BAB IX KONSEP DASAR GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Transkripsi

1 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. FISIKA KELAS X Drs. Pristiadi Utm, 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 gelmbang elektrmagnetik dapat dilihat leh mata. Gelmbang elektrmagnetik memiliki rentang spektrum dari sinar gamma sampai gelmbang radi. Banyak aplikasi teknlgi yang berdasar knsep gelmbang elektrmagnetik ini. Pulsa handphne antara lain dikirim dalam bentuk gelmbang elektrmagnetik. Ketika kamu berkmunikasi dengan HP gelmbang suaramu diubah menjadi gelmbang elektrmagnetik leh sistem relay sehingga pihak yang kamu ajak kmunikasi dapat mendengar suaramu. Di bab akan diperdalam gelmbang elektrmagetik Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 498

2 BAB IX KONSEP DASAR GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Standar Kmpetensi Memahami knsep dan prinsip gelmbang elektrmagnetik Kmpetensi Dasar Mendeskripsikan spektrum gelmbang elektrmagnetik Menjelaskan aplikasi gelmbang elektrmagnetik pada kehidupan sehari-hari. Bermula dari banyak pendapat mulai dari Al hasan, Aristteles, Newtn, Planck, Maxwell dan yang lain diyakini spektrum gelmbang elektrmagnetik adalah berkecepatan cahaya. Perkembangan teri, prinsip, dan knsep gelmbang elektrmagnetik menghasilkan teknlgi tentang gelmbang elektrmagnetik yang bermanfaat. Aplikasi gelmbang elektrmagnetik pada berbagai bidang memungkinkan manusia berbuat banyak. Diantaranya bidang telekmunikasi antar wilayah glbal, bahkan menembus ruang angkasa. Peranan satelit kmunikasi relai yang menangkap gelmbang elektrmagnetik dan memantulkannya kembali bermanfaat bagi penyiaran gelmbang TV, gelmbang radi dan gelmbang mikr. Dalam bab ini kamu akan memperdalam spektrum dan aplikasi gelmbang elektrmagnetik. Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 499

3 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Peta Knsep Bab 9 TEORI ELEKTROMAGNETIK TEORI GELOMBANG TEORI EMISI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK TEORI KUANTUM SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK ENERGI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK APLIKASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK MOMENTUM RADIASI KERAPATAN ENERGI RADIASI GEM TEKANAN RADIASI INTENSITAS ENERGI HUKUM WIEN Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 500

4 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Tujuan Pembelajaran Mendeskripsikan spektrum gelmbang elektrmagnetik Menerapkan gelmbang elektrmagnetik dalam kehidupan sehari-hari Penelaahan dalam jangka waktu lama dari gelmbang elektrmagnetik seiring penyelidikan tentang cahaya mendatangkan pemahaman benar tentang hakekat gelmbang elektrmagnetik. Spektrum gelmbang elektrmagnetik telah berhasil dipetakan antara lain terdiri dari sinar gamma, sinar X, sinar ultravilet, cahaya tampak, sinar inframerah, gelmbang mikr, gelmbang radar, gelmbang TV, dan gelmbang radi.masing-masing memiliki karakteristik yang spesifik dan memiliki kegunaan tertentu. A. Spektrum Gelmbang Elektrmagnetik 1. Hakikat Gelmbang Elektrmagnetik Pada pertengahan abad ke sepuluh serang ilmuwan Mesir di Iskandaria yang bernama Al Hasan ( ) mengemukakan pendapat bahwa mata dapat melihat benda-benda di sekeliling karena adanya cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan leh benda-benda yang bersangkutan masuk ke dalam mata. Teri ini akhirnya dapat diterima leh rang banyak sampai sekarang ini. Beberapa teri-teri yang mendukung pendapat Al Hasan diantaranya adalah a. Teri Emisi atau Teri Partikel berikut: Gambar 1. Newtn salah serang yang meneliti gelmbang cahaya Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 501 Sir Isaac Newtn ( ) 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 dikemukakanya teri ini adalah sebagai

5 Drs. Pristiadi Utm, 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 leh Newtn dengan menggunakan bantuan sebuah bla yang dipantulkan di atas bidang pantul. Alasan berikutnya adalah pada peristiwa pembiasan cahaya yang disamakan dengan peristiwa menggelindingnya sebuah bla pada papan yang berbeda ketinggian yang dihubungkan dengan sebuah bidang miring. Dari permukaan yang lebih tinggi bla digelindingkan dan akan terus menggelinding melalui bidang miring sampai akhirnya bla akan menggelinding di permukaan yang lebih rendah. Jika diamati perjalanan bla, maka sebelum melewati bidang miring lintasan bla akan membentuk sudut α terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Setelah melewati bidang miring lintasan bla 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 bla dianggap sebagai jalannya pembiasan cahaya dari udara ke air, maka Newtn menganggap bahwa kecepatan cahaya dalam air lebih besar dari pada kecepatan cahaya dalam udara. Pendapat ini masih bertahan hingga akhirnya serang ahli fisika Prancis, Jean Fcault ( ) melakukan percbaan tentang pengukuran kecepatan cahaya dalam berbagai medium. Dalam percbaannya Jeans Fcault mendapatkan kesimpulan bahwa kecepatan cahaya dalam air lebih kecil dari pada kecepatan cahaya dalam udara. b. Teri Gelmbang Menurut Christian Huygens ( ) serang ilmuwan berkebangsaan Belanda, bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa gelmbang. Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang gelmbang dan frekuensinya. Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 50

6 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Pada teri ini Huygens menganggap bahwa setiap titik pada sebuah muka gelmbang dapat dianggap sebagai sebuah sumber gelmbang yang baru dan arah muka gelmbang ini selalu tegak lurus tehadap muka gelmbang yang bersangkutan. Pada teri Huygens ini peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, ataupun difraksi cahaya dapat dijelaskan secara tepat, namun dalam teri Huygens ada kesulitan dalam penjelasan tentang sifat cahaya yang merambat lurus. c. Teri Elektrmagnetik Gambar. JC. Maxwell Percbaan James Clerk Maxwell ( ) serang ilmuwan berkebangsaan Inggris (Sctlandia) menyatakan bahwa cepat rambat gelmbang elektrmagnetik sama dengan cepat rambat cahaya yaitu 3x10 8 m/s, leh karena itu Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelmbang elektrmagnetik. Kesimpulan Maxwell ini di dukung leh : Serang ilmuwan berkebangsaan Jerman, Heinrich Rudlph Hertz ( ) yang membuktikan bahwa gelmbang elektrmagnetik merupakan gelmbang tranversal. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat menunjukkan gejala plarisasi. Percbaan serang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Peter Zeeman ( ) yang menyatakan bahwa medan magnet yang sangat kuat dapat berpengaruh terhadap berkas cahaya. Percbaan Stark ( ), serang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang mengungkapkan bahwa medan listrik yang sangat kuat dapat mempengaruhi berkas cahaya. Gambar 4. Tahun 1887 dua ilmuwan Amerika, Albert Michelsn dan James Mrley, membuat mesin untuk menguji teri James Clerk Maxwell, ternyata kecepatan gelmbang cahaya adalah tetap Gambar 3. HR.Hertz Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 503

