Gelombang elektro magnetik

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

A.Pengrtian

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahan medan magnet den medan listrik secara berurutan, dimana arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus.

B.Terjadinya gelombang elektromagnetik

Pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet dikenal sebagai Hukum Ampere.
Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry.
Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan. Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.
Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell.
Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan medan magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik ini secara serempak merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan gejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.

C.SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Spektrum Gelombang Elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau energi per foton.Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar spectrum elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan _m) mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray.
Contoh spektrum elektromagnetik
1. Gelombang Radio

Gelombang Radio

     

Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula.

Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi bunyi.

Gelombang radio memiliki beberapa nama sesuai dengan panjang gelombangnya. Nama–nama gelombang radio tersebut yaitu :

• Gelombang radio panjang ( λ>103 m)
• Gelombang radio menengah (10² <λ< 10³ m)
• Gelombang radio pendek (101 <λ< 102 m)

Pada tahun 1901, Guglielmo Marconi berhasil mengirim gelombang radio dengan frekuensi 1 MHz melintasi Samudera Atlantik. Gelombang tersebut merambat mengikuti kelengkungan bumi karena mengalami pemantulan oleh lapisan konduktif di atmosfer, yaitu lapisan ionosfer. Sekarang gelombang radio dipancarkan dari stasiun radio dan televise untuk mengirimkan informasi ke pemirsa.

Pada tahun 1932, Karl Guthe Jansky menyimpulkan bahwa “gangguan gelombang radio” yang seringkali muncul bersumber dari pusat galaksi kita. Dan saat itu merupakan awal kelahiran radio astronomi.

Ada 2 macam cara membawa gelombang radio :

1.    Modulasi Amplitudo (AM)
Amplitudo gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang bunyi dengan frekuensi tetap.

2.    Modulasi Frekuensi (FM)
Frekuensi gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang bunyi dengan amplitudo tetap.

2.Gelombang mikro
Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis.
Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat glombang elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan.

Gelombang Mikro (10^-3 <λ< 10^-1 m)

Pada tahun 1946, Percy Le Baron Spencer mengamati bahwa bongkahan gula yang terdapat di saku celananya meleleh ketika ia sedang bekerja dengan gelombang mikro. Setahun kemudian perusahaannya berhasil membuat dan memasarkan oven microwavepertama.
Selain digunakan untuk oven microwave, gelombang mikro juga digunakan untuk memancarkan sinyal televise dan telepon melalui cakram logam yang dipasang di pemancar – pemancar. Sementara itu, di alam semesta masih terdapat radiasi latar belakang gelombang mikro yang merupakan sisa dari proses ledakan besar (big bang) yang terjadi miliaran tahun lalu.

3.Sinar Inframerah
Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. jika kamu memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah.
Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.

4.Cahaya tampak
Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya salah satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

5.Sinar ultraviolet 
Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombagn 10-8 m 10-7 m. gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet dipermukaan bumi,lapisan ozon yang ada dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan makluk hidup di bumi.

6.Sinar X 
Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz . panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm sampai 10 cm. meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm. 

7.Sinar Gamma
Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz atau panjang gelombang antara 10 cm sampai 10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh.

Konsep Gelombang Elektromagnetik

James Clerk Maxwell (1831-1879), adalah orang pertama yang menghitung besar laju rambatan gelombang elektro-magnet dalam ruang hampa. Cahaya termasuk gelombang elektro-magnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε ) dan permeabilitas ( µ) zat.

     

εr = permeabilitas relatif
εo = permeabilitas udara

Untuk medium hampa udara, Untuk medium hampa udara, εr dan µr masing-masing sama dengan 1. Cepat rambat gelombang elektromagnetik dengan εo= 8,85 x 10-12 dan µo = 4x 10-7 diperoleh sebesar c = 3 x 108m/s. Dengan demikian dapat dihitung cepat rambat gelombang elektromagnetik pada suatu medium, jika diketahui permitifitas dan permeabilitas relatifnya.

Hubungan panjang gelombang () dan frekuensi gelombang (f) dinyatakan dengan rumus

 

C = cepat rambat gelombang
= panjang gelombang
f = frekuensi

Hubungan antara medan listrik (E), medan magnet (B), dan arah rambatan (c) gelombang elektromagnetik dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri.

Karakteristik Gelombang Elektromagnetik

             

 Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal yang memiliki sifat:

·         dapat dipantulkan

·         dapat dibiaskan

·         dapat berinterferensi

·         dapat berdifraksi, dan

·          mengalami gejala polarisasi

Pemantulan Gelombang Elektromagnetik

Cahaya yang jatuh pada bidang batas dua bahan mengalamipemantulan dengan sudut pantul yang persis sama dengansudut datang. Kedua sudut ini diukur dari arah tegak lurusbidang batas medium (atau disebut garis normal).

          Dalam hal pemantulan cahaya, terdapat beberapa fenomena

          yang menarik untuk kita perhatikan.

• Bila bahan kedua tidak dapat ditembus oleh cahaya, maka cahaya hanya mengalami pemantulan.
• Bila bahan kedua dapat ditembus oleh cahaya, maka cahaya mengalami pemantulan dan pembiasan. 
• Bila bahan kedua memiliki indeks bias lebih kecil daripada bahan pertama dan cahaya datang dengan sudut lebih besar daripada sudut kritis, maka cahaya dipantulkan seluruhnya.

Sifat pemantulan cahaya, yaitu sudut datang sama dengan sudut pantul memunculkan fenomena pemantulan yang berbeda antara permukaan batas yang rata dan tidak rata.

• Bila berkas cahaya sejajar jatuh pada bidang batas yang rata, maka berkas cahaya yang dipantulkan juga sejajar. Pemantulan seperti ini disebut pemantulan teratur. 
• Bila berkas cahaya sejajar jatuh pada bidang batas yang tidak sejajar (tidak teratur), maka berkas cahaya pantul memiliki arah yang tidak teratur pula. Pemantulan seperti ini disebut pemantulan bias (difus).

C. POLARISASI CAHAYA
Polarisasi adalah peristiwa perubahan arah getar gelombang cahaya yang acak menjadi satu arah getar.
atau polarisasi optik adalah salah satu sifat cahaya yakni jika cahaya itu bergerak beroscillasi dengan arah tertentu.
Terjadi akibat peristiwa berikut :
1. Polarisasi dapat diakibatkan oleh pemantulan Brewster
2. Polarisator karena penyerapan selektif
3.Polarisasi karena pembiasan ganda, terjadi pada hablur kolkspat (CaCO3),kuarsa,mike,kristal gula,topaz,dan es.
Polarisasi cahaya adalah penguraian cahaya,gambar arah cahayanya merambat lurus.