Teori Maxwell Tentang Gelombang Elektromagnetik

gelombang elektromagnetik

Maxwell adalah salah seorang ilmuwan Fisika yang berjasa dalam kemajuan ilmu pengetahuan serta teknologi yang berhubungan dengan gelombang. Maxwell berhasil mempersatukan penemuan-penumuan dari berbagai fisikawan diantaranya Ampere dan Faraday. Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik mempersatukan Kedua teori ini dimana menurut Faradaymedan listrik dapat ditimbulkan dari perubahan medan magnet. Sedangkan Maxwell membuat hipotesa bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu akan menghasilkan medan magnet, yang sama halnya dengan dengan medan magnet yang berubah terhadap waktu akan menghasilkan akan menghasilkan medan listrik. Hal ini melengkapi teori maxwell , yaitu hubungan yang sangat penting antara medan listrik dan medan magnet yang dikenal dengan persamaan Maxwell. Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik mempersatukan pula teori Newton serta Huygesa tentang ilmu cahaya. Menurut teori maxwell tentang gelombang elektromagnetik bahwa cahaya adalah suatu bentuk radiasi gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik dihasilkan oleh muatan yang dipercepat terdiri dari medan magnet B dan Medan listrik E yang bergetar saling tegak lurus serta keduanya tegak lurus arah perambatan gelombang. Sehingga gelombang elektromagnetik temasuk gelombang transversal. Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik, Maxwell menghitung cepat rambat gelomabang elektromagnetik dengan persamaan Keterangan :

C= cepat rambat gelombang elektromagnetik = permeabilitas ruang hampa = 4 x 10-7Wb/Am = permitivitas ruang hampa = 8,85418 x 10-12C2/N m2

Dengan memasukkan harga dan diatas maka di peroleh cepat rambat gelombang elektromagnetik sebesar c= 2,99792 x 108 m/s = 3 x 108 m/s.

Nilai tersebut ternyata sesuai dengan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa. Dengan hasil ini maka Maxwell mengatakan bahwa cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Seperti gelombang mekanik maka cahaya mengalami gejala gelombang pada umumnya yaitu reflksi(pemantulan), refraksi(pembiasan), interferensi, difraksi serta polarisasi. Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik menyimpulkan bahwa Sifatsifat gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut: 1) Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi pada saat yang bersamaan sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama. 2) Arah medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang 3) Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal 4) Mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi juga polarisasi 5) Besar medan listrik dan medan magnet (E=cB) 6) Tidak dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnet karena gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan 7) Kecepatan dalam ruang hampa sama dengan kecepatan di udara 3 x 108 m/s.

Percobaan Hertz tentang Gelombang Elektromaghnetik Masa-masa awal Heinrich Hertz lahir di Hamburg Jerman dari pasangan Gustav Ferdinand Hertz dan Anna Elisabeth Pfefferkorn. Ayahnya adalah seorang penasihat hukum di Hamburg. Sedangkan ibunya adalah anak dari seorang dokter tentara. Saat melanjutkan pendidikannya di Universitas Hamburg, ia menunjukkan kecerdasannya pada sains sama baiknya seperti pada kemampuan bahasanya ketika mempelajari bahasa arab dan bahasa sansekerta. Ia belajar di Dresden, Munich dan Berlin oleh dua orang gurunya, Gustav R. Kirchhoff dan Hermann von Helmholtz. Ia mendapat PhD pada 1880 dan menjadi murid Helmholtz samapai 1883. Pada 1885 ia menjadi professor di Universitas Karlsruhe ketika meneliti gelombang elektromagnet. Meteorologi Hertz menjadi sangat tertarik pada metorologi karena pertemuannya dengan Wilhelm von Bezold yang merupakan professor Hertz ketika mengikuti kuliah praktek di politeknik Munich. Meski begitu, Hertz tidak berkontribusi banyak pada bidangnya kecuali pada masamasa awal ketika ia menjadi asisten di Helmholtz di Berlin. Termasuk penelitiannya mengenai penguapan cairan, jenis terbaru dari hygrometer, dan penjelasan grafik mengenai udara dengan keadaan adiabatik. Ahli Kontak Pada 1881-1882, Hertz mempublikasikan dua artikel yang dikenal juga dengan bidang ahli kontak. Hertz sangat dikenal untuk kontribusinya di bidang listrik dinamis. Banyak paper yang merujuk pada dua artikelnya sebagai sumber untuk beberapa ide. Namun, majalah Boussinesq mengeluarkan beberapa kritikan pada pekerjaan Hertz. Electromagnetic Research Maxwell Review Sekitar abad ke 19, Maxwell menyatakan persamaan nya yang cukup mengejutkan dunia Fisika. Salah satunya menyatakan adanya gelombang elektromagnetik. Namun, saat itu belum dapat dibuktikan. Karna itu, Heinrich Hertz mencoba untuk membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik itu.

