BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
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
berbedabeda. 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.
Sinar kosmis tidak termasuk
gelombang elektromagnetik; panjang gelombang lebih kecil dari 0,0001 nm.
Sinar dengan panjang
gelombang besar, yaitu gelombang radio dan infra merah, mempunyai frekuensi dan
tingkat energi yang lebih rendah. Sinar dengan panjang gelombang kecil, ultra
violet, sinar x atau sinar rontgen, dan sinar gamma, mempunyai frekuensi dan
tingkat energi yang lebih tinggi.
B.
Rumusan Masalah
1.
Apa yang dimaksud dengan gelombang elektromagnetik ?
2.
Bagaimana karakteristik dan penerapan gelombang
elektromagnetik ?
3.
Bagaimana energy dalam gelombang elektromagnetik ?
4.
Bagaimana rapat energy listrik dan magnetik gelombang
elektromgnetik ?
5.
Apakah aplikasi gelombang elektromagnetik ?
C.
Tujuan
1.
Mengetahui pengertian gelombang
elektromagnetik
2.
Mengetahui karakteristik dan penerapan gelombang
elektromagnetik
3.
Mengetahui energy dalam gelombang elektromagnetik
4.
Mengetahui rapat energy listrik dan magnetik gelombang
elektromgnetik
5.
Mengetahui aplikasi gelombang elektromagnetik
BAB II
PEMBAHASAN
A.
Pengertian
Gelombang Elektromagnetik
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 berbedabeda. 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.
1.
Teori tentang Maxwell
Teori mengenai gelombang elektromagnetikpertama kali
ditemukan oleh James Clerk Maxwell (1831-1879).
Dengan mengkaji aturan dasar kelistrikan dan kemagnetan, Maxwell mengemukakan
suatu hipotesis sebagai berikut.
“Karena
perubahan medan magnetic dapat menimbulkan medan listrik maka sebaliknya
perubahan medan listrik akan dapat menimbulkan medan magnetik’’.
Dengan hipotesis
inilah Maxwell mengungkapkan terjadinya gelombang elektromagnetik. Percobaannya
diakukan dengan dua buah bola lampu isolator yang dikaitkan pada ujung pegas,
kemudian diberi muata listrik berbeda, satu bola diberi muatan posiytif, sedangkan
bola yang lain diberi muatan positif, seperti pada gambar dibawah ini.
Selanjutnya, kedua bola digetarkan sehingga jarak kedua
bola berubah-ubah terhadap waktu dan kedua muatan menimbulkan medan listrik di
sekitarnyayang berubah terhadap waktu pula. Menurut Maxwell perubahan medan
listrik ini akan mnimbulkan perubahan medan magnetic yang berubah terhadap
waktu pula. Dengan adanya perubahan medan magnetic maka akan timbul kembali
medan listrik yang besarnya juga berubah-ubah. Demikian seterusnya, sehingga
didapatkan proses berantai dari perubahan medan listrik dan mean magnetic yang
menjalar ke segala arah.
Apabila penjalaran medan listrik dan medan magnetik tersebut
ditinjau pada satu arah tertentu maka dapat dilukiskan seperti pada gambar
dibawah ini.
Keterangan gambar:
B = Medan Magnet
E = Medan Listrik
Z = Arah Perambatan
Vektor
medan listrik dan magnetic pada gelombang elektromagnetik memilih ke yang sama
dan tegak lurus satu sama lain terhadap arah perambatan gelombangnya.
Menurut perhitugan Maxwell, kecepatan perambatan gelombang
elektromagnetik hanya tergantung pada dua besaran, yaitu:
Permitivitas listrik (Ɛ0), dan
Permeabilitas magnetic (µ0).
Sehingga dirumukan dengan:
Apabila nilai permitivitas listrik Ɛ0 =8,85 x 10-12C/Nm2
dan nilai permeabilitas magnetic µ0 =12,60 x 10-4Wb/Am,
diperoleh nilai kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik c =3 x 108m/s.
karena cepat rambat gelombang elektromagnetik ini tepat sama dengan cepat
rambat cahaya di ruang hampa maka dapat disimpulkan bahwa cahaya merupakan
gelombang elektromagnetik.
