Definisi Gelombang Elektromagnetik SMA

Fisika Kelas X: Definisi Gelombang Elektromagnetik

Belajar Fisika Yuk- Pada kesempatan ini kita akan belajar tentang apa yang dinamakan gelombang elektromagnetik. Sepertinya bahasan yang sangat sulit ya. Gelombang elektromagnetik sangatlah penting dalam kehidupan kita, karena fungsinya yang sangat luar biasa. Gelombang elektromagnetik sering kita gunakan dalam kehidupan kita sehari-hari. Prinsip penglihatan kita pun menggunakan prinsip gelombang elektromagnetik. Apakah kalian memiliki televisi, radio, handphone, atau handphone yang memiliki fitur televisi dan radio? Alat-alat tersebut menggunakan prinsip dari gelombang elektromagnetik. Apalagi peralatan komunikasi yang lebih canggih lagi, seperti handphone dalam bentuk jam tangan remote control dan banyak peralatan lagi yang menggunakan prinsip dari gelombang elektromagnetik. Mari kita mulai pembahasannya…

Pengantar

Tentunya sebelumnya kalian pernah belajar mengenai gelombang mekanik. Hayoo, masih ingat tidak? Cuma sebagai pengingat saja, gelombang mekanik adalah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium sebagai penghantar atau medium seperti gelombang pada tali, gelombang pada permukaan air, gelombang bunyi dan bahkan gelombang pada gempa. Pada kesempatan ini, kita akan mempelajari konsep dari gelombang elektromagnetik. Gelmbang elektromagnetik merupakan gelomabng yang dalam perambatannya tidak memerlukan medium sebagai perantara. Hal tersebut berarti gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa. Ruang hampa adalah ruang tanpa zat apapun termasu udara. Seorang fisikawan asal Skotlandia yang bernama James Clerk Maxwell (1831 s.d. 1879) memprediksikan teori mengenai gelombang elektromagnetik. Teori yang disusun oleh Maxwell merupakan teori yang menggabungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.

Perubahan Medan Listrik Menimbulkan Medan magnet

Teori elektromsgnetik diawali oleh Oersted dan Ampere pada abad ke-19. Teori yang mereka susun sebenarnya tidak dalam medan listrik dan medan magnet. Gagasan tentang medan kemagnetan dalam terori elektromagnet dikemukakan oleh Faraday tetapi tidak digunakan secara umum. Pada akhirnya, Maxwell lah yang menunjukkan menunjukkan bahwa fenomena listrik dan magnet secara bersamaan dapat digambarkan dengan menggunakan persamaan yang melibatkan medan listrik dan medan magnet.. Persamaan tersebut kemudian dinamakan dengan persamaan Maxwell. Persamaan Mazxwell merupakan persamaan dasar untuk elektromagnet.

Hipotesis yang dikemukakan oleh Maxwell, sebenarnya mengacu pada tiga aturan dasar listrik-magnet. Aturan tersebut adalah sebagai berikut:

1. Muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya (Hukum Coulomb).
2. Arus listrik atau muatan listrik yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya (Hukum Biot-Savart).
3. Perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik (Hukum Faraday).

Berdasarkan ketiga aturan tersebut, Maxwell kemudian mengemukakan sebuah hipotesis sebagai berikut: “Karena perubahan medan magnet dapat menimbulkan medan listrik, maka perubahan medan listrik pun akan dapat menimbulkan perubahan medan magnet”. Hipotesis inilah yang kemudian mendasari eksperimen yang dilakukannya dengan tujuan untuk menerangkan fenomena antara medan listrik dan medan magnet. Maxwell melakukan eksperimen dengan menggunakan dua buah isolator dimana, masing-masing dari isolator tersebut diikat pada ujung pegas. Kedua isolator tersebut diberi muatan yang berbeda (positif dan negatif ). Setelah itu, pegas digetarkan sehingga jarak antara kedua muatan tersebut berubah-ubah. Kalian masih ingat jika medan listrik oleh muatan listrik dipengaruhi oleh jarak suatu titik dari pusat atau dari muatan sumber. Dalam hal ini, perubahan jarak antar kedua muatan mengakibatkan medan listrik oleh dua muatan yang berubah-ubah. Perubahan medan listrik tersebut menimbulkan medan magnet yang berubah-ubah pula. Perubahan medan magnet yang ditimbulkan oleh medan listrik, akan menimbulkan kembali medan listrik yang besarnya berubah-ubah pula. Peristiwa munculnya medan listrik dan medan magnet ini terus terjadi dan tidak terputus sepanjang pegas begertar. Perambatan medan listrik E dan medan magnet B tegak lurus satu sama lain secara bersamaan disebut gelombang elektromagnet. 

Dengan eksperimen yang lain dengan prinsip yang hampir serupa, kita dapat menghasilkan gelombang elektromagnet. Perharikanlah eksperimen berikut!

