GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Sumber:http://dwiwahyun.blogspot.com/2012/05/materi-gelombang-elektromagnetik.html

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan dalam berbagai panjang gelombang dan frekuensi. Cahaya yang terdiri dari berbagai panjang gelombang dan frekuensi tersebut dinamakan cahaya polikromatik, salah satu contohnya adalah cahaya matahari. Sedangkan cahaya yang hanya terdiri dari satu panjang gelombang dan frekuensi dinamakan cahaya monokromatik, contoh cahaya monokromatik adalah laser.

Teori gelombang elektromagnetik diajukan oleh seorang ahli fisika Inggris, James Clerk Maxwell (1831 -1879). Hipotesis Maxwell yang melahirkan/ memunculkan gagasan baru tentang gelombang elektromagnetik. Keberhasilan Maxwell dalam menentukan teori gelombang elektromagnetik membuka cakrawala baru di dunia komunikasi.

A. Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Gejala-gejala kelistrikan dan kemagnetan erat hubungannya satu sama lain. Hal ini nampak pada gejala-gejala sebagai berikut.

Hipotesis Maxwell

• Muatan medan listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya, yang besarnya diperlihatkan oleh hukum Coulomb
• Arus listrik atau muatan yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya yang besar dan arahnya ditunjukan oleh hukum Bio-Savart atau hukum Ampere 
• Perubahan medan magnet menimbulkan GGL induksi yang menghasilkan medan listrik dengan aturan yang diberikan oleh hukum Induksi Faraday.

Pada ketiga teori ini terdapat hubungan antara listrik dengan medan magnet. Muatan listrik yang diam menghasilkan medan magnet. Muatan listrik yang bergerak dapat menghasilkan medan magnetik. Perubahan medan magnetik akan menghasilkan medan listrik.

Gelombang elektromagnetik tersusun atas perambatan medan listrik E dan medan magnet B yang saling tegak lurus satu sama lain.

Perhatikan gambar berikut:

Menurut Maxwell kecepatan merambat gelombang elektromagnetik bergantung dari listrik  kemagnetan dan kelistrikan medium atau tidak bergantung dari amplitudo getaran medannya.

Maxwell berhasil menunjukan bahwa cahaya tampak merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik dan juga berhasil memprediksi kelajuan cahaya denga menggunakan persamaan sebagai berikut :

Dengan:

c  = laju cahaya ( 3x 10^8 m/s)

ɛ0 = Permaebilitas dielektrik ( 8.85 x 10^-12 C^2)

µ0 = Permaebilitas ruang hampa ( 4π x 10^-7 w )

Maxwell didukung oleh Heinrich Hertz yang berhasil membangkitkan dan mendeteksi adanya gelombang elektromagnetik dari sebuah percobaan dengan menggunakan listrik.

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Pada dasarnya radiasi gelombang elektromagnetik terdiri dari beberapa gelombang dengan frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda, tetapi mempunyai laju yang sama, yaitu kira-kira 3 x 10^8 m/s. Gelombang-gelombang elektromagnetik dengan frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda tersebut disebut dengan “spektrum”, yang terdiri dari gelombang radio, gelombang televisi, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma. 

Gelombang-gelombang elektromagnetik yang berjalan di ruang hampa memiliki laju yang sama dengan laju cahaya  , dan berlaku persamaan berikut ini.

B. Penggunaan Gelombang Elektromagnetik Dalam Kehidupan Sehari- hari

Gelombang radio

Suatau rangkaian elektronika yang biasanya disebut dengan osilator dapat membangkitkan gelombang radio yang dapat dipancarkan dan diterima dengan menggunakan alat yang disebut antena. Gelombang radio dapat dibedakan berdasarkan rentang frekuensi dan panjang gelombang

Berdasarkan rentang frekuensi, gelombang radio dibedakan menjadi :

• Frekuensi rendah (30 kHz - 300 kHz)
• Frekuensi sedang (300 kHz - 3 MHz)
• Frekuensi tinggi (3 MHz - 30 MHz )
• Frekuensi sangat tinggi (30 MHz - 300 MHz)
• Frekuensi ultra tinggi (300 MHz – 3 GHz)
• Frekuensi super tinggi (lebih dari 3 GHz)

Sedangkan, berdasarkan panjang gelombangnya, gelombang radio dibedakan menjadi :

• Gelombang panjang (1500 m)
• Gelombang sedang (300 m)
• Gelombang pendek (30 m)
• Gelombang sangat pendek (3 m)
• Gelombang ultra pendek (30 cm)
• Gelombang mikro (3 cm)

Gelombang radio banyak dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, seperti komunikasi jarak jauh, radar, satelit komunikasi, dan telepon. Gelombang radio yang digunakan dalam komunikasi adalah gelombang sedang (frekuensinya sekitar 1 MHz).

