GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK Bagaimana alatalat berikut bekerja Alatalat tersebut

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Bagaimana alat-alat berikut bekerja? Alat-alat tersebut bekerja menggunakan gelombang elektromagnetik.

Apakah Gelombang Elektromagnetik ? Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat dan dapat merambat dalam ruang hampa.

Beberapa Percobaan Gelombang Elektromagnetik • Percobaan Oersted yang berhasil membuktikan : arus listrik dalam konduktor menghasilkan medan magnet disekitarnya (jarum kompas menyimpang bila di dekatkan pada kawat yang dialiri arus listrik) • Percobaan Faraday yang berhasil mebuktikan batang konduktor yang menghasilkan GGL induksi pada kedua ujungnya bila memotong medan magnet • Percobaan Faraday yang menunjukkan perubahan fluks magnetik pada kumparan menghasilkan arus induksi dalam kumparan tersebut

Kebenaran Hipotesa Maxwell tentang adanya gelombang elektromagnetik pada akhirnya dibuktikan oleh “Heinrich Hertz” Heinrich menemukan cara menghasilkan gelombang radio dan menentukan kelajuannya

Sketsa gelombang elektromagnetik

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik 1. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang tanpa medium 2. Merupakan gelombang transversal 3. Tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik 4. Dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi), pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi) 5. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersamaan, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan berbanding lurus

Spektrum GEM adalah rentang semua radiasi elektromagnetic yang mungkin yang dapat diukur dari frekuensi, panjang gelombang dan energi photon yang terkandung.

SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK Urutan spektrum gelombang electromagnetik berdasar Kenaikan frekuensi atau penurunan panjang gelombang: 1. Gelombang radio 2. Jangkauan frekuensi cukup luas, memiliki 2 jenis modulasi, yaitu AM (jangkauan luas) dan FM (jangkauan sempit). 3. 2. Gelombang mikro 4. Digunakan untuk alat-alat elektronik, alat komunikasi, alat memasak (oven) dan radar. 3. Sinar inframerah 4. Dihasilkan oleh molekul dan benda panas, digunakan di bidang industri, medis, dan astronomi (pemotretan bumi dari satelit). 5.

4. 5. 6. 7. Sinar tampak (cahaya) Adalah sinar yang dapat membantu penglihatan kita. Perbedaan frekuensi cahaya menimbulkan spektrum warna cahaya Sinar ultraviolet Dihasilkan dalam atom-atom dan molekul-molekul dalam loncatan listrik. Matahari adalah sumber utama sinar ini. Dibidang industri digunakan untuk proses sterilisasi. Sinar X disebut juga sinar Rontgen, sesuai penemunya. Sinar ini dihasilkan akibat tumbukan elektron berkecepatan tinggi di pemukaan logam. Dibidang kedokteran digunakan untuk diagnosa dan terapi medis, sedangkan di bidang industri, siner x digunakan untuk analisis struktur bahan. Sinar gamma Merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang terpendek dan frekuensi tertinggi, dihasilkan dari inti atom yang tidak stabil ataupun sinar kosmis. Daya tembus sangat besar, mampu menembus pelat timbal.

GELOMBANG RADIO

Gelombang Radio • Radio adalah bentuk level energi elektromagnetik terendah, dengan kisaran panjang gelombang dari ribuan kilometer sampai kurang dari satu meter.

Name Frequency &Wavelength Aplications ELF 3– 30 Hz 100, 000 km – 10, 000 km Communication with submarines SLF 30– 300 Hz 10, 000 km – 1000 km Communication with submarines ULF 300– 3000 Hz 1000 km – 100 km Communication within mines VLF 3– 30 k. Hz 100 km – 10 km Submarine communication, avalanche beacons, wireless heart rate monitors, geophysic LF 30– 300 k. Hz 10 km – 1 km Navigation, time signals, AM longwave broadcasting, RFID 300– 3000 k. Hz 1 km – 100 m AM (Medium-wave) broadcasts HF 3– 30 MHz 100 m – 10 m Shortwave broadcasts, amateur radio and over-the-horizon aviation communications, RFID VHF 30– 300 MHz 10 m – 1 m FM, television broadcasts and line-of-sight ground-to-aircraft and aircraft-to-aircraft communications. Land Mobile and Maritime Mobile communications UHF 300– 3000 MHz 1 m – 100 mm television broadcasts, microwave ovens, mobile phones, wireless LAN, Bluetooth, GPS and Two-Way Radios such as Land Mobile, FRS and GMRS Radios MF