7 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. d. Teri Kuantum Gambar 5. Max Planck Teri kuantum pertama kali dicetuskan pada tahun 1900 leh serang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang bernama Max Karl Ernst Ludwig Planck ( ). Dalam percbaannya Planck mengamati sifat-sifat termdinamika radiasi benda-benda hitam hingga ia berkesimpulan bahwa energi cahaya terkumpul dalam paket-paket energi yang disebut kuanta atau ftn. Dan pada tahun 1901 Planck mempublikasikan teri kuantum cahaya yang menyatakan bahwa cahaya terdiri dari peket-paket energi yang disebut kuanta atau ftn. Akan tetapi dalam teri ini paket-paket energi atau partikel penyusun cahaya yang dimaksud berbeda dengan partikel yang dikemukakan leh Newtn. Karena ftn tidak bermassa sedangkan partikel pada teri Newtn memiliki massa Pernyataan Planck ternyata mendapat dukungan dengan adanya percbaan Albert Einstein pada tahun 1905 yang berhasil menerangkan gejala ftlistrik dengan menggunakan teri Planck. Ftlistrik adalah peristiwa terlepasnya elektrn dari suatu lgam yang disinari dengan panjang gelmbang tertentu. Akibatnya percbaan Einstein Gambar 6. Albert Einstein menjelaskan efek ft listrik justru bertentangan dengan pernyataan Huygens dengan teri gelmbangnya.pada efek ftlistrik, besarnya kecepatan elektrn yang terlepas dari lgam ternyata tidak bergantung pada besarnya intensitas cahaya yang digunakan untuk menyinari lgam tersebut. Sedangkan menurut teri gelmbang seharusnya energi kinetik elektrn bergantung pada intensitas cahaya. Kemudian dari seluruh teri-teri cahaya yang muncul dapat disimpulkan bahwa cahaya mempunyai sifat dual (dualisme cahaya) yaitu cahaya dapat bersifat sebagai gelmbang untuk Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 504

8 Drs. Pristiadi Utm, 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 ftn sehingga dapat menjelaskan peristiwa efek ftlistrik.. Gelmbang Elektrmagnetik Beberapa kaidah tentang kemagnetan dan kelistrikan yang mendukung perkembangan knsep gelmbang elektrmagnetik antara lain: 1. Hukum Culmb mengemukakan : Muatan listrik statik dapat menghasilkan medan listrik... Hukum Bit & Savart mengemukakan : Aliran muatan listrik (arus listrik) dapat menghasilkan medan magnet. 3. Hukum Faraday mengemukakan : Perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik. Gambar 7. Michael Faraday Berdasarkan Hukum Faraday, Maxwell mengemukakan hiptesa sebagai berikut: Perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet. Hiptesa ini sudah teruji dan disebut dengan Teri Maxwell. Inti teri Maxwell mengenai gelmbang elektrmagnetik adalah: a. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet. b. Cahaya termasuk gelmbang elektrmagnetik. Cepat rambat gelmbang elektrmagnetik (c) tergantung dari permitivitas ( ) dan permeabilitas (μ) zat. Menurut Maxwell, kecepatan rambat gelmbang elektrmagnetik dirumuskan sebagai 1 berikut c = ε μ 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 Utm, M.Pd. 505

9 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Prses terjadinya medan listrik dan medan magnet berlangsung secara bersama sama dan menjalar kesegala arah. Arah getar vektr medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Jadi gelmbang elektrmagnetik adalah gelmbang yang dihasilkan dari perubahan medan magnet dan medan listrik secara berurutan, dimana arah getar vektr medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Vektr Medan Listrik Vektr Medan Magnet Gambar 8. Penjalaran gelmbang elektrmagnetik sebagai gelmbang transversal E B Gelmbang Elektrmagnetik E = medan listrik (menjalar vertikal) B = medan magnet (menjalar hrizntal.) Gejala seperti ini disebut terjadinya gelmbang elektrmagnetik (= gelmbang yang mempunyai medan magnet dan medan listrik). Bila dalam kawat PQ terjadi perubahan-perubahan tegangan baik besar maupun arahnya, maka dalam kawat PQ elektrn bergerak blak-balik, dengan kata lain dalam kawat PQ terjadi getaran listrik. Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 506

10 Drs. Pristiadi Utm, 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 peridik maka rambatan perubahan medan listrik dan medan magnet lazim disebut gelmbang elektrmagnetik. (GEM) Percbaan-percbaan yang teliti membawa kesimpulan : Gambar 9. Vektr perubahan medan listrik tegak lurus vektr perubahan medan magnet 1. Pla gelmbang elektrmagnetik sama dengan pla gelmbang transversal dengan vektr perubahan medan listrik tegak lurus pada vektr perubahan medan magnet.. Gelmbang elektrmagnetik menunjukkan gejala-gejala pemantulan, pembiasan, difraksi, plarisasi seperti halnya pada cahaya. 3. Diserap leh knduktr dan diteruskan leh islatr. Gelmbang elektrmagnetik lahir sebagai paduan daya imajinasi dan ketajaman akal pikiran berlandaskan keyakinan akan keteraturan dan kerapian aturan-aturan alam. Hasil-hasil percbaan yang mendahuluinya telah mengungkapkan tiga aturan gejala kelistrikan, antara lain sebagai berikut. Hukum Culmb Hukum Bit-Savart Hukum Faraday : Muatan listrik menghasilkan medan listrik yang kuat. : Aliran muatan (arus) listrik menghasilkan medan magnet disekitarnya. : Perubahan medan magnet (B) dapat menimbulkan medan listrik (E). Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 507

11 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Gambar 10. Maxwell Didrng leh 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 menimbulkan perubahan medan magnet, demikianlah keyakinan Maxwell. Dengan pengetahuan matematika yang dimilikinya, secara cermat Maxwell membangun teri yang dikenal sebagai teri gelmbang elektrmagnetik. Baru setelah bertahun-tahun Maxwell tiada, terinya dapat diuji kebenarannya melalui percbaanpercbaan. Menurut perhitungan secara teritik, kecepatan gelmbang elektrmagnetik hanya bergantung pada permitivitas ruang hampa ( ε ) dan permeabilitas ruang hampa ( μ ). c 1 ε 0. μ0 1 1 Dengan memasukkan ε = 8, C /N.m dan μ = 4π.10 7 Wb/A.m 4π 9 diperleh nilai c = m/s, nilai yang sama dengan kecepatan cahaya. Oleh sebab itu Maxwell mempunyai cukup alasan untuk menganggap cahaya adalah gelmbang elektrmagnetik. Oleh karena itu knsep gelmbang elektrmagnetik ini merupakan penykng teri Huygens tentang cahaya sebagai gerak gelmbang. 3. Energi Gelmbang Elektrmagnetik. Karena gelmbang elektrmagnetik mengandung medan listrik dan medan magnetik, maka kedua medan mempunyai persamaan gelmbang. Persamaan kuat medan listrik E dan kuat medan magnetik B, berbentuk persamaan sinusidal, E = E maks sin t dan B = B maks sin t Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 508