Kita akan menggunakan 2 batang penghantar. Dua penghantar ini kita hubungkan dengan perantara yaitu sebuah baterai dan saklar dan kita susun secara vertikal sesuai dengan gambar (a). Ketika kita menutup saklarnya maka pada penghantar bagian yang bawah akan memiliki muatan negatif dan penghantar yang atas akan memiliki muatan positif. Rangkaian ini menghasilkan medan magnet (biot savart). Kita dapat mengetahui arah medan magnet dari kawat bermuatan tersebut dengan mengguakan aturan tangan kanan, sehingga diperoleh arah medan magnet seperti yang diilustrasikan pada gambar (b). Lingkaran-lingkaran kecil yang berisi tanda titik dan tanda silang adalah simbol untuk menggambarkan arah medan magnet sedangkan arah medan listrik diilustrasikan dengan menggunakan garis-garis dengan anak panah. Medan magnet dan medan listrik terbentuk sepanjang penghantar yang bermuatan. Medan magnet pada bagian kanan penghantar memiliki arah masuk ke bidang baca sedangkan bagian yang kiri memiliki arah ke luar bidang baca dan mendekati pengamat. Medan listrik memiliki arah dari muatan positif menuju muatan negatif. Apa yang terjadi jika kita membalik kutub baterainya? Tentunya arah medan listrik dan magnetnya akan berubah arah kea rah yang sebaliknya.

Medan listrik: dari bawah (positif) ke atas (negatif)

Medan Magnet: bagian kanan keluar bidang baca (mendekati pengamat) dan bagian kiri akan menjauhi pengamat.Bagaimana?dugaannya benar tidak?

Nah, selanjutnya, kita coba mengganti baterai yang arusnya searah dengan menggunakan generator AC, tampak seperti pada ilustrasi dalam gambar (c). Pada saat penghantar bermuatan positif maka arah medan magnet dan medan listrik akan seperti ketika dihubungkan baterai dengan kutub positif yang ada di atas. Akan tetapi keetika bagian bawah berubah menjadi kutub positif maka arah medan listrik dan medan magnetnya akan seperti pada saat penghantar bawah bermuatan positif. Oleh karena itu, pada peristiwa dengan menggunakan generator AC akan muncul peristiwa gelombang elektromagnet karena (1) terjadi perubahan medan listrik dan medan magnet secara terus menerus, (2) arah medan listrik dan medan magnet yang selalu tegak lurus. Radiasi elektromagnet mengalami pengurangan dengan perbandingan terbalik terhadap jaraknya suatu titik dari sumber atau dapat dituliskan dengan 1/r. Dalam pihak yang lain energi yang dibawa oleh gelombang elektromagnet seperti gelombang pada umumnya sebanding dengan kuadrat dari besarnya amplitude medan magnet dan medan listriknya. Oleh karena itu, intensitas gelombang elektromagnet berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya atau dapat dituliskan menjadi 1/(r^2). Bila ggl sumber berubah secara sinusoidal (seperti fungsi sinus) maka kuat medan listrik dan medan magnet pada medan radiasi juga akan berubah secara sinusoidal. Sifat sinusoidal gelombang elektromagnetik diilustrasikan pada gambar (e), yang menunjukkan kuat medan yang digambarkan sebagai fungsi posisi dan menyebar ke segala arah (sferis). Konsep dalam eksperimen tersebut digunakan dalam rangkaian pemancar untuk komunikasi, yaitu antenna. Dimana kedua batang penghantar sebagai antena.

Kecepatan dan Jenis Gelombang

Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal. Gelombang ini dihasilkan oleh muatan listrik yang berosilasi (bergetar terhadap titik setimbangnya), yang mengalami percepatan. Secara umum dapat dikatakan bahwa muatan listrik yang dipercepat dapat menimbulkan gelombang elektromagnetik. Kecepatan atau cepat rambat gelombang elektromagnetik di udara atau ruang hampa dirumuskan:

v = 1/(√e0 x µ0)

Persamaan di atas, diturunkan sendiri oleh Maxwell, kemudian dengan memasukkan nilai dari permitivitas ruang hampa, e0=8,85*(10^-12) (C^2) / (N*m^2) dan permeabilitas ruang hampa, µ0=4*pi*(10^-7) N*(s^2) / (C^2) didapatkan nilai kecepatan dari gelombang elektromagnet yaitu sebesar v = 1/(√e0 x µ0)=2,99792458*(10^8) m/s. Nilai kecepatan ini mendekati nilai dari kecepatan cahaya dan dengan pembulatan nilai di atas menjadi v ≈ 3,00*pi*(10^8) m/s.

Penutup

Sekian pembahasan mengenai topik gelombang elektromagnetik, semoga dapat membantu teman-teman dalam belajar dan memahminya. Terima kasih telah berkunjung, jangan lupa di like ya…