Glb Elektromagnetik

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
(GEM)
Dasar munculnya hipotesa Maxwell tentang Gelombang Elektro Magnetik adalah :
1. Hukum Coulomb :
Disekitar muatan listrik terdapat medan listrik, yang berarah dari muatan positif ke muatan negatif
2. Hukum Biot – Savart dan Oerstedz :
Disekitar penghantar berarus listrik atau muatan bergerak timbul medan magnet
3. Hukum Faraday :
Perubahan Medan magnet dapat menimbulkan Arus listrik ( Menimbulkan Medan Listrik ).
Hipotesa Maxwell :
Dengan berdasarkan tiga dasar diatas Maxwell menyatakan Hipotesanya :
“ Jika perubahan medan magnet dapat menimbulkan medan listrik, maka perubahan medan
listrik dapat menimbulkan medan magnet “
Hipotesa Maxwell diilustrasikan dengan muatan yang digetarkan di ujung sebuah pegas seperti gambar
dibawah :
Medan magnet
Keterangan :
Medan listrik
1. Pada saat pegas digetarkan, maka muatan akan
bergerak dengan kecepatan yang berubah-ubah
sehingga menimbulkan medan listrik yang berubahubah.
2. Muatan yang bergerak adalah arus listrik, sehingga
disekitar arus listrik akan timbul medan magnet
yang berubah ubah juga ( karena kecepatan gerak
muatan berubah-ubah).
3. Perubahan medan listrik dan perubahan medan magnet ini berlangsung saling bergantian dan
terus menerus, sehingga menjalar kesegala arah dan menimbulkan Gelombang yang disebut
dengan Gelombang Elektro Magnetik ( GEM ).
Jadi Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dibentuk oleh perubahan medan listrik dan
medan magnet yang berubah-ubah dan menjalar kesegala arah, dilukiskan :
E
Dari gambar menunjukkan bahwa pada GEM
Arah getar Medan Listrik (E), arah getar medan
magnet (B), dan arah rambat saling tegak lurus.
Arah rambat
B
Maxwell juga dapat menghitung kecepatan gelombang elektromagnetik secara matematis yang
dirumuskan :
C = kecepatan gelombang elektromagnetik
-12 2
C /N.m2)
1
o = permitivitas listrik di ruang hampa ( 8,85 x 10
-7
C
Wb/A.m )
o = permeabilitas magnet ruang hampa ( 12,56 x 10
0 .0
Jika harga o dan o dimasukkan akan diperoleh c = 3 x 108 m/s.
Kebenaran Hipotesa Maxwell dibuktikan oleh “ Henrich Rudolf Hertz “ dengan menggunakan
“ Induktor Rumkorf “ seperti gambar :
S
V
Keterangan :
1. Saat saklar S di gerak-gerakkan terjadi
perubahn fluks magnetik di kumparan primer
yang mempengaruhi kumparan sekunder
menyebabkan
timbulnya
GGL
pada
Kumparan sekunder, sehingga ujung yang
didekatkan terjadi loncatan api listrik.
1
2. Loncatan semacam ini ternyata juga terjadi pada lingkaran konduktor yang ujungnya sasling
di dekatkan yang berada pada beberapa meter dari kumparan
3. Hal ini menunjukkan adanya sesutau yang merambat, Inilah bukti kebenaran dari Gelombang
Elektro Magnetik yang di Hipotesakan oleh Maxwell.
4. Hertz juga mampu mengukur cepat rambat gelombang ini, yang ternyata hasilnya sama
dengan hasil yang dinyatakan oleh Maxwell secara Hipotesa yaitu sebesar
C = 3 x 10 m/s
Ternyata harga ini sama dengan kecepatan cahaya, sehingga cahaya termasuk salah satu jenis
Gelombang Elektromagnetik.