12 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. harga efektifnya : E ef = E maks dan Bef = B maks Kuat medan listrik E dan kuat medan magnetik B, mempunyai hubungan : B maks = E maks E B = c c E = kuat medan listrik (N/c) B = induksi magnetic (T) c Dari persamaan c = = kecepatan cahaya = m/s 1 μ ε atau B. c = E maka c = μ 1 ε 1 = c sehingga B = E c B E = c B = E 1. c B = E. a. Energi Medan Listrik Pada kapasitr (alat yang dapat menyimpan energi listrik) berlaku persamaan energi W = ½ C.V, dari kuat medan listrik E = maka W = ½ C. E. d, dari rumus kapasitas kapasitr C = sehingga W = ½.. A. d. E Vlume V = A. d maka : W = ½. V. E jule V d V = E. d.a disebut dengan energi medan listrik (jule) d Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 509

13 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Kerapatan energi listrik (= energi listrik per satuan vlume) : U E = ½.E jule dengan satuan 3 m Gelmbang energi listrik bergerak dengan kecepatan cahaya c maka U E = ½.E watt.c dengan satuan m b. Energi Medan Magnetik Induktr / kumparan dengan luas penampang A dan panjangnya l dilalui arus listrik i maka energi magnetiknya : W = ½ L i, dengan L = diperleh : N A l W = ½ N A l. i Jika lilitan per satuan panjang n = l N N = n. l N = n. l maka : n l Ai W = ½ l W = ½ n l A i jule Vlume kumparan : V = A. l W = ½ n V i jule Dari persamaan induksi magnetik kumparan / slenida Sehingga : B = μ in atau B = μ i n i = l B μ n Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 510

14 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. W = ½. n B. V. μ n W = VB μ jule Kerapatan energi magnetik (= energi magnetik per satuan vlume) : U B = B dengan satuan 3 μ jule m Gelmbang energi magnet bergerak dengan kecepatan cahaya c maka U B = B c μ watt dengan satuan m Kerapatan energi gelmbang elektrmagnetik : U = U E + U B = ½ E.c + ½ B c μ U = ½ ( E.c + B c ) μ Karena E = B. c, maka penulisan dalam bentuk lain adalah sebagai berikut. U = ½ (. B c 3 + B c ) μ = ½. B.c. 1 ε μ + ½ B c μ = ½ B c μ + ½ B c μ U = B c μ watt satuan m Karena B = E, maka dapat ditulis juga sebagai berikut. c U = ½ (. E E c.c + ) μ c Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 511

15 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 1 = ½ ( μ c. E E + ) μ c E = ½ ( ) μ c Cnth : E U = μ c watt satuan m Cahaya dari laser terpancar mengarah pada sumbu Z. Amplitud medan listrik dalam gelmbang cahaya adalah 6 x 103 V/m, dan arah medan listrik searah sumbu X. Kemana arah dan berapa amplitud medan magnet? Jawab : Bila arah gerak gelmbang cahaya pada sumbu Z, arah E pada sumbu X maka arah B pada sumbu Y. B = 3 E 6.10 = 8 c 3.10 = T 4. Intensitas Gelmbang Elektrmagnetik. Energi rata-rata per satuan luas yang dirambatkan leh gelmbang elektrmagnetik disebut dengan intensitas gelmbang elektrmagnetik. Intensitas tersebut sebanding dengan harga maksimum medan magnet (B) dan sebanding pula dengan harga maksimun medan listriknya (E). Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 51

16 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Gambar 11. Penjalaran E y dan B z gelmbang elektrmagnetik Kedua medan listrik dan medan magnet tersebut saling tegak lurus, merambat kearah sumbu X. Kedua gelmbang tersebut dapat dituliskan menjadi : E y = E sin (kx- t) B z = B sin (kx- t) Kecepatan gelmbang diberikan dengan persamaan ω c = k Intensitas gelmbang elektrmagnetik dituliskan sebagai berikut. S S E.B y z μ E.B μ sin (kx - ωt) Jadi harga intensitas (S) tergantung dari sin (kx- t), S akan berharga maksimum bila harga sin (kx- t) = 1, atau Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 513

17 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. S maks E.B μ Sedangkan S akan berharga minimum bila harga sin (kx- t) adalah nl. S min = 0 Secara umum intensitas atau energi per satuan luas dapat dituliskan dengan E x B S disebut dengan vektr pynting. μ Intensitas rata-rata (S ) gelmbang elektrmagnetik adalah : S S S maks min S E B μ 0 Karena : E = c B dan E.B S μ c 1 μ ε Maka selain itu S juga dapat dituliskan sebagai fungsi E menjadi : 1 S ε E c Nilai S juga dapat dituliskan dalam bentuk : E S c μ Selain itu S juga dapat dituliskan sebagai fungsi B menjadi : Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 514

18 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 1 S ε B Nilai S juga dapat dituliskan dalam bentuk : 3 c Gambar 1. HR.Hertz B.c S μ Gejala gelmbang elektrmagnetik baru dapat ditunjukkan beberapa tahun setelah Maxwell meninggal leh H.R. Hertz. Cnth : Intensitas rata-rata cahaya matahari pada siang hari yang cerah sekitar 1 kw/m. Anggaplah gelmbang elektrmagnetik cahaya matahari berupa gelmbang sinusidal knstan. Berapa slar sel yang harus diperlukan untuk menangkap dan mengumpulkan energi matahari hingga setara dengan pemanaskan air 5 kw? Anggap tiap sel memiliki luas m dan efisiensi 50% serta tegak lurus menghadap sinar matahari. Penyelesaian: Jawab: Medan listrik sebesar E S c μ E = μ cs -7 8 E = 4.π x 10.3x10.1x10 E = 900 V/m 3 B = E 900 = T c 3.10 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 515

19 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Pada 1 kw/m diperlukan slar sel seluas 5 m dengan efisiensi 100 % untuk mwmprduksi 5 kw. Bila efisiensi hanya 50 %, maka memerlukan 10 m luas slar sel. Karena tiap sel seluas m 10. Jadi banyaknya slar sel = 5 sel Latihan Kerjakan sal-sal berikut di buku latihanmu! 1. Sebuah gelmbang radi mempunyai E m = 10-4 V/m Berapakah besar medan magnet B m dan intensitas gelmbang tersebut.. Cahaya matahari menumbuk bumi dengan intensitas sebesar 0 kal/cm -menit. Hitunglah besarnya medan listrik E m dan medan magnet B m untuk cahaya tersebut. 3. Sebuah stasiun radi menerima gelmbang elektrmagnetik sinusida dari satelit pemancar dengan kekuatan 50 KW. Berapakah amplitud maksimum E dan B yang diterima satelit jika jarak antara antena stasiun radi dan satelit 100 km. 4. Sebuah stasiun radi mentranmisikan sinyal 10 KW dengan frekwensi 100 MHz. Carilah pada jarak 1 Km : a. Amplitud medan listrik dan medan magnetnya. b. Energi yang diterima leh sebuah panel yang berukuran 10 cm x 10 cm dalam waktu 5 menit. 4. Spektrum Gelmbang Elektrmagnetik. Hasil kali panjang gelmbang ( ) dengan frekuensi gelmbang (f) sama dengan cepat rambat gelmbang ( c ). Dirumuskan sebagai berikut. c = λ. f Beberapa cnth sumber gelmbang elektrmagnetik antara lain sebagai berikut. Osilasi listrik. Sinar matahari yaitu menghasilkan sinar infra merah. Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 516

