GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Apakah sebenarnya cahaya itu? Cahaya adalah
kesan (dalam bentuk energi) yang diterima oleh indra mata. Kita mengenal
beberapa teori tentang hakikat cahaya, antara lain:
a. Teori
kospulkuler menurut Newton (The corpuscular theory of light) Teori ini mengatakan bahwa cahaya adalah partikel-partikel atau
korpuskel-korpuskel yang dipancarkan oleh sumber cahaya dan merambat menurut
garis lurus dengan kecepatan besar. menurut Newton cahaya merupakan partikel.
b. Kemudian
pada awal pertengahan abad 17, Christian Huygens mengemukakan teori gelombang
atau teori undulasi. Menurut
Huygens, cahaya adalah gelombang yang berasal dari sumber yang bergetar.
c. Teori
gelombang elektromagnetik menurut Maxwell (The electromagnetic wave theory of
light). Kira-kira awal abad 19, Maxwell mengemukakan teori, bahwa cahaya adalah
gelombang elektromagnetik.[1]
B. Spektrum Gelombang
Elektromagnetik
Komponen
spectrum gem berenergi lebih besar bila panjang gelombangnya lebih pendek.
Berikut ini adalah susunan komponen spectrum gem, yang dimulai dari energi
terendah: gelombang radio dan TV, mikro gelombang, inframerah, cahaya,
ultraviolet, sinar x, dan sinar gamma (Gambar 2.1). kelajuan rambat gelombang
itu di vakum atau udara adalah 
Spektrum
gelombang elektromagnetik diurutkan mulai panjang gelombang paling pendek
sampai paling panjang serta
aplikasinya adalah sebagai berikut:
1. Sinar
Gamma ( γ )
· Sinar gamma termasuk gelombang elektromagnetik yangmempunyai frekuensi antara 1020 Hz - 1025 Hz.
· Sinar gamma termasuk gelombang elektromagnetik yangmempunyai frekuensi antara 1020 Hz - 1025 Hz.
·
Sinar gamma mempunyai
daya tembus yang paling kuat dibanding gelombang
elektromagnetik yang lain.
·
Aplikasi sinar gamma
dalam bidang kesehatan adalah untuk mengobati pasien
yang menderita penyakit kanker atau tumor. Salah satu
alat untuk mendeteksi sinar gamma
adalah detektor Geiger - Muller. Ada jenis detektor sinar gamma
yang lain yaitu detektor sintilasi NaI-TI.
2. Sinar-X
(Rontgen)
· Sinar-X ditemukan oleh
Wilhem Conrad Rontgen pada tahun
1895 sehingga sering disebut sebagai sinar Rontgen.
· Sinar-X termasuk
gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi
antara 1016 Hz - 1020 Hz.
· Aplikasi Sinar-XD alam bidang kesehatan
untuk mengecek pasien yang mengalami
patah tulang.
· Sinar-X juga digunakan
di bandara pada pengecekan barang-barang
penumpang di pesawat.
· Di pelabuhan digunakan
untuk mengecek barang-barang (peti kemas) yang akan
dikirim dengan kapal laut.
3. Sinar
Ultraviolet (UV)
·
Sinar ultraviolet
termasuk gelombang elektromagnetik
·
mempunyai frekuensi
antara 1015 Hz - 1016 Hz.
·
Sinar ultraviolet ini
merupakan hasil transisi electron electron pada kulit atom atau
molekul.
· Aplikasi sinar
ultraviolet ,banyak dipakai di laboratorium pada penelitian bidang spektroskopi, salah
contohnya untuk mengetahui unsur-unsur yang ada dalam
bahan-bahan tertentu.
4. Sinar
Tampak (Cahaya)
·
Sinar tampak sering
juga disebut sebagai cahaya.
· Sinar tampak termasuk
gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi
antara 4,3 x 1014 Hz - 7 x 1014 Hz.
·
Matahari merupakan
sumber cahaya tampak yang alami
· Aplikasi ,dengan cahaya
kita bisa melihat indahnya pemandangan,kita
dapat memotret sehingga gambarnya menjadi berwarna seperti
aslinya,kita dapat melihat televisi berwarna, dan sebagainya. sinar tampak juga
banyak dipakai dalam bidang spektroskopi
untuk mengetahui unsur-unsur yang ada dalam bahan.
