Sahabatku,
nih ada lagi salah satu tugas makalah fisika. Tak ubahnya aku membagikan tugasku kepada kalian semua para SahabatKU. Mudah-mudahan berguna
ya..... eitss, tapi harus ingat! kalau kalian mau pada copast jadi penCOPAST
yang kreatif! jangan semua diambil, diubah sedikit lah.... OK, OK, OK,
Sahabatku. Aku tidak larang copast loh, hanya sekedar mengingatkan saja!
BAB 1
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
James Clerk
Maxwell (1831-1879), adalah orang pertama yang menghitung besar laju rambatan
gelombang elektro-magnet dalam ruang hampa.
Gelombang
elektromagnetik sebenarnya selalu ada disekitar kita, salah satu contohnya
adalah sinar matahari, gelombang ini tidak memerlukan medium perantara dalam
perambatannya. Contoh lain adalah gelombang radio. Tetapi spektrum gelombang
elektromagnetik masih terdiri dari berbagai jenis gelombang lainnya, yang
dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Untuk itu disini
kita akan mempelajari tentang rentang spektrum gelombang elektromagnetik,
karakteristik khusus masing-masing gelombang elektromagnetik di dalam spektrum dan contoh dan
penerapan masing-masing gelombang elektromagnetik.
B.
Rumusan Masalah
1. Apa pengertian gelombang elektromagnetik ?
2. Apakah kegunaan gelombang elektromagnetik ?
3. Jelaskan tentang spektrum gelombang elektromagnetik ?
4. Bagaimanakah pemanfaatan gelombang elektromagnetik ?
BAB II
PEMBAHASAN
1.Pengertian 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 108 m/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.
Elektromagnetik dari kata “Elektro” dan “Magnetik”
yang berarti gelombang yang terdiri dari energy Listrik dan Magnet yang
memancar dengan sumber Muatan yang bergerak bolak-balik. System kerja
elektromagnetik merambat dengan system tangan kanan manusia yaitu arah jari
keatas adalah Medan Listrik, arah telapak tangan adalah Medan Magnet, dan arah
jempol adalah arah merambat vektor gelombang.
Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang
dapat merambat walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam
gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang
gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude, kecepatan. Amplitudo
adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua
puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu
satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena
kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang
gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang,
semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi
frekuensinya.
Energi
elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta
pada level yang berbeda-beda.
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.
2. Kegunaan
Gelombang Elektromagnetik
Saat ini hampir semua manusia memiliki peralatan
yang satu ini. Dia begitu kecil yang bisa dengan nyaman diletakkan di dalam
saku, namun dianggap memiliki fungsi yang sangat besar terutama untuk
berkomunikasi. Ya, benda itu adalah sebuah ponsel (telepon seluler). Saat ini
ponsel tidak hanya digunakan untuk menelpon saja tetapi juga untuk fungsi lain
seperti mengirim dan menerima pesan singkat (sms), mendengarkan musik, atau
mengambil foto. Bagaimana perangkat ponsel dapat terhubung dengan perangkat
ponsel yang lain padahal mereka saling berjauhan?
Konsep yang bisa menjelaskan fenomena
ini adalah konsep gelombang elektromagnetik. Dan, konsep gelombang
elektromagnetik ternyata sangat luas tidak hanya berkaitan dengan TV atau
ponsel saja, melainkan banyak aplikasi lain yang bisa sering kita temukan
sehari-hari di sekitar kita. Aplikasi tersebut meliputi microwave, radio,
radar, atau sinar-x.
Sebagaimana yang telah dibahas
sebelumnya bahwa ada dua hukum dasar yang menghubungkan gejala kelistrikan dan
kemagnetan.
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.
Michael
Faraday, penemu induksi elektromagnetik:
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.
James Clerk Maxwell peletak dasar teori gelombang
elektromagnetik:
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.
3.
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gelombang
elektromagnetik yang dirumuskan oleh Maxwell ternyata terbentang dalam rentang
frekuensi yang luas. Sebagai sebuah gejala gelombang, gelombang elektromagnetik
dapat diidentifikasi berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya. Cahaya
merupakan gelombang elektromagnetik sebagaimana gelombang radio atau sinar-X.
Masing-masing
memiliki penggunaan yang berbeda
meskipun
mereka secara fisika menggambarkan gejala yang serupa, yaitu gejala gelombang,
lebih khusus lagi gelombang elektromagnetik. Mereka dibedakan berdasarkan
frekuensi dan panjang gelombangnya. Gambar di
atas menunjukkan
spektrum gelombang elektromagnetik.
Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Akan
tetapi, spektrum gelombang elektromagnetik masih terdiri dari berbagai jenis gelombang
lainnya, yang dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya.
Spektrum gelombang elektromagnetik, menurut ITU berdasarkan besar frekuensinya
dapat dibagi menjadi: Extramely low freguency, Very low freguncy, low
freguency, medium freguensi, high freguency, very high freguency (VHF),
ultrahigh freguency (UHF), superhigh freguency (SHF), extremely high freguency
(EHF), dan tremendously high freguency (THF).
4. Pemanfaatan
Gelombang Elektromagnetik
Pemanfaatan Spektrum Gelombang Elektromagnetik dalam
Kehidupan- Jauh sebelum Maxwell meramalkan gelombang elektromagnetik, cahaya
telah dipandang sebagai gelombang. Akan tetapi, tidak seorang pun tahu jenis
gelombang apakah cahaya itu. Baru setelah adanya hasil perhitungan Maxwell
tentang kecepatan gelombang elektromagnetik dan bukti eksperimen oleh Hertz,
cahaya dikategorikan sebagai gelombang elektromagnetik. Tidak hanya cahaya yang
termasuk gelombang elektromagnetik melainkan masih banyak lagi jenis-jenis yang
termasuk gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik telah
dibangkitkan atau dideteksi pada jangkauan frekuensi yang lebar. Jika diurut
dari frekuensi terbesar hingga frekuensi terkecil, yaitu sinar gamma, sinar-X,
sinar ultraviolet, sinar tampak (cahaya), sinar inframerah, gelombang mikro
(radar), gelombang televisi, dan gelombang radio. Gelombang-gelombang ini
disebut spektrum gelombang elektromagnetik.
Berikut adalah pemanfaatan gelombang elektromagnetik pada spektrum tersebut:
Ø Sinar
Gamma
Sinar gamma merupakan salah satu spektrum gelombang
elektromagnetik yang memiliki frekuensi paling besar atau panjang gelombang
terkecil. Frekuensi yang dimiliki sinar gamma berada dalam rentang 1020
Hz sampai 1025 Hz. Sinar gamma dihasilkan dari peristiwa peluruhan
inti radioaktif. Inti atom unsur yang tidak stabil meluruh menjadi inti atom
unsur lain yang stabil dengan memancarkan sinar radioaktif, di antaranya sinar
alfa, sinar beta, dan sinar gamma. Di antara ketiga sinar radioaktif ini, yang
termasuk gelombang elektromagnetik adalah sinar gamma. Sementara dua lainnya
merupakan berkas partikel bermuatan listrik. Jika dibandingkan dengan sinar
alfa dan sinar beta, sinar gamma memiliki daya tembus yang paling tinggi
sehingga dapat menembus pelat logam hingga beberapa sentimeter. Sekarang, sinar
gamma banyak dimanfaatkan dalam bidang kedokteran, diantaranya untuk mengobati
penyakit kanker dan mensterilkan peralatan rumah sakit. Selain itu, sinar gamma
dapat digunakan untuk melihat kerusakan pada logam.
Ø Sinar-X
Sinar-X, dikenal juga sebagai sinar Röntgen. Nama
ini diambil dari penemunya, yaitu Wilhelm C. Röntgen (1845 – 1923). Sinar-X
dihasilkan dari peristiwa tumbukan antara elektron yang dipercepat pada beda
potensial tertentu. Sinar-X digunakan dalam bidang kedokteran, seperti untuk
melihat struktur tulang yang terdapat dalam tubuh manusia. Jika Anda pernah
mengalami patah tulang, sinar ini dapat membantu dalam mencari bagian tulang
yang patah tersebut. Hasil dari sinar ini berupa sebuah film foto yang dapat
menembus hingga pada bagian tubuh yang paling dalam. Orang yang sering merokok
dengan yang tidak merokok akan terlihat bedanya dengan cara menyinari bagian
tubuh, yaitu paru-paru. Paru-paru orang yang merokok terlihat bercak-bercak
berwarna hitam, sedangkan pada normalnya paru-paru manusia cenderung utuh tanpa
bercak.