20 10 5 Sinar Gamma Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Lampu merkuri dapat menghasilkan ultra vilet. Penembakan elektrn dalam tabung hampa pada keping lgam dapat menghasilkan sinar X (digunakan untuk rntgen). Inti atm yang tidak stabil dapat menghasilkan sinar gamma (.γ) Beberapa sifat gelmbang elektrmagnetik adalah sebagai berikut. Dapat merambat dalam ruang hampa. Merupakan gelmbang transversal (arah getar tegak lurus arah rambat), jadi dapat mengalami plarisasi. Dapat mengalami refleksi, refraksi, interferensi dan difraksi. Tidak dibelkkan dalam medan listrik maupun medan magnet. Setiap spektrum gelmbang elektrmagnetik memiliki fenmena yang berbeda-beda sesuai dengan karakteristiknya masing-masing. Karakteristik gelmbang ini berhubungan dengan frekuensi. Dengan kecepatan yang sama gelmbang elektrmagnetik yang memiliki panjang gelmbang besar akan memiliki frekuensi kecil. Sebaliknya spektrum gelmbang elektrmagnetik yang memiliki panjang gelmbang pendek akan memiliki frekuensi besar. Berdasarkan panjang gelmbang ( ) dan frekuensi (f) dapat disusun diagram spektrum gelmbang elektrmagnetik sebagai berikut. f(hz) (Å) Sinar X Sinar Ultra Ungu Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 517

21 10 10 Radar Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. CAHAYA Gelmbang 10-5 Infra merah & Televisi 10 5 Gelmbang Radi Dari spektrum tersebut dapat disimpulkan bahwa makin pendek panjang gelmbang ( ) 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). Sinar X (Rntgen) 3. Sinar ultra ungu 4. Cahaya tampak: Ungu Biru Hijau Kuning Jingga Merah 5. Sinar infra merah 6. Gelmbang Radar 7. Gelmbang TV 8. Gelmbang Radi Urutan dari atas kebawah: - frekuensi (f) makin kecil - Panjang gelmbang ( ) makin besar - Cepat rambat (c) sama. c = λ. f Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 518

22 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Diantara gelmbang-gelmbang yang terdapat pada spektrum tersebut, yang dapat dilihat leh mata hanyalah gelmbang cahaya yang mempunyai panjang gelmbang antara 7800 Å (merah) 3990 Å (ungu). Gelmbang yang mempunyai daya tembus yang sangat besar adalah sinar X dan sinar. Dimana sinar X dihasilkan dengan cara emisiterminik, sedangkan sinar dihasilkan leh inti-inti yang tidak stabil (bersifat radiaktif). Manfaat gelmbang elektrmagnet dapat diterangkan sesuai urutan spektrumnya : 1. Daerah frekuensi antara 10 4 sampai 10 7 Hz dikenal sebagai gelmbang radi, yaitu sebagai salah satu sarana kmunikasi. Karena sifat gelmbangnya yang mudah dipantulkan insfer, yaitu lapisan atmsfir bumi yang mengandung partikel-partikel bermuatan, maka gelmbang ini mampu mencapai tempat-tempat yang jaraknya cukup jauh dari stasiun pemancar. Infrmasi dalam bentuk suara dibawa leh gelmbang radi sebagai perubahan amplitud (mdulasi amplitud).. Daerah frekuensi sekitar 10 8 Hz, gelmbang elektrmagnetik mampu menembus lapisan insfer sehingga sering digunakan sebagai sarana kmunikasi dengan satelit-satelit. Daerah ini digunakan untuk televisi dan radi FM (frekuensi mdulasi) dimana infrmasi dibawa dalam bentuk perubahan frekuensi (mdulasi frekuensi). Jadi ada dua macam cara mdulasi gelmbang elektrmagnetik pada daerah Hz: a. Mdulasi Amplitud (AM) Amplitud gelmbang radi disesuaikan dengan frekuensi gelmbang bunyi yang dibawa dengan frekuensi tetap. b. Mdulasi Frekuensi (FM) Frekuensi gelmbang radi disesuaikan dengan frekuensi gelmbang bunyi yang dibawa dengan amplitud tetap. Sistem FM lebih unggul daripada AM karena FM dapat mengurangi desau akibat kelistrikan diudara, walaupun jangkauannya terbatas sekali. Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 519

23 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 3. Daerah frekuensi sekitar Hz, digunakan leh pesawat RADAR (Radi Detectin and Ranging). Radar adalah suatu alat yang sistemnya memancarkan gelmbang elektrmagnetik berupa gelmbang radi dan gelmbang mikr. Pantulan dari gelmbang yang dipancarkan tadi digunakan untuk mendeteksi byek. Infrmasi yang dikirim ataupun yang diterima berbentuk sebagai pulsa. Bila pulsa ini dikirim leh pesawat radar dan mengenai suatu sasaran dalam selang waktu t, maka jarak antara radar ke sasaran : s = c. Δt c = kecepatan cahaya ( m/det). Selang waktu yang diperlukan leh gelmbang tersebut dinamakan time delay 4. Daerah frekuensi Hz, ditempati leh radiasi infra merah, dimana gelmbang ini lebih panjang dari gelmbang cahaya tampak dan tidak banyak dihamburkan leh partikel-partikel debu dalam atmsfir sehingga mengurangi batas penglihatan manusia. 5. Daerah frekuensi Hz, berisi daerah cahaya tampak (visible light), yaitu cahaya yang tampak leh mata manusia dan terdiri dari deretan warna-warna merah sampai ungu. 6. Daerah frekuensi Hz, dinamakan daerah ultra ungu (ultra vilet). Dengan frekuensi ultra ungu memungkinkan kita mengenal lebih cepat dan tepat unsur-unsur yang terkandung dalam suatu bahan. 7. Daerah frekuensi Hz, disebut daerah sinar X. Gelmbang ini dapat juga dihasilkan dengan menembakkan elektrn dalam tabung hampa pada kepingan lgam. Karena panjang gelmbangnya sangat pendek, maka gelmbang ini mempunyai daya tembus yang cukup besar sehingga selain digunakan di rumah sakit, banyak pula digunakan di lembaga-lembaga penelitian ataupun industri. Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 50 Gambar 1. Peralatan sinar X atau sinar rntgen. ditemukan leh serang Prfesr Fisika bangsa Jerman di Universitas Wurzburg, Bavaria, Wilhelm Cnrad Röntgen pada tanggal 8 Nvember Beliau mengamati sinar ini mampu menghasilkan gambar di film ftgrafi setelah menembus tisu, pakaian dan lgam.

