BAB IX KONSEP DASAR GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
FISIKA KELAS X
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
BAB IX
KONSEP DASAR GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
Pernahkah kamu membayangkan jika dunia ini tanpa cahaya? Akankah kamu dapat
melakukan aktivitas? Tentu jawabnya tak mungkin ada aktivitas, karena untuk
melakukan aktvitas manusia perlu tahu tentang keadaan di sekelilingnya. Benda-benda
untuk dapat terlihat harus memantulkan cahaya. Tanpa cahaya kamu tak pernah tahu
dan tak pernah melihat apa sebenarnya yang ada di sekitarmu. Cahaya termasuk salah
satu spektrum gelombang elektromagnetik dapat dilihat oleh mata. Gelombang
elektromagnetik memiliki rentang spektrum dari sinar gamma sampai gelombang radio.
Banyak aplikasi teknologi yang berdasar konsep gelombang elektromagnetik ini. Pulsa
handphone antara lain dikirim dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Ketika kamu
berkomunikasi dengan HP gelombang suaramu diubah menjadi gelombang
elektromagnetik oleh sistem relay sehingga pihak yang kamu ajak komunikasi dapat
mendengar suaramu. Di bab akan diperdalam gelombang elektromagetik
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
498
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
BAB IX
KONSEP DASAR GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
Standar Kompetensi
 Memahami konsep dan prinsip
gelombang elektromagnetik
Kompetensi Dasar
 Mendeskripsikan spektrum
gelombang elektromagnetik
 Menjelaskan aplikasi gelombang
elektromagnetik pada kehidupan
sehari-hari.
Bermula dari banyak pendapat mulai dari Al hasan, Aristoteles, Newton, Planck,
Maxwell dan yang lain diyakini spektrum gelombang elektromagnetik adalah
berkecepatan cahaya. Perkembangan teori, prinsip, dan konsep gelombang
elektromagnetik menghasilkan teknologi tentang gelombang elektromagnetik yang
bermanfaat. Aplikasi gelombang elektromagnetik pada berbagai bidang memungkinkan
manusia berbuat banyak. Diantaranya bidang telekomunikasi antar wilayah global,
bahkan menembus ruang angkasa. Peranan satelit komunikasi relai yang menangkap
gelombang elektromagnetik dan memantulkannya kembali bermanfaat bagi penyiaran
gelombang TV, gelombang radio dan gelombang mikro. Dalam bab ini kamu akan
memperdalam spektrum dan aplikasi gelombang elektromagnetik.
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
499
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Peta Konsep Bab 9
TEORI
ELEKTROMAGNETIK
TEORI
EMISI
SPEKTRUM GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
MOMENTUM
RADIASI
TEORI
GELOMBANG
GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
ENERGI GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
KERAPATAN ENERGI
TEKANAN
RADIASI
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
INTENSITAS
ENERGI
500
TEORI
KUANTUM
APLIKASI GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
RADIASI GEM
HUKUM WIEN
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Tujuan Pembelajaran


Mendeskripsikan spektrum gelombang elektromagnetik
Menerapkan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari
Penelaahan dalam jangka waktu lama dari gelombang elektromagnetik seiring penyelidikan
tentang cahaya mendatangkan pemahaman benar tentang hakekat gelombang
elektromagnetik. Spektrum gelombang elektromagnetik telah berhasil dipetakan antara lain
terdiri dari sinar gamma, sinar X, sinar ultraviolet, cahaya tampak, sinar inframerah,
gelombang mikro, gelombang radar, gelombang TV, dan gelombang radio.Masing-masing
memiliki karakteristik yang spesifik dan memiliki kegunaan tertentu.
A. Spektrum Gelombang Elektromagnetik
1. Hakikat Gelombang Elektromagnetik
Pada pertengahan abad ke sepuluh seorang ilmuwan Mesir di Iskandaria yang
bernama Al Hasan (965-1038) mengemukakan pendapat bahwa mata dapat melihat
benda-benda di sekeliling karena adanya cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh
benda-benda yang bersangkutan masuk ke dalam mata. Teori ini akhirnya dapat diterima
oleh orang banyak sampai sekarang ini.
Beberapa teori-teori yang mendukung pendapat Al Hasan diantaranya adalah
a. Teori Emisi atau Teori Partikel
Sir Isaac Newton (1642-1727) merupakan ilmuwan
berkebangsaan Inggris yang mengemukakan pendapat
bahwa dari sumber cahaya dipancarkan partikel-partikel
yang sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan
kecepatan yang sangat besar. Bila partikel-partikel ini
mengenai mata, maka manusia akan mendapat kesan
melihat benda tersebut.
Alasan
berikut:
Gambar 1. Newton salah
seorang yang meneliti
gelombang cahaya
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
501
dikemukakanya
teori ini adalah sebagai
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Karena partikel cahaya sangat ringan dan berkecepatan tinggi maka cahaya dapat
merambat lurus tanpa terpengaruh gaya gravitasi bumi.

Ketika cahaya mengenai permukaan yang halus maka cahaya akan akan
dipantulkan dengan sudut sinar datang sama dengan sudut sinar pantul sehingga
sesuai dengan hukum pemantulan Snellius. Peristiwa pemantulan ini dijelaskan
oleh Newton dengan menggunakan bantuan sebuah bola yang dipantulkan di
atas bidang pantul.

Alasan berikutnya adalah pada peristiwa pembiasan cahaya yang disamakan
dengan peristiwa menggelindingnya sebuah bola pada papan yang berbeda
ketinggian yang dihubungkan dengan sebuah bidang miring. Dari permukaan
yang lebih tinggi bola digelindingkan dan akan terus menggelinding melalui
bidang miring sampai akhirnya bola akan menggelinding di permukaan yang
lebih rendah. Jika diamati perjalanan bola, maka sebelum melewati bidang
miring lintasan bola akan membentuk sudut α terhadap garis tegak lurus pada
bidang miring. Setelah melewati bidang miring lintasan bola akan membentuk
sudut β terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Jika permukaan atas
dianggap sebagai udara dan permukaan bawah dianggap sebagai air serta bidang
miring merupakan batas antara udara dan air, gerak bola dianggap sebagai
jalannya pembiasan cahaya dari udara ke air, maka Newton menganggap bahwa
kecepatan cahaya dalam air lebih besar dari pada kecepatan cahaya dalam udara.
Pendapat ini masih bertahan hingga akhirnya seorang ahli fisika Prancis, Jean Focault
(1819 – 1868) melakukan percobaan tentang pengukuran kecepatan cahaya dalam
berbagai medium. Dalam percobaannya Jeans Focault mendapatkan kesimpulan bahwa
kecepatan cahaya dalam air lebih kecil dari pada kecepatan cahaya dalam udara.
b. Teori Gelombang
Menurut Christian Huygens (1629-1695) seorang ilmuwan berkebangsaan
Belanda, bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa gelombang.
Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang gelombang dan frekuensinya.
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
502
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Pada teori ini Huygens menganggap bahwa setiap titik pada sebuah muka gelombang
dapat dianggap sebagai sebuah sumber gelombang yang baru dan arah muka gelombang
ini selalu tegak lurus tehadap muka gelombang yang bersangkutan.
Pada teori Huygens ini peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, ataupun difraksi
cahaya dapat dijelaskan secara tepat, namun dalam teori Huygens ada kesulitan dalam
penjelasan tentang sifat cahaya yang merambat lurus.
c. Teori Elektromagnetik
Percobaan James Clerk
Maxwell (1831 – 1879) seorang
ilmuwan berkebangsaan Inggris (Scotlandia) menyatakan bahwa
cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat
cahaya yaitu 3x108 m/s, oleh karena itu Maxwell berkesimpulan
bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Kesimpulan
Maxwell ini di dukung oleh :
Gambar 2.
JC. Maxwell

Seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman,
Heinrich Rudolph Hertz (1857 – 1894) yang membuktikan bahwa
gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal.
Hal
ini
sesuai dengan kenyataan bahwa
cahaya dapat
menunjukkan gejala polarisasi.