Gelombang sedang dapat dipantulkan oleh lapisan atmosfer bumi yaitu pada lapisan ionosfer, sehingga informasi yang dibawa oleh gelombang medium dapat mencapai tempat-tempat yang jauh dari pemancar.

• Gelombang radio Amplitude Modulation (AM)

Pada sistem ini gelombang suara dipancarkan oleh gelombang radio, dengan gelombang radio mengalami perubahan amplitudo sesuai dengan amplitude suara, gelombang AM mempunyai frekuensi antara 104 Hz sampai 109 Hz.

Keuntungan radio AM adalah sebagai berikut :

1. Sangat baik untuk membawa informasi berita
2. Dapat menjaga seluruh tempat di permukaan bumi, hal ini disebabkan energi gelombang yang dipancarakan tidak mampu menembus lapisan ionosfer dan dipantulkan kembali ke perukaan bumi.

Kelemahannya : 

1. Mudah di pengaruhi oleh gejala kelistrikan di udara, akibatnya terdengar suara brisik.

• Gelombang radio Frequency Modultion (FM)

Pada gelmbang FM, frekuensi gelombang radio mengalami gangguan pada rapatannya sesuai dengan amplitudo gelombang suara.

Keunggulan system FM antara laian sebagai berikut :

1. Digunakan untuk komunikasi antarsatelit, karena mampu menembus lapsan ionosfer
2. Kualitas suara lebih bagus, karena bebas dari gangguan kelistrikan

Kelemahannya :

1. Tidak dapat menjangkau tempat yang jauh, karena tidak dapat dipantulkan ionosfer bumi.

•  Gelombang televisi

Pemancar televisi bekerja dengan menggunakan perubahan frekuensi dalam pengiriman informasi yang digabung denga sinyal audio (suara) audio (gambar). Frekuensi yang digunakan dibedakan atas Ultra High Frekuency (UHF) atau Very High Frekuency (VHF).

• Gelombang mikro atau Rader

Gelombang mikro dibangkitkan oleh rangkaian elektrode  seperti rangkaian osilasi listrik. Alat-alat klyson, magketron, dan Travelling Wave Tube (TMT). Gelombang mikro adalah gelombang pendek (1 mm – 30 cm) dengan frekuensi sekitar 10^10 Hz, sehingga dapat digunakan pada system radar yang difungsikan untuk navigasi pertahanan udara, untuk mempelajarai sifat atom dan molekul dari suatu zat dan untuk mengukur kedalaman laut.

• Sinar inframerah

Sinar inframerah dibangkitkan oleh electron dalam molekul yang digetarkan, misalnya jika benda dipanaskan. Rentang panjang gelombang antara 7,8x10^-4m - 103m. Frekuensi anatara 3 x 10^-11m -4 x 1^-43Hz. Dengan energi yang tinggi mampu menembus kabut dan awan tebal sehingga dapat digunakan untuk membuat foto jarak jauh. Dalam bidang kedokteran digunakan untuk penyianaran pada proses penyembuhan penyakit encok, dan cacar.

• Cahaya tampak

Cahaya tampak yang mempunyai frekuensi 1015Hzdibamgkitkan oleh molekul dan atom-atom karena electron-elektron luasnya mengalami perpindahan energi.  Cahaya tampak berfungsi sebagai alat bantu untuk penglihatan mata. Cahaya tampak terdiri dari warna, jingga, kuning, hijau, biru dan ungu.

• Sinar Ultraviolet

Cahaya ultraviolet yang mempunyai frekuensi 1015 Hzsampai 10^16 Hz memiliki panjang gelombang 6 x 10^-8msampai 3,6x10^-7m. Matahari merupakan sumber dari gelombang ultraviolet.