Hipotesis yang dikemukakan oleh Maxwell dibuktikan
kebenarannya oleh Heinrich Rudolfh Hertz
(1857-1894), beberapa tahun setelah Maxwell meninggal dunia. Hertz berhasil
melakukan eksperimen yang menunjukkan gejala perambatan gelombang
elektromagnetik, menggunakan alat yang serupa dengan Ruhrnkorf seperti pada
rangkaian dibawah ini.
Dengan menghidupkan saklar, kumparan pada rangkaian Ruhmkorf
akan member induksi berupa pulsa tegangan pada kedua elektroda di sisi A
sehingga terjadi loncatan bunga api di sisi A karena adanya pelepasan muatan.
Sesaat setelahnya, loop kawat kedua di
sisi B juga menampakkan percikan buga api. Hal ini berarti menunjukkan bahwa
energy eleektromagnetik mengalami perpindahan dari kumparan ke kawat melingkar,
meskipun terpisah. Disamping itu, Hertz juga berhasil mengukur kecepatan
perambatan energy tersebut, yang sesuai dengan nilai yang di ramalkan Maxwell.
2.
Spektrum Gelombang
Elektromagnetik
Sebagai ciri suatugelombang, gelombang
elektromagnetik juga memiliki panjang gelombang (λ), kecepatan perambatan
gelombang (c) dan frekuensi (f). Secara matematis hubungan panjang gelombang,
kecepatan, dan frekuensi dapat ditulis;
C = f λ
Keterangan :
c = kecepatan perambatan gelombang
f = frekuensi (Hz)
λ = panjang gelombang (m)
Karena cepat rambat gelombang elektromagnetik
tidak bergantung pada medium rambatan dan mempunyai nilai tetap c maka yang
berbeda pada gelombang elektromagnetik adalah f dan λ.
Dari persamaan bentuk gelombang, yang
dianalisis oleh Maxwell dapat diketahui nilai maksimum untuk gelombang medan
listrik dan gelombang medan magnetic yaitu:
Gelombang elektromagnetik yang ada di alam dapat terjadi
secara alami ataupun dihasilkan oleh sebuah alat. Sebagai contoh, generator
arus bolak-balik menghhasilkan gelombang elektromagnetik dengan panjang
gelombang 108m,sedangkan alam menyediakan, inti atom yang dapat
menghasilkan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 10-17
m.
Para ahli kemudian mengamati lebih lanjut gelombang
elektromagnetik yang ada dan mencatat panjang gelombang dan frekuensinya, yaitu
dengan cara langsung dan tidak langsung. Sebagian besar
dilakukan secara tidak langsung yaitu dengan cara menginteraksikan gelombang
elektromagnetik dengan bahan atau alat yang sanggup mengubah energy gelombang
elektromanetik menjadi energy lain, seperti energy listrik, energy panas,
energy mekanik atau energy kimia. Dari bentuk energy inilah diperoleh panjang
gelombang dan frekuensi gelombang elektromagnetik. Tapi hanya sebagian kecil
saja dari spectrum gelombang elektrogmagnetik yang dapat diamati langsung oelh
indera mata, yaitu cahaya, sedangkan bagian yang lain tidak dapt diamati secara
langsung. Manusia memanfaatkan gelombang elektrogmagnetik berdasrkan
frekuensinya.
Spectrum gelombang elektrogmagnetik dengan urutan dari
frekuensi terkecil ke frekuensi terbesar dapat disusun sebagai berikut.
1.
Gelombang radio
Gelombang radio merupakan gelombang
yang memiliki frekuensi paling kecil atau panjang gelombang paling panjang.
Gelombang radio berada dalam rentang frekuensi yang luas meliputi beberapa Hz
sampai gigahertz (GHz atau orde pangkat 9). Gelombang ini dihasilkan oleh
alat-alat elektronik berupa rangkaian osilator (variasi dan gabungan dari
komponen Resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C)). Oleh karena itu,
gelombang radio banyak digunakan dalam sistem telekomunikasi. Siaran TV, radio,
dan jaringan telepon seluler menggunakan gelombang dalam rentang gelombang
radio ini.
