DAFTAR ISI DAFTAR ISI... A. GELOMANG ELEKTROMAGNETIK.... Persamaan Maxwell.... Pembuatan Gel. Elektrmagnetik...3.3 Spektrum Gel. Elektrmagnetik...4.4 Energi Gel. Elektrmaagnetik...5.5 Quis...7
A. GELOMANG ELEKTROMAGNETIK. Persamaan Maxwell Gelmbang yang telah dijelaskan di depan adalah gelmbang mekanik, yaitu gelmbang yang penjalarannya memerlukan medium atau adanya gangguan pada medium yang akan dijalarkan gelmbang. Gelmbang ini diantaranya gelmbang air, gelmbang tali dan gelmbang suara. Gelmbang elektrmagnetik yang selanjutnya disingkat gelmbang EM adalah gelmbang yang menjalarnya tak perlu medium. Dasar dari gelmbang EM adalah teri-teri listrik dan megnet yang kemudian diringkas menjadi sekumpulan persamaan yang disebut persamaan Maxwell. Salah satu persamaan Maxwell memprediksi bahwa perubahan waktu terhadap medan listrik akan menghasilkan medan magnet, seperti halnya adanya perubahan medan magnet yang menghasilkan medan listrik (hukum Faraday). Dari dasar ini Maxwell mengawali suatu knsep bahwa arus displacement merupakan sumber dari medan magnet. Dengan demikian teri Maxwell menyediakan hubungan penting antara medan listrik dengan medan magnet. Pada awalnya Maxwell memprediksi bahwa gelmbang EM menjalar dengan kecepatan jalar seperti kecepatan jalar cahaya. Penaksiran ini dibuktikan leh Hertz secara eksperimen, dan dia merupakan rang pertama yang meneliti gelmbang EM. Penemuan ini telah mengawali beberapa ilmu tentang sistem kmunikasi seperti radi, televisi dan radar. Pada tingkat knseptual, Maxwell menggabungkan masalah cahaya dan gelmbang EM, kemudian membangun ide bahwa cahaya adalah bentuk dari radiasi elektrmagnetik. Gelmbang EM dibentuk leh muatan listrik yang dipercepat. Gelmbang diradiasi terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus dan juga kedua duanya tegak lurus arah penjalarannya. Dengan demikian gelmbang EM adalah gelmbang transversal. Oleh Maxwell ditunjukkan bahwa amplitud-amplitud medan listrik dan medan magnet ( E & ) dalam gelmbang EM mempunyai hubungan E = c, dengan c adalah kecepatan cahaya. Pada jarak yang cukup jauh dari sumber gelmbang, amplitud dari getaran medan akan mengecil terhadap jarak, sebagai perbandingan (/r). Gelmbang EM juga mempunyai mmentum dan energi sehingga dapat menghasilkan tekanan terhadap materi yang dijumpai. Gelmbang EM mempunyai banyak frekwensi. Sebagai cnth gelmbang radi adalah gelmbang EM yang dihasilkan leh silasi arus di menara antena radi. Pemancaran gelmbang cahaya adalah bentuk frekwensi tinggi dari radiasi EM yang dihasilkan leh silasi elektrn dalam sistem atm. Hukum
hukum dasar dari medan listrik dan magnet mendasari persamaan-persamaan Maxwell. Persamaan ini merupakan unified teri dari EM. Persamaan tersebut adalah : Q E. da = () ε. d A = 0 () dφ E.dL = - (3) dt dφe.dl = J + ε (4) dt Penggabungan dari persamaan-persamaan diatas dapat diturunkan suatu bentuk persamaan gelmbang EM. ntuk ruang hampa (Q = 0, i = 0), slusi persamaan gelmbang tersebut menghasilkan kecepatan jalar gelmbang sebesar ( ε ) /, yang mana nilai ini sama dengan kecepatan jalar cahaya. Hasil ini mengawali Maxwell untuk memprediksi bahwa gelmbang cahaya adalah bentuk radiasi gelmbang EM. Pembuatan Gel. Elektrmagnetik Dalam pembahasasan medan magnet, Hukum faraday menyimpulkan bahwa perubahan fluks magnet akan menimbulkan medan listrik, demikian pula kesimpulan yang diberikan leh it Savart, bahwa medan magnet dapat ditimbulkan leh medan listrik. Akibat dari dua kesimpulan ini, Maxwell membuat kesimpulan bahwa jika perubahan medan magnet menghasilkan medan listrik, maka medan listrik ini juga akan berubah-ubah. Perubahan medan listrik ini akan menghasilkan kembali medan listrik. Demikian seterusnya. Maxwell menemukan hasil akhir dari perubahan medan-medan ini yang saling berinteraksi dapat menghasilkan gelmbang medan listrik dan medan magnet yang benarbenar dapat merambat dalam ruang dimana medan itu timbul. Gelmbang ini yang disebut Gelmbang Elektrmagnetik. 3