Ø Sinar
Ultraviolet
Sinar ultraviolet dihasilkan dari radiasi sinar
Matahari. Selain itu, dapat juga dihasilkan dari transisi elektron dalam orbit
atom. Jangkauan frekuensi sinar ultraviolet, yaitu berkisar diantara 105
hertz sampai dengan 1016 hertz. Sinar ultraviolet dapat berguna dan
dapat juga berbahaya bagi kehidupan manusia. Sinar ultraviolet dapat
dimanfaatkan untuk mencegah agar bayi yang baru lahir tidak kuning warna
kulitnya. Selain itu, sinar ultraviolet yang berasal dari Matahari dapat
merangsang tubuh manusia untuk memproduksi vitamin D yang diperlukan untuk
kesehatan tulang. Sinar ultraviolet tidak selamanya bermanfaat. Lapisan ozon di
atmosfer Bumi (pada lapisan atmosfer) berfungsi untuk mencegah supaya sinar ultraviolet
tidak terlalu banyak sampai
ke permukaan Bumi. Jika hal tersebut terjadi, akan menimbulkan berbagai
penyakit pada manusia, terutama pada kulit.
Ø Sinar
Tampak
Sinar tampak atau cahaya merupakan gelombang elektromagnetik
yang dapat dilihat dan sangat membantu dalam penglihatan. Anda tidak akan dapat
melihat apapun tanpa bantuan cahaya. Sinar tampak memiliki jangkauan panjang
gelombang yang sempit, mulai dari 400 nm sampai dengan 700 nm. Sinar tampak
terdiri atas tujuh spektrum warna, jika diurutkan dari frekuensi terkecil ke
frekuensi terbesar, yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu
(disingkat mejikuhibiniu). Sinar tampak atau cahaya digunakan sebagai
penerangan ketika di malam hari atau ditempat yang gelap. Selain sebagai
penerangan, sinar tampak digunakan juga pada tempat-tempat hiburan, rumah
sakit, industri, dan telekomunikasi.
Ø Sinar
Inframerah
Sinar inframerah memiliki jangkauan frekuensi antara
1011 hertz sampai 1014 hertz. Sinar inframerah dihasilkan
dari transisi elektron dalam orbit atom. Benda yang memiliki temperatur yang
lebih relatif terhadap lingkungannya akan meradiasikan sinar inframerah,
termasuk dari dalam tubuh manusia. Sinar ini dimanfaatkan, di antaranya untuk
pengindraan jarak jauh, transfer data ke komputer, dan pengendali jarak jauh
(remote control). Seorang tentara yang sedang berperang dapat melihat musuhnya
dalam kegelapan dengan bantuan kacamata inframerah yang dapat melihat hawa
panas dari seseorang. Dengan menggunakan kacamata ini dengan sangat mudah
seseorang dapat ditemukan dalam ruangan gelap. Sinar inframerah dapat digunakan
juga dalam bidang kedokteran, seperti diagnosa kesehatan. Sirkulasi darah dalam
tubuh Anda dapat terlihat dengan menggunakan bantuan sinar inframerah. Selain
itu, penyakit seperti kanker dapat dideteksi dengan menyelidiki pancaran sinar
inframerah dalam tubuh Anda.
Ø Gelombang
Mikro
Gelombang mikro dihasilkan oleh rangkaian elektronik
yang disebut osilator. Frekuensi gelombang mikro sekitar 1010 Hz.
Gelombang mikro disebut juga sebagai gelombang radio super high frequency.
Gelombang mikro digunakan, di antaranya untuk komunikasi jarak jauh, radar
(radio detection and ranging), dan memasak (oven). Di pangkalan udara, radar digunakan
untuk mendeteksi dan memandu pesawat terbang untuk mendarat dalam keadaan cuaca
buruk. Antena radar memiliki dua fungsi, yaitu sebagai pemancar gelombang dan
penerima gelombang. Gelombang mikro yang dipancarkan dilakukan secara terarah
dalam bentuk pulsa. Ketika pulsa dipancarkan dan mengenai suatu benda, seperti
pesawat atau roket pulsa akan dipantulkan dan diterima oleh antena penerima,
biasanya ditampilkan dalam osiloskop. Jika diketahui selang waktu antara pulsa
yang dipancarkan dengan pulsa yang diterima Δt dan kecepatan gelombang
elektromagnetik c = 3 × 108 m/s, jarak antara radar dan benda yang dituju
(pesawat atau roket), dapat dituliskan dalam persamaan berikut
s = ½ c.Δt
dengan: s = jarak antara radar dan benda yang dituju
(m),
c = kecepatan gelombang elektromagnetik (3 × 108
m/s), dan
Δt = selang waktu (s).
Angka 2 yang terdapat pada Persamaan muncul karena
pulsa melakukan dua kali perjalanan, yaitu saat dipancarkan dan saat diterima.
Saat ini radar sangat membantu dalam pendaratan pesawat terbang ketika terjadi
cuaca buruk atau terjadi badai. Radar dapat berguna juga dalam mendeteksi
adanya pesawat terbang atau benda asing yang terbang memasuki suatu wilayah
tertentu.