Suatu sistem
telekomunikasi yang menggunakan gelombang radio sebagai pembawa sinyal
informasinya pada dasarnya terdiri dari antena pemancar dan antena penerima.
Sebelum dirambatkan sebagai gelombang radio, sinyal informasi dalam berbagai
bentuknya (suara pada sistem radio, suara dan data pada sistem seluler, atau
suara dan gambar pada sistem TV) terlebih dahulu dimodulasi. Modulasi di sini
secara sederhana dinyatakan sebagai penggabungan antara getaran listrik
informasi (misalnya suara pada sistem radio) dengan gelombang pembawa frekuensi
radio tersebut.
Penggabungan ini
menghasilkan gelombang radio termodulasi. Gelombang inilah yang dirambatkan
melalui ruang dari pemancar menuju penerima. Oleh karena itu, kita mengenal
adanya istilah AM dan FM. Amplitudo modulation (AM) atau modulasi amplitudo
menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa berupa perubahan
amplitudonya. Adapun frequency modulation (FM) atau modulasi frekuensi
menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa dalam bentuk perubahan
frekuensinya.
2.
Gelombang mikro
Gelombang mikro
(mikrowaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas
3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek
pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka
makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah
yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan
ekonomis.
Gelombang mikro
juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging) RADAR
berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang
mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Karena
cepat rambat glombang elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati
selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan.
3.
Sinar inframerah
Sinar inframerah
meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang
10-4 cm sampai 10-1 cm. jika kamu memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh
sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka
jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat
tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah.
Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar
karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar
inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan
warna benda.
4.
Cahaya tampak
Cahaya tampak
sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat
didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat
dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung
warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet
(ungu) sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya salah satunya adlah
penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.
5.
Sinar ultraviolet
Sinar ultraviolet
mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah
panjang gelombagn 10-8 m 10-7 m. gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul
dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar
ultraviolet dipermukaan bumi,lapisan ozon yang ada dalam lapisan atas
atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan meneruskan sinar
ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan makluk hidup di bumi.
6.
Sinar X
Sinar X mempunyai
frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz . panjang gelombangnya sangat pendek yaitu
10 cm sampai 10 cm. meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus
kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat
aluminium setebal 1 cm
7.
Sinar gamma
Sinar gamma
mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz atau panjang gelombang antara 10
cm sampai 10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius
jika diserap oleh jaringan tubuh.
3.
Sifat-Sifat
Gelombang Elektromagnetik
Sifat-sifat gelombang
elektromagnetik di antaranya dapat dijelaskan seperti di bawah:
1. Gelombang elektromagnetik tidak membutuhkan medium dalam
merambat.
2. Gelombang
elektromagnetik tidak d belokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.
3. Gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversal.
Seperti halnya gelombang transversal lainnya, maka gelombang elektromagnetik
akan memiliki sifat-sifat refleksi, refraksi, interferensi, difraksi, dan
polarisasi.
4. Semua spectrum gelombang elektromagnetik memiliki
kecepatan yang sama dana hanya tergantung pada mediumnya
B.
Krakteristik
dan Penerapan Gelombang Elektromagnetik
1.
Gelombang Radio dan Televisi
Gelombang televise yang
mempunyai frekuensi sedikit lebih tinggi dari gelombang radio merambat secara
lurus dan tidak dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer (suatu lapisan dalam
atmosfer bumi). Agar dapat ditangkap atau diterima di suatu daerah yang jauh
dari pemancarnya diperlukan adanya stasiun relai atau stasiun penghubung.
Gelombang mikro, gelombang televise, dan gelombang radio dapat dihasilkan dari
rangkaian osilator RLC arus bolak-balik. Gelombang ini juga dapat dihasilkan
pada radiasi matahari hanya yang sampai ke bumi kecil.