Kegunaannya antara lain sebagai berikut :

Menghitamkan plat foto

Membunuh kuman-kuman

Digunakan untuk pembuatan IC

• Sinat-X

Sinar X memiliki panjang gelombang antara 10^-18 msampai 10^-8 m. sinar X memiliki daya tembus yang kuat karena memiliki energy yang besar. Sinar X dapat diperoleh dengan cara menmbak inti atom. Sinar X digunakan sebagai lat diagnosa kesehatan, misalnya untuk Rontgen, sinar X juga digunakan untuk menganalisis struktur atom dan Kristal. Sinar X memiliki frekuensi 10^16 Hz sampai 10^20Hz.

Kelemahannya : pemeriksaan anggota tubuh dengan sinar tidak boleh terlalu lama, karena membahayakan.

• Sinar Gamma

Sinar gamma dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif karena aktivitas inti atomnya. Sinar gamma memiliki frekuensi terbesar dalam spekrum gelombang elektromagnetik, yaitu 10^20 Hz – 10^25 Hz dengan panjang gelombang atom 1A^0 – 10^-4 A0. Sinar ini memiliki daya tembus yang sangat besar, mampu menembus timah besi. Sinar ini dihasilkan oleh atom-atom yang tidak stabil.

Kelemahannya ; jika diserap pada jaringan hidup sinar gamma akan menyebabkan efek yang serius seperti mandul dan kanker.

Read More

TEOREMA KEUNIKAN

Setiap solusi persamaan Laplace atau Poisson  yang juga memenuhi syarat syarat batas nya mestilah merupakan satu-satunya solusi yang ada. Kadang-kadang ada keunikan di sini  disebabkan oleh perbatasan yang tidak lengkap. Sebagai contoh: pandanglah bidang penghantar pada z = 0, dengan potensi 100V, maka jelas:

V1 = 5z + 100 dan 

V2 = 100

keduanya memenuhi persamaan Laplace dan persayaratan bahwa V = 100 bila z = 0. Jawabannya adalah bahwa suatu persamaan penghantar dengan tegangan yang ditentukan tanpa sesuatu acuan  tidak lah merupakan perbatasan yang lengkap dari suatu daerah yang terdefenisikan dengan cukup. 

Bahkan dua bidang datar pararel yang berhingga tidak menggambarkan suatu perbatasan yang lengkap, karena efek sekitar sisi-sisi penghantar itu tidak dapat ditentukan . Namun apabila ditentukan bidang-bidang pararel  dan juga dinyatakan agar mengabaikan efek sisi , maka daerah diantara kedua bidang itu telah mempunyai perbatasan yang cukup.

Read More

Gaya Magnet, Bahan Magnet Dan Induktnsi

1. Gaya Magnetik Pada Partikel

Suatu partikel bermuatan yang sedang bergerak didalam medan magnetik mengalami gaya yang arahnya tegak lurus pada kecepatannya, sedangkan besar nya berbanding lurus dengan muatannya. Kecepatan dan kerapatan fluks magnetik B. Ungkapan yang jelas diberikan oleh hasil kali silang

Makan arah gerak partikel itu dapat diubah oleh medan magnetiknya.  Tapi lajunya, U, dan dengan demikian juga energi kinetiknya, tetap saja besarnya. Ini berbeda dengan dalam medan listrik dimana gaya 

F = QE  

melakukan usaha pada partikel tersebut, sehingga mengubah energi kinetiknya

Jika medan B  serba sama dalam  medan tertentu dan kecepatan awal partikel itu normal terhadap meadan tadi  makan lintasan yang ditempuh nya akan berupa  lingkaran dengan jari-jari  r  tertentu.  Gaya oleh medan di sini besarnya

 F = I Q I  UB 

 dan arahnya menuju pusat lingakaran. Besar percepatan sentri pentalnya adalah . 

Makan dengan hukum ke-dua Newton

Perhatikan bahwa r  merupakan ukuran bagi momentum linier mU  partikel itu.

2. Kombinasi Medan Listrik dan Medan Magnetik

Jika kedua macam medan hadir bersamaan dalam suatu daerah, gaya pada partikel tadi diberikan oleh

F = Q ( E + U + B )

Gaya ini bersama-sama dengan kondisi awalnya , menentukan lintasan partikel tersebut.