Percobaan seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Peter
Zeeman (1852 – 1943) yang menyatakan bahwa medan magnet
Gambar 3.
HR.Hertz
yang sangat kuat dapat berpengaruh terhadap berkas cahaya.

Percobaan Stark (1874 – 1957), seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang
mengungkapkan bahwa medan listrik yang sangat kuat dapat mempengaruhi
berkas cahaya.
Gambar 4. Tahun 1887 dua
ilmuwan Amerika, Albert
Michelson dan James
Morley, membuat mesin
untuk menguji teori James
Clerk Maxwell, ternyata
kecepatan gelombang
cahaya adalah tetap
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
503
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
d. Teori Kuantum
Teori kuantum pertama kali dicetuskan pada tahun 1900 oleh
seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang bernama Max Karl
Ernst Ludwig Planck (1858 – 1947). Dalam percobaannya Planck
mengamati sifat-sifat termodinamika radiasi benda-benda hitam
hingga ia berkesimpulan bahwa energi cahaya terkumpul dalam
Gambar 5.
Max Planck
paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Dan pada tahun
1901 Planck mempublikasikan teori kuantum cahaya yang
menyatakan bahwa cahaya terdiri dari peket-paket energi yang disebut kuanta atau foton.
Akan tetapi dalam teori ini paket-paket energi atau partikel penyusun cahaya yang
dimaksud berbeda dengan partikel yang dikemukakan oleh Newton . Karena foton tidak
bermassa sedangkan partikel pada teori Newton memiliki massa
Pernyataan Planck ternyata mendapat dukungan dengan adanya percobaan Albert
Einstein pada tahun 1905 yang berhasil menerangkan gejala fotolistrik dengan
menggunakan teori Planck. Fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari suatu
logam yang disinari dengan panjang gelombang tertentu. Akibatnya percobaan Einstein
justru bertentangan dengan pernyataan Huygens dengan teori
gelombangnya.Pada efek fotolistrik, besarnya kecepatan elektron
yang terlepas dari logam ternyata tidak bergantung pada besarnya
intensitas cahaya yang digunakan untuk menyinari logam tersebut.
Sedangkan menurut teori gelombang seharusnya energi kinetik
elektron bergantung pada intensitas cahaya.
Gambar 6. Albert
Einstein
menjelaskan efek
foto listrik
Kemudian dari seluruh teori-teori cahaya yang muncul
dapat disimpulkan bahwa cahaya mempunyai sifat dual (dualisme
cahaya) yaitu cahaya dapat bersifat sebagai gelombang untuk
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
504
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
menjelaskan peristiwa interferensi dan difraksi tetapi di lain pihak cahaya dapat berupa
materi tak bermassa yang berisikan paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton
sehingga dapat menjelaskan peristiwa efek fotolistrik.
2. Gelombang Elektromagnetik
Beberapa kaidah tentang kemagnetan dan kelistrikan yang mendukung
perkembangan konsep gelombang elektromagnetik antara lain:
1. Hukum Coulomb
mengemukakan :
“Muatan listrik statik dapat menghasilkan
medan listrik.”.
2. Hukum Biot & Savart mengemukakan : “Aliran muatan listrik (arus listrik) dapat
menghasilkan medan magnet”.
3. Hukum Faraday mengemukakan :
“Perubahan medan magnet dapat menghasilkan
medan listrik”.
Berdasarkan Hukum Faraday, Maxwell mengemukakan hipotesa
sebagai berikut: ”Perubahan medan listrik dapat menimbulkan
medan magnet”. Hipotesa ini sudah teruji dan disebut dengan Teori
Maxwell. Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik
Gambar 7.
Michael Faraday
adalah:
a. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.
b. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang
elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas () dan permeabilitas (μ) zat.
Menurut Maxwell, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dirumuskan sebagai
berikut
c=
1
ε oμ o
Ternyata perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet yang tidak tetap
besarannya atau berubahubah. Sehingga perubahan medan magnet tersebut akan
menghasilkan lagi medan listrik yang berubahubah.
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
505
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Proses terjadinya medan listrik dan medan magnet berlangsung secara bersamasama dan
menjalar kesegala arah. Arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak
lurus. Jadi gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahan
medan magnet dan medan listrik secara berurutan, dimana arah getar vektor medan listrik
dan medan magnet saling tegak lurus.
Vektor Medan Listrik
Gambar 8.
Penjalaran gelombang elektromagnetik sebagai
gelombang transversal
Vektor Medan Magnet
E
B
Gelombang Elektromagnetik
E = medan listrik (menjalar vertikal)
B = medan magnet (menjalar horizontal.)
Gejala seperti ini disebut terjadinya gelombang elektromagnetik (= gelombang yang
mempunyai medan magnet dan medan listrik).
Bila dalam kawat PQ terjadi perubahan-perubahan
tegangan baik besar maupun arahnya, maka dalam
kawat PQ elektron bergerak bolak-balik, dengan
kata lain dalam kawat PQ terjadi getaran listrik.
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
506
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Perubahan tegangan menimbulkan perubahan medan listrik dalam ruangan disekitar
kawat, sedangkan perubahan arus listrik menimbulkan perubahan medan magnet.
Perubahan medan listrik dan medan magnet itu merambat ke segala jurusan. Karena
rambatan perubahan medan magnet dan medan listrik secara periodik maka rambatan
perubahan medan listrik dan medan magnet lazim disebut gelombang elektromagnetik.
(GEM)
Percobaan-percobaan yang teliti membawa kesimpulan :
1. Pola
gelombang
elektromagnetik sama dengan
pola gelombang transversal
dengan
vektor
perubahan
medan listrik tegak lurus
Gambar 9. Vektor perubahan medan listrik tegak lurus
vektor perubahan medan magnet
pada
vektor
perubahan
medan magnet.
2. Gelombang elektromagnetik menunjukkan gejala-gejala pemantulan, pembiasan,
difraksi, polarisasi seperti halnya pada cahaya.
3. Diserap oleh konduktor dan diteruskan oleh isolator.
Gelombang elektromagnetik lahir sebagai paduan daya imajinasi dan ketajaman
akal pikiran berlandaskan keyakinan akan keteraturan dan kerapian aturan-aturan alam.
Hasil-hasil percobaan yang mendahuluinya telah mengungkapkan tiga aturan gejala
kelistrikan , antara lain sebagai berikut.
Hukum Coulomb
: Muatan listrik menghasilkan medan listrik yang kuat.
Hukum Biot-Savart
: Aliran muatan (arus) listrik menghasilkan medan magnet
disekitarnya.
Hukum Faraday
: Perubahan medan magnet (B) dapat menimbulkan medan
listrik (E).
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
507
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Didorong oleh keyakinan atas keteraturan dan kerapian hukumhukum alam, Maxwell berpendapat bahwa masih ada kekurangan
satu aturan kelistrikan yang masih belum terungkap secara
empirik. Jika perubahan medan magnet dapat menimbulkan
perubahan medan listrik maka perubahan medan listrik pasti dapat
Gambar 10.
Maxwell
menimbulkan perubahan medan magnet, demikianlah keyakinan
Maxwell.
Dengan pengetahuan matematika yang dimilikinya, secara cermat Maxwell
membangun teori yang dikenal sebagai teori gelombang elektromagnetik. Baru setelah
bertahun-tahun Maxwell tiada, teorinya dapat diuji kebenarannya melalui percobaanpercobaan. Menurut perhitungan secara teoritik, kecepatan gelombang elektromagnetik
hanya bergantung pada permitivitas ruang hampa ( ε o ) dan permeabilitas ruang hampa
( μ o ).
c 
Dengan memasukkan ε o 
1
ε0.μ0
1 1 9
. .10 = 8,85 . 1012 C2/N.m2 dan μo = 4π.107 Wb/A.m
4π 9
diperoleh nilai c = 3.108 m/s, nilai yang sama dengan kecepatan cahaya.
Oleh sebab itu Maxwell mempunyai cukup alasan untuk menganggap cahaya adalah
gelombang elektromagnetik. Oleh karena itu konsep gelombang elektromagnetik ini
merupakan penyokong teori Huygens tentang cahaya sebagai gerak gelombang.
3. Energi Gelombang Elektromagnetik.
Karena gelombang elektromagnetik mengandung medan listrik dan medan
magnetik, maka kedua medan mempunyai persamaan gelombang.
Persamaan kuat medan listrik E dan kuat medan magnetik B, berbentuk persamaan
sinusoidal,
E = Emaks sin  t
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
dan
508
B = Bmaks sin  t
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
harga efektifnya :
Eef =
E maks
2
dan
Bef =
Bmaks
2
Kuat medan listrik E dan kuat medan magnetik B, mempunyai hubungan :
Bmaks
E maks
c
=