Secara teori, Hertz menyadari bahwa gelombang elektromagnetik yang dinyatakan Maxwell merupakan gabungan dari gelombang listrik dan gelombang magnetik secara saling tegak lurus. Begitu pula dengan arah geraknya. Karena gelombang tersebut mengantung gelombang listrik, maka Hertz mencoba membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik tersebut melalui keberadaan gelombang listriknya yang diradiasikan oleh rangkaian pemancar. Hertz mencoba membuat rangkaian pemancar sederhana dengan bantuan trafo untuk memperkuat tegangan dan kapasitor sebagai penampung muatannya. Karena ada arus pergeseran pada gap pemancar, diharapkan ada radiasi gelombang elektromagnetik yang akan dipancarkan. Karena secara teori, dari percikan yang muncul akan dihasilkan gelombang elektromagnetik. Alhasil, pada rangkaian loop penerima yang hanya berupa kawat berbentuk lingkaran yang tanpa diberikan sumber tegangan apapun, ternyata muncul percikan listrik pada gap-nya. Ini membuktikan ada listrik yang mengalir melalui radiasi suatu benda.yang akhirnya terhantarkan ke loop. Karena merasa belum puas, Hertz mencoba untuk menghitung frekuensi pada loop. Ternyata frekuensi yang dihasilkan sama dengan frekuensi pemancar. Ini artinya listrik pada loop berasal dari pemancar itu sendiri. Dengan ini terbuktilah adanya radiasi gelombang elektromagnetik Maxwell. Percobaan Hertz ini juga memicu penemuan telegram tanpa kabel dan radio oleh Marconi. Rangkaian ini ada dalam kaca quartz untuk menghindari sinar UV.

Photoelectric research Penemuan tak disangka Pada tahun 1886, Hertz berhasil membuktikan konsep yang amat paradoks saat itu, yaitu persamaan Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik. Meski begitu, nantinya Einstein akan menggunakan hasil ini untuk membantah beberapa konsep pada fisika klasik mengenai gelombang elektromagnetik. Setelah itu hertz melanjutkan penelitiannya. Hingga akhirnya pada 1887 Hertz melakukan percobaan lanjutan dari hasil pembuktiannya terhadap gelombang elektromagnetik. Hingga ia akhirnya mendapatkan fakta yang cukup menarik tanpa disengaja. Yaitu bahwa muatan listrik akan berkurang jika ada sunar ultraviolet yang jatuh diantara kedua elektrodanya. Itulah alasannya kenapa Hertz memakai tabung quartz untuk melakukan pembuktian Maxwell. Saat itu, Hertz tidak memperhatikan dengan betul apa yang terjadi disana. Sehingga tidak ada hasil penelitian yang lengkap dan jelas mengenai efek tersebut. Pembuktian oleh Hallwach dan Lenard Hasil dari kedua tokoh ini tidak akan disinggung terlalu banyak karena diluar tujuan makalah ini. Namun kami akan menjelaskan hasil penelitian mereka yang terinspirasi oleh ketidaksengajaan Hertz mengenai efek fotolistrik.

Hallwach membuat percobaan dengan rangkaian seperti pada gambar. Tabung kaca terisolasi membentuk ruang hampa di dalamnya. Karena menggunakan kaca quartz, maka tidak ada radiasi ultraviolet yang masuk. Sumber cahaya monokromatik yang masuk melalui quartz window jatuh pada pelat A membebaskan elektron yang disebut fotoelektron. Elektron yang terlepas akan terdeteksi oleh pelat B. dengan ditandainya ada beda potensial antara A dan B yang tercatat pada Galvanometer yang sensitif. Gambar 4 adalah grafik fungsi dari tegangan yang dihasilkan. Meski begitu, ada saat dimana tegangan akan sangat besar,. Ternyata, pada saat arus fotolistrik mencapai nol, ada batas tegangan tertentu yang dinamakan stopping potential. Gambar 5 adalah grafik stopping potential.

