Gelombang Elektromagnetik

Persamaan Gelombang

Sejarah telah mencatat bahwa hukum-hukum tentang elektrostatik, magnetostatik dan elektrodinamik ditemukan pada awal abad ke-19. Beberapa dari hukum-hukum itu, seperti hukum Faraday, hukum Ampere dan konsep mengenai displacement current, secara sistematik telah disusun oleh Maxwell menjadi apa yang dikenal sekarang ini sebagai persamaan Maxwell. Khusus pada ruang vakum dan berlaku juga pada medium udara, persamaan Maxwell dinyatakan sebagai

∇ · E = 0 (1.1)

∇ · B = 0 (1.2)

∇ × E = −

∂B

∂t (1.3)

∇ × B = µoǫo

∂E

∂t (1.4)

dimana E = vektor medan listrik, B = vektor medan magnet, ǫo = permitivitas listrik di udara

atau vakum (8,85 × 10−12C

2/Nm2

), µo = permeabilitas magnet di udara atau vakum (4π ×

10−7T.m/A).

Operasi curlyang dilakukan pada persamaan (1.3) dan (1.4) menghasilkan persamaan gelombang medan listrik dan gelombang medan magnet sebagai berikut

∇2E = µoǫo

∂

2E

∂t2 ∇2B = µoǫo

∂

2B

∂t2

(1.5)

dengan kecepatan rambat gelombang di udara dan ruang vakum sebesar

c =

1

√ǫoµo

≈ 3,00 × 108m/s (1.6)

Persamaan (1.5) memiliki solusi sebagai berikut

E = Eoe

i(κx−ωt+δE)ˆj B = Boe

i(κx−ωt+δB)ˆk (1.7)

Sumber:
repository.usu.ac.id

Defenisi Polarisasi Gelombang

Fenomena polarisasi cahaya ditemukan oleh Erasmus Bhartolinus pada tahun 1969. Dalam fenomena polarisasi cahaya, cahaya alami yang getarannya ke segala arah tetapi tegak lurus terhadap arah merambatnya (gelombang transversal) ketika melewati filter polarisasi, getaran horizontal diserap sedang getaran vertikal diserap sebagian. 

Cahaya alami yang getarannya ke segala arah di sebut cahaya tak terpolarisasi, sedang cahaya yang melewati polaroid hanya memiliki getaran pada satu arah saja, yaitu arah vertikal, disebut cahaya terpolarisasi linear.

Pemantulan, pembiasan, difraksi, dan interferensi dapat terjadi pada gelombang tali (satu dimensi), gelombang permukaan air (dua dimensi), gelombang bunyi dan gelombang cahaya (tiga dimensi). Gelombang tali, gelombang permukaan air, dan gelombang cahaya adalah gelombang transversal, sedangkan gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal. 

Nah, ada satu sifat gelombang yang hanya dapat terjadi pada gelombang transversal, yaitu polarisasi. Jadi, polarisasi gelombang tidak dapat terjadi pada gelombang longitudinal, misalnya pada gelombang bunyi.

Sumber:
repository.usu.ac.id

Teori Maxwell Mempersatukan Banyak Teori

1. Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik

2. Teori Faraday Tentang medan listrik

3. Teori Newton serta Huygesa Tentang ilmu cahaya 

Maxwell adalah salah seorang ilmuwan Fisika yang berjasa dalam kemajuan ilmu pengetahuan serta teknologi yang berhubungan dengan gelombang. Maxwell berhasil mempersatukan penemuan-penumuan dari berbagai fisikawan diantaranya Ampere dan Faraday. 

Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik mempersatukan Kedua teori ini dimana menurut Faraday”medan listrik dapat ditimbulkan dari perubahan medan magnet”.Sedangkan Maxwell membuat hipotesa bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu akan menghasilkan medan magnet, yang sama halnya dengan dengan medan magnet yang berubah terhadap waktu akan menghasilkan akan menghasilkan medan listrik. 

Hal ini melengkapi teori maxwell , yaitu hubungan yang sangat penting antara medan listrik dan medan magnet yang dikenal dengan persamaan Maxwell.

Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik, Maxwell menghitung cepat rambat gelombang elektromagnetik dengan persamaan

Sumber:
repository.usu.ac.id

Pengertian Spektrum Elektromagnetik

Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang.