Gambar :.. Gelmbang Elektrmagnetik Nampak pada gambar., antara medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Amplitud antara kedua medan ini E dan, dimana berlaku hubungan E = c, dengan c adalah kecepatan jalar gelmbang elektrmagnetik..3 Spektrum Gel. Elektrmagnetik Gelmbang EM juga telah diketemukan dalam bentuk lain setelah tahun 887. Hertz secara sukses menemukan dan mendeteksi radi frekwensi gelmbang EM. Pada saat itu hanya diketemukan gahwa gelmbang radi dan cahaya tampak adalah gelmbang EM. Sampai saat sekarang,bentuk lain dari gelmbang EM dapat dikenal dengan perbedaan frekwensi dan panjang gelmbang dalam bentuk hubungan : C = f λ Spektrum gelmbang elektrmagnetik dimulai dari frekewensi zang paling rendah hingga frekwensi paling tinggi. Gelmbang elektrmagnetik dengan frekwensi sekitar 0 hingga 0 8 merupakan frekwensi gelmbang radi. Daerah frekwensi ini dipakai untuk radi Am hingga TV. ntuk frekwensi yang lebih tinggi lagi, yaitu antara 0 8 hingga 0, merupakan daerah gelmbang mikr. Daerah ini biasa dipakai untuk radi FM, TV dan telepn celuler. Pada frekwensi yang tinggi dari daerah gelmbang mikr, juga termasuk daerah inframerah, yang berfrekwensi hingga frekwensi sinar tampak. Gelmbang radi dan gelmbang mikr dapat dibuat di labratrium, sedangkan untuk inframerah, cahaya tampak, dan sinar ultra vilet terbentuk secara alami. Demikian juga untuk sinar X dan sinar gamma. 4
Gambar :.. Spektrum gelmbang elektrmagnetik..4 Energi Gel. Elektrmaagnetik ntuk Gelmbang EM membawa energi dan menjalar menembus ruang dimana dapat mentransfer sebagian energi ke bjek yang berda dalam litasannya. Kelajuan energi gelmbang EM diberikan dalam bentuk S, yang disebut vektr Pynting). S = E x () esarnya vektr pynting menyatakan laju perubahan energy yang mengalir per satuan luas yang tegak lurus aliran. Arah S searah penjalaran gelmbang EM. Satuan dari S adalah W/m. esarnya S adalah S = E. Karena = E/c, maka S = c. Jika = m Cs ( kx - ωt), maka nilai S sebagai fungsi sinusidal, yaitu : 5
c S = m Cs (k x - ω t) () Nilai rata-rata dari S adalah S rata c rata = m (3) Rapat energi untuk medan listrik diberikan sebagai : E = ε E (4) Sedangkan rapat energi untuk medan magnet diberikan leh : = (5) Atau (E / c) ε E = ε E = = (6) Ttal rapat energi adalah = E + = ε E = (7) Energi rata-rata per satuan vlume diberikan leh : rata M = ε (E ) rata = εe M = (8) Jadi berlaku S rata = c rata. (9) Intensitas rata-rata dari gelmbang EM sama besar dengan rapat energi rata-rata dikalikan dengan kecepatan cahaya. Mmentum linier dari gelmbang EM diperleh dari definisi : 6
p = (0) c Tekanan yang dialami leh medium akibat terkena gelmbang EM dapat diperleh : S P = () c.5 Quis. Arus sinusidal I mengalir pada bidang YZ dengan rapat arus mempunyai nilai maksimum sebesar 5 A/m. Hitung nilai maksimum dari medan listrik dan medan magnet yang diradiasikan, erapa daya yang datang pada permukaan bidang dalam secnd utnuk bidang seluas 3 m.,. erapa daya yang harus diradiasikan leh sumber jika amplitud medan listriknya 0 V/m pada jarak m. 3. Amplitud medan magnet dari gelmbang elektrmagnetik adalah x 0-7 T. Hitung amplitud medan listrik jika gelmbang menjalas dalam : Ruang hampa DAN medium dengan kecepatan jalar cahaya di medium ini 0.75 c. 7