Ø Gelombang
Radio
Mungkin Anda sudah tahu atau pernah mendengar
gelombang ini. Gelombang radio banyak digunakan, terutama dalam bidang
telekomunikasi, seperti handphone, televisi, dan radio. Di antara spektrum
gelombang elektromagnetik, gelombang radio termasuk ke dalam spektrum yang
memiliki panjang gelombang terbesar dan memiliki frekuensi paling kecil.
Gelombang radio dihasilkan oleh elektron pada kawat penghantar yang menimbulkan
arus bolak-balik pada kawat. Kenyataannya arus bolak-balik yang terdapat pada
kawat ini, dihasilkan oleh gelombang elektromagnetik. Gelombang radio ini
dipancarkan dari antena pemancar (transmitter) dan diterima oleh antena
penerima (receiver). Jika dibedakan berdasarkan frekuensinya, gelombang radio
dibagi menjadi beberapa band frekuensi. Nama-nama band frekuensi beserta
kegunaannya dapat Anda lihat pada tabel berikut ini.
Rentang
Frekuensi Gelombang Radio, berikut nama band, singkatan, frekuensi, panjang
gelombang, dan Contoh Penggunaan:
1. Extremely Low Frequency(ELF)=(3 – 30GHz),(105
– 104km),Komunikasi dengan bawah laut
2. Super Low Frequency(SLF)=(30 – 300GHz),(104
– 103km),Komunikasi dengan bawah laut
3. Ultra Low Frequency(ULF)=(300 – 3000Hz),(103
– 102km),Komunikasi dalam pertambangan
4. Very Low Frequency(VLF)=(3 – 30GHz),(102
– 104km),Komunikasi di bawah laut
5. Low Frequency(LF)=(30 – 300GHz),(10 –
1km) Navigasi
6. Medium Frequency(MF)=(300 – 3000GHz),(1
– 10–1km),Siaran radio AM
7. High Frequency(HF)=(3 – 30GHz),(10–1
– 10–2km),Radio amatir
8. Very High Frequency(VHF)=(30 – 300GHz),(10–2
– 10–3km),Siaran radio FM dan televisi
9. Ultra High Frequency(UHF)=(300 – 3000Hz),(10–3
– 10–4km),Televisi dan handphone
10. Super High Frequency(SHF)=(3 – 30GHz),(10–4
– 10–5km),Wireless LAN
11. ExtremelyHighFrequency(EHF)=(30 –
300GHz),(10–5 – 10–6km),Radio astronomi
Manfaat
Gelombang Elektromagnetik di bidang teknologi (Fisika):
Perlu
diketahui. Rentang/spektrum Gelombang Elektromagnetik (GEM). Terdiri dari
beberapa urutan, yakni sinar gamma, sinar X, ultra violet, cahaya tampak, infra
merah, gelombang mikro, gelombang TV dan gelombang radio, dst dalam urutan ini
frekuensinya makin kecil, tapi panjang gelombangnya makin besar.
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
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 :
Spektrum
elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar
gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan
gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini
sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara
historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam
mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt
untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk
energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (? = 0,5 mm). Istilah
“spektrum optik” juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum
elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang
gelombang saja (320 – 700 nm)[1].
Dan beberapa
contoh spektrum elektromagnetik seperti :
§ Radar (Radio Detection And
Ranging),digunakan sebagai pemancar dan penerima gelombang)
§ Infra
Merah
§ Dihasilkan
dari getaran atom dalam bahan dan dimanfaatkan untuk mempelajari struktur
molekul
§ Sinar tampak
§ Mempunyai panjang
gelombang 3990 Aº – 7800 Aº.
§ Ultra
ungu
§ Dimanfaatkan untuk
pengenalan unsur suatu bahan dengan teknik spektroskopi.
§
B. Saran
Dengan
adanya gelombang elektromagnetik, kita dimudahkan dalam berbagai bidang kehidupan.
Seperti dibidang kesehatan, industry, bahkan teknologi. Maka dari itu, sudah
selayaknya kita menggunakannya serta memanfaatkan seefektif dan seefisien
mungkin gelombang elektromagnetik tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
·
Tim Redaksi
Pustaka Setia. 2005. Panduan SPMB Ipa 2006. Bandung: Pustaka Setia
·
Jones, E.R dan
Chiulders, R.L. 1994. Contemporary Collage Physics, Second Edition. New York:
Addison Wesley Longman.
ijin copy untuk tugas ya
BalasHapusko rumusnya cuma sedikit
BalasHapus