B =
E
c
atau
B.c=E
E = kuat medan listrik (N/c)
B = induksi magnetic (T)
c
= kecepatan cahaya = 3 . 108 m/s
Dari persamaan c =
maka
sehingga
1
μ oεo
c2 =
1
μ oεo
B
=
E
c
B2
=
E2
c2
B2
=
E2 .
B2
=
E2 . o o

oo
1
c2
=
1
c2
a. Energi Medan Listrik
Pada kapasitor (alat yang dapat menyimpan energi listrik) berlaku persamaan energi
W = ½ C.V2 , dari kuat medan listrik E =
V
d
 V = E.d
maka
W = ½ C . E2 . d2 , dari rumus kapasitas kapasitor C =
 o .A
d
sehingga W = ½ . o . A . d . E2  disebut dengan energi medan listrik (joule)
Volume V = A . d
maka : W = ½ o . V . E2 joule
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
509
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Kerapatan energi listrik (= energi listrik per satuan volume) :
UE
½ o .E2 dengan satuan
=
joule
m3
Gelombang energi listrik bergerak dengan kecepatan cahaya c maka
UE
½ o .E2.c dengan satuan
=
watt
m2
b. Energi Medan Magnetik
Induktor / kumparan dengan luas penampang A dan panjangnya l dilalui arus listrik i
maka energi magnetiknya :
W = ½ L i2 , dengan L =
o N 2 A
l
diperoleh :
W = ½
o N 2 A
l
. i2
Jika lilitan per satuan panjang n =
maka :
W = ½ o
N
 N = n . l  N2 = n2 . l2
l
n 2l 2 Ai2
l
W = ½ o n2 l A i2
joule
Volume kumparan : V = A . l
W = ½ o n2 V i2
joule
Dari persamaan induksi magnetik kumparan / solenoida
B =
μ o iN
B
atau B = μo i n  i =
l
μon
Sehingga :
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
510
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
W
W
=
½ o . n2 . V .
=
VB 2
joule
2μ o
B2
μ o2 n 2
Kerapatan energi magnetik (= energi magnetik per satuan volume) :
UB
=
joule
B2
dengan satuan
2μ o
m3
Gelombang energi magnet bergerak dengan kecepatan cahaya c maka
UB
=
B2c
watt
dengan satuan
2μ o
m2
Kerapatan energi gelombang elektromagnetik :
U
U
=
UE + UB
=
½ o E2.c + ½
=
½ (o E2 .c +
B2c
μo
B2c
)
μo
Karena E = B . c, maka penulisan dalam bentuk lain adalah sebagai berikut.
U
U
Karena B =
U
B2c
)
μo
=
½ (o . B2 c3 +
=
½ o . B2 .c.
=
½
=
watt
B2c
satuan
μo
m2
B2c
1
+½
μo
ε oμ o
B2c
B2c
+½
μo
μo
E
, maka dapat ditulis juga sebagai berikut.
c
=
½ (o . E2 .c +
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
E 2c
)
μ oc2
511
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
U
E2
1
2
.
E
+
)
μ oc2
μ oc2
=
½(
=
½ (2
=
E2
watt
satuan
2
μ oc
m2
E2
)
μ oc2
Contoh :
Cahaya dari laser terpancar mengarah pada sumbu Z. Amplitudo medan listrik dalam
gelombang cahaya adalah 6 x 103 V/m, dan arah medan listrik searah sumbu X. Kemana
arah dan berapa amplitudo medan magnet ?
Jawab :
Bila arah gerak gelombang cahaya pada sumbu Z, arah E pada sumbu X maka arah B
pada sumbu Y.
Eo
6 . 10 3
Bo =
=
= 2 . 105 T
8
c
3 . 10
4. Intensitas Gelombang Elektromagnetik.
Energi
rata-rata
per
satuan
luas
yang
dirambatkan
oleh
gelombang
elektromagnetik disebut dengan intensitas gelombang elektromagnetik. Intensitas tersebut
sebanding dengan harga maksimum medan magnet (B) dan sebanding pula dengan harga
maksimun medan listriknya (E).
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
512
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Gambar 11. Penjalaran Ey dan Bz gelombang elektromagnetik
Kedua medan listrik dan medan magnet tersebut saling tegak lurus, merambat kearah
sumbu X.
Kedua gelombang tersebut dapat dituliskan menjadi :
Ey = Eo sin (kx-t)
Bz = Bo sin (kx-t)
Kecepatan gelombang diberikan dengan persamaan
c=
ω
k
Intensitas gelombang elektromagnetik dituliskan sebagai berikut.
S
E .B
y z
μ
o
S
E .B
o o sin 2 (kx - ωt)
μ
o
Jadi harga intensitas (S) tergantung dari sin2 (kx-t), S akan berharga maksimum bila
harga sin2 (kx-t) = 1, atau
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
513
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
S
E .B
 o o
maks
μ
o
Sedangkan S akan berharga minimum bila harga sin2 (kx-t) adalah nol.
Smin = 0
Secara umum intensitas atau energi per satuan luas dapat dituliskan dengan
S 
ExB
μ
o
disebut dengan vektor poynting.
Intensitas rata-rata ( S ) gelombang elektromagnetik adalah :
S
S
min
S  maks
2
E B
o o 0
μ
o
S
2
E .B
S o o
2μ
o
Karena :
Eo = c Bo
c
dan
1
μ oε o
Maka selain itu S juga dapat dituliskan sebagai fungsi Eo menjadi :
1
S  ε E2 c
2 o o
Nilai S juga dapat dituliskan dalam bentuk :
S
E o2
2 c μo
Selain itu S juga dapat dituliskan sebagai fungsi Bo menjadi :
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
514
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
1
S  ε B2 c3
2 o o
Nilai S juga dapat dituliskan dalam bentuk :
S
B o2 .c
2 μo
Gejala gelombang elektromagnetik baru dapat ditunjukkan beberapa
tahun setelah Maxwell meninggal oleh H.R. Hertz.
Contoh :
Intensitas rata-rata cahaya matahari pada siang hari yang cerah sekitar 1
Gambar 12.
HR.Hertz
kW/m2. Anggaplah gelombang elektromagnetik cahaya matahari berupa
gelombang sinusoidal konstan. Berapa solar sel yang harus diperlukan
untuk menangkap dan mengumpulkan energi matahari hingga setara dengan pemanaskan
air 5 kW ? Anggap tiap sel memiliki luas 2 m2 dan efisiensi 50% serta tegak lurus
menghadap sinar matahari.
Penyelesaian:
Jawab:
Medan listrik sebesar
E o2
S
2 c μo
Eo =
2μ o cS
Eo =
24.π x 10 -7 . 3x10 8.1x10 3
Eo = 900 V/m
Bo =
Eo
900
=
 3.10 6 T
8
c
3.10
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
515
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Pada 1 kW/m2 diperlukan solar sel seluas 5 m2 dengan efisiensi 100 % untuk
mwmproduksi 5 kW. Bila efisiensi hanya 50 %, maka memerlukan 10 m2 luas solar sel.
Karena tiap sel seluas 2 m2. Jadi banyaknya solar sel =
10
 5 sel
2
Latihan
Kerjakan soal-soal berikut di buku latihanmu!
1. Sebuah gelombang radio mempunyai Em = 10-4 V/m Berapakah besar medan
magnet Bm dan intensitas gelombang tersebut.
2. Cahaya matahari menumbuk bumi dengan intensitas sebesar 20 kal/cm 2-menit.
Hitunglah besarnya medan listrik Em dan medan magnet Bm untuk cahaya
tersebut.
3. Sebuah stasiun radio menerima gelombang elektromagnetik sinusoida dari satelit
pemancar dengan kekuatan 50 KW. Berapakah amplitudo maksimum E dan B
yang diterima satelit jika jarak antara antena stasiun radio dan satelit 100 km.
4. Sebuah stasiun radio mentranmisikan sinyal 10 KW dengan frekwensi 100 MHz.
Carilah pada jarak 1 Km :
a. Amplitudo medan listrik dan medan magnetnya.
b. Energi yang diterima oleh sebuah panel yang berukuran 10 cm x 10 cm
dalam waktu 5 menit.
4. Spektrum Gelombang Elektromagnetik.
Hasil kali panjang gelombang () dengan frekuensi gelombang (f) sama dengan
cepat rambat gelombang ( c ). Dirumuskan sebagai berikut.
c=λ.f
Beberapa contoh sumber gelombang elektromagnetik antara lain sebagai berikut.