3. Gaya Magnet Pada Elemen Arus

Suatu situasi yang sering dijumpai adalal dimana suatu penghantar yang dilalui arus berada didalam medan magnetik esternal . karan I = d Q / dt, persamaan  gaya differensial gaya tersebut dapat dituliskan 

dF = dQ ( E x U ) = ( I dt ) ( U x B ) = I(dl x B )

dimana dl = U dt adalah elemen panjang dalam arah arus I. Kalau penghantarnya lurus dan medan tersebut konstant sepanjang arusnya, maka gaya differensial tadi dapat diintegralkan dengann hasil

Gaya magnetik sebenarnya bekerja pada elektron-elektron yang membuat arus I tadi. Namun karen elektron terikat pada pengantar, makan gaya efektifnya terpindah kekiri sisi penghantar yang lebih besar. Gaya yang dipindahkan dapat melakukan usaha pada penghantar tersebut yang lebih berat. Gaya yang dipindahkan dapat melakukan usaha pada penghantar tersebut secara keseluruhan , walau fakta ini merupakan pengantar yang memadai bagi perilaku perngahantar panas dalam mesin listrik, beberapa hal esensila telah dihilangkan.

Read More

Usaha Dan Daya

     Gaya magnetik pada partikel bermuatan dan penghantar yang dilalui arus, berasal dari medan yang bersangkutan. Untuk melawan gaya-gaya ini untuk mencapai keseimbangan , harus dikerjakan gaya Fa yang sama besar tapi arahnya berlawanan. Jika terjadi gerakan, kerja yang dilakukan oleh gaya terakhir adalah

 

      Hasil positif pada integrasi ini berarti kerja telah dilakukan pada sistem dalam memindahkan partikel atau penghantar tadi dari kedudukan awal ke kedudukan akhir melawan medan. Karen gaya megnetik dan sebab itu juga Fa umum nya tak konservatif, untuk integrasi tadi haruslah dipastikan seluruh lintasan yang menghubungkan kedudukan mula dan  akhir panghantar ini.

Read More

Moment Magnetik Kumparan Sebidang

Pada kumparan belilitam tunggal dibidang z = 0 sepetri pada gambar. Dengan lebar w dalam arah x dan panjang l  dalam arah y. Terdapat medan B yang serbasama dalam arah  +X .  Gaya yang ada hanya pada sisi-sisi l  bagi sisi sebelah kiri

 

Dan untuk yang sebelah kanan

Lengan bagi torsi sekitar sumbu y  dan arus sebelah kiri adalah

 

ini hanya berubah untuk lengan torsi dari arus sebelah kanan. Torsi dari kedua elemen arus kemuadin menjadi

dengan A adalah luas kumparan. Dengan unkapan ini berlaku untuk kumparan dengan bentuk yang sembarang dan terhadap sumbu manapun yang sejajar dengan sumbu y.

     Moment magnetik m arus lingkar sebidang didefenisikan sebagai LAan dengan vektor satuan an  ditentukan dengan menerapkan aturan tangan kanan. Dapat dilihat pada torsi paa suatu kumparan sebidang dalam medan B adalah 



Konsep moment magnetik ini penting untuk memahami perilaku partikel bermuatan dalam gerakan mengorbitnya. Misalnya, muatan positif Q yang  bergerak dalam lintasan lingkaran pada kecepatan tetap U. 

Read More

Gaya Magnet Pada Elemen Arus

     Suatu situasi yang sering dijumpai adalal dimana suatu penghantar yang dilalui arus berada didalam medan magnetik eksternal. karena  I = d Q / dt, persamaan gaya differensial gaya tersebut dapat dituliskan 

dF = dQ ( E x U ) = ( I dt ) ( U x B ) = I(dl x B )

dimana dl = U dt adalah elemen panjang dalam arah arus I.  Kalau penghantarnya lurus dan medan tersebut konstant sepanjang arusnya, maka gaya differensial tadi dapat diintegralkan dengann hasil

   Gaya magnetik sebenarnya bekerja pada elektron-elektron yang membuat arus I  tadi. Namun karen elektron terikat pada pengantar, makan gaya efektifnya terpindah kekiri sisi penghantar yang lebih besar. Gaya yang dipindahkan dapat melakukan usaha pada penghantar tersebut yang lebih berat. 

