Gelombang Elektromagnetik

Drs. Agus Purnomoaguspurnomosite.blogspot.com

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 menemukancara menghasilkan gelombang radio dan menentukan kelajuannya

Sketsa Gelombang Elektromagnetik

Sifat-sifat Gelombang

Elektromagnetik1. 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

Jangkauan frekuensi cukup luas, memiliki 2 jenis

modulasi, yaitu AM (jangkauan luas) dan FM (jangkauan

sempit).

SPEKTRUM GELOMBANG

ELEKTROMAGNETIK

2. Gelombang Mikro

Digunakan untuk alat-alat elektronik, alat

komunikasi, alat memasak (oven) dan radar.

SPEKTRUM GELOMBANG

ELEKTROMAGNETIK

3. Sinar Inframerah

Dihasilkan oleh molekul dan benda panas, digunakan di

bidang industri, medis, dan astronomi (pemotretan bumi

dari satelit).

SPEKTRUM GELOMBANG

ELEKTROMAGNETIK

4. Sinar Tampak (Cahaya)Adalah sinar yang dapat membantu penglihatan kita. Perbedaan frekuensi cahaya menimbulkan spektrum warna cahaya

SPEKTRUM GELOMBANG

ELEKTROMAGNETIK

Dihasilkan dalam atom-atom dan molekul-molekuldalam loncatan listrik. Matahari adalah sumber utamasinar ini. Dibidang industri digunakan untuk prosessterilisasi.

SPEKTRUM GELOMBANG

ELEKTROMAGNETIK

6. Sinar Xdisebut 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.

SPEKTRUM GELOMBANG

ELEKTROMAGNETIK

7. Sinar GammaMerupakan gelombang elektromagnetik dengan panjanggelombang terpendek dan frekuensi tertinggi, dihasilkandari inti atom yang tidak stabil ataupun sinar kosmis.Daya tembus sangat besar, mampu menembus pelattimbal.

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

ELF3–30 Hz

100,000 km – 10,000 kmCommunication with submarines

SLF30–300 Hz

10,000 km – 1000 kmCommunication with submarines

ULF300–3000 Hz

1000 km – 100 kmCommunication within mines

VLF3–30 kHz

100 km – 10 km

Submarine communication, avalanche beacons, wireless heart rate

monitors, geophysic

LF30–300 kHz

10 km – 1 kmNavigation, time signals, AM longwave broadcasting, RFID

MF 300–3000 kHz

1 km – 100 mAM (Medium-wave) broadcasts

HF3–30 MHz

100 m – 10 m

Shortwave broadcasts, amateur radio and over-the-horizon aviation

communications, RFID

VHF30–300 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

UHF300–3000 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

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 FMadalah cara memodulasi suaranya. GelombangFM mempunyai range tambahan sebesar plus455 KHz. Jadi, jika ada frekeensi radio 88.00FM, sebenarnya dia menggunakan frekuensi88.00 MHz + 455 KHz. Mengapa ada tambahan455 KHz? Nah, gelombang FM itu memodulasisuara secara digital. Jadi, gelombang suaraaudio itu dicacah secara digital sesuai frekuensiaudio (batas ambang telinga antara 6 Hz - 20KHz). Setelah dicacah secara digital (tambahan455 KHz tadi, sebagai digital audiobuffer), sinyal digital tsb. di-mix dengangelombang radio (carrier) yang berfrekuensi88.0 MHz tadi, kemudian dilempar ke udaraterbuka. Bagaian yang penting dari sistempemancar FM adalah antena, salurantransmisi, 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 MikroName Frequency and Wavelengths Aplications

SHF3–30 GHz

100 mm – 10 mmmicrowave devices, wireless LAN, most modern Radars

EHF30–300 GHz

10 mm – 1 mmRadio 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.

PENERAPAN TEKNOLOGI

PENERAPAN TEKNOLOGI

Kecepatan gelombang elektromagnetik

sama dengan kecepatan cahaya

yang dirumuskan :

oo

c .

1

o = 8.85 x 10-12 C2/Nm2

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)

.fc

Contoh Soal:

Sebuah gelombang radio dipancarkan pada frekuensi 150 MHz. Tentukan panjang gelombang yang dipancarkan!