Sebagai Gelombang, G E M juga berlaku persamaan umum gelombang :
 = panjang gelombang ( m )
C=.f
f = frekuensi gelombang ( Hz )
C = cepat rambat gelombang elektro magnetik
Secara umum Gelombang Elektro Magnetik memiliki sifat :
1. Berupa gelombang transversal yang arah rambat tegak lurus dengan arah medan listrik dan
arah medan magnet.
2. Dapat merambat lurus tanpa medium
3. Memiliki cepat rambat yang sama, tetapi panjang gelombang dan frekuensi berbeda untuk
semua jenis GEM.
4. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara serentak.
5. Cepat rambatnya hanya dipengaruhi oleh sifat kelistrikan dan kemagnetan dari medium yang
dilewatinya.
6. Tidak bermuatan listrik
7. Tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet, karena GEM tidak bermuatan.
8. Dapat mengalami pemantulan ( refleksi )
9. Dapat mengalami pembiasan ( refraksi )
10. Dapat mengalami pelenturan ( difraksi )
11. Dapat mengalami perpaduan ( interferensi )
12. Dapat mengalami polarisasi ( pengkutuban )
13. Menghitamkan plat foto
SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTRO MAGNETIK :
Susunan jenis-jenis gelombang elektromagnetik berdasarkan urutan panjang gelombangnya
ataupun frekuensinya.
Frekuensi
Panjang Gelombang
1. Sinar Gamma (  )
2. Sinar – X
3. Sinar Ultra Violet
4. Cahaya Tampak - Sinar Ungu
- Sinar biru
- Sinar hijau
- Sinar kuning
makin kecil
makin besar
- Sinar jingga
- Sinar merah
5. Sinar Infra Merah
6. Gelombang Mikro
- Gelombang Radar
- Gelombang Televisi
- Gelombang Radio
7. Gelombang panjang
Beberapa penjelasan :
1. Sinar Gamma :
- Merupakan satu-satunya sinar radioaktif yang termasuk GEM
- Dapat dihasilkan oleh :
 sinar kosmik ( dari angkasa )
* Peluruhan partikel radioaktif
 transisi elektron dalam atom
- Dapat digunakan untuk sterilisasi, Mengetahui kerapatan logam
2
2. Sinar- X :
-
3.
4.
5.
6.
7.
Dapat digunakan untuk mengetahui bagian dalam tubuh yang tidak normal ( patah
tulang, kanker, penyakit dalam ,dll ), Mengetahui keteraturan atom atom (Difraksi
Sinar – X.
- Dapat dihasilkan oleh :
 transisi elektron dalam atom
 penembakan logam dengan elektron berkecepatan tinggi
Sinar Ultra Violet :
- Dapat dihasilkan oleh :
 transisi elektron dalam atom
 Sinar Matahari
 Perapian
 Transisi elektron
- Dapat digunakan untuk Sterelisasi alat alat kedokteran, Sterelisasi makanan kaleng,
diserap ozon agar tidak mengakibatkan kanker kulit.
Cahaya Tampak :
- dapat dihasilkan oleh :
 sinar Matahari
 Perapian
 Benda yang berpijar dengan suhu diatas 3.000 K
 Transisi elektron
Sinar Infra Merah :
- Dapat dihasilkan oleh :
 Radiasi Matahari
 Benda yang perpijar pada suhu ( 3 - 3.000 K )
 Transisi elektron dalam atom
Gelombang Mikro :
- dapat dihasilkan oleh rangkaian listrik
- gelombang ini dapat dimanfaatkan untuk telekomunikasi ( telepon, radio, , memasak,
, Pesawat Televisi, mempercepat pengeringan cat mobil, foto melalui
satelit(Penginderaan jarak jauh).