    Gaya yang dipindahkan dapat melakukan usaha pada penghantar tersebut secara keseluruhan , walau fakta ini merupakan pengantar yang memadai bagi perilaku perngahantar panas dalam mesin listrik, beberapa hal esensila telah dihilangkan. 

Read More

BAHAYA LISTRIK STATIS

1. Petir

Petir disebabkan awan yang kelebihan elektron berada di atas atap sebuah gedung, maka gedung terinduksi menjadi bermuatan positif. Loncatan elektron terjadi dari awan ke atap gedung karena adanya gaya tarik-menarik antara keduanya. Peristiwa ini menyebabkan gedung disambar petir.Untuk menghindari sambaran petir, atap gedung dilengkapi dengan penangkal petir.Penangkal petir melindungi gedung dengan cara sebagai berikut :

Loncatan elektron dari awan mengalir melalui penangkal petir dan masuk ke dalam tanah. Jika molekul-molekul udara bermuatan listrik positif berkumpul di sekitar ujung runcing penangkal petir mengalir ke luar, maka muatan listrik induksi pada atap berkurang dan sebagian muatan negatif pada awan menjadi netral sehingga kemungkinan sambaran petir diperkecil.

2. Percikan Api

Putaran pada saat mobil truk berjalan menghasilkan muatan negatif yang diperoleh dari gesekan ban dengan jalan. Bagian dalam logam yang berdekatan dengan ban menjadi bermuatan positif dengan cara induksi. Hal ini dapat menimbulkan percikan api. Untuk menghindari peristiwa tersebut, truk pengangkut bensin atau bahan yang mudah terbakar lainnya dilengkapi dengan sepotong logam di bagian belakang mobil menyentuh tanah. Logam ini menghantarkan elektron dari tanah untuk menetralisir muatan positif yang ada di badan logam mobil sebelum terjadi percikan api.

3. Bahaya Listrik Statis di Pesawat

Listrik statis pesawat dibuang ke semua ujung dari struktur badan pesawat yaitu di atap sayap dan ekor bentuknya seperti penangkal petir berbentuk logam mencuat dan memanjang instrument pesawat sudah diproteksi sedemikian rupa tetapi bisa juga terjadi walaupun hanya berupa visual. Visual ini terlihat jika pesawat berada di ketinggian 30000 feet ke atas dan altimeter set ke 29.92Hg, partikel bebas dan ion2 di udara akan terkena gesekan body pesawat dan radiasi elektromagnetik dari sinyal HP akan meningkatkan sekian persen radiasi didalam pesawat, dimana sinyal HP akan dianggap sebagai radiasi dan diserap oleh struktur body dan dibuang ke setiap ujung badan pesawat, hal ini bisa mengakibatkan ujung-ujung pembuangan elektrostatis berpendar dan menyala sepeti kilat kecil. Hal ini memang tidak berbahaya, namun jika frekuensi HP sama dengan pesawat hal ini dapat menyebabkan mesin pesawat mati.

4. Bahaya Listrik Statis di Rel Kereta Api

Roda KA dari baja berjenis ferritic, mempunyai medan magnet yang sangat kuat. Medan magnet inilah yang dapat mengakibatkan mesin kendaraan mati di tengah rel kereta api. Biasanya kendaraan yang mudah mati adalah kendaraan berbahan bakar bensin karena kendaraan berbahan bakar bensin masih menggunakan platina dan CDI. Jika terkena medan magnet, maka pengapiannya akan terpengaruh sehingga mesin bisa mati. Sedangkan solar berbeda. Selain accunya di atas 12 volt juga tidak menggunakan platina.

5. Bahaya Listrik Statis di SPBU

Terjadi 29 kebakaran dimana kendaraan dimasuki kembali dan nozzle disentuh saat pengisian bahan bakar dari berbagai jenis merek dan model. Untuk menghindari hal ini jangan sekali-kali masuk kembali kedalam kendaraan anda saat pengisian bensin sedang berlangsung. Jika anda memang terpaksa harus masuk kembali kedalam kendaraan anda saat bensin dipompa, pastikan anda keluar, menutup pintu sambil menyentuh logam, sebelum anda menarik nozzle keluar. Dengan cara ini listrik statis dari tubuh anda akan dibuang sebelum anda menarik keluar nozzle.

Read More