Hertz adalah orang yang berjasa besar atas penemuannya mengenai gelombang elektromagnetik dan efek fotolistrik. Meski tidak sengaja, segala macam pembuktiannya telah merubah dunia kita menjadi lebih praktis. Walau akhirnya hanya sedikit yang tahu bahwa efek fotolistrik ditemukan pertama kali oleh Hertz.

Spektrum Gelombang Elektromagnetik Gelombang elektromagnetik yang dirumuskan oleh Maxwell ternyata terbentang dalam rentang frekuensi yang luas. Sebagai sebuah gejala gelombang, gelombang elektromagnetik dapat diidentifikasi berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik sebagaimana gelombang radio atau sinar-X. Masing-masing memiliki penggunaan yang berbeda meskipun mereka secara fisika menggambarkan gejala yang serupa, yaitu gejala gelombang, lebih khusus lagi gelombang elektromagnetik. Mereka dibedakan berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya. Gambar berikut ini menunjukkan spektrum gelombang elektromagnetik.

spektrum gelombang elektromagnetik Gelombang Radio Tentu kamu sering menonton TV, mendengarkan radio, atau menggunakan ponsel untuk berkomunikasi, bukan? Nah, semua peralatan elektronik itu menggunakan gelombang radio sebagai perambatan sinyalnya.

Gelombang radio merupakan gelombang yang memiliki frekuensi paling kecil atau panjang gelombang paling panjang. Gelombang radio berada dalam rentang frekuensi yang luas meliputi beberapa Hz sampai gigahertz (GHz atau orde pangkat 9). Gelombang ini dihasilkan oleh alat-alat elektronik berupa rangkaian osilator (variasi dan gabungan dari komponen Resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C)). Oleh karena itu, gelombang radio banyak digunakan dalam sistem telekomunikasi. Siaran TV, radio, dan jaringan telepon seluler menggunakan gelombang dalam rentang gelombang radio ini. Suatu sistem telekomunikasi yang menggunakan gelombang radio sebagai pembawa sinyal informasinya pada dasarnya terdiri dari antena pemancar dan antena penerima. Sebelum dirambatkan sebagai gelombang radio, sinyal informasi dalam berbagai bentuknya (suara pada sistem radio, suara dan data pada sistem seluler, atau suara dan gambar pada sistem TV) terlebih dahulu dimodulasi. Modulasi di sini secara sederhana dinyatakan sebagai penggabungan antara getaran listrik informasi (misalnya suara pada sistem radio) dengan gelombang pembawa frekuensi radio tersebut. Penggabungan ini menghasilkan gelombang radio termodulasi. Gelombang inilah yang dirambatkan melalui ruang dari pemancar menuju penerima. Oleh karena itu, kita mengenal adanya istilah AM dan FM. Amplitudo modulation (AM) atau modulasi amplitudo menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa berupa perubahan amplitudonya. Adapun frequency modulation (FM) atau modulasi frekuensi menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa dalam bentuk perubahan frekuensinya.

Gelombang Mikro

oven microwave Pernahkah kamu mendengar tentang alat elektronik berupa oven microwave? Atau, kamu mungkin sudah pernah menggunakannya untuk memasak? Oven microwave menggunakan sifat-sifat gelombang mikro (microwave) berupa efek panas untuk memasak. Selain itu, gelombang mikro juga digunakan dalam sistem komunikasi radar dan analisis struktur atom dan molekul. Rentang frekuensi gelombang mikro membentang dari 3 GHz hingga 300 GHz. Frekuensi sebesar ini dihasilkan dari rangkaian osilator pada alat-alat elektronik. Gelombang mikro dapat diserap oleh suatu benda dan menimbulkan efek pemanasan pada benda tersebut. Sebuah sistem pemanas berbasis microwave dapat memanfaatkan gejala ini untuk memasak benda. Sistem semacam ini digunakan dalam oven microwave yang dapat mematangkan makanan di dalamnya secara merata dan dalam waktu singkat (cepat). Dalam suatu sistem radar, gelombang mikro dipancarkan terus menerus ke segala arah oleh pemancar. Jika ada objek yang terkena gelombang ini, sinyal akan dipantulkan oleh objek dan diterima kembali oleh penerima. Sinyal pantulan ini akan memberikan informasi bahwa ada objek yang dekat yang akan ditampilkan oleh layar radar.