Osilasi listrik.

Sinar matahari yaitu menghasilkan sinar infra merah.
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
516
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Lampu merkuri dapat menghasilkan ultra violet.

Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam dapat
menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen).

Inti atom yang tidak stabil dapat menghasilkan sinar gamma (.γ)
Beberapa sifat gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut.

Dapat merambat dalam ruang hampa.

Merupakan gelombang transversal (arah getar tegak lurus arah rambat), jadi dapat
mengalami polarisasi.

Dapat mengalami refleksi, refraksi, interferensi dan difraksi.

Tidak dibelokkan dalam medan listrik maupun medan magnet.
Setiap spektrum gelombang elektromagnetik memiliki fenomena yang berbeda-beda
sesuai
dengan
berhubungan
karakteristiknya
dengan
frekuensi.
masing-masing.
Dengan
Karakteristik
kecepatan
yang
gelombang
sama
ini
gelombang
elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang besar akan memiliki frekuensi kecil.
Sebaliknya spektrum gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang
pendek akan memiliki frekuensi besar. Berdasarkan panjang gelombang () dan frekuensi
(f) dapat disusun diagram spektrum gelombang elektromagnetik sebagai berikut.
(Å)
f(Hz)
1025
Sinar Gamma 10-15
1020
10-10
Sinar X
Sinar Ultra
Ungu
10
15
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
517
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
CAHAYA
Gelombang 10-5
Infra merah
1010
Radar
&
Televisi
105
Gelombang
105
Radio
10
0
Dari spektrum tersebut dapat disimpulkan bahwa makin pendek panjang gelombang ()
makin tinggi fekuensinya (f) dan makin besar pula daya tembusnya.
Untuk mengurutkan spektrum dari frekuensi tinggi ke frekuensi rendah dapat diingat
dengan cara sebagai berikut.
1. Sinar gamma (γ)
2. Sinar X (Rontgen)
3. Sinar ultra ungu
4. Cahaya tampak:
Urutan dari atas kebawah:
- frekuensi (f) makin
kecil
- Panjang gelombang
() makin besar
- Cepat rambat (c) sama.
 Ungu
 Biru
 Hijau
 Kuning
 Jingga
 Merah
c=λ.f
5. Sinar infra merah
6. Gelombang Radar
7. Gelombang TV
8. Gelombang Radio
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
518
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Diantara gelombang-gelombang yang terdapat pada spektrum tersebut, yang dapat dilihat
oleh mata hanyalah gelombang cahaya yang mempunyai panjang gelombang antara 7800
Å (merah) – 3990 Å (ungu).
Gelombang yang mempunyai daya tembus yang sangat besar adalah sinar X dan sinar .
Dimana sinar X dihasilkan dengan cara emisitermionik, sedangkan sinar  dihasilkan oleh
inti-inti yang tidak stabil (bersifat radioaktif). Manfaat gelombang elektromagnet dapat
diterangkan sesuai urutan spektrumnya :
1. Daerah frekuensi antara 104 sampai 107 Hz dikenal sebagai gelombang radio,
yaitu sebagai salah satu sarana komunikasi. Karena sifat gelombangnya yang
mudah dipantulkan ionosfer, yaitu lapisan atmosfir bumi yang mengandung
partikel-partikel bermuatan, maka gelombang ini mampu mencapai tempat-tempat
yang jaraknya cukup jauh dari stasiun pemancar.
Informasi dalam bentuk suara dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan
amplitudo (modulasi amplitudo).
2. Daerah frekuensi sekitar 108 Hz, gelombang elektromagnetik mampu menembus
lapisan ionosfer sehingga sering digunakan sebagai sarana komunikasi dengan
satelit-satelit. Daerah ini digunakan untuk televisi dan radio FM (frekuensi
modulasi) dimana informasi dibawa dalam bentuk perubahan frekuensi (modulasi
frekuensi).
Jadi ada dua macam cara modulasi gelombang elektromagnetik pada daerah 104 
108 Hz:
a. Modulasi Amplitudo (AM)
Amplitudo gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang
bunyi yang dibawa dengan frekuensi tetap.
b. Modulasi Frekuensi (FM)
Frekuensi gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang
bunyi yang dibawa dengan amplitudo tetap.
Sistem FM lebih unggul daripada AM karena FM dapat mengurangi desau akibat
kelistrikan diudara, walaupun jangkauannya terbatas sekali.
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
519
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
3. Daerah frekuensi sekitar 1010 Hz, digunakan oleh pesawat RADAR (Radio
Detection and Ranging). Radar adalah suatu alat yang sistemnya memancarkan
gelombang elektromagnetik berupa gelombang radio dan gelombang mikro.
Pantulan dari gelombang yang dipancarkan tadi digunakan untuk mendeteksi
obyek. Informasi yang dikirim ataupun yang diterima berbentuk sebagai pulsa.
Bila pulsa ini dikirim oleh pesawat radar dan mengenai suatu sasaran dalam
selang waktu t, maka jarak antara radar ke sasaran :
s=
c . Δt
2
c = kecepatan cahaya (3 . 108 m/det). Selang waktu yang diperlukan oleh
gelombang tersebut dinamakan time delay
4. Daerah frekuensi 1011 – 1014 Hz, ditempati oleh radiasi infra merah, dimana
gelombang ini lebih panjang dari gelombang cahaya tampak dan tidak banyak
dihamburkan oleh partikel-partikel debu dalam atmosfir sehingga mengurangi
batas penglihatan manusia.
5. Daerah frekuensi 1014 – 1015 Hz, berisi daerah cahaya tampak (visible light), yaitu
cahaya yang tampak oleh mata manusia dan terdiri dari deretan warna-warna
merah sampai ungu.
6. Daerah frekuensi 1015 – 1016 Hz, dinamakan daerah ultra ungu (ultra violet).
Dengan frekuensi ultra ungu memungkinkan kita mengenal lebih cepat dan tepat
unsur-unsur yang terkandung dalam suatu bahan.
7. Daerah frekuensi 1016 – 1020 Hz, disebut daerah sinar X. Gelombang ini dapat
juga dihasilkan dengan menembakkan elektron dalam tabung hampa pada
kepingan logam. Karena panjang gelombangnya sangat pendek, maka gelombang
ini mempunyai daya tembus yang cukup besar sehingga selain digunakan di
rumah sakit, banyak pula digunakan di lembaga-lembaga penelitian ataupun
industri.
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Gambar 12. Peralatan sinar X atau sinar
rontgen. ditemukan oleh seorang Profesor
Fisika bangsa Jerman di Universitas Wurzburg,
Bavaria, Wilhelm Conrad Röntgen pada
520tanggal 8 November 1895. Beliau mengamati
sinar ini mampu menghasilkan gambar di film
