Dokumen tersebut membahas tentang gelombang elektromagnetik, mulai dari hipotesis Maxwell tentang sifat gelombang elektromagnetik, bukti eksperimen Hertz, spektrum gelombang elektromagnetik, hingga karakteristik dan aplikasi setiap jenis spektrum tersebut.

1. BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Tsunami yang terjadi di Aceh merupakan hasil gerakan lempeng bumi,
Gerakan ini menyebabkan getran yang energinya merambat ke permukaan air,yang
menyebabkan gelombang sangat besar. Gelombang ini disebut gelombang mekanik.
Gelombang mekanik merupakan gelombang yang memerlukan medium untuk
perambatannya.. Selain gelombang mekanik,terdapat gelombang yang dalam
perambatannya tidak memerlukan medium, yaitu gelombang elektromagnetik.
Dewasa ini, penggunaan gelombang elektromagnetik semakin luas. Sitem
komunikasi radio,televisi,telepon genggam, dan radar merupakan contoh penggunaan
gelombang elektromagnetik. Dunia terasa begitu kecil sehingga berbagai peristiwa
yang terjadi di belahan bumi, tidak peduli jauhnya , dapat segera diketahui dan
disebarluaskan melalui sarana yang memanfaatkan gelombang elektromagnetik,
bahkan dunia di luar bumi.
Oleh karena itu, berdasarkan blatar belakang tersebut pada kesempatan kali
ini penulis akan membahas tentang Gelombang elektromagnetik mulai dari
terbentukmya, sifat-sifatnya , hingga jenis-jenis spektrumnya.
B. Rumusan Masalah
Adapun beberapa rumusan masalah dalam makalah ini :
1. Apa yang dimaksud dengan Gelombang Elektromagnetik ?
2. Bagaimana terjadinya Gelombang Elektromagnetik ?
3. Apa saja yang termasuk ke dalam Gelombang Elektromagnetik ?
4. Bagaimana penggunaan Gelombang Elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari
?
5. Bagaimana besar energi pada gelombang elektromagnetik ?

2. BAB II
ISI
A. HIPOTESIS MAXWELL
Teori gelombang elektromagnetik kali pertama dikemukakan oleh James Clerk
Maxwell (1831–1879). Ini berawal dari beberapa hukum dasar yang telah dipelajari,
yakni Hukum Coulomb, Hukum Biot-Savart atau Hukum Ampere, dan Hukum
Faraday. Hukum Coulomb memperlihatkan bagaimana muatan listrik dapat
menghasilkan medan listrik, Hukum Biot-Savart atau Hukum Ampere menjelaskan
bagaimana arus listrik dapat menghasilkan medan magnet, dan Hukum Faraday
menyatakan bahwa perubahan medan listrik dapat menghasilkan gaya gerak listrik
(GGL) induksi. Maxwell melihat adanya keterkaitan yang sangat erat antara gejala
kelistrikan dan kemagnetan. Ia mengemukakan bahwa jika perubahan medan
magnetik menghasilkan medan listrik, seperti yang dikemukakan oleh hukum
Faraday, dan hal sebaliknya dapat terjadi, yakni perubahan medan listrik dapat
menimbulkan perubahan medan magnet.
Maxwell menurunkan beberapa persamaan yang berujung pada hipotesis-nya
mengenai gelombang elektromagnetik. Persamaan tersebut dikenal sebagai Persamaan
Maxwell, tetapi Anda tidak perlu menurunkan atau membahas secara mendalam
persamaan tersebut. Menurut Maxwell, ketika terdapat perubahan medan listrik ( E),
akan terjadi perubahan medan magnetik (B ). Perubahan medan magnetik ini akan
menimbulkan kembali perubahan medan listrik dan seterusnya. Maxwell menemukan
bahwa perubahan medan listrik dan perubahan medan magnetik ini menghasilkan
gelombang medan listrik dan gelombang medan magnetik yang dapat merambat di
ruang hampa.Gelombang medan listrik (E) dan medan magnetik ( B) inilah yang
kemudian dikenal dengan nama gelombang elektromagnetik.
Peramatan gelombang elektromagnetik dapat dilihat pada gambar di atas.
Perhatikan bahwa arah getar dan arah rambat gelombang medan listrik dan medan
magnetik saling tegak lurus sehingga gelombang elektromagnetik termasuk
gelombang transversal. Akan tetapi, gelombang elektromagnetik adalah gelombang
medan dan bukan gelombang partikel, sperti pada air atau pada tali. Oleh karena
gelombang medan inila, gelombang elektromagnetik dapat merambat di ruang hampa.

3. Kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik bergantung pada
permitivitas listrik dan permeabilitas magnetik medium. Maxwell menyatakan bahwa
kecepatann gelombang elektromagnetik memenuhi persamaan :
𝑐 =
1
√ 𝜀𝜇
Dengan : 𝜀 = permitivitas listrik medium
𝜇 = permeabilitas magnetik medium di ruang hampa
𝜀 = 𝜀0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2, dan
𝜇 = 𝜇0 = 4π x 10-7 Ns2/C2
Maka kecepatan gelombang elektromagnetik :
𝑐 =
1
√ 𝜀0 𝜇0
=
1
√(8,85 x 10−12)(4πx10−7)
= 3 x 108 m/s
Besar kecepatan gelombang elektromagnetik di ruang hampa sama dengan
kecepatan cahaya yang terukur.
B. BUKTI HIPOTESI MAXWELL (EKSPERIMEN HERTZ)
Anda telah mempelajari hipotesis Maxwell tentang gelombang
elektromagnetik. Apakah Anda ingin mengetahui pembuktian dari hipotesis Maxwell
tersebut? Pada subbab ini, Anda akan mempelajari tentang bukti hipotesis Maxwell
melalui eksperimen yang dilakukan oleh Heinrich Hertz . Kecepatan perambatan
gelombang elektromagnetik di ruang hampa yang dihitung oleh Maxwell, memiliki
besar yang sama dengan kecepatan perambatan cahaya. Berdasarkan hasil ini,
Maxwell mengemukakan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.
Gagasan ini secara umum diterima oleh para ilmuwan, tetapi tidak sepenuhnya hingga
akhirnya gelombang elektromagnetik dapat dideteksi melalui eksperimen.
Gelombang elektromagnetik kali pertama dibangkitkan dan di deteksi melalui
eksperimen yang dilakukan oleh Heinrich Hertz (1857-1894) pada tahun 1887,
delapan tahun setelah kematian Maxwell, Hertz menggunakan peralatan, seperti
gambar berikut :
Ketika sakelar S digetarkan, induktor (kumparan) Ruhmkorf meng-
induksikan pulsa tegangan pada kumparan kedua yang terhubung pada dua buah
elektrode bola. Akibatnya, muatan listrik loncat secara bolak-balik dari satu bola ke
bola lainnya dan menimbulkan percikan. Ternyata, kedua elektrode bola pada cincin
kawat di sebelahnya juga menampakkan percikan. Ini menunjukkan bahwa energi

4. gelombang yang dihasilkan oleh gerak bolak-balik muatan pada kedua elektrode
pertama telah berpindah kepada elektrode kedua pada cincin kawat. Gelombang ini
kemudian diukur kecepatannya dan tepat sama dengan hasil perhitungan Maxwell,
yakni 3 × 108 m/s.
Selain itu, gelombang ini juga menunjukkan semua sifat cahaya seperti
pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, dan polarisasi. Hasil eksperimen Hertz
ini merupakan pembuktian dari teori Maxwell.
Sifat-sifat gelombang elektromagnetik yang didasarkan dari eksperimen, yaitu sebagai
berikut.
1. Merupakan perambatan getaran medan listrik dan medan magnet yang saling
tegak lurus