s=c x ∆t2

Keterangan :s = jarak sasaran dari pemancar radar (m)c = kecepatan perambatan radar (m/s)Δt = selang waktu dipancarkan dan diterima radar (s)

7. Gelombang Radio dan TelevisiGelombang radio mempunyai frekuensi antara 104Hz sampai 109Hz. Gelombang televisi frekuensinya sedikit lebih tinggi dari gelombang radio. Gelombang ini diaplikasikan sebagai alat komunikasi, sebagai pembawa informasi dari satu tempat ke tempat lain.a. Gelombang Radio FM

Gelombang radio FM dan mempunyai frekuensi sekitar 108Hz. Radio FM menggunakan gelombang ini sebagai pembawa berita/informasi. Informasi dibawa dengan cara frekuensi modulasi (FM). Pemancar FM lebih jernih jika dibandingkan dengan pemancar AM. Hal ini dikarenakan gelombang radio FM tidak terpengaruh oleh gejala kelis-trikan di udara. Gelombang radio FM tidak dapat dipantulkan oleh ionosfer bumi, sehingga tidak dapat menjangkau tempat-tempat yang jauh di permukaan bumi. Supaya jangkauan gelombang jauh diperlukan stasiun penghubung (relai), yang ditempatkan di satelit atau di permukaan bumi.

b. Gelombang Radio AMInformasi yang dipancarkan oleh antena yang berupa suara dibawagelombang radio berupa perubahan amplitudo yang disebut amplitudo modulasi (AM). Gelombang AM mempunyai frekuensi antara 10 4 Hz sampai 10 7 Hz. Gelombang tersebut memiliki sifat mudah dipantulkan oleh lapisan ionosfer bumi, sehingga mampu mencapai jangkauan yang sangat jauh dari stasiun pemancar radio. Kelemahan gelombang radio AM adalah sering terganggu oleh gejala kelistrikan di udara, sehingga gelombang yang ditangkap pesawat radio kadang terdengar berisik.

c. Gelombang Televisi

Gelombang televisi lebih tinggi frekuensinya dari gelombang radio FM. Sebagaimana gelombang radio FM, gelombang televisi membawa informasi gambar dan suara. Gelombang ini tidak dipantulkan oleh ionosfer bumi,sehingga diperlukan penghubung dengan satelit atau di permukaan bumi untuk tempat yang sangat jauh

ENERGI DALAM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

1. HUBUNGAN KUAT MEDAN LISTRIK DENGAN MEDAN MAGNETIK

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang

transversal yang terdiri dari osilasi medan listrik, medan

magnetik, yang satu sama lain saling tegak lurus dan

berubah secara periodik, seperti pada Gambar 2.2. Arah

perambatan gelombang elektromagnetik dalam sumbu x

positif, sedangkan sumbu y menunjukkan arah rambat

medan listrik E, dan sumbu z merupakan arah

perambatan medan magnet B.

Berdasarkan persamaan Maxwell, diperoleh bahwa

gelombang elektromagnetik adalah suatu gelombang sinusoida dengan medan listrik E dan

medan magnet B berubah terhadap jarak x dan waktu t menurut persamaan:

Em dan Bm adalah nilai maksimum amplitudo medan listrik dan medan magnetik.

Konstanta k disebut bilangan gelombang (wave number), yang nilainya setara dengan 2πλ

, dengan λ adalah panjang gelombang. Adapun ω=2πf , dengan f adalah frekuensi

getaran. Sehingga diperoleh:

Turunan parsial ∂E∂ x dari persamaan (2.2), berarti t dianggap bilangan tetap, dan turunan

parsial ∂B∂ t dari persamaan (2.3), berarti x dianggap tetap, sehingga:

Persamaan gelombang elektromagnetik seperti persamaan (2.2) dan (2.3) harus memenuhi

hubungan:

Dari persamaan (2.5) dan (2.6), maka:

karena ωk = c, dari persamaan (2.4) maka:

Dapat disimpulkan bahwa setiap saat, nilai perbandingan antara amplitudo medan listrik

dengan amplitudo medan magnetik dari suatu gelombang elektromagnetik adalah sama

dengan cepat rambat cahaya.

2. RAPAT ENERGI LISTRIK DAN RAPAT ENERGI MAGNETIK

Energi yang tersimpan dalam sebuah kapasitor merupakan usaha untuk muatan

listrik. Demikian pula untuk mengisi kapasitor dari keadaan kosong (nol) sampai

bermuatan q diperlukan sejumlah energi. Besar energy tersebut dirumuskan:

dengan:

W= energi yang tersimpan

(joule)

V =beda potensial (volt)

q = jumlah muatan (coulomb)

C = kapasitas kapasitor (farad)

Karena C=q.V, maka berlaku :

Apabila kapasitor keping sejajar mempunyai luas penampang A dan jarak antara kedua keping

adalah d, maka kapasitasnya dinyatakan:

Sementara itu, medan listrik E dinyatakan dengan:

V = E.d

Dengan demikian,

Hasil kali luas keping A dan jarak antara kedua keping d sama dengan volume kapasitor V,

sehingga energy yang tersimpan dalam kapasitor adalah:

Rapat energi listrik (ue )adalah energi per satuan volume, maka:

Rapat energi magnetik atau energi magnetik per satuan volume (um ), merupakan perbandingan

antara energi yang tersimpan dalam solenoida dengan volumenya.

3. INTENSITAS GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Intensitas gelombang elektromagnetik atau laju energy yang dipindahkan melalui

gelombang elektromagnetik disebut pointing (lambang S). Secara vektor, pointing didefinisikan

sebagai:

Arah S adalah searah dengan arah perambatan gelombang elektromagnetik, dan dinyatakan

dalam satuan W/m2 . Karena E dengan B saling tegak lurus (sin 90o= 1), sesuai dengan

persamaan gelombang bidang elektromagnetik, maka secara skalar persamaan (2.10) dapat

ditulis menjadi:

Persamaan (2.14) menunjukkan bahwa energy gelombang elektromagnetik terdiri atas energi

medan listrik dan energi medan magnetik. Rapat energi sesaat total (u)dari gelombang

elektromagnetik adalah jumlah rapat energy medan listrik dan medan magnetik. Jumlah rapat

energy medan listrik dan medan magnetik merupakan rapat energy total gelombang

elektromagnetik (u).

Jadi, laju rata-rata per m3 yang dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik sama dengan

rapat energi ratarata dikalikan dengan cepat rambat cahaya.

BAB IIIPENUTUP

A. KESIMPULANDari pembahasan pada bab sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa

1. Gelombang Elektromagnetik adalah Merupakan perambatan getaran medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus terhadap arah rambatnya dan termasuk gelombang transversal

2. Gelombang Elektromagnetik terjadi ketika adanya perubahan medan listrik dan perubahan medan magnetik ini menghasilkan gelombang medan listrik dan gelombang medan magnetik yang dapat merambat di ruang hampa.

3. Gelombang Elektromagnetik terbagi dalam beberapa spektrum berdasarkan nilai frekuensinya yaitu dari frekuensi kecil ke frekuensi besar dengan urutan Sinar X, Sinar Gamma, Ultraviolet, Cahaya tampak, Infrared, Gelombang radar, dan gelombang Mikro

4. Energi Gelombang Elektromagnetik besarnya sama dengan E = mc2.

BAB IVDAFTAR PUSTAKA

Budiyanto , Joko .2009. Fisika. Jakarta : BSESaripudin Aip, dkk. 2009. Praktis Belajar Fisika 1 Kelas X. Jakarta: BSE