fotografi setelah menembus tisu, pakaian dan
logam.
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Bagaimana sinar X dihasilkan?
Sinar X dihasilkan apabila elektron bergerak pada kelajuan yang tinggi dan secara
tiba-tiba menumbuk logam anoda. Hal ini terjadi di dalam sebuah tabung sinar X.
Di dalam sebuah tabung sinar X terdapat katoda (-) yang merupakan sebuah
filamen yang dipanaskan oleh tenaga listrik. Pemanasan yang terjadi
menyebabkan elektron dihasilkan dari filamen, dan bergerak menumbuk anoda
(+). Akibat tumbukan elektron ini terpancarlah sinar X dari anoda. Sinar-sinar itu
oleh Rontgen diberi nama sinar X karena saat itu masih misterius. Namun
sekarang disebut dengan sinar Rontgen. Prinsip dihasilkannya sinar X ini
berlawanan dengan efek fotolistrik.
8. Daerah frekuensi 1020 – 1025 Hz, disebut daerah sinar gamma. Gelombang ini
mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar X, dan dihasilkan oleh
inti-inti atom yang tidak stabil.
Gambar 13. Laser dihasilkan
dari berkas cahaya tampak
monokrom yang dipadatkan
sehingga memiliki intensitas
tinggi.
Aplikasi
laser
dijumpai
dalam
bidang
industri, militer, hiburan,
maupun kedokteran
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
521
Gambar 14. Laser dipakai
untuk percobaan militer oleh
militer Amerika Serikat.
Penggunaan laser sebagai
senjata misalnya pistol /
senapan atau meriam laser
dikembangkan oleh militer
untuk
kepentingan
pertahanan
negara
atau
menghadapi perang.
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Contoh Soal :
Suatu kapal diperlengkapi pemancar dan penerima gelombang radar untuk menduga
dalamnya laut. Jika frekuensi gelombang radar yang dikirim 5.109 Hz, kecepatan cahaya
di udara 3.108 m/det dan waktu yang dibutuhkan gelombang radar bolak- balik (dari
permukaan laut kembali ke permukaan lagi) = 2.10-3 det. Tentukan:
a. panjang gelombang radar
b. kedalaman laut
Penyelesaian :
Diketahui:
f = 5.109 Hz
t = 2.10-3 s
Ditanya :
a.  = .....?
b. s = ......?
Jawab :
a.  =
=
c
f
3.10 8
5.10 9
 = 0,06 m
b. s =
c . t
2
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
522
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
s=
3.10 8. 2.10 -3
2
s = 3.105 m
Latihan
Kerjakan soal berikut di buku latihanmu!
1. Dari atas permukaan sebuah danau seseorang melepaskan gelombang radar
kedasar danau. Gelombang tersebut kembali kepermukaan setelah 8.10 -6 detik.
Berapa kedalaman danau tersebut.
2. Sebuah kapal laut yang memiliki radar hendak mengukur kedalam laut. Waktu
yang dibutuhkan gelombang radar bolak- balik dari dasar laut kepermukaan laut
6.10-5 detik. Hitung kedalaman laut (indeks bias air laut = 3/4).
5. Radiasi Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik juga dipanaskan atau diradiasikan oleh setiap benda pijar
bersuhu
tertentu.
Pancaran
dari
benda
tersebut
berupa
radiasi
gelombang
elektromagnetik.
Benda-benda yang dipanasi mengemisikan gelombang yang tidak nampak (sinar ultra
ungu dan infra merah). Benda-benda yang dapat menyerap seluruh radiasi yang datang
disebut benda hitam mutlak, sebuah kotak yang mempunyai lubang sempit dapat
dianggap sebagai benda yang hitam mutlak.
Menurut Stefan dan Boltzman radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh
tiap satuan luas permukaan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak (T) benda
tersebut.
Intensitas radiasi
I = R = e ..T4
R adalah intensitas radiasi dalam watt/m2.
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
523
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
e adalah koefisien emisivitas yang nilainya bergantung pada warna jenis permukaan.
Untuk benda hitam mutlak e = 1
 adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang harganya 5,672 .10-8 Watt/m2 K.
Daya radiasi
P = R .A
P = e. .T4.A dengan satuan : watt
A = Luas permukaan (m2).
E=W=P.t
Energi radiasi
E = e .  . T4. A . t
dengan satuan joule
t = waktu (s)
Pada suhu tertentu kekuatan radiasi tiap panjang gelombang mempunyai nilai yang
berbeda-beda.
Ketergantungan
kekuatan
radiasi suatu benda terhadap
panjang gelombangnya disebut
spektrum
radiasi
(spektrum
gelombang pancaran).
Eksperimen-eksperimen untuk
mengamati spektrum radiasi
telah dilakukan, hasil spektrum
radiasi carbon pada berbagai
suhu
Gambar 15 . Diagram hubungan intensitas dan
radiasi carbon pada berbagai suhu.
seperti
terlukis
pada
gambar 15.
Dari
diagram
itu
Wien
mengambil kesimpulan yang
dikenal
sebagai
Hukum
Pergeseran Wien.
Menurut Wien panjang gelombang maksimum berbanding terbalik dengan suhu
mutlak benda.
Dirumuskan
m . T = C
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
persamaan ini disebut hukum pergeseran Wien.
524
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
C = konstanta Wien = 2,898 . 10-3 m.K
Intensitas radiasi yang dipancarkan berbanding lurus dengan suhu, berbanding lurus
dengan frekuensi pancaran, dan berbanding terbalik dengan panjang gelombang.
Energi pancaran tiap panjang gelombang semakin besar, jika suhu semakin tinggi,
sedangkan energi maksimumnya begeser kearah gelombang yang panjang
gelombangnya kecil.
m =
C
T
Perhatikan gambar berikut ini.
(b)
(a)
Gambar 15 . (a) Diagram hubungan intensitas gelombang elektromagnetik
dan radiasi carbon pada berbagai suhu (B) diagram hubungan intensitas
gelombang elektromagnetik dengan frekuensi
6. Tekanan Radiasi Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik merambat membawa energi sekaligus membawa
momentum.
Metode
sederhana
untuk
mengetahui
momentum
gelombang
elektromagnetik adalah menggunakan hubungan rumus kesetaraan massa dan energi
Albert Einstein sebagai berikut.
E = m c2
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
525
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Dengan demikian persamaan tersebut dapat diubah menjadi
E
c
mc=
dimana massa dikali dengan kecepatan adalah sama dengan momentum, sehingga
P=
E
c
dengan satuan kg m/s
Bila kedua ruas berlangsung tiap satuan waktu dan tiap satuan luas permukaan maka
dimensi momentum akan berubah menjadi dimensi tekanan, dan energi akan berubah
menjadi intensitas energi gelombang elektromagnetik. sehingga dapat ditulis sebagai
berikut.
P

