Makalah Fisika Gelombang Elektromagnetik [PDF]

Citation preview

KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan kami kemudahan sehingga kami dapat menyelesaikan hasil makalah fisika tentang Gelombang Elektromagnetik ini dengan tepat waktu. Kami juga menyadari bahwa dalam proses penulisan makalah ini masih jauh dari kesempurnaan baik materi maupun cara penulisannya. Namun demikian kami telah berupaya dengan segala kemampuan dan pegatahuan yang dimiliki sehingga dapat selesai dengan baik, oleh karena itu kami dengan rendah hati dan dengan tangan terbuka menerima masukan saran dan ide guna menyempurnakan makalah fisika tentang Gelombang Elektromagnetik. Kami ucapkan terimakasih yang sebanyak-banyaknya kepada setiap pihak yang telah mendukung serta membantu kami selama proses penyelesaian makalah ini hingga selesainya makalah ini dengan tepat waktu. Demikian, semoga hasil makalah fisika tentang Gelombang Elektromagnetik dapat bermanfaat. Terima kasih.



Tangerang, 27 November 2019 Penulis



i



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR....................................................................................................i DAFTAR ISI..................................................................................................................ii BAB 1 PENDAHULUAN..............................................................................................1



A. Latar Belakang..........................................................................................................1 B. Rumusan Masalah.....................................................................................................3 C. Tujuan........................................................................................................................3 BAB II PEMBAHASAN...............................................................................................4



A. Sifat Gelombang Elektromagnetik............................................................................4 B. Spektrum Gelombang Elektromagnetik....................................................................5 C. Sumber Gelombang Elektromagnetik.......................................................................6 D. Rumus Gelombang Elektromagnetik........................................................................6 E. Teori Maxwell tentang listrik dan magnet meramalkan adanya gelombang elektromagnetik.....................................................7 BAB III PENUTUP.....................................................................................................10



A. Kesimpulan..............................................................................................................10 B. Saran........................................................................................................................10 DAFTAR PUSTAKA..................................................................................................11 ii



A.



iii



BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang memancar tanpa media rambat yang membawa muatan energi listrik dan magnet (elektromagnetik). Tidak seperti gelombang pada umumnya yang membutuhkan media rambat, gelombang elektromagnetik tidak memerlukan media rambat (sama seperti radiasi). Oleh karena tidak memerlukan media perambatan, gelombang elektromagnetik sering pula disebut sebagai radiasi eletromagnetik. Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbedabeda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik. Menurut Christian Huygens (1629-1695) seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, menyatakan bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa gelombang. Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang gelombang dan frekuensinya. 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. Dasar teori dari perambatan gelombang elektromagnetik pertama kali dijelaskan pada 1873 oleh James Clerk Maxwell dalam papernya di Royal Society mengenai teori dinamika medan elektromagnetik (bahasa Inggris: A dynamical theory of the electromagnetic field), berdasarkan hasil kerja penelitiannya antara 1861 dan 1865. Percobaan James Clerk Maxwell (1831 – 1879) seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris (Scotlandia) menyatakan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat



1



rambat cahaya yaitu 3×108 m/s, oleh karena itu Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Kesimpulan Maxwell ini di dukung oleh : 



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 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. Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah:



a.



Perubahan



medan



listrik



dapat



b.



Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik.



menghasilkan



medan



magnet.



Percobaan-percobaan yang teliti membawa kesimpulan : 1. Pola gelombang elektromagnetik sama dengan pola gelombang transversal dengan vektor perubahan medan listrik tegak lurus 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). 2



B.    



RUMUSAN MASALAH Berdasarkan dari latar belakang diatas, maka kami akan mencoba merumuskan beberapa



masalah yaitu: 1. Bagaimanakah sifat-sifat gelombang elektromagnetik? 2. Bagaimanakah Spektrum Gelombang Elektromagnetik? 3. Apa saja Sumber Gelombang Elektromagnetik? 4. Apa saja Rumus Gelombang Elektromagnetik? 5. Apa saja teori-teori para ilmuwan mengenai Gelombang Elektromagnetik C.   



TUJUAN Berdasarkan dari rumusan masalah diatas, maka kami akan mencoba merumuskan



beberapa tujuan yaitu untuk mengetahui: 1. Mengetahui sifat-sifat gelombang elektromagnetik. 2. Mengetahui karakteristik khusus masing-masing gelombang elektromagnetik di dalam spektrum. 3. Mengetahui sumber gelombang elektromagnetik. 4. Mengetahui rumus-rumus yang digunakan untuk gelombang elektromagnetik. 5. Mendapatkan informasi mengenai teori-teori yang digunakan para ilmuwan.