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 (lihat juga tabel dan awalan SI):
Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi, hasilnya 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 energi per foton adalah 1.24 μeVm

Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (λ ≥ 0,5 mm). Istilah "spektrum optik" juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 - 700 nm)[1].

Sumber:
repository.usu.ac.id

Contoh-Contoh Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah suatu bentuk energi, umumnya dihasilkan oleh elektron-elektron yang bergetaran. Gelombang elektromagnetik dipancarkan oleh benda alam, seperti matahari. Ada juga yang dapat dihasilkan oleh alat buatan manusia, misalnya gelombang radio. Yang membedakan gelombang-gelombang elektromagnetik adalah panjang gelombangnya. Gelombang elektromagnetik ini memiliki spektrum yang amat lebar dari ? = 108 m sampai ? = 10-17 m.

Contoh gelombang elektormagnetik pada kehidupan sehari-hari antara lain : gelombang radio, gelombang TV, gelombang mikro, Sinar inframerah, gelombang cahaya, sinar ultraviolet, sinar X dan sinar gamma.

Gelombang mikro adalah gelombang radio yang mempunyai panjang gelombang terpendek. Pancaran gelombang mikro yang diteruskan oleh satelit, digunakan untuk menyalurkan percakapan telepon atau gambar televisi ke pelbagai penjuru dunia. Gelombang mikro juga dapat menghasilkan panas.

Sinar-X dan sinar gamma mempunyai panjang gelombang terpendek diantara semua gelombang elektromagnetik. Gelombang-gelombang ini mempunyai daya tembus besar, baik melalui tubuh manusia maupun benda-benda pejal seperti timah hitam. Sinar-X digunakan untuk membuat foto rontgen.

Sumber:
repository.usu.ac.id

Macam-Macam Gelombang Elektromagnetik

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, hasilnya 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 energi per foton adalah 1.24 μeVm. Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. 

Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (λ ≥ 0,5 mm). 

Istilah "spectrum optik" juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 - 700 nm).

Gelombang elektromagnetik yang dirumuskan oleh Maxwell ternyata terbentang dalam rentang frekuensi yang luas. Sebagai sebuah gejala gelombang, gelombang elektromagnetik dapat diidentifikasi berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya. 

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik sebagaimana gelombang radio atau sinar-X. Masing-masing memiliki penggunaan yang berbeda meskipun mereka secara fisika menggambarkan gejala yang serupa, yaitu gejala gelombang, lebih khusus lagi gelombang elektromagnetik. Mereka dibedakan berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya.

Sumber:
repository.usu.ac.id

Jenis Jenis Gelombang Elektromagnetik 

 Sinar Gamma

 Sinar-X

 Sinar Ultraviolet

 Cahaya Tampak

 Sinar Inframerah

 Gelombang Radio

Urutan GEM dari frekuensi besar/panjang Gelombang kecil ke frekuensi kecil/panjang gelombang besar

 Sinar Gamma

 Sinar-X

 Sinar Ultraviolet

 Cahaya Tampak

 Sinar Inframerah

 Gelombang Radio

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Sumber:
repository.usu.ac.id

Ciri-ciri gelombang elektromagnetik :

Dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:

1. Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.

2. Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

3. Dari ciri no 2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.

4. Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa polarisasi karena termasuk gelombang transversal.

5. Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.

Cahaya yang tampak oleh mata bukan semata jenis yang memungkinkan radiasi elektromagnetik. Pendapat James Clerk Maxwell menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik lain, berbeda dengan cahaya yang tampak oleh mata dalam dia punya panjang gelombang dan frekuensi, bisa saja ada. 

Kesimpulan teoritis ini secara mengagumkan diperkuat oleh Heinrich Hertz, yang sanggup menghasilkan dan menemui kedua gelombang yang tampak oleh mata yang diramalkan oleh Maxwell itu. Beberapa tahun kemudian Guglielmo Marconi memperagakan bahwa gelombang yang tak terlihat mata itu dapat digunakan buat komunikasi tanpa kawat sehingga menjelmalah apa yang namanya radio itu. Kini, kita gunakan juga buat televisi, sinar X, sinar gamma, sinar infra, sinar ultraviolet adalah contoh-contoh dari radiasi elektromagnetik. Semuanya bisa dipelajari lewat hasil pemikiran Maxwell.

Sumber:
repository.usu.ac.id

Pengertian 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 berbeda beda. 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.

Sumber:
repository.usu.ac.id