2.
Gelombang Mikro
Gelombang yang merupakan
gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu 3GHz (3 ). Gelombang ini dapat menimbulkan efek pemanasan pada
benda yang menyerapnya. Jadi, jika suatu mekanan menyerap radiasi gelombang mikro
maka makanan tersebut menjadi panas dalam waktu yang sangat singkat. Hal inilah
yang dimanfaatkan dalam oven mikro wave untuk memasak makanan dengan cepat dan
lebih ekonomis. Kegunaan lain dari gelombang ini adalah pada pesawat RADAR(Radio Detection And Ranging). RADAR
digunakan sebagai pemancar dan penerima gelombang elektromagnetik,
Dalam dunia penerbangan,
radar sangat penting untuk keamanan lalu lintas udara. Dengan radar, lalu
lintas udara dapat diketahui meskipun cuaca buruk, misalnya hujan atau kabut.
3.
Sinar Infra Merah
Sinar infra merah memiliki
daerah dengan jangkauan frekuensi
sampai atau daerah dengan panjang
gelombang sampai Sinar infra merah dapat dihasilkan oleh
electron dalam molekul yang bergetar karena dipanaskan. Apabila suatu benda
dipanaskan akan memancarkan sinar infra merah yang jumlah sinarnya bergantung
pada suhu dan warna benda. Dengan menggunakan prinsip ini, suatu satelit
pengamat dapat mendeteksi tumbuh-tumbuhan yang ada di suatu daerah tertentu.
Penggunaan lain sinar infra merah adalah untuk menyelidiki suatu penyakit dalam
tubuh dengan pancaran sinar infra merah atau dapat pula digunakan untuk
mengetahui struktur suatu molekul.
4.
Cahaya Tampak
Mempunyai daerah frekuensi
yang cukup sempit dengan panjang gelombang
cm sampai cm. sinar tampak
memiliki spectrum warna dimulai dari frekuensi terkecil sampai terbesar yaitu
merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Warna merah memiliki
frekuensi terkecil dan panjang gelombang terbesar sedangkan warna ungu memiliki
frekuensi terbesar dan panjang gelombang terkecil. Cahaya mutlak digunakan agar
mata dapat menangkap atau melihat benda-benda yang ada di sekitar kita.
5.
Sinar Ultra Violet
Sinar ultra violet atau
sinar ultra ungu merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi di
atas sinar tampak (sinar ungu) dan di bawah sinar-X. rentang frekuensi adalah
antara Hz - Hz. Sinar ini selain dihasilkan oelh radiasi matahari, juga dapat
dihasilkan dari tabung lucutan. Pada tabung lucutan dapat terjadi penembakan
electron pada atom-atom seperti gas Hidrogen, gas Neon, dan gas-gas mulia yang
lain. Sinar ultra violet dapat digunakan dalam teknik spektroskopi yaitu unutk
mengetahui kandungan unsur-unsur pada suatu bahan. Dalam perkembangannya sinra
ultra violet diketahui dapat mempengaruhi kecepatan pertumbuhan sel. Sisi
negatifnya dapat menyebabkan kanker kulit tapi sisi positifnya dapat digunakan
untuk memicu perkembangan ternak seperti babi.
6.
Sinar-x
Dapat dihasilkan oleh
electron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit electron atau dapat pula
dihasilakn dari pancaran radiasi yang keluar ketika electron yang berkecepatan
tinggi menumbuk permukaan logam.
Sinar-x mempunyai daerah
frekuensi Hz sampai atau daerah panjang
gelombang cm sampai cm. dengan panjang gelombang yang pendek dan frekuensi yang
besar, sinra-x mempunyai daya tembus yang kuat. Karena kekuatan daya tembus
ini, sinra-x dapat digunakan untuk memotret susunan tulang dalam tubuh,
misalnya untuk menentukan letak tulang yang patah. Sinar-x pertama kali
ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen. Oleh karena itu sering disebut dengan
sinar Rontgen.
7.