A.t
E
A.t
c
watt 2
kg.m.s -1
m

2
m .s
m.s -1

watt

Jadi diperoleh persamaan tekanan radiasi adalah :
-1 -2
kg.m .s =
p=
m2
m.s -1
S
c
Dalam hal ini S adalah vektor poynting yaitu intensitas gelombang elektromagnetik.
Persamaan
p =
S
c
ini berlaku untuk tekanan radiasi radiasi gelombang
elektromagnetik yang diserap oleh suatu permukaan. Sedangkan mengingat
momentum adalah besaran vektor maka untuk tekanan radiasi gelombang
elektromagnetik yang dipantulkan oleh suatu permukaan adalah sebesar p =
2.S
c
B. Aplikasi Gelombang Elektromagnetik pada Kehidupan
Sehari-hari
Beberapa contoh aplikasi gelombang elektromagnetik pada kehidupan sehari-hari
diuraikan sebagai berikut.
1. Teleskop Satelit Inframerah
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
526
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Gambar 16. Teleskop satelit inframerah
yang dipasang di orbit akan menghasilkan
gambar-gambar foto alam semesta dengan
lebih baik kualitasnya.
Sebuah teleskop infra merah Space Infrared Telescope Facility (SIRTF) atau Fasilitas
Teleskop Infra Merah Ruang Angkasa. SIRTF adalah sistem peneropongan bintang
keempat yang diluncurkan NASA. Sebelumnya badan angkasa luar Amerika Sserikat
itu telah meluncurkan Teleskop Angkasa Hubble, diorbitkan pesawat ulang alik tahun
1990; Gamma Ray Observatory, diluncurkan tahun 1991; dan Chandra X-Ray
Observatory diluncurkan tahun 1999.
Masing-masing sistem peneropongan itu
digunakan untuk mengamati cahaya-cahaya
Gambar 17. Teleskop angkasa Hubble,
yang bekerja pada cahaya tampak,
sedangkan teleskopChandra X-Ray
bekerja pada daerah frekuensi sinar X
untuk mencari black hole.
dengan warna yang berbeda, yang tidak dapat dilihat dari permukaan Bumi. Masingmasing sistem juga memiliki fungsi berbeda satu dengan lainnya.
Dengan Teleskop Hubble, para peneliti mencari obyek "paling merah" yang berarti
jaraknya sangat jauh. Dengan SIRTF akan bisa melihat populasi bintang di dalam
obyek sangat jauh tersebut karena SIRTF akan bekerja dalam gelombang cahaya infra
merah.
Sebelum itu pada tahun 1983 kerja sama antara Amerika Serikat, Belanda, dan
Inggris telah meluncurkan IRAS (the Infrared Astronomical Satellite) atau Satelit
Astronomi Inframerah, yang juga masih berfungsi sampai dengan sekarang.
2. Diagnosa Menggunakan sinar X
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
527
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Patah tulang, penyakit dalam dapat dideteksi dan didiagnosa oleh dokter
dengan akurat dengan bantuan sinar X atau sinar Röntgen.
GAMBAR TENTANG FOTO SINAR
RONTGEN
Gambar 18. Potret sinar
Rontgen membantu dokter
mendiagnosa masalah klinis
dengan tepat.
Sejak ditemukan sinar X pada tahun 1895 oleh Wilhelm Conrad Röntgen , dunia
medis mendapatkan kemajuan pesat untuk mengobati penyakit dalam atau sakit patah
tulang. Dengan hasil images film sinar X tim dokter mendapat informasi jelas bagian
mana yang harus mendapatkan penanganan.
3. Teleskop Radio
Gambar 19. Kumpulan teleskop radio sebanyak 27 buah di dekat Socorro, di New
Meksiko
Teleskop radio untuk menangkap gelombang radio dan mendeteksi sinyal-sinyal
lain (pulsar) dari angkasa luar. Penemuan gelombang radio yang datang dari angkasa
luar dan berhasil dideteksi di bumi oleh Karl Jansky seorang insinyur listrik dari
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
528
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
laboratorium Telepon Bell pada tahun 1931, telah
berhasil mengembangkan
astronomi radio. Deretan teleskop radio sebanyak 27 buah dibangun dekat Socorro di
New Meksiko. Untuk beberapa dekade astronomi radio mengalami kemajuan pesat
dan berhasil memberikan gambaran tentang alam semesta dengan banyak
dideteksinya spektrum gelombang lain yang datang dari angkasa luar seperti infa
merah, ultraungu, sinar X, sinar gamma, dan pulsar-pulsar lain hingga berhasil
ditemukannya bintang netron. Lebih jauh lagi bahkan berhasil menguak banyak hal
tentang sinar-sinar kosmik yang akhirnya diteliti mendalam oleh ilmuwan-ilmuwan
fisika inti khususnya partikel elementer.
Gambar 19. Kumpulan teleskop radio
sebanyak 27 buah di dekat Socorro, di New
Meksiko
4. Pemanfaatan Solar Sel Untuk Menangkap Energi Cahaya Matahari
Gambar 20. Solar sel merupakan
komponen
dari
bahan
semikonduktor
yang
mampu
menangkap
energi
panas
gelombang elektromagnetik dari
matahari
dan
mengubahnya
menjadi energi listrik sehingga
dapat disimpan di dalam baterai
atau accu.
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
529
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Gelombang elektromagnetik dari matahari dalam bentuk cahaya tampak pada siang hari
dapat ditangkap oleh sel surya yang terbuat dari bahan semikonduktor misalnya silikon.
Sel surya akan mengubah energi panas ini menjadi energi listrik dan dapat menghasilkan
tegangan listrik. Pada siang hari tegangan listrik disimpan dalam baterei atau accumulator
sehingga pada malam hari dapat dimanfaatkan untuk menyalakan peralatan listrik atau
memanaskan air. Solar sel juga dikembangkan untuk menggerakkan mobil tanpa bahan
bakar migas.
5. Oscilator Penghasil Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik telah diketahui keberadaannya. Permasalahannya dapatkah
gelombang elektromagnetik diproduksi terus-menerus. Berdasarkan hukum Ampere dan
hukum Faraday berhasil diketemukan bahwa rangkaian oscilasi listrik dapat
menghasilkan gelombang elektromagnetik terus menerus. Frekuensi yang dihasilkan
gelombang elektromagnetik disebut frekuensi resonansi, untuk rangkaian LC dirumuskan
f=
1
1
2π LC
Antena
a
i
Sumber
energi
Sirkuit LC
Gambar 21. Rangkaian/sirkuit oscilasi LC dihubungkan dengan sumber energi
dan antena dapat menghasilkan perubahan medan listrik AC dan pada antena akan
terpancar gelombang elektromagnetik
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
530
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
Prinsip ini dipakai dalam teknologi penyiaran baik gelombang TV , gelombang radar,
gelombang mikro, maupun gelombang radio. Gambar 21 menunjukkan rangkaian
pengirim gelombang elektromagnetik. Di sisi lain gelombang elektromagnetik yang
terpancar itu dapat ditangkap melalui rangkaian penerima gelombang elektromagnetik.
Masih banyak lagi aplikasi gelombang elektromagnetik dalam kehidupan seharihari yang tersebar dalam berbagai bidang. Kamu dapat lebih memperdalam pemahaman
aplikasi gelombang elektromagnetik dengan mengerjakan tugas akhir bab ini.
Tugas Akhir Bab
 Carilah
contoh-contoh
aplikasi
atau
penerapan
gelombang
elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari untuk beberapa topik,
usahakan lebih dari tiga macam.
 Buatlah tugas ini dalam bentuk kliping dengan deskripsinya, dan
berilah komentarmu untuk tiap-tiap topik.
 Gunakan majalah ilmiah atau search engine di internet dengan
mengunjungi
topik
applied
electromagnetism
wave
sebagai
referensimu.
Rangkuman
1. Al Hasan (965-1038) mengemukakan pendapat bahwa mata dapat melihat bendabenda di sekeliling karena adanya cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh
benda-benda yang bersangkutan masuk ke dalam mata.
2. Pendapat Newton dengan teori emisi adalah dari sumber cahaya dipancarkan
partikel-partikel yang sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan kecepatan
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
531
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
yang sangat besar. Bila partikel-partikel ini mengenai mata, maka mata akan
mendapat kesan melihat benda tersebut.
3. Menurut Christian Huygens cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan
berupa gelombang. Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang
gelombang dan frekuensinya.
4. James
Clerk
Maxwell
menyatakan
bahwa
Cepat
rambat
gelombang
elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahaya yaitu 3x108 m/s.
5. Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik
dan merupakan gelombang tranversal. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa
cahaya dapat menunjukkan gejala polarisasi.
6. Max Karl Ernst Ludwig Planck menyatakan bahwa cahaya terdiri dari peketpaket energi yang disebut kuanta atau foton.
7. Hukum Coulomb mengemukakan bahwa muatan listrik statik dapat menghasilkan
medan listrik..
8. Hukum Biot & Savart mengemukakan bahwa aliran muatan listrik (arus listrik)
dapat menghasilkan medan magnet.
9. Hukum Faraday mengemukakan bahwa perubahan medan magnet dapat
menghasilkan medan listrik.
10. Maxwell mengemukakan bahwa perubahan medan listrik dapat menimbulkan
medan magnet.
11. Menurut Maxwell, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dirumuskan
sebagai berikut
c=
1
ε oμ o
12. Gelombang elektromagnetik adalah rambatan perubahan medan listrik dan medan
magnet yang saling tegak lurus.
13. Kerapatan energi listrik (= energi listrik per satuan volume) :
joule
m3
UE
=
½ o .E2 dengan satuan
UE
=
½ o .E2.c dengan satuan
watt
m2
14. Kerapatan energi magnetik (= energi magnetik per satuan volume) :
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
532
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
UB
=
joule
B2
dengan satuan
2μ o
m3
UB
=
B2c
watt
dengan satuan
2μ o
m2
15. Kerapatan energi gelombang elektromagnetik :
U
U
=
UE + UB
=
B2c
½ (o E .c +
)
μo
2
Karena E = B . c, maka penulisan dalam bentuk lain adalah sebagai berikut.
U
Karena B =
U=
=
watt
B2c
satuan
μo
m2
E
, maka dapat ditulis juga sebagai berikut.
c
E2
watt
satuan
2
μ oc
m2
16. Secara umum intensitas atau energi per satuan luas dapat dituliskan dengan
E .B
S o o
μ
o
S 
ExB
μ
o
atau
disebut dengan vektor poynting.
17. Intensitas rata-rata ( S ) gelombang elektromagnetik adalah :
E .B
S o o
2μ
o
atau
1
S  ε E2 c
2 o o
E o2
S
2 c μo
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
atau
atau
533
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
1
S  ε B2 c3
2 o o
atau
B o2 .c
S
2 μo
18. Cepat rambat gelombang elektromagnetik diberikan dengan persamaan
c=
ω
k
atau
c=λ.f
19. Urutan spektrum gelombang elektromagnetik dari frekuensi tinggi ke frekuensi
rendah.