24 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Bagaimana sinar X dihasilkan? Sinar X dihasilkan apabila elektrn bergerak pada kelajuan yang tinggi dan secara tiba-tiba menumbuk lgam anda. Hal ini terjadi di dalam sebuah tabung sinar X. Di dalam sebuah tabung sinar X terdapat katda (-) yang merupakan sebuah filamen yang dipanaskan leh tenaga listrik. Pemanasan yang terjadi menyebabkan elektrn dihasilkan dari filamen, dan bergerak menumbuk anda (+). Akibat tumbukan elektrn ini terpancarlah sinar X dari anda. Sinar-sinar itu leh Rntgen diberi nama sinar X karena saat itu masih misterius. Namun sekarang disebut dengan sinar Rntgen. Prinsip dihasilkannya sinar X ini berlawanan dengan efek ftlistrik. 8. Daerah frekuensi Hz, disebut daerah sinar gamma. Gelmbang ini mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar X, dan dihasilkan leh inti-inti atm yang tidak stabil. Gambar 13. Laser dihasilkan dari berkas cahaya tampak mnkrm yang dipadatkan sehingga memiliki intensitas tinggi. Aplikasi laser dijumpai dalam bidang industri, militer, hiburan, maupun kedkteran Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 51 Gambar 14. Laser dipakai untuk percbaan militer leh militer Amerika Serikat. Penggunaan laser sebagai senjata misalnya pistl / senapan atau meriam laser dikembangkan leh militer untuk kepentingan pertahanan negara atau menghadapi perang.

25 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Cnth Sal : Suatu kapal diperlengkapi pemancar dan penerima gelmbang radar untuk menduga dalamnya laut. Jika frekuensi gelmbang radar yang dikirim Hz, kecepatan cahaya di udara m/det dan waktu yang dibutuhkan gelmbang radar blak- balik (dari permukaan laut kembali ke permukaan lagi) =.10-3 det. Tentukan: a. panjang gelmbang radar b. kedalaman laut Penyelesaian : Diketahui: f = Hz t =.10-3 s Ditanya : a. =...? b. s =...? Jawab : c a. = f = = 0,06 m c. t b. s = Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 5

26 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. s = s = m Latihan Kerjakan sal berikut di buku latihanmu! 1. Dari atas permukaan sebuah danau seserang melepaskan gelmbang radar kedasar danau. Gelmbang tersebut kembali kepermukaan setelah detik. Berapa kedalaman danau tersebut.. Sebuah kapal laut yang memiliki radar hendak mengukur kedalam laut. Waktu yang dibutuhkan gelmbang radar blak- balik dari dasar laut kepermukaan laut detik. Hitung kedalaman laut (indeks bias air laut = 3/4). 5. Radiasi Gelmbang Elektrmagnetik Gelmbang elektrmagnetik juga dipanaskan atau diradiasikan leh setiap benda pijar bersuhu tertentu. Pancaran dari benda tersebut berupa radiasi gelmbang elektrmagnetik. Benda-benda yang dipanasi mengemisikan gelmbang yang tidak nampak (sinar ultra ungu dan infra merah). Benda-benda yang dapat menyerap seluruh radiasi yang datang disebut benda hitam mutlak, sebuah ktak yang mempunyai lubang sempit dapat dianggap sebagai benda yang hitam mutlak. Menurut Stefan dan Bltzman radiasi gelmbang elektrmagnetik yang dipancarkan leh tiap satuan luas permukaan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak (T) benda tersebut. Intensitas radiasi I = R = e..t 4 R adalah intensitas radiasi dalam watt/m. Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 53

27 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. e adalah kefisien emisivitas yang nilainya bergantung pada warna jenis permukaan. Untuk benda hitam mutlak e = 1 adalah knstanta Stefan-Bltzmann yang harganya 5, Watt/m K. Daya radiasi P = R.A P = e..t 4.A dengan satuan : watt A = Luas permukaan (m ). Energi radiasi E = W = P. t E = e.. T 4. A. t dengan satuan jule t = waktu (s) Pada suhu tertentu kekuatan radiasi tiap panjang gelmbang mempunyai nilai yang berbeda-beda. Gambar 15. Diagram hubungan intensitas dan radiasi carbn pada berbagai suhu. Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 54 Ketergantungan kekuatan radiasi suatu benda terhadap panjang gelmbangnya disebut spektrum radiasi (spektrum gelmbang pancaran). Eksperimen-eksperimen untuk mengamati spektrum radiasi telah dilakukan, hasil spektrum radiasi carbn pada berbagai suhu seperti terlukis pada gambar 15. Dari diagram itu Wien mengambil kesimpulan yang dikenal sebagai Hukum Pergeseran Wien. Menurut Wien panjang gelmbang maksimum berbanding terbalik dengan suhu mutlak benda. Dirumuskan m. T = C persamaan ini disebut hukum pergeseran Wien.

28 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. C = knstanta Wien =, m.k Intensitas radiasi yang dipancarkan berbanding lurus dengan suhu, berbanding lurus dengan frekuensi pancaran, dan berbanding terbalik dengan panjang gelmbang. Energi pancaran tiap panjang gelmbang semakin besar, jika suhu semakin tinggi, sedangkan energi maksimumnya begeser kearah gelmbang yang panjang gelmbangnya kecil. C m = T Perhatikan gambar berikut ini. ( a ) ( b ) Gambar 15. (a) Diagram hubungan intensitas gelmbang elektrmagnetik dan radiasi carbn pada berbagai suhu (B) diagram hubungan intensitas gelmbang elektrmagnetik dengan frekuensi 6. Tekanan Radiasi Gelmbang Elektrmagnetik Gelmbang elektrmagnetik merambat membawa energi sekaligus membawa mmentum. Metde sederhana untuk mengetahui mmentum gelmbang elektrmagnetik adalah menggunakan hubungan rumus kesetaraan massa dan energi Albert Einstein sebagai berikut. E = m c Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 55

29 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Dengan demikian persamaan tersebut dapat diubah menjadi m c = c E dimana massa dikali dengan kecepatan adalah sama dengan mmentum, sehingga P = c E dengan satuan kg m/s Bila kedua ruas berlangsung tiap satuan waktu dan tiap satuan luas permukaan maka dimensi mmentum akan berubah menjadi dimensi tekanan, dan energi akan berubah menjadi intensitas energi gelmbang elektrmagnetik. sehingga dapat ditulis sebagai berikut. E -1 watt watt P A.t kg.m.s m kg.m -1.s - = m -1-1 A.t c m.s m.s m.s Jadi diperleh persamaan tekanan radiasi adalah : p = c S Dalam hal ini S adalah vektr pynting yaitu intensitas gelmbang elektrmagnetik. Persamaan p = S c ini berlaku untuk tekanan radiasi radiasi gelmbang elektrmagnetik yang diserap leh suatu permukaan. Sedangkan mengingat mmentum adalah besaran vektr maka untuk tekanan radiasi gelmbang elektrmagnetik yang dipantulkan leh suatu permukaan adalah sebesar p =.S c B. Aplikasi Gelmbang Elektrmagnetik pada Kehidupan Sehari-hari Beberapa cnth aplikasi gelmbang elektrmagnetik pada kehidupan sehari-hari diuraikan sebagai berikut. 1. Teleskp Satelit Inframerah Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 56