antena radar

Dari waktu pemancaran sinyal sampai diterima kembali oleh radar, jarak objek yang terdeteksi dapat diketahui. Tentu kamu dapat membayangkan rumus yang dapat dipakai untuk menghitung jarak ini, bukan? Ya, jarak adalah kecepatan dikali waktu, dan karena kecepatan gelombang adalah konstan, maka dengan mengetahui waktu, jarak pun dapat dihitung. Jangan lupa bahwa pembagian dengan faktor 2 diperlukan karena sinyal menempuh jarak pulang pergi. Coba kamu tuliskan rumusnya. Sistem radar banyak dimanfaatkan oleh pesawat terbang dan kapal selam. Dengan adanya radar, pesawat terbang dan kapal selam mampu mendeteksi keberadaan objek lain yang dekat dengan mereka. Di saat cuaca buruk di mana terjadi badai dan gangguan cuaca yang dapat mengganggu pengelihatan, keberadaan radar dapat membantu navigasi pesawat terbang untuk mengetahui arah dan posisi mereka dari tempat tujuan pendaratan. Sinar Inframerah Bagaimana remote TV dapat digunakan untuk mematikan atau menyalakan TV? Di sini remote menggunakan pemancar dan penerima sinar inframerah. Tahukah kamu bahwa ada ponsel yang dilengkapi dengan inframerah untuk transfer data dari atau menuju ponsel? Sinar inframerah (infrared/IR) termasuk dalam gelombang elektromagnetik dan berada dalam rentang frekuensi 300 GHz sampai 40.000 GHz (10 pangkat 13). Sinar inframerah dihasilkan oleh proses di dalam molekul dan benda panas. Telah lama diketahui bahwa benda panas akibat aktivitas (getaran) atomik dan molekuler di dalamnya dianggap memancarkan gelombang panas dalam bentuk sinar inframerah. Oleh karena itu, sinar inframerah sering disebut radiasi panas. Foto inframerah yang bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk membuat lukisan panas dari suatu daerah atau objek. Hasil lukisan panas dapat menggambarkan daerah mana yang panas dan tidak. Suatu lukisan panas dari satu gedung dapat digunakan untuk mengetahui daerah mana dari gedung itu yang menghasilkan panas berlebihan sehingga dapat dilakukan perbaikan-perbaikan yang diperlukan. Dalam bidang kesehatan, pancaran panas berupa pancaran sinar inframerah dari organorgan tubuh dapat dijadikan sebagai informasi kondisi kesehatan organ tersebut. Ini sangat bermanfaat bagi dokter dalam diagnosis dan keputusan tindakan yang sesuai buat pasien. Selain itu, pancaran panas dalam intensitas tertentu dipercaya dapat digunakan untuk proses penyembuhan penyakit seperti cacar dan encok.

hasil citra foto inframerah terhadap tubuh manusia untuk pemeriksaan kesehatan Dalam teknologi elektronik, sinar inframerah telah lama digunakan sebagai media transfer data. Ponsel dan laptop dilengkapi dengan inframerah sebagai salah konektivitas untuk menghubungkan atau transfer data dari satu perangkat dengan perangkat lain. Fungsi inframerah pada ponsel dan laptop dijalankan melalui teknologi Irda (infra red data acquitition). Cahaya atau sinar tampak Dalam rentang spektrum gelombang elektromagnetik, cahaya atau sinar tampak hanya menempati pita sempit di atas sinar inframerah. Spektrum frekuensi sinar tampak berisi frekuensi dimana mata manusia peka terhadapnya. Frekuensi sinar tampak membentang antara 40.000 dan 80.000 GHz (10 pangkat 13) atau bersesuaian dengan panjang gelombang antara 380 dan 780 nm (10 pangkat -9). Cahaya yang kita rasakan sehari-hari berada dalam rentang frekuensi ini. cahaya juga dihasilkan melalui proses dalam skala atom dan molekul berupa pengaturan internal dalam konfigurasi elektron. Pembahasan tentang cahaya begitu luas dan membentuk satu disiplin ilmu fisika tersendiri, yaitu optik. Sinar Ultraviolet Rentang frekuensi sinar ultraviolet (ultraungu) membentang dalam kisaran 80.000 GHz sampai puluhan juta GHz (10 pangkat 17).