Jawab:

Hzx

smx

f

c

fc

4

8

1015

/103

.

m2000

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

cB

E

B

E

m

m

t)-(kx cos

t)-(kx cos

mx

my

BB

EE

3. Rapat Energi Listrik dan Magnetik

Rapat energi listrik dan magnetik dinyatakan dengan :

Dengan :

ue = rapat energi listrik (J/m3)

ε0 = 8,85 x 10-12 C2 N-1m-2

E = kuat medan listrik (N/C)

uB = rapat energi magnetik (J/m3)

B = besar induksi magnetik (Wb/m2)

μ0 = 4π x 10-7 Wb/A

2

02

1 Eue

0

2

2

Bu

B

4. Intensitas GEM

Intensitas GEM atau laju energi yg dipindahkan melalui GEM disebut pointing (S).

Dengan intensitas rata-rata :

BxES

0

1

0

2

0

)(cos

tkxBEEBS

mm

02

mmBE

S

Hubungan Intensitas Gelombang dengan Energi Rata-rata

Dengan menggunakan hubungan dan

rapat energi magnetik adalah

Rapat energi total adalah

c

EB

00

1

c

eBuE

EcEBu

2

0

0

00

2

0

22

0

2

2

1

22

/

2

0

2

2

Buuuu

BeB

Rapat energi total rata-rata adalah

Intensitas gelombang (laju energi rata2 per m2) yg dipindahkan melalui GEM sama dg rapat enrgi rata2 dikalikan dengan cepat rambat cahaya.

Dengan :I = intensitas radiasi (W/m2)S = intensitas gelombang = laju energi rata2 per m2 (W/m2)P = daya radiasi (W)A = luas permukaan (m2)

c

BEu

mm

02

ucS

0

2

0

2

0222

mmmmcB

c

EBE

A

PIS

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

7

0

8

Jika diketahui : 4 10 W b/A.m

dan 3 x 10 m /s c

• Jawab

Medan magnetik maksimum :

E=2,3 V/m

r = 8 m

Intensitas rata-2 :

Daya sumber :

r : jarak sumber ke titik yang dimaksud.

m

m

EB

c

2 2

0 02 2

m mcB E

Ic

2 4P I A r I

29

8/ 107,7

10.3

3,2mWbx

c

EB

m

m

23

78

2

0

2

/ 1001,710410.32

3,2

2mwattx

xxc

EI

m

2 2 3

4 4 8 .7 , 01.10 5, 6 P r I watt

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

kW, hitunglah : intensitas sinyal yang

diterima di -Centauri -Centauri

r

• Jawab

8

15

1 tahun cahaya (3 x 10 )(365 x 24 x 3600 )

9,4608 x 10

m

ss

m

6

2 16 2

29 2

10

4 4(3,14)(4, 07 x 10 )

4, 8 x 10 w att/m

P PI

A r

3. Ketika Badu berjalan menjauhi lampu jalanan

sejauh 9 meter, dia mengukur intensitas

cahaya disitu sebesar 0,8 kali intensitas mula-

mula. Jika tinggi lampu 6 meter, berapakah

jarak Badu (mendatar) dari lampu mula-mula?

y = 6 m r

ro

x= ? 9 m

• Jawab

2

22 2 2

0

2 2 2 2

0 0 0

2

2

2

22

1,2

4

/ 4

/ 4 ( 9)

360, 8

18 117

72 288 0

72 ( 72) 4.1.( 288)4

2 2

75, 8

PI

r

rI P r x y

I P r r x y

x

x x

x x

b b acx

a

x m

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 :

8

6

.

3 x 1011, 8 m

4 x 6, 375 x 10

c f

cf

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 kW

agar intensitas panas yang dirasakan Amir

sama dengan intensitas matahari.

Jawab :

2135 /W m

2

2

4

9000, 53

4 4(3.14)(135)

0, 73 m

PI

r

Pr

I

r

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 rata2 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-rata pada jarak 1 m dari sumber

c. Tentukan intensitas gelombang pada lokasi tsb

aguspurnomosite.blogspot.com