30 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Gambar 16. Teleskp satelit inframerah yang dipasang di rbit akan menghasilkan gambar-gambar ft alam semesta dengan lebih baik kualitasnya. Sebuah teleskp infra merah Space Infrared Telescpe Facility (SIRTF) atau Fasilitas Teleskp Infra Merah Ruang Angkasa. SIRTF adalah sistem penerpngan bintang keempat yang diluncurkan NASA. Sebelumnya badan angkasa luar Amerika Sserikat itu telah meluncurkan Teleskp Angkasa Hubble, dirbitkan pesawat ulang alik tahun 1990; Gamma Ray Observatry, diluncurkan tahun 1991; dan Chandra X-Ray Observatry diluncurkan tahun Masing-masing sistem penerpngan itu digunakan untuk mengamati cahaya-cahaya Gambar 17. Teleskp angkasa Hubble, yang bekerja pada cahaya tampak, sedangkan teleskpchandra X-Ray bekerja pada daerah frekuensi sinar X untuk mencari black hle. dengan warna yang berbeda, yang tidak dapat dilihat dari permukaan Bumi. Masingmasing sistem juga memiliki fungsi berbeda satu dengan lainnya. Dengan Teleskp Hubble, para peneliti mencari byek "paling merah" yang berarti jaraknya sangat jauh. Dengan SIRTF akan bisa melihat ppulasi bintang di dalam byek sangat jauh tersebut karena SIRTF akan bekerja dalam gelmbang cahaya infra merah. Sebelum itu pada tahun 1983 kerja sama antara Amerika Serikat, Belanda, dan Inggris telah meluncurkan IRAS (the Infrared Astrnmical Satellite) atau Satelit Astrnmi Inframerah, yang juga masih berfungsi sampai dengan sekarang.. Diagnsa Menggunakan sinar X Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 57

31 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Patah tulang, penyakit dalam dapat dideteksi dan didiagnsa leh dkter dengan akurat dengan bantuan sinar X atau sinar Röntgen. GAMBAR TENTANG FOTO SINAR RONTGEN Gambar 18. Ptret sinar Rntgen membantu dkter mendiagnsa masalah klinis dengan tepat. Sejak ditemukan sinar X pada tahun 1895 leh Wilhelm Cnrad Röntgen, dunia medis mendapatkan kemajuan pesat untuk mengbati penyakit dalam atau sakit patah tulang. Dengan hasil images film sinar X tim dkter mendapat infrmasi jelas bagian mana yang harus mendapatkan penanganan. 3. Teleskp Radi Gambar 19. Kumpulan teleskp radi sebanyak 7 buah di dekat Scrr, di New Meksik Teleskp radi untuk menangkap gelmbang radi dan mendeteksi sinyal-sinyal lain (pulsar) dari angkasa luar. Penemuan gelmbang radi yang datang dari angkasa luar dan berhasil dideteksi di bumi leh Karl Jansky serang insinyur listrik dari Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 58

32 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. labratrium Telepn Bell pada tahun 1931, telah berhasil mengembangkan astrnmi radi. Deretan teleskp radi sebanyak 7 buah dibangun dekat Scrr di New Meksik. Untuk beberapa dekade astrnmi radi mengalami kemajuan pesat dan berhasil memberikan gambaran tentang alam semesta dengan banyak dideteksinya spektrum gelmbang lain yang datang dari angkasa luar seperti infa merah, ultraungu, sinar X, sinar gamma, dan pulsar-pulsar lain hingga berhasil ditemukannya bintang netrn. Lebih jauh lagi bahkan berhasil menguak banyak hal tentang sinar-sinar ksmik yang akhirnya diteliti mendalam leh ilmuwan-ilmuwan fisika inti khususnya partikel elementer. Gambar 19. Kumpulan teleskp radi sebanyak 7 buah di dekat Scrr, di New Meksik 4. Pemanfaatan Slar Sel Untuk Menangkap Energi Cahaya Matahari Gambar 0. Slar sel merupakan kmpnen dari bahan semiknduktr yang mampu menangkap energi panas gelmbang elektrmagnetik dari matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik sehingga dapat disimpan di dalam baterai atau accu. Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 59

33 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Gelmbang elektrmagnetik dari matahari dalam bentuk cahaya tampak pada siang hari dapat ditangkap leh sel surya yang terbuat dari bahan semiknduktr misalnya silikn. Sel surya akan mengubah energi panas ini menjadi energi listrik dan dapat menghasilkan tegangan listrik. Pada siang hari tegangan listrik disimpan dalam baterei atau accumulatr sehingga pada malam hari dapat dimanfaatkan untuk menyalakan peralatan listrik atau memanaskan air. Slar sel juga dikembangkan untuk menggerakkan mbil tanpa bahan bakar migas. 5. Oscilatr Penghasil Gelmbang Elektrmagnetik Gelmbang elektrmagnetik telah diketahui keberadaannya. Permasalahannya dapatkah gelmbang elektrmagnetik diprduksi terus-menerus. Berdasarkan hukum Ampere dan hukum Faraday berhasil diketemukan bahwa rangkaian scilasi listrik dapat menghasilkan gelmbang elektrmagnetik terus menerus. Frekuensi yang dihasilkan gelmbang elektrmagnetik disebut frekuensi resnansi, untuk rangkaian LC dirumuskan f = 1 π 1 LC Antena i Sumber energi Sirkuit LC Gambar 1. Rangkaian/sirkuit scilasi LC dihubungkan dengan sumber energi dan antena dapat menghasilkan perubahan medan listrik AC dan pada antena akan terpancar gelmbang elektrmagnetik Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 530

34 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Prinsip ini dipakai dalam teknlgi penyiaran baik gelmbang TV, gelmbang radar, gelmbang mikr, maupun gelmbang radi. Gambar 1 menunjukkan rangkaian pengirim gelmbang elektrmagnetik. Di sisi lain gelmbang elektrmagnetik yang terpancar itu dapat ditangkap melalui rangkaian penerima gelmbang elektrmagnetik. Masih banyak lagi aplikasi gelmbang elektrmagnetik dalam kehidupan seharihari yang tersebar dalam berbagai bidang. Kamu dapat lebih memperdalam pemahaman aplikasi gelmbang elektrmagnetik dengan mengerjakan tugas akhir bab ini. Tugas Akhir Bab Carilah cnth-cnth aplikasi atau penerapan gelmbang elektrmagnetik dalam kehidupan sehari-hari untuk beberapa tpik, usahakan lebih dari tiga macam. Buatlah tugas ini dalam bentuk kliping dengan deskripsinya, dan berilah kmentarmu untuk tiap-tiap tpik. Gunakan majalah ilmiah atau search engine di internet dengan mengunjungi tpik applied electrmagnetism wave sebagai referensimu. Rangkuman 1. Al Hasan ( ) mengemukakan pendapat bahwa mata dapat melihat bendabenda di sekeliling karena adanya cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan leh benda-benda yang bersangkutan masuk ke dalam mata.. Pendapat Newtn dengan teri emisi adalah dari sumber cahaya dipancarkan partikel-partikel yang sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan kecepatan Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 531