Gelombang RADAR ( Radio Detecting And Ranging )
- mendeteksi lokasi dan pencarian jejak dengan menggunakan gelombang Radio
- termasuk dalam Gelombang Mikro
- RADAR banyak dimanfaatkan dalam pesawat tempur ( militer ) dan menentukan
jarak , dengan rumusnya :
S = ½.v.t
t = waktu dari gelombang datang dan dipantulkan kembali ( s )
v = kecepatan RADAR
S = jarak lokasi yang dicari ( m )
8. Gelombang Radio :
Gelombang ini banyak dimanfaatkan dalam telekomunikasi, dimana gelombang bunyi atau
gelombang gambar di bawa oleh gelombang Radio sampai pada pesawat penerima dengan sistem
Modulasi ( pencampuran )
Sistem Modulasi dapat dilakukan dengan dua cara :
1. Sistem Amplitudo Mudulasi ( AM ) :
Sistem ini dilakukan dengan cara merubah Amplituod gelombang pembawa.
Lihat gambar :
Gelombang Radio
Gelombang hasil Modulasi AM
Sistem ini dipakai oleh Radio dengan SW ( Short Wave ) dan MW ( Medium Wave )
3
Sistem AM memiliki :
- kelebihan :
1. Dapat dipantulkan oleh ionosfera di lapisan udara, sehingga mampu menjangkau
tempat yang sangat jauh.
- Kekurangan :
1. dapat dipengaruhi oleh gejala kelistrikan di udara seperti petir, dan loncatan api pada
busi, sehingga suaranya kurang bersih ( berisik )
2. Sistem FM ( Frekuensi Modulasi ) :
Sistem ini dilakukan dengan mengubah frekuensi gelombang pembawanya .
Lihat gambar :
Gelombang Radio
Sistem modulasi FM
Sistem FM memiliki :
- kelebihan :
 tidak dapat dipengaruhi oleh gejala kelistrikan di udara seperti petir, dan
loncatan api pada busi, sehingga suaranya bersih
 dapat untuk telekomunikasi ruang angkasa
- Kekurangan :
tidak dapat dipantulkan oleh ionosfera di lapisan udara, sehingga tidak mampu
menjangkau tempat yang sangat jauh.
4
ENERGI / INTENSITAS GELOMBANG ELEKTRO MAGNETIK :
Dalam perambatannya Gelombang Elektro Magnetik akan memindahkan energi dalam bentuk medan
magnet dan medan listrik, yang besarnya Intensitas Energi GEM dinyatakan :
S = Intensitas GEM watt/m2
E.B
E = Kuat medan listrik (N/C)
S
B = Kuat medan magnet (Tesla) / (Wb/m2)

0
Karena Medan Listrik dan Medan magnet yang membentuk GEM berubah-ubah secara kontinu,
membentuk Gelombang Sinus, maka akan berlaku :
E = Em. sin ( k.x - .t )
dan
Maka Intensitas GEM dapat dinyatakan :
S
dimana :
S mencapai maximum jika sin2 ( k.x - .t ) = 1 ,
S max 
B = Bm. sin ( k.x - .t )
E m .Bm
0
.sin 2 ( k .x  .t )
S mencapai minimum, jika sin2 ( k.x - .t ) = 0 ,
Smin = 0
Em .Bm
0
Maka Intensitas rata-rata dapat dinyatakan :
S  Smin
S  max
2
S 
Dihasilkan
Em .Bm
2. 0
Dengan didasarkan bahwa GEM tidak dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet, saat melewati
kedua medan hal ini karena terjadi Gaya Listrik dan Gaya Magnet (Lorentz ) yang besarnya sama
dengan arah berlawanan, sehingga berlaku :
Flistrik = FL
sehingga berlaku
q.E = B.q.c
Maka :
dengan c = cepat rambat GEM ( 3 x 108 m/s )
E = Kuat medan listrik
B = Kuat medan magnet
E = c.B
Dari persamaan
C
1
0 . 0
dan
E = c.B
diperoleh beberapa
persamaan :
2
c.Bm
ax
S 
2. 0
S 
2
Em
ax
S 
2.c. 0
1
.c. 0 .Em2
2
Em = Kuat medan listrik maximum
( N/C)
Bm = Kuat medan magnet
maximum (T)
C = cepat rambat cahaya ( m/s)
Buktikan dua persamaan terakhir tersebut !
5