Sinar- X
Dalam spektrumnya, sinar
gamma menempati tingkatan dengan frekuensi terbesar yaitu Hz -Hz. Sifat yang
dimiliki sinar gamma adalah energy yang besar sehingga daya tembusnya sangat
kuat. Sinar gamma ditemukan dari radiasi inti-inti atom tidak stabil yang
merupakan pancaran zat radioaktif. Sinar gamma juga dapat dihasilkan seperti
sinar-X yaitu tumbukan electron dengan atom-atom berat seperti timbal (Pb).
Sinar gamma dapat digunakan sebagai system perunut aliran suatu fluida
(misalnya aliran PDAM). Tujuannya untuk mendeteksi adanya kebocoran pipa. Jika
zat radioaktif di bawah ambang batas dideteksi. Sekarang sinar gamma banyak
digunakan sebagai bahan sterilisasi bahan makanan kaleng dan pendeteksi
keretakan batang baja. Radiasi sinar gamma dapat diketahui dengan suatu alat
yaitu detector Geiger Muller
C.
Energi Dalam Gelombang
Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik merambatkan
energinya dalam bentuk medan listrik dan medan magnetic yang saling tegak lurus
satu sama lain.
Kita menganggap bahwa gelombang
elektromagnetik adalah suatu gelombang bidang yang merambat pada sumbu-x, medan
listrik E merambat pada sumbu Y, dan medan magnet B pada sumbu Z. Medan E dan B
hanya bergantung pada X dan Y dan tidak bergantung pada koordinat Y dan Z.
Bedsarakan persamaan Maxwell, penyelesaian terbaik dari gelombang bidang
elektomagnetik adalah suatu gelombang sinusoidal, di mana amplitude E dan B
berubah terhadap x dan t sesuai persamaan:
E
= cos (kx - ) : nilai maksimum amplitude medan listrik
B
= cos (kx – ) : nilai
maksimum amplitude medan magnetic
K = ,
dengan adalah
panjang gelombang = 2 , dengan f adalah frekuensi getaran
Perbandingan antara dan k adalah
= f = c, sehingga kita dapatkan
persamaan:
Dari persamaan di depan, dapat diperoleh
kesebandingan antara induksi magnetic dengan kuat medan listri, yaitu:
D.
Rapat
Energi Listrik dan Magnetik
Energi yang tersimpan dalam sebuah
kapasitor W, dalam bentuk medan listrik dinyatakan oleh:
W
= CV2
C adalah kapasitas kapasitor dan V adalah
beda potensial antar keping. Energi persatuan volume atau rapat energy listrik
dirumuskan sebagai berikut:
Ue
= E2
Keterangan:
Ue : rapat energy listrik (J/m3)
permitivitas listrik = 8,85 10-12
C2N-1m-2
E :
kuat medan listrik (N/C)
Sedangkan rapat energy magnetic atau
energy magnetic per satuan volume (Um) dalam bentuk medan magnetic
yaitu:
Um
= Keterangan:
Um : rapat energy magnetik (J/m3)
B :
induksi magnetic (Wb/m2 = T)
:
permeabilitas magnetic = 4 10-7 WbA-1m-1
Seperti halnya gelombang yang lain,
ketika merambat gelombang elektromagnetik dapat memindahkan energinya ke
benda-benda yang berada pada lintasannya. Intensitas gelombang elektromagnetik
atau laju energy yang dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik disebutVektor Pointing dan didefinisikan
olehpersamaan vector:
S
= = E
B
Arah S searah dengan arah perambatan
gelombang elektomagnetik dan dinyatakan dalam satuan J/sm2.