35 Drs. Pristiadi Utm, 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 gelmbang. Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang gelmbang dan frekuensinya. 4. James Clerk Maxwell menyatakan bahwa Cepat rambat gelmbang elektrmagnetik sama dengan cepat rambat cahaya yaitu 3x10 8 m/s. 5. Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelmbang elektrmagnetik dan merupakan gelmbang tranversal. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat menunjukkan gejala plarisasi. 6. Max Karl Ernst Ludwig Planck menyatakan bahwa cahaya terdiri dari peketpaket energi yang disebut kuanta atau ftn. 7. Hukum Culmb mengemukakan bahwa muatan listrik statik dapat menghasilkan medan listrik.. 8. Hukum Bit & 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 gelmbang elektrmagnetik dirumuskan sebagai berikut c = ε 1 μ 1. Gelmbang elektrmagnetik adalah rambatan perubahan medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus. 13. Kerapatan energi listrik (= energi listrik per satuan vlume) : U E = ½.E jule dengan satuan 3 m U E = ½.E watt.c dengan satuan m 14. Kerapatan energi magnetik (= energi magnetik per satuan vlume) : Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 53

36 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. U B = B dengan satuan 3 μ jule m U B = B c μ watt dengan satuan m 15. Kerapatan energi gelmbang elektrmagnetik : U = U E + U B U = ½ ( E.c + B c ) μ Karena E = B. c, maka penulisan dalam bentuk lain adalah sebagai berikut. U = B c μ watt satuan m Karena B = E, maka dapat ditulis juga sebagai berikut. c E U = μ c watt satuan m 16. Secara umum intensitas atau energi per satuan luas dapat dituliskan dengan E.B S atau μ E x B S disebut dengan vektr pynting. μ 17. Intensitas rata-rata (S ) gelmbang elektrmagnetik adalah : E.B S atau μ 1 S ε E c atau E S atau c μ Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 533

37 1 S ε B c 3 atau B.c S μ Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 18. Cepat rambat gelmbang elektrmagnetik diberikan dengan persamaan ω c = atau c = λ. f k 19. Urutan spektrum gelmbang elektrmagnetik dari frekuensi tinggi ke frekuensi rendah. Sinar gamma (γ) Sinar X (Rntgen) Sinar ultra ungu Cahaya tampak: Ungu Biru Hijau Kuning Jingga Merah Sinar infra merah Gelmbang Radar Gelmbang TV Gelmbang Radi 0. Jarak antara sensr radar ke sasaran : Urutan dari atas kebawah: - frekuensi (f) makin kecil - Panjang gelmbang ( ) makin besar - Cepat rambat (c) sama. c = λ. f s = c. Δt 1. Menurut Stefan dan Bltzman radiasi gelmbang elektrmagnetik adalah Intensitas radiasi I = R = e..t 4 Daya radiasi P = R.A Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 534

38 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. Energi radiasi P = e..t 4.A E = W = P. t E = e.. T 4. A. t = knstanta Stefan-Bltzmann = 5, Watt/m K.. Menurut Wien panjang gelmbang maksimum berbanding terbalik dengan suhu mutlak benda. m. T = C. C = knstanta Wien =, m.k 3. Beberapa cnth aplikasi gelmbang elektrmagnetik pada kehidupan sehari-hari Teleskp Satelit Inframerah Diagnsa Menggunakan sinar X Teleskp Radi Pemanfaatan Slar Sel Untuk Menangkap Energi Cahaya Matahari Oscilatr Penghasil Gelmbang Elektrmagnetik Sal LatihanUlangan Bab 9 Sal Pilihan Ganda Pilihlah jawaban yang benar! 1. Gelmbang elektrmagnet yang mungkin memiliki panjang gelmbang menggeser antara 0,01 Å 10 Å adalah: a. infra merah b. ultra vilet c. sinar X d. sinar e. gelmbang tv Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 535

39 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd.. Energi dari gelmbang elektrmagnet adalah berbanding lurus terhadap frekwensinya, maka dari pancaran gelmbang elektrmagnet di bawah ini yang paling besar energinya adalah: a. sinarmerah b. sinar ungu c. sinar gamma d. sinar X e. gelmbang radi 3. Suatu pemancar radi terdiri dari rangkaian L C masing- masing besarnya 1/6 henry dan 1,5 pikfarad, kecepatan cahaya dalam udara ialah m/det. Maka panjang gelmbang radi yang dipancarkan adalah: a. 100 m b. 150 m c. 00 m d. 50 m e. 300 m 4. Suatu lampu gas yang berpijar memancarkan energi maksimum terletak pada sinar merah dengan panjang gelmbang 8000 Å. Maka suhu gas pijar itu, jika knstanta Wien =,898 x 10-3 m.k adalah: a. 336,5º C b. 337,5º C c. 338,5º C d. 339,5º C e. 3330º C 5. Suatu kapal diperlengkapi pemancar dan penerima gelmbang radar untuk menduga dalamnya laut. Jika indek bisa air laut = 4/3, kecepatan cahaya di udara m/det dan waktu yang dibutuhkan gelmbang radar blak- balik (dari permukaan laut kembali ke permukaan lagi) = det. Maka dalamnya laut adalah: a. 9 km b. 6 km Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 536

40 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. c. 4 km d. km e. 0,5 km 6. Sebuah keping lgam yang emisivitasnya = 0,05 luas permukaannya cm berpijar dan memancarkan tenaga selama 5 det. Jika knstanta Stefan-Bltzmann = 5,67 x 10-8 watt/m (K) 4 dan suhu permukaannya 177º C. Maka energi ttal yang dipancarkan selama itu adalah: a. 45,4 jule b. 45,3 jule c. 45,36 jule d. 45,4 jule e. 45,84 jule 7. Jika frekuensi pada intensitas radiasi maksimum dari matahari Hz, knstante Wien =,9 x 10-3 m.k. Kelajuan cahaya dalam hampa m/ det maka suhu permukaan matahari adalah: a K b. 900 K c K d K e. 750 K 8. Suhu filament sebuah lampu pijar (e = 0,7) adalah K. = watt/m.k 4. Untuk lampu 5 watt maka luas permukaan filamennya. a. 0,06 cm b. 0,06 m c. 0,6 m d. 0,6 cm e. 6 cm 9. Suhu di permukaan suatu bintang º C. Tenaga pancar maksimum yang datang dari cahaya bintang tersebut terletak pada panjang gelmbang. a Å b..000 Å Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 537