5. Sinar
Inframerah (IR)
·
Sinar inframerah ini
merupakan hasil transisi vibrasi ataurotasi pada molekul.
· Sinar inframerah
termasuk gelombang elektromagnetik yang mempunyai
frekuensi di bawah 4,3 x 1014 Hz sampai sekitar 3 Ghz.
· Aplikasi ,Pesawat udara
yang terbang tinggi ataupun satelit-satelit dapat membuat
potret-potret permukaan bumi, dengan mempergunakan gelombang
inframerah.
· Sinar inframerah juga
banyak dipakai dalam bidang spektroskopi
untuk mengetahui unsur-unsur yang ada dalam bahan.
6. Gelombang
Radar (Gelombang Mikro)
·
Gelombang mikro
(microwave) mempunyai frekuensi dikisaran 3 GHz.
· Aplikasi ,Gelombang
mikro ini dapat digunakan untuk alatkomunikasi, memasak (microwave), dan radar
(RadioDetection and Ranging ).
· Dalam bidang
transportasi, gelombang radar dipakaiuntuk membantu kelancaran lalu lintas
pesawat dipangkalan udara atau bandara.
· Gelombang radar
digunakan juga pada bidangpertahanan yaitu untuk melengkapi pesawat
tempursehingga bisa mengetahui keberadaan pesawat musuh.
7. Gelombang
Televisi
· Gelombang televisi ini
merambat lurus, tidak dapat dipantulkan
oleh lapisan-lapisan atmosfer bumi.
·
Aplikasi ,Gelombang
televisi banyak dipakai dalam bidang komunikasi dan siaran.
8. Gelombang
Radio
· Gelombang radio tidak
dapat secara langsung di dengar,tetapi
energi gelombang ini harus diubah menjadi energy bunyi oleh pesawat radio
sebagai penerima.
· Aplikasi, gelombang
radio sering digunakan untuk komunikasi yaitu penggunaan
pesawat telepon, telepon genggam (hand phone), dan
sebagainya.
C. Persamaan Maxwell
Apakah sebenarnya cahaya
itu?Pertanyaan ini telah ditanyakan manusia selama berabad-abad.Tetapi tidak
ada jawaban yang memuaskan sampai listrik dan magnet disatukan kedalam disiplin
tunggal elektromagnetisme, seperti yang dijelaskan oleh persamaan maxwell. Pada tahun 1865 ilmuan skotlandia, James Clerk Maxwell, menggunakan
matematika untuk menerangkan hubungan keduanya.[2] Persamaan ini memperlihatkan bahwa
sebuah medan magnetic yang
berubah terhadap waktu bertindak sebagai sebuah sumber medan listrik dan bahwa
sebuah medan listrik yang berubah terhadap waktu bertindak sebagai sumber medan
magnetik. Medan E dan medan B ini dapat saling menopang, yang membentuk sebuah
gelombang elektromagnetik yang merambat melalui ruang. Cahaya tampak yang
dipancarkan oleh filamen bola lampu yang menyala adalah salah satu contoh
gelombang elektromagnetik: isolator
gelombang mikro untuk oven dan radar mesin sinar-x, dan inti radio aktif. medan listrik dan medan magnet yang
tidak berubah seiring waktu, seperti medan listrik yang dihasilkan oleh muatan
yang diam atau medan magnetik dari sebuah arus tunak, maka kita dapat
menganalisis medan listrik dan medan magnetik secara bebas satu sama lain tanpa
meninjau interaksi diantara medan-medan itu. Tetapi bila medan-medan itu
berubah terhadap waktu, medan-medan itu tidak lagi bebas satu sama lain. Hukum
Faraday mengatakan bahwa medan magnetik yang berubah terhadap waktu betindak
sebagai sumber medan listrik, seperti yang diperlihatkan oleh tge induksi dalam
induktor dan transformator. Hukum Ampere, termasuk arus pergeseran yang
ditemukan oleh Maxwell memperlihatkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap
waktu bertindak sebagai sumber medan magnetik. Interaksi bersama antara kedua
medan itu dirangkumkan secara rapi oleh persamaan Maxwell.
