Fisika Umum (MA 301) Topik hari ini (minggu 11)

Fisika Umum (MA 301)
Topik hari ini (minggu 11)
 Cahaya
Cahaya adalah
Gelombang Elektromagnetik
Apa itu Gelombang Elektromagnetik!!!
Pendahuluan:
Persamaan Maxwell
Listrik dan magnet
awalnya dianggap
sebagai sesuatu yang
terpisah
Pada tahun 1865, James
Clerk Maxwell
menyampaikan teori
matematik yang
menunjukkan hubungan
antara semua fenomena
listrik dan magnet
Prediksi Maxwell
Garis Medan listrik berawal dari muatan positif dan berakhir di
muatan negatif
 Medan listrik dihasilkan oleh muatan
Garis Medan magnet selalu dalam bentuk loop tertutup-tidak berawal
dan tidak berujung dimanapun
 Medan magnet dihasilkan oleh arus (muatan yang bergerak)
Perubahan Medan magnet menyebabkan ggl dan medan listrik
(Hukum Faraday)
 Medan listrik juga dihasilkan oleh perubahan medan magnet
Pertanyaan: apakah ada kesimetrian antara medan listrik dan
medan magnet, misalnya medan magnet dapat dihasilkan oleh
perubahan medan listrik???
Maxwell: YA!!!
 Medan magnet juga dihasilkan oleh perubahan medan listrik
Prediksi Maxwell (lanjutan)
Jika medan magnet dapat menghasilkan medan listrik dan sebaliknya,
ada fenomena sangat menarik untuk diamati



Perubahan medan listrik menghasilkan medan magnet …
… yang kembali menghasilkan perubahan medan listrik (tapi: energi kekal)
… yang kembali menghasilkan perubahan medan magnet…
Maxwell menyimpulkan bahwa cahaya tampak dan semua gelombang
elektromagnetik lain terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang
saling berfluktiasi, dengan tiap medan mengiduksi medan yang lain
Maxwell memperoleh nilai kecepatan cahaya yaitu 3x108 m/s
Catatan: Muatan dan Medan
Muatan diam hanya menghasilkan medan listrik
Muatan yang bergerak GLB (kecepatan konstan)
menghasilkan medan listrik dan medan magnet
Muatan yang dipercepat menghasilkan medan listrik dan
medan magnet serta gelombang elektromagnetik
Medan-medan ini sefasa

Pada tiap titik, kedua medan berharga maksimum atau minimum
pada saat yang bersamaan
Gelombang Elektromagnetik
Gelombang EM dapat dihasilkan oleh sebuah antena, kawat yang dihubungkan
dengan sumber ac. Sumber ac menghasilkan osolasi muatan positif dan negatif
yang menghasilkan medan listrik (karena pemisahan muatan) dan medan
magnet ( karena arus dalam kawat).
Catatan: medan listrik dan magnet saling tegak lurus satu sama lain.
Gelombang Elektromagnetik adalah
Gelombang Transversal
Medan E dan B saling
tegak lurus satu sama
lain
Kedua medan tegak
lurus dengan arah
gerak, Oleh karena itu,
gelombang EM adalah
gelombang
transversal
Sifat dari Gelombang EM
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang transfersal
Gelombang elektromagnet merambat dengan kecepatan cahaya
c

1
o o
 2.99792 10 m s
8
Karena gelombang em merambat dengan kecepatan yang sama
persis dengan kecepatan cahaya, maka cahaya adalah
gelombang elekrtromagnet.
Pertanyaan
Jarak matahari dari bumi sekitar 1.5x1011 m. Berapa waktu yang
dibutuhkan oleh cahaya untuk sampai ke bumi?
jarak
1.5x1011 m
t

 500 s  8.3 menit
8
kecepatan 3x10 m/s
Sifat dari Gelombang EM, 2
Perbandingan besar medan listrik terhadap medan
magnet sama dengan kecepatan cahaya
E
c
B
Gelombang elektromagnetik membawa energi ketika
melintas melewati ruang, dan energi ini dapat ditransfer
kepada benda yang berada dalam lintasannya
Sifat dari Gelombang EM, 3
Energi yang dibawa oleh gelombang em dibagi rata oleh
medan listrik dan medan magnet
Rata  rata daya per satuan luas 
E max B max
2 o

E 2max
2 o c

c B 2max
2 o
Sifat dari Gelombang EM, terakhir
Gelombang elektromagnetik membawa momentum
seperti halnya energi


Untuk penyerapan sempurna dari energi U,
p=U/c
Untuk pemantulan sempurna dari energi U,
p=(2U)/c
Tekanan radiasi dapat ditentukan dari eksperimen
Spektrum Gelombang EM
Bentuk dari gelombang elektromagnetik dapat dibedakan
menurut frekuensi dan panjang gelombangnya
c = ƒλ
Panjang gelombang untuk cahaya tampak berkisar antara
400 nm sampai 700 nm
Spektrum
Gelombang
EM
Catatan tentang Spektrum Gelombang EM
Gelombang Radio

Digunakan dalam sistem komunikasi radio dan televisi
Gelombang Mikro (Microwaves)



Panjang gelombang berkisar antara 1 mm sampai 30 cm
Cocok digunakan untuk sistem radar
Oven Microwave adalah salah satu aplikasinya
Catatan tentang Spektrum EM, 2
Gelombang infra merah
 Tidak tepat dikatakan sebagai gelombang panas
 Dihasilkan oleh benda-benda dan molekul panas
molecules
 Mudah diserap oleh kebanyakan material
Cahaya tampak
 Bagian dari spektrum yang masih bisa dideteksi
oleh mata manusia
 Lebih sensitif pada sekitar 560 nm (kuning-hijau)
Catatan tentang Spektrum EM, 3
Cahaya Ultraviolet



Panjang gelombang berkisar antara 400 nm sampai 0.6 nm
Matahari adalah sumber utama cahaya UV
Kebanyakan UV dari matahari diserap oleh ozon di lapisan stratosfir
Sinar-X


Sumbernya biasanya adalah elektron yang memiliki energi tinggi karena
dipercepat, menumbuk target logam
Biasa digunakan sebagai alat pengdiagnosa dalam kedokteran
Catatan tentang Spektrum EM, terakhir
Sinar Gamma


Diemisikan oleh inti radioaktif
Daya tembus besar dan menyebabkan kerusakan serius ketika
diserap oleh jaringan tubuh