Sedangkan laju energy rata-rata per m2 gelombang elektromagnetik S
adalah sebagai berikut:
S
= Bm2 =
Keterangan:
S : laju energy rata-rata per m2
yang dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik (J/sm2atau W/m2)
Em :
amplitude maksimum kuat medan listrik (N/C)
Bm :
amplitude maksimum induksi magnetic (Wb/m2 atau T)
C : cepat rambat gelombang elektromagnetik =
3 108 m/s
Dalam
suatu volume tertentu, energi gelombang elektromagnetik terdiri atas energy
medan magnetic dan energi medan listrik yang sama besar, sehingga rapat energy
sesaat total U dari gelombang elektromagnetik sama dengan jumlah rapat energy
medan listrik dan medan magnetic, yaitu:
U
= Ue + Um = 2Um =
Rapat energy total rata-ratanya adalah sebagai
berikut,
U
=
Jika kita gabung persamaan tersebut maka
akan didapatkan:
S
= cU
Jadi, laju rata-rata per m2
atau biasa disebut dengan intensitas gelombang yang dipindahkan melalui
gelombang elektromagnetik (S) sama dengan rapat energi rata-rata (U) dikalikan
dengan cepat rambat gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa.
Sehingga dapat dituliskan :
S =
= = = = I
Keterangan:
I : intensitas radiasi (W/m2)
S : intensitas gelombang = laju energi
rata-rata per m2(W/m2)
P : daya radiasi (W)
A : luas permukaan (m2)
E.
Aplikasi Gelombang
Elektromagnetik
1.
Perbedaan Radio Fm
dan Radio Am
Stasiun radio yang biasa kita dengarkan
adalah radio FM (frequency modulation) dan radio AM (amplitude modulation).
Konsep dasar radio adalah mentransmisikan
suara yang disiarkan dari suatu stasiun radio ke berbagai tempat umunya disuatu
wilayah. Agar suara yang disiarkan dari radio itu bisa didengar oleh manusia
maka gelombang suara dari siaran itu ditransmisikan dengan bantuan gelombang
radio frekuensi tinggi. Gelombang suara itu menumpang ke gelombang radio lain,
yang biasa disebut gelombang pembawa atau carrier yang kemudian
melakukan modulasi. Modulasi adalah mengubah komponen gelombang pembawa agar
sesuai agar sesuai pada gelombang suaranya.
Parameter yang membedakan antara gelombang
AM dengan FM adalah cara memodulasi suaranya. AM memodulasi gelombang masukan
dan gelombang carrier dengan mengikuti sifat-sifat amplitudonya. Sedangkan FM
memodulasi gelombang masukan dan gelombang carrier dengan mengikuti
karakteristik perubahan frekuensi yang terjadi ataupun panjang gelombangnya.
Masing-masing dari kedua jenis modulasi ini
memiliki kelebihan dan kelemahan. Akan tetapi, akhir-akhir ini modulasi
gelombang FM lebih banyak digunakan dari pada AM. Hal ini disebabkan gelombang
FM memiliki lebih banyak kelebihan yang tidak dimiliki gelombang AM.
Gambar perbedaan sinyal AM dan FM
– Sinyal AM
Sinyal AM merupakan salah satu bentuk
modulasi dimana sinyal informasi digabungkan dengan sinyal pembawa (carrier)
berdasarkan perubahan amplitudonya. Bentuk modulasi dimana amplitudo sinyal
pembawa di variasikan secara proposional berdasarkan sinyal pemodulasi (sinyal
informasi). Frekuensi sinyal pembawa tetap konstan. Besarnya amplitudo sinyal
informasi mempengaruhi besarnya amplitudo dari carrier, tanpa mempengaruhi
besarnya frekuensi sinyal pembawa. Parameter sinyal yang mengalami perubahan
adalah amplitudonya, Amplitudo sinyal pembawa berubah-ubah sesuai dengan
perubahan amplitudo sinyal informasi. Rentang frekuensi AM adalah 500 Hz – 1600
KHz dan panjang gelombang atau amplitudo AM adalah 1600 KHz – 30000 KHz. Jika
direntangkan dengan satuan meter, jangkauan sinyal AM bisa mencapai puluhan
ribu kilometer.
AM adalah metode pertama kali yang digunakan untuk menyiarkan radio komersil. Kelemahan dari sistem AM adalah mudah terganggu oleh gangguan atmosfer dan kualitas suara terbatasi oleh bandwidth yang sempit.
