Fisika Umum (MA 301) Topik hari ini (minggu 11) Cahaya
Cahaya adalah Gelombang Elektromagnetik Apa itu Gelombang Elektromagnetik!!!
Pendahuluan: Persamaan Maxwell Listrik dan magnet awalnya dianggap sebagai sesuatu yang terpisah Pada tahun 1865, James Clerk Maxwell menyampaikan teori matematik yang menunjukkan hubungan antara semua fenomena listrik dan magnet
Prediksi Maxwell Garis Medan listrik berawal dari muatan positif dan berakhir di muatan negatif Medan listrik dihasilkan oleh muatan Garis Medan magnet selalu dalam bentuk loop tertutup-tidak tidak berawal dan tidak berujung dimanapun Medan magnet dihasilkan oleh arus (muatan yang bergerak) Perubahan Medan magnet menyebabkan ggl dan medan listrik (Hukum Faraday) Medan listrik juga dihasilkan oleh perubahan medan magnet Pertanyaan: apakah ada kesimetrian antara medan listrik dan medan magnet, misalnya medan magnet dapat dihasilkan oleh perubahan medan listrik??? Maxwell: YA!!! Medan magnet juga dihasilkan oleh perubahan medan listrik
Prediksi Maxwell (lanjutan) Jika medan magnet dapat menghasilkan medan listrik dan sebaliknya, ada fenomena sangat menarik untuk diamati Perubahan medan listrik menghasilkan medan magnet yang kembali menghasilkan perubahan medan listrik (tapi: energi kekal) yang kembali menghasilkan perubahan medan magnet Maxwell menyimpulkan bahwa cahaya tampak dan semua gelombang elektromagnetik lain terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang saling berfluktiasi, dengan tiap medan mengiduksi medan yang lain Maxwell memperoleh nilai kecepatan cahaya yaitu 3x10 8 m/s
Catatan: Muatan dan Medan Muatan diam hanya menghasilkan medan listrik Muatan yang bergerak GLB (kecepatan konstan) menghasilkan medan listrik dan medan magnet Muatan yang dipercepat menghasilkan medan listrik dan medan magnet serta gelombang elektromagnetik Medan-medan ini sefasa Pada tiap titik, kedua medan berharga maksimum atau minimum pada saat yang bersamaan
Gelombang Elektromagnetik Gelombang EM dapat dihasilkan oleh sebuah antena, kawat yang dihubungkan dengan sumber ac. Sumber ac menghasilkan osolasi muatan positif dan negatif yang menghasilkan medan listrik (karena pemisahan muatan) dan medan magnet ( karena arus dalam kawat). Catatan: medan listrik dan magnet saling tegak lurus satu sama lain.
Gelombang Elektromagnetik adalah Gelombang Transversal Medan E dan B saling tegak lurus satu sama lain Kedua medan tegak lurus dengan arah gerak, Oleh karena itu, gelombang EM adalah gelombang transversal
Sifat dari Gelombang EM Gelombang elektromagnetik adalah gelombang transfersal Gelombang elektromagnet merambat dengan kecepatan cahaya c 1 = = 2.99792 10 µ ε o o 8 m s Karena gelombang em merambat dengan kecepatan yang sama persis dengan kecepatan cahaya, maka cahaya adalah gelombang elekrtromagnet.
Pertanyaan Jarak matahari dari bumi sekitar 1.5x10 11 m. Berapa waktu yang dibutuhkan oleh cahaya untuk sampai ke bumi? t = jarak = kecepatan 1.5x10 3x10 8 11 m m/s = 500 s = 8.3 menit
Sifat dari Gelombang EM, 2 Perbandingan besar medan listrik terhadap medan magnet sama dengan kecepatan cahaya c = E B Gelombang elektromagnetik membawa energi ketika melintas melewati ruang, dan energi ini dapat ditransfer kepada benda yang berada dalam lintasannya
Sifat dari Gelombang EM, 3 Energi yang dibawa oleh gelombang em dibagi rata oleh medan listrik dan medan magnet Rata rata daya per satuan luas = E B E 2 c B 2 max max = max = max 2µ o 2µ o c 2µ o
Sifat dari Gelombang EM, terakhir Gelombang elektromagnetik membawa momentum seperti halnya energi Untuk penyerapan sempurna dari energi U, p=u/c Untuk pemantulan sempurna dari energi U, p=(2u)/c Tekanan radiasi dapat ditentukan dari eksperimen
Spektrum Gelombang EM Bentuk dari gelombang elektromagnetik dapat dibedakan menurut frekuensi dan panjang gelombangnya c = ƒλ Panjang gelombang untuk cahaya tampak berkisar antara 400 nm sampai 700 nm
Spektrum Gelombang EM
Catatan tentang Spektrum Gelombang EM Gelombang Radio Digunakan dalam sistem komunikasi radio dan televisi Gelombang Mikro (Microwaves) Panjang gelombang berkisar antara 1 mm sampai 30 cm Cocok digunakan untuk sistem radar Oven Microwave adalah salah satu aplikasinya
Catatan tentang Spektrum EM, 2 Gelombang infra merah Tidak tepat dikatakan sebagai gelombang panas Dihasilkan oleh benda-benda dan molekul panas molecules Mudah diserap oleh kebanyakan material Cahaya tampak Bagian dari spektrum yang masih bisa dideteksi oleh mata manusia Lebih sensitif pada sekitar 560 nm (kuning-hijau)
Catatan tentang Spektrum EM, 3 Cahaya Ultraviolet Panjang gelombang berkisar antara 400 nm sampai 0.6 nm Matahari adalah sumber utama cahaya UV Kebanyakan UV dari matahari diserap oleh ozon di lapisan stratosfir Sinar-X Sumbernya biasanya adalah elektron yang memiliki energi tinggi karena dipercepat, menumbuk target logam Biasa digunakan sebagai alat pengdiagnosa dalam kedokteran
Catatan tentang Spektrum EM, terakhir Sinar Gamma Diemisikan oleh inti radioaktif Daya tembus besar dan menyebabkan kerusakan serius ketika diserap oleh jaringan tubuh