41 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. c..400 Å d..750 Å e Å 10. Sebuah benda hitam mempunyai tenaga pancar maksimum yang terletak pada panjang gelmbang.10-6 m. Suhu benda tersebut adalah. a. 700 K b. 950 K c K d K e K 11. Perbandingan jumlah energi yang dipancarkan dalam bentuk radiasi tiap sekn leh benda hitam pada suhu 600 K dan 300 K adalah. a. : 1 b. 4 : 1 c. 8 : 1 d. 16 : 1 e. 5 : 1 1. Jumlah kalr yang dipancarkan leh 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. Gelmbang elektrmagnetik yang mempunyai frekuensi tertinggi adalah. a. sinar gamma b. sinar X c. sinar inframerah d. sinar ultra ungu e. gelmbang radi 14. Pernyataan di bawah ini merupakan sifat gelmbang elektrmagnetik, kecuali. Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 538

42 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. a. gelmbang elektrmagnetik merambat dalam ruang hampa b. gelmbang elekrmagnetik adalah gelmbang transversal c. frekwensi gelmbang elektrmagnetik sama dengan frekuensi cahaya d. gelmbang elektrmagnetik dapat diplarisasikan e. pada gelmbang elektrmagnetik berlaku hkum 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 gelmbang yang. a. sedikit lebih besar daripada 700 nm b. di antara 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 cnth radiasi elektrmagnetik berikut ini yang memiliki panjang gelmbang terpendek? a. Gelmbang radi b. Cahaya tampak c. Infra merah d. Sinar X e. Ultra vilet 18. Pada suatu saat terlihat kilat dan 10 detik kemudian terdengar suara gunturnya. Apabila kecepatan cahaya besarnya 3 x 10 8 m/detik dan kecepatan bunyi 340 m/detik, maka jarak antara tempat asal kilat dan pengamat adalah. a. 34 m Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 539

43 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 19. b m c m d. 3 x 10 8 m e. 3 x 10 9 m Berdasarkan grafik intensitas (I) terhadap frekuensi (f) seperti gambar di atas ini, dapat disimpulkan bahwa. a. 1 = b. 1 c. 1 d. 1 = ½ e. 1 = 0. Jumlah kalr yang dipancarkan leh 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 1. Lamu pijar dapat dianggap bentuk bla. Jari- jari lampu pijar pertama adalah dua kali dari jari- jari lampu kedua. Suhu lampu pijar pertama dan kedua masingmasing 7º C dan 17º C, maka daya lampu pertama berbanding lampu kedua adalah: Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 540

44 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. a. 1 : 1 b. 3 : c. 9 : 8 d. 16 : 9 e. 81 : 64. Setiap detik di matahari terjadi perubahan 4 x 10 9 kg materi menjadi energi radiasi, bila laju cahaya dalam vakum adalah 3 x cm/detik, daya yang dipancarkan leh matahari adalah. a. 3,6 x 10 3 watt b. 5,0 x watt c. 1, x watt d. 3,6 x 10 6 watt e. 470 watt Petunjuk: Energi setara dengan massa menurut E = m c (c = kecepatan cahaya) 3. Perbandingan jumlah energi yang dipancarkan dalam bentuk radiasi per detik leh sebuah benda hitam yang dipanaskan pada suhu 4000 K dan 000 K adalah. a. 1 : 1 b. : 1 c. 4 : 1 d. 8 : 1 e. 16 : 1 4. Bla dengan jari- jari,5 cm yang berada dalam keadaan seimbang dengan kelilingnya, ternyata menyerap daya 61,44 watt dari lingkungannya. Tetapan Stefan-Bltzman = 6 x 10-8 watt/m K 4, emisivitas e = 1/, maka suhu bla itu adalah. a. 00 K b. 400 K c. 600 K d. 800 K e K Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 541

45 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 5. Perbandingan jumlah energi yang dipancarkan dalam bentuk radiasi per detik leh sebuah benda hitam yang dipanaskan pada suhu 4000 K dan 000 K adalah. a. 1 : 1 b. : 1 c. 4 : 1 d. 8 : 1 e. 16 : 1 Sal Uraian Jawablah dengan benar! 1. Sebuah stasiun pemancar radi memancarkan gelmbang pada frekuensi 8800 Å. Berapa panjang gelmbang dari gelmbang tersebut?. Gelmbang radi ditemukan memiliki tekanan 10-8 N/m pada permukaan pemantul. Berapa daya per satuan luas dari rambatan gelmbang tersebut? Berapa besar intensitas maksimum gelmbang listrik dan intensitas maksimum kerapatan fluks magnetiknya? 3. Untuk penerimaan yang bagus gelmbang radi seharusnya memiliki intensitas maksimum medan listrik paling sedikit 10-4 vlt/m ketika tiba di antena penerima. a. Berapa kerapatan fluks maksimum medan magnet gelmbang seperti ini? b. Berapa vektr pynting gelmbang seperti ini? c. Berapa tekanan radiasi gelmbang ini ketika diserap? 4. Sebuah pemancar radi memakai gelmbang radi 0 m. Kapasitas kndensatr di dalam rantai scilatr 5 μf. Berapakah kapasitas kndensatr jika panjang gelmbangnya diubah menjadi 100 m? ( Tips : gunakan frekuensi resnansi f = 1 π 1 LC ) Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 54

46 Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 5. Sebuah pemancar radi frekuensinya 4000 Hz. Kapasitas kapasitr yang dihubungkan seri dengan antena = 5000 μf. Jika kuat arus di dalam antena 0,15 ampere, berapakah tegangan pada kapasitr itu? 6. Daya emisi suatu permukaan 113 Watt/m, kefisien emisivitasnya 0,03. = 5, Watt m - (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 gelmbangnya : a Å b Å 9. Pada suhu berapa derajat Celcius energi radiasi maksimum benda hitam sempurna berada pada sinar yang panjang gelmbangnya 000 Å 10. Sebuah lampu busur memancarkan cahaya pada suhu C. a. Berapa panjang gelmbang sinar yang energi radiasinya maksimum. b. Berapa besar energi radiasi tiap detik tiap satuan luas. 11. Septng platina menjadi merah pijar pada suhu C dan putih pijar pada suhu C. Berapakah panjang gelmbang yang energi radiasinya maksimum pada suhu-suhu tersebut. 1. Sebuah bla berdiameter cm bersuhu C. Anggap benda tersebut benda hitam sempurna. Berapakah energi yang dipancarkan tiap detik dari bla tersebut? 13. Berapakah energi yang diradiasikan leh 1 cm timah tiap detik?. Emisivitas suhu tersebut 47 K. 14. Tenaga radiasi dari suatu benda hitam 4 kw. Hitung suhu benda tersebut jika luas permukaannya 0, m 15. Berapa perbandingan radiasi dari dua benda sejenis yang bersuhu 37 0 C dan 7 0 C? Drs. Pristiadi Utm, M.Pd. 543