Orang yang berjasa menemukan gelombang FM adalah Edwin Howard Armstrong yang dikenal sebagai “Bapak penemu radio FM”. Sinyal suara tidak dapat langsung dipancarkan karena sinyal suara bukan gelombang elektromagnetik. Jika sinyal suara tersebut diubah menjadi gelombang elektromagnetik sekalipun, berapa panjang antena yang dibutuhkan. Untuk dapat mengirimkan sinyal suara dengan lebih mudah, sinyal suara tersebut terlebih dahulu ditumpangkan pada sinyal radio dengan frekuensi yang lebih tinggi dari sinyal suara tersebut. Metode untuk menumpangkan sinyal suara pada sinyal radio disebut modulasi. Modulasi yang sering dipakai radio adalah modulasi amplitudo (AM – amplitude modulation) dan modulasi frekuensi (FM – frequency modulation)

Beda utama antara gelombang AM dengan FM adalah cara memodulasi suaranya. Gelombang FM mempunyai range tambahan sebesar plus 455 KHz. Jadi, jika ada frekeensi radio 88. 00 FM, sebenarnya dia menggunakan frekuensi 88. 00 MHz + 455 KHz. Mengapa ada tambahan 455 KHz? Nah, gelombang FM itu memodulasi suara secara digital. Jadi, gelombang suara audio itu dicacah secara digital sesuai frekuensi audio (batas ambang telinga antara 6 Hz - 20 KHz). Setelah dicacah secara digital (tambahan 455 KHz tadi, sebagai digital audio buffer), sinyal digital tsb. di-mix dengan gelombang radio (carrier) yang berfrekuensi 88. 0 MHz tadi, kemudian dilempar ke udara terbuka. Bagaian yang penting dari sistem pemancar FM adalah antena, saluran transmisi, dan pemancar itu sendiri

Hasil analisa komparasi antara gelombang FM dan AM yang menunjukkan bahwa walaupun gelombang AM dapat menembus jangkauan yang lebih luas akan tetapi tidak seperti gelombang FM yang lebih tahan terhadap nois, maka gelombang FM dengan banyak karakteristik yang tidak dimiliki gelombang AM merupakan jenis modulasi yang lebih baik untuk digunakan dalam transver data audio dari pada gelombang AM.

GELOMBANG MIKRO

Gelombang Mikro Name Frequency and Wavelengths Aplications SHF 3– 30 GHz 100 mm – 10 mm microwave devices, wireless LAN, most modern Radars EHF 30– 300 GHz 10 mm – 1 mm Radio astronomy, high-frequency microwave radio relay

INFRA MERAH

Inframerah • Inframerah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang. • Frekuensi

• Pemanfaatan antara lain : terapi fisik (physical therapy), fotografi inframerah untuk keperluan pemetaan sumber alam dan diagnosa penyakit.

CAHAYA TAMPAK

Cahaya Tampak • Cahaya tampak (sering disebut cahaya) adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Berdasarkan dari urutan frekuensi terkecil, ia memiliki cahaya Merah, Jingga, Kuning, Hijau , Biru, Nila dan Ungu ( Me Ji Ku Hi Bi Ni U)

ULTRAVIOLET

Sinar Ultraviolet (UV) • Istilah ultraviolet berarti "melebihi ungu" (dari bahasa Latin ultra, "melebihi"), sedangkan kata ungu merupakan warna panjang gelombang paling pendek dari cahaya dari sinar tampak.

Pemanfaatan UV • Gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuh-tumbuhan, dan dapat membunuh kuman penyakit.

SINAR - X

Sinar X (X-ray) • Sinar – X dihasilkan oleh elektron-elektron yang berada dibagian dalam kulit elektron atom, atau pancaran yang terjadi karena elektron dengan kelajuan besar menumbuk logam. Sinar – x dapat digunakan untuk memotret kedudukan tulang-tulang dalam badan, khususnya untuk menentukan tulang yang patah.

SINAR - GAMMA

Gamma Ray • Sinar gamma (seringkali dinotasikan dengan huruf Yunani gamma, γ) adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik lainnya seperti penghancuran elektron-positron.

Pemanfaatan Gamma Ray • Daya tembusnya yang sangat besar dapat menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan hidup. Dengan pengontrolan, sinar ini digunakan untuk membunuh sel-sel kanker dan mensterilkan peralatan rumah sakit.

Active Denial System • Sistem persenjataan yang menggunakan gelombang elektromagnetik. • Non-Lethal Weapon, tidak menyebabkan kematian, hanya bersifat melumpuhkan. • Menggunakan sebuah antenna segi delapan untuk mengarahkan gelombang energi yang tidak terlihat kearah target. • Gelombang elektromagnetik ini dipancarkan oleh sebuah transmitter dan kemudian merambat pada kecepatan cahaya (300. 000 km per detik) sambil membawa energi yang hanya mampu menembus permukaan kulit sejauh 0, 04 cm.