AM adalah metode pertama kali yang digunakan untuk menyiarkan radio komersil. Kelemahan dari sistem AM adalah mudah terganggu oleh gangguan atmosfer dan kualitas suara terbatasi oleh bandwidth yang sempit.
Gelombang AM mengalir dekat dengan tanah
pada siang hari dan semakin tinggi ke angkasa pada malam hai, yang artinya
sulit untuk mendapatkan radius penyiaran selama jam siang. AM juga mudah
terhalang oleh bangunan tinggi.
– Sinyal FM
Sinyal FM merupakan suatu bentuk modulasi
dimana frekuensi sinyal pembawa divariasikan secara proposional berdasarkan
amplitudo sinyal informasi. Amplitudo sinyal pembawa tetap konstan. Contoh dari
FM adalah frekuensi radio yang sekarang lebih sering digunakan radio pada
umumnya.
Rentang frekuensi FM adalah 88 MHz – 108
MHz sehingga dikategorikan sebagai Very High Fequency (VHF). Sedangkan panjang
gelombangnya adalah dibawah 1000 KHz sehingga jangkauan sinyalnya tidak jauh.
Modulasi frekuensi memiliki bandwidth yang lebih lebar daripada modulasi
amplitudo sehingga bisa menghasilkan suara stereo dengan menyatukan beberapa
saluran audio pada satu gelombang cerrier. FM lebih tahan terhadap gangguan
sehingga dipilih untuk sebagai modulasi standar untuk frekuensi tinggi.
Keuntungan FM antara lain potensi gangguan jauh lebih kecil (kualitas lebih
baik) dan daya yang dibutuhkan lebih kecil.
Perbedaan antara AM dengan FM
|
Pembeda
|
AM
|
FM
|
|
Singkatan
|
amplitude
Modulation
|
Frequency
Modulation
|
|
Transmisi
|
Frekuensi adalah
konstan, amplitudo bervariasi
|
Amplitudo
konstan, frekuensi bervariasi
|
|
ditemukan oleh
|
Reginald Fessenden
|
Edwin Howard
Armstrong
|
|
ditemukan pada
tahun
|
1906
|
1933
|
|
pita frekuensi
|
Panjang gelombang
153-279 kHz, gelombang Menengah adalah 531-1,611 kHz, gelombang pendek adalah
sekitar 2,3-26,1 MHz
|
87,5-108,0 MHz
|
|
digunakan untuk
|
Terutama radio
bicara dan program berita
|
Radio musik dan
radio publik
|
|
Stasiun Radio di
dunia
|
16.265 stasiun AM
|
28.693 stasiun FM
|
2.
Gambar Pemancar Radio
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari pembahasan di atas, dapat
disimpulkan bahwa 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 :
* Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah kecepatan cahaya:
300 Mm/s, yaitu 300 MmHz
* Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1µeV/GHz
* Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 µeVm
beberapa contoh spektrum elektromagnetik
seperti :
Ø
Radar
(Radio Detection And Ranging),digunakan
sebagai pemancar dan penerima gelombang.
Ø
Infra Merah
Dihasilkan dari getaran atom dalam bahan
dan dimanfaatkan untuk mempelajari struktur molekul
Ø
Sinar tampak
mempunyai panjang gelombang 3990 Aº –
7800 Aº.
Ø
Ultra ungu
dimanfaatkan untuk pengenalan unsur suatu
bahan dengan teknik spektroskopi.
B.
Saran
Masyarakat hendaknya lebih mengetahui dan
memahami tentang gelombang elektromagnetik kerena selain bermanfaat untuk
kehidupan, ternyata gelombang elektromagnetik memiliki dampak yang buruk juga.
Dengan lebih memahami gelombang elektromagnetik, diharapkan masyarakat akan
lebih berhati-hati dalam memanfaatkan gelombang elektromagnetik.
DAFTAR
PUSTAKA
Slamet, Pramukti Nindita Sari. 2010. Modul Fisika. Surakarta: Hayati Tumbuh
Subur. Nurwani.2010.Geleleltomagnetikppt.
0 Response to "Makalah Fisika Gelombang Elektromagnetik"
Posting Komentar