http://www.biography.com/people/james-c-maxwell-9403463
Pada masa awal teori elektromagnetik(
awal abad ke sembilan belas), digunakan dua satuan muatan listrik yang berbeda,
satu untuk elektrostatik dan yang lainnya untuk fenomena magnetik yang
melibatkan arus. Dalam sistem satuan yang digunakan pada waktu itu, kedua
satuan muatan ini memiliki dimensi fisika yang berbeda. Rasionya mempunyai
satuan kecepatan, dan pengukuran memperlihatkan bahwa nilai banding itu mempunyai
nilai numerik yang persis sama dengan laju cahaya, 3,OOx1O8. Pada
waktu itu, fisikawan memandang ini sebagai kebetulan yang luar biasa saja dan
tidak ada pemikiran tentang bagaimana untuk menjelaskannya. Dalam pencarian
pemahamanhasil ini, Maxwell membuktikan dalam tahun 1865, bahwa gangguan
elektromagnetik harus merambat dalam ruang bebas dengan laju yang sama dengan
laju cahaya sehingga gelombang cenderung merupakan gelombang elektromagnetik
dalam alam. Pada waktu bersamaan, dia menemukan bahwa prinsip dasar
elektromagnetisme dinyatakan dalam empat persamaan yang sering kita namakan
Persamaan Maxwell (Maxwell’s equation).
Menurut persamaan Maxwell, sebuah
muatan titik yang diam akan menghasilkan sebuah medan E statis tetapi tidak ada
medan B. Sebuah muatan titik yang bergerak dengan kecepatan konstan,
menghasilkan kedua medan Edan B. Persamaan Maxwell juga dapat digunakan untuk
memperlihatkan bahwa supaya sebuah muatan titik menghasilkan gelombang
elektromagnetik, makamuatan itu harus dipercepat. Tiap-tiap muatan yang
dipercepat akan meradiasikan energi gelombang elektromagnetik.
`Gelombang elektromagnetik dengan
panjang gelombang makroskopis mula” dihasilkan dalam laboratorium pada tahun
1887 oleh fisikawan jerman, Heinrich Hertz. Sebagai sumber gelombang dia
menggunakan muatan yang berosilasi dalam rangkaian L-C;diamendeteksi gelombang
elektromagnetikyang dihasilkan dengan rangkaian lain yang disetel pada
frekuensi yang sama. Hertz juga menghasilkan gelombang berdiri ( standing wave
) elektromagnetik dan mengukur jarak antara titik-titik simpul yang berdekatan
(setengah panjang gelombang) untuk menunjukan panjang gelombang tersebut.
Dengan mengetahui frekuensi resonansi dari rangkaiannya, maka dia memperoleh
laju gelombang itu dari hubungan panjang gelombang dan frekuensi, v =
f.Dia mendapatkan bahwa lajunya sama
seperti laju cahaya; ini secara langsung membuktikan ramalan teori Maxwell.
D. Energi Dalam Gelombang Elektromagnetik
Gelombang
elektromagnetik membawa energi dalam bentukmedan listrik dan medan magnet. Kita
tinjau suatu gelombangelektromagnetik yang menjalar ke arah sumbu x, maka medanlistrik
dan medan magnet sesaatnya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.
Maxwell
berhasil menemukan hubungan antara amplitudo medan listrik dan amplitudo medan
magnet yaitu :
Dengan
:
C=
laju perambatan gelombang elektromagnetik di ruang hampa (3x108m/s)
Suatu
gelombang elektromagnetik mempunyai medan listrik danmedan magnet, sehingga
gelombang elektromagnetik ini jugamembawa tenaga atau rapat energi (besar
energi per satuan volume).
Rapat
energi listrik dinyatakan sebagai berikut :
Dengan
:
Rapat
energy magnet dinyatakan sebagai berikut :
DAFTAR PUSTAKA
Burnie
David, Jendela Iptek :Cahaya 2, thn 2000, Jakarta ,PT Balai Pustaka
Jati, Bambang Murdaka
Eka, Tri Kuntoro Priyambodo. 2010. Fisika
Dasar. Yogyakarta: ANDI OFFSET.
Sarojo, Ganijanti Aby.
2011. Gelombang dan Optika. Jakarta:
Salemba Teknika.
Wiyanto,
2008, Elektromagnetika,Graha Ilmu :Yogyakarta
Tidak ada komentar:
Posting Komentar