Kecepatan gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya yang dirumuskan : o = 8. 85 x 10 -12 C 2/Nm 2 o = 12. 56 x 10 -7 wb/amp. m C = 3. 108 m/s o = permitivitas ruang hampa o = perbeabilitas ruang hampa C = cepat rambat cahaya

Hubungan Frekuensi (f), Panjang Gelombang ( ), dan cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) Contoh Soal: Sebuah gelombang radio dipancarkan pada frekuensi 150 MHz. Tentukan panjang gelombang yang dipancarkan! Jawab:

2. Energi dalam GEM Hubungan antara kuat medan listrik dg medan magnetik : Dimana : Dengan : Em, Bm = nilai max amplitudo medan listrik dan magnetik c = cepat rambat cahaya

3. Rapat Energi Listrik dan Magnetik Rapat energi listrik dan magnetik dinyatakan dengan : Dengan : ue = rapat energi listrik (J/m 3) ε 0 = 8, 85 x 10 -12 C 2 N-1 m-2 E = kuat medan listrik (N/C) u. B = rapat energi magnetik (J/m 3) B = besar induksi magnetik (Wb/m 2) μ 0 = 4π x 10 -7 Wb/A

4. Intensitas GEM atau laju energi yg dipindahkan melalui GEM disebut pointing (S). Dengan intensitas rata-rata :

Hubungan Intensitas Gelombang dengan Energi Rata-rata Dengan menggunakan hubungan rapat energi magnetik adalah Rapat energi total adalah dan

Rapat energi total rata-rata adalah Intensitas gelombang (laju energi rata 2 per m 2) yg dipindahkan melalui GEM sama dg rapat enrgi rata 2 dikalikan dengan cepat rambat cahaya. Dengan : I = intensitas radiasi (W/m 2) S = intensitas gelombang = laju energi rata 2 per m 2 (W/m 2) P = daya radiasi (W) A = luas permukaan (m 2)

Contoh Soal 1. Medan listrik maksimum di suatu titik yang berjarak 8 meter dari suatu sumber titik adalah 2, 3 V/m. Hitunglah : a. medan magnetik maksimumnya b. intensitas rata-rata c. daya sumber

• Jawab Medan magnetik maksimum : E=2, 3 V/m r=8 m Intensitas rata-2 : Daya sumber : jarak sumber ke titik yang dimaksud.

2. Jika program TV kita dapat ditangkap di -Centauri, bintang terdekat dari bumi. Jarak bumi ke bintang tersebut 4, 3 tahun cahaya. Jika stasiun TV di bumi mempunyai daya output 1000 k. W, hitunglah : intensitas sinyal yang diterima di -Centauri r

• Jawab

3. Ketika Badu berjalan menjauhi lampu jalanan sejauh 9 meter, dia mengukur intensitas cahaya disitu sebesar 0, 8 kali intensitas mula. Jika tinggi lampu 6 meter, berapakah jarak Badu (mendatar) dari lampu mula-mula? y=6 m r ro x= ? 9 m

• Jawab

4. Suatu GEM yang digunakan untuk komunikasi di kapal selam mempunyai panjang gelombang 4 kali jari-jari bumi (jari-jari bumi = 6375 km). Hitung berapa frekuensi gelombang ini ! Jawab :

5. Intensitas yang diterima secara langsung dari matahari (tanpa penyerapan panas oleh atmosfir bumi) pada suatu hari terik sekitar Berapa jauh Amir harus berdiri dari suatu pemanas yang mempunyai daya 0, 9 k. W agar intensitas panas yang dirasakan Amir sama dengan intensitas matahari. Jawab :

Latihan : 1. Suatu GEM dalam vakum memiliki amplitudo medan listrik 360 V/m. Hitunglah amplitudo medan magnetiknya?

2. Sebuah sumber titik dari radiasi EM memiliki daya rata 2 keluaran P = 1000 W. Tentukan : a. Amplitudo max medan listrik Em dan medan magnetik Bm pada titik yg berjarak r = 4 m dari sumber radiasi b. Rapat energi rata-rata pada titik yg berjarak r = 4 m dari sumber radiasi

3. Sebuah sumber cahaya monokromatik memancarkan daya EM 250 W merata ke segala arah. a. Hitung rapat energi listrik rata-rata pada jarak 1 m dari sumber b. Hitung rapat energi magnetik rata pada jarak 1 m dari sumber c. Tentukan intensitas gelombang pada lokasi tsb