3



BAB II PEMBAHASAN A. Sifat Gelombang Elektromagnetik Bentuk gelombang elektromagnetik hampir sama seperti bentuk gelombang transversal pada umumnya, namun pada gelombang ini terdapat muatan energi listrik dan magnetik dimana medan listrik (E) selalu tegak lurus terhadap medan magnet (B) yang keduanya menuju ke arah gelombang seperti yang dapat dilihat pada gambar dibawah ini.



Bentuk gelombang elektromagnetik yang membawa muatan energi elektromagnetik tanpa memiliki media rambat.



4



B. Spektrum Gelombang Elektromagnetik



Hasil kali panjang gelombang (l) dengan frekuensi gelombang (f) sama dengan cepat rambat gelombang ( c ). Dirumuskan sebagai berikut.



c=λ.f Spektrum gelombang elektromagnetik dengan urutan dari panjang gelombang terbesar atau frekuensi terkecil ke panjang gelombang terkecil atau frekuensi terbesar sebagai berikut: 1. Gelombang radio: dimanfaatkan untuk mentransmisikan sinyal pada jarak yang sangat jauh. Contohnya gelombang radio dipakai oleh stasiun TV dan radio untuk mentransmisikan sinyal komunikasi, selain itu digunakan oleh radar dan untuk pencitraan satelit ke bumi dalam pembuatan peta 3 dimensi. 2. Gelombang mikro: ketika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda tersebut. Contohnya gelombang mikro digunakan dalam microwave (oven) dan pada pesawat radar. 3. Sinar inframerah: sinar inframerah tidak dapat terlihat tetapi dapat terdeteksi diatas spektrum cahaya merah yang dipakai untuk memindahkan energi yang tidak terlalu besar. Contohnya pada remote dalam mentramsisian data dalam bentuk energi. 4. Cahaya tampak: memiliki spektrum elektromagentik yang bisa dideteksi oleh mata manusia. Contohnya penggunaan laser dalam serat optik pada bidang kedokteran dan telekomunikasi. 5. Sinar ultraviolet: sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet adalah matahari.



5



6. Sinar X: digunakan dalam bidang kedokteran untuk melihat organ dalam tubuh seperti tulang. 7. Sinar gamma: memiliki frekuensi paling tinggi dan daya tembus paling besar. Salah satu penggunaan sinar gamma untuk mensterilkan peralatan medis. 



C. SUMBER GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK 1. Osilasi listrik. 2. Sinar matahari, menghasilkan sinar infra merah. 3. Lampu merkuri, menghasilkan ultra violet. 4. Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam, menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen).



D. Rumus Gelombang Elektromagnetik Maxwell menyatakan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik memenuhi persamaan : Persamaan Kecepatan Gelombang Elektromagnetik



Dari rumus diatas ternyata kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik bergantung pada permitivitas listrik dan permeabilitas magnetik medium. Maka, secara umum persamaan kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik untuk berbagai medium adalah:



6



 E.



Teori Maxwell tentang listrik dan magnet meramalkan adanya



gelombang elektromgnetik 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 adalah: 1. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet. 2. Cahaya



termasuk



gelombang



elektromagnetik.



Cepat



rambat



gelombang



elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (e) dan permeabilitas (μ) zat. Menurut Maxwell, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dirumuskan sebagai berikut : Persamaan Kecepatan Gelombang Elektromagnetik



7



Dari rumus diatas ternyata kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik bergantung pada permitivitas listrik dan permeabilitas magnetik medium. Maka, secara umum persamaan kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik untuk berbagai medium adalah:



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. 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.



8



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. 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.



9



BAB III PENUTUP A.    KESIMPULAN                Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa begitu besar peranan gelombang elektromagnetik yang bermanfaat dalam kehidupan kita sehari-hari, tanpa kita sadari keberadaannya. Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan: 1.      Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah kecepatan cahaya: 300 m/s, yaitu 300 MHz 2.      Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1µeV/GHz 3.      Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 µev. B.     SARAN              Supaya lebih memahami tentang gelombang elektromagnetik dan rumus Maxwell disarankan para pembaca mencari referensi lain yang menyangkut dengan materi yang ada pada makalah ini. Semoga para pembaca memahami dan mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari.



10



DAFTAR PUSTAKA https://www.studiobelajar.com/gelombang-elektromagnetik/ http://ranihdyt.blogspot.com/2013/06/manfaat-gelombang-elektromagnetikdalam_3.html



       



11