Sinar ultraungu atau disebut juga sinar ultraviolet datang dari matahari berupa radiasi ultraviolet memiliki energi yang cukup kuat dan dapat mengionisasi atom-atom yang berada di lapisan atmosfer. Dari proses ionisasi atom-atom tersebut dihasilkan ion-ion, yaitu atom yang bermuatan listrik. Lapisan yang terdiri dari ion-ion ini membentuk lapisan khusus dalam atmosfer yang disebut ionosfer. Lapisan ionosfer yang terisi dengan atom-atom bermuatan listrik ini dapat memantulkan gelombang elektromagnetik frekuensi rendah (berada dalam spektrum frekuensi gelombang radio medium) dan dimanfaatkan dalam transmisi radio. Karena energinya yang cukup kuat dan sifatnya yang dapat mengionisasi bahan, sinar ultraviolet tergolong sebagai radiasi yang berbahaya bagi manusia (terutama jika terpancar dalam intensitas yang besar). Untungnya, atmosfer bumi memiliki lapisan yang dapat menahan dan menyerap radiasi ultraviolet dari matahari sehingga sinar matahari yang sampai ke bumi berada dalam taraf yang tidak berbahaya. Tentu kamu sudah tahu lapisan apakah itu? ya, lapisan ozon.

lapisan ozon di atmosfer menahan sebagian radiasi ultraviolet Penggunaan bahan kimia baik untuk pendingin (lemari es dan AC) berupa freon maupun untuk penyemprot (parfum bentuk spray dan pilok/penyemprot cat), dapat menyebabkan kebocoran lapisan ozon. Hal ini menyebabkan sinar ultraviolet dapat menembus lapisan ozon dan sampai ke permukaan bumi, suatu hal yang sangat berbahaya buat manusia. Jika semakin banyak sinar ultraviolet yang terpapar ke permukaan bumi dan mengenai manusia, efek yang tidak diinginkan bagi manusia dan lingkungan dapat timbul.

gas untuk spray menyebabkan lubang di lapisan ozon Kanker kulit dan penyakit gangguan penglihatan seperti katarak dapat ditimbulkan dari radiasi ultraviolet yang berlebihan. Ganggang hijau sebagai sumber makanan alami dan mata rantai pertama dalam rantai makanan dapat berkurang akibat radiasi ultraviolet ini. ini dapat mengganggu keseimbangan alam dan merupakan sesuatu yang sangat merugikan buat kehidupan makhluk hidup di Bumi. Sinar ultraviolet juga dapat dihasilkan oleh proses internal atom dan molekul. Sinar ultraviolet juga dapat dimanfaatkan dalam proses sterilisasi makanan dimana kuman dan bakteri berbahaya di dalam makanan dapat dimatikan. Sinar-X Sinar-X dikenal luas dalam dunia kedokteran sebagai sinar Rontgen. Dipakai untuk memeriksa organ bagian dalam tubuh. Tulang yang retak di bagian dalam tubuh dapat terlihat menggunakan sinar-X ini. Sinar-X berada pada rentang frekuensi 300 juta GHz (10 pangkat 17) dan 50 miliar GHz (10 pangkat 19). Penemuan sinar-X dianggap sebagai salah satu penemuan penting dalam fisika. Sinar-X ditemukan oleh ahli fisika Jerman bernama Wilhelm Rontgen saat sedang mempelajari sinar katoda. Cara paling umum untuk memproduksi sinar-X adalah melalui mekanisme yang disebut bremstrahlung atau radiasi perlambatan. Mekanisme ini yang ditempuh oleh Rontgen saat pertama kali menghasilkan sinar-X. Dalam teori radiasi gelombang elektromagnetik diketahui bahwa muatan listrik yang dipercepat (atau diperlambat) akan menghasilkan gelombang elektromagnetik. Selain melalui radiasi perlambatan, sinar-X juga dihasilkan dari proses transisi internal elektron di dalam atom atau molekul.

foto hasil penyinaran sinar-X Sinar Gamma

produksi sinar gamma oleh inti atom Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi (dan karenanya juga energi) yang paling besar. Sinar gamma memiliki rentang frekuensi dari 10 pangkat 18 sampai 10 pangkat 22 Hz. Sinar gamma dihasilkan melalui proses di dalam inti atom (nuklir).