Sinar gamma (γ)

Sinar X (Rontgen)

Sinar ultra ungu

Cahaya tampak:
Urutan dari atas kebawah:
- frekuensi (f) makin
kecil
- Panjang gelombang
() makin besar
- Cepat rambat (c) sama.
 Ungu
 Biru
 Hijau
 Kuning
 Jingga
 Merah

Sinar infra merah

Gelombang Radar

Gelombang TV

Gelombang Radio
c=λ.f
20. Jarak antara sensor radar ke sasaran :
s=
c . Δt
2
21. Menurut Stefan dan Boltzman radiasi gelombang elektromagnetik adalah
Intensitas radiasi
I = R = e ..T4
Daya radiasi
P = R .A
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
534
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
P = e. .T4.A
E=W=P.t
Energi radiasi
E = e .  . T4. A . t
 = konstanta Stefan-Boltzmann = 5,672 .10-8 Watt/m2 K.
22. Menurut Wien panjang gelombang maksimum berbanding terbalik dengan suhu
mutlak benda.
m . T = C
.
C = konstanta Wien = 2,898 . 10-3 m.K
23. Beberapa contoh aplikasi gelombang elektromagnetik pada kehidupan sehari-hari

Teleskop Satelit Inframerah

Diagnosa Menggunakan sinar X

Teleskop Radio

Pemanfaatan Solar Sel Untuk Menangkap Energi Cahaya Matahari

Oscilator Penghasil Gelombang Elektromagnetik
Soal LatihanUlangan Bab 9
Soal Pilihan Ganda
Pilihlah jawaban yang benar!
1. Gelombang elektromagnet yang mungkin memiliki panjang gelombang
menggeser antara 0,01 Å – 10 Å adalah:
a.
infra merah
b.
ultra violet
c.
sinar X
d.
sinar
e.
gelombang tv
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
535
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
2. Energi dari gelombang elektromagnet adalah berbanding lurus terhadap
frekwensinya, maka dari pancaran gelombang elektromagnet di bawah ini yang
paling besar energinya adalah:
a.
sinarmerah
b.
sinar ungu
c.
sinar gamma
d.
sinar X
e.
gelombang radio
3. Suatu pemancar radio terdiri dari rangkaian L – C masing- masing besarnya 1/6
henry dan 1,5 pikofarad, kecepatan cahaya dalam udara ialah 3.108 m/det. Maka
panjang gelombang radio yang dipancarkan adalah:
a.
100  m
b.
150  m
c.
200  m
d.
250  m
e.
300  m
4. Suatu lampu gas yang berpijar memancarkan energi maksimum terletak pada
sinar merah dengan panjang gelombang 8000 Å. Maka suhu gas pijar itu, jika
konstanta Wien = 2,898 x 10-3 m.K adalah:
a.
3326,5º C
b.
3327,5º C
c.
3328,5º C
d.
3329,5º C
e.
3330º C
5. Suatu kapal diperlengkapi pemancar dan penerima gelombang radar untuk
menduga dalamnya laut. Jika indek bisa air laut = 4/3, kecepatan cahaya di udara
3.108 m/det dan waktu yang dibutuhkan gelombang radar bolak- balik (dari
permukaan laut kembali ke permukaan lagi) = 8.10-5 det. Maka dalamnya laut
adalah:
a.
9 km
b.
6 km
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
536
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
c.
4 km
d.
2 km
e.
0,5 km
6. Sebuah keping logam yang emisivitasnya = 0,05 luas permukaannya 2 cm 2
berpijar dan memancarkan tenaga selama 5 det. Jika konstanta Stefan-Boltzmann
= 5,67 x 10-8 watt/m2 (K)4 dan suhu permukaannya 1727º C. Maka energi total
yang dipancarkan selama itu adalah:
a.
45,24 joule
b.
45,32 joule
c.
45,36 joule
d.
45,42 joule
e.
45,84 joule
7. Jika frekuensi pada intensitas radiasi maksimum dari matahari 6.1014 Hz,
konstante Wien = 2,9 x 10-3 m.K. Kelajuan cahaya dalam hampa 3.108 m/det maka
suhu permukaan matahari adalah:
a.
1450 K
b.
2900 K
c.
4350 K
d.
5800 K
e.
7250 K
8. Suhu filament sebuah lampu pijar (e = 0,7) adalah 1.000 K.  = 6.10-8 watt/m2.K4.
Untuk lampu 25 watt maka luas permukaan filamennya….
a.
0,06 cm2
b.
0,06 m2
c.
0,6 m2
d.
0,6 cm2
e.
6 cm2
9. Suhu di permukaan suatu bintang 11.810º C. Tenaga pancar maksimum yang
datang dari cahaya bintang tersebut terletak pada panjang gelombang….
a.
1.500 Å
b.
2.000 Å
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
537
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
c.
2.400 Å
d.
2.750 Å
e.
3.050 Å
10. Sebuah benda hitam mempunyai tenaga pancar maksimum yang terletak pada
panjang gelombang 2.10-6 m. Suhu benda tersebut adalah….
a.
700 K
b.
950 K
c.
1.050 K
d.
1.450 K
e.
1.750 K
11. Perbandingan jumlah energi yang dipancarkan dalam bentuk radiasi tiap sekon
oleh benda hitam pada suhu 600 K dan 300 K adalah….
a.
2:1
b.
4:1
c.
8:1
d.
16 : 1
e.
25 : 1
12. Jumlah kalor yang dipancarkan oleh sebuah benda yang suhunya lebih besar dari
0 K, berbanding lurus dengan….
a.
suhunya
b.
pangkat dua dari suhunya
c.
suhu sekitarnya
d.
massa benda itu
e.
luas permukaan benda
13. Gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi tertinggi adalah….
a.
sinar gamma
b.
sinar X
c.
sinar inframerah
d.
sinar ultra ungu
e.
gelombang radio
14. Pernyataan di bawah ini merupakan sifat gelombang elektromagnetik, kecuali….
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
538
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
a.
gelombang elektromagnetik merambat dalam ruang hampa
b.
gelombang elekromagnetik adalah gelombang transversal
c.
frekwensi gelombang elektromagnetik sama dengan frekuensi cahaya
d.
gelombang elektromagnetik dapat dipolarisasikan
e.
pada gelombang elektromagnetik berlaku hokum pemantulan
15. Bila sinar ultraungu, sinar infra merah, dan sinar X berturut- turut ditandai dengan
U, I dan X, maka urutan yang menunjukkan paket (kuantum) energi makin besar
adalah….
a.
U, I, X
b.
U, X, I
c.
I, X, U
d.
I, U, X
e.
X, I, U
Catatan:
energi sebanding dengan frekuensi
16. Sinar X mempunyai panjang gelombang yang….
a.
sedikit lebih besar daripada 700 nm
b.
di antara 400 – 700 nm
c.
jauh lebih besar daripada 400 nm
d.
sama besar dengan 400 nm
e.
jauh lebih kecil daripada 400 nm
17. Mna satu di antara contoh radiasi elektromagnetik berikut ini yang memiliki
panjang gelombang terpendek?
a.
Gelombang radio
b.
Cahaya tampak
c.
Infra merah
d.
Sinar X
e.
Ultra violet
18. Pada suatu saat terlihat kilat dan 10 detik kemudian terdengar suara gunturnya.
Apabila kecepatan cahaya besarnya 3 x 108 m/detik dan kecepatan bunyi 340
m/detik, maka jarak antara tempat asal kilat dan pengamat adalah….
a.
34 m
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
539
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
b.
3400 m
c.
10200 m
d.
3 x 108 m
e.
3 x 109 m
19.
Berdasarkan grafik intensitas (I) terhadap frekuensi (f) seperti gambar di atas ini,
dapat disimpulkan bahwa….
a.
1 =  2
b.
1   2
c.
1   2
d.
1 = ½ 2
e.
1 = 2 2
20. Jumlah kalor yang dipancarkan oleh sebuah benda yang suhunya lebih besar dari
10 K, berbanding lurus dengan:
a.
suhunya
b.
pangkat dua dari suhunya
c.
suhu sekelilingnya
d.
massa benda itu
e.
luas permukaan benda
21. Lamu pijar dapat dianggap bentuk bola. Jari- jari lampu pijar pertama adalah dua
kali dari jari- jari lampu kedua. Suhu lampu pijar pertama dan kedua masingmasing 27º C dan 127º C, maka daya lampu pertama berbanding lampu kedua
adalah:
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
540
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
a.
1:1
b.
3:2
c.
9:8
d.
16 : 9
e.
81 : 64
22. Setiap detik di matahari terjadi perubahan 4 x 109 kg materi menjadi energi
radiasi, bila laju cahaya dalam vakum adalah 3 x 1010 cm/detik, daya yang
dipancarkan oleh matahari adalah….
a.
3,6 x 103 watt
b.
5,0 x 1010 watt
c.
1,2 x 1018 watt
d.
3,6 x 1026 watt
e.
4720 watt
Petunjuk: Energi setara dengan massa menurut E = m c2 (c = kecepatan cahaya)
23. Perbandingan jumlah energi yang dipancarkan dalam bentuk radiasi per detik oleh
sebuah benda hitam yang dipanaskan pada suhu 4000 K dan 2000 K adalah….
a.
1:1
b.
2:1
c.
4:1
d.
8:1
e.
16 : 1
24. Bola dengan jari- jari 2,5 cm yang berada dalam keadaan seimbang dengan
kelilingnya, ternyata menyerap daya 61,44 watt dari lingkungannya. Tetapan
Stefan-Boltzman  = 6 x 10-8 watt/m2K4, emisivitas e = 1/, maka suhu bola itu
adalah….
a.
200 K
b.
400 K
c.
600 K
d.
800 K
e.
1000 K
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
541
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
25. Perbandingan jumlah energi yang dipancarkan dalam bentuk radiasi per detik
oleh sebuah benda hitam yang dipanaskan pada suhu 4000 K dan 2000 K adalah
….
a.
1:1
b.
2:1
c.
4:1
d.
8:1
e.
16 : 1
Soal Uraian
Jawablah dengan benar!
1. Sebuah stasiun pemancar radio memancarkan gelombang pada frekuensi 8800 Å.
Berapa panjang gelombang dari gelombang tersebut ?
2. Gelombang radio ditemukan memiliki tekanan 10-8 N/m2 pada permukaan
pemantul. Berapa daya per satuan luas dari rambatan gelombang tersebut? Berapa
besar intensitas maksimum gelombang listrik dan intensitas maksimum kerapatan
fluks magnetiknya ?
3. Untuk penerimaan yang bagus gelombang radio seharusnya memiliki intensitas
maksimum medan listrik paling sedikit 10-4 volt/m ketika tiba di antena penerima.
a. Berapa kerapatan fluks maksimum medan magnet gelombang seperti ini ?
b. Berapa vektor poynting gelombang seperti ini ?
c. Berapa tekanan radiasi gelombang ini ketika diserap?
4. Sebuah pemancar radio memakai gelombang radio 20 m. Kapasitas kondensator
di dalam rantai oscilator 5 μF. Berapakah kapasitas kondensator jika panjang
gelombangnya diubah menjadi 100 m ? ( Tips : gunakan frekuensi resonansi
f=
1
1
)
2π LC
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
542
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
5. Sebuah pemancar radio frekuensinya 4000 Hz. Kapasitas kapasitor yang
dihubungkan seri dengan antena = 5000 μF. Jika kuat arus di dalam antena 0,15
ampere, berapakah tegangan pada kapasitor itu?
6.
Daya emisi suatu permukaan 113 Watt/m2, koefisien emisivitasnya 0,03.  =
5,67.10-8 Watt m-2(K)-4.
Berapa suhu mutlaknya?
7. Berapakah daya radiasi matahari jika suhunya 5500 K dan matahari dianggap
benda hitam sempurna.
8. Berapakah suhu suatu benda jika energi radiasi maksimum berada pada cahaya
yang panjang gelombangnya :
a. 8000 Å
b. 6000 Å
9. Pada suhu berapa derajat Celcius energi radiasi maksimum benda hitam sempurna
berada pada sinar yang panjang gelombangnya 2000 Å
10. Sebuah lampu busur memancarkan cahaya pada suhu 3000 0C.
a. Berapa panjang gelombang sinar yang energi radiasinya maksimum.
b. Berapa besar energi radiasi tiap detik tiap satuan luas.
11. Sepotong platina menjadi merah pijar pada suhu 550 0C dan putih pijar pada suhu
1600 0C.
Berapakah panjang gelombang yang energi radiasinya maksimum pada suhu-suhu
tersebut.
12. Sebuah bola berdiameter 2 cm bersuhu 700 0C. Anggap benda tersebut benda
hitam sempurna. Berapakah energi yang dipancarkan tiap detik dari bola tersebut?
13. Berapakah energi yang diradiasikan oleh 1 cm2 timah tiap detik?. Emisivitas suhu
tersebut 427 K.
14. Tenaga radiasi dari suatu benda hitam 4 kW. Hitung suhu benda tersebut jika luas
permukaannya 0,2 m2
15. Berapa perbandingan radiasi dari dua benda sejenis yang bersuhu 327 0C dan 270
C?
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
543
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
16. Berapa besar energi yang dipancarkan oleh permukaan seluas 1 cm2, dalam waktu
1 detik dari suatu benda hitam, jika panjang gelombang yang sesuai dengan energi
pancar maksimum ialah 4840 Å
17. Suatu bola hitam dipanaskan dari 20 0C ke 27 0C.
a. Berapa perubahan panjang gelombang yang sesuai dengan energi panas
maksimum?
b. Hitung perbandingan energi pancarnya
18. Sebuah radar memancarkan sinyal ke sebuah obyek di udara dengan frekuensi
6 . 109 Hz. Bila dalam selang waktu 3.10-3 s, sinyal yang dipancarkan radar
diterima kembali, hitunglah :
a. panjang gelombang dari gelombang elektromagnetik yang dipancarkan,
b. jarak radar ke obyek
19. Pada grafik pergeseran Wien, bila suhunya naik dari 1500 K ke 2500 K, tentukan
selisih panjang gelombang maksimumnya !
20. Perhatikan tabel berikut!
Suhu (K)
Emisivitas
Luas (cm2)
T
e
A
Benda I
2000
1
4
R1
Benda II
1000
0,5
4
R2
Benda
Tentukan perbandingan R1 : R2 !
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.
544
Energi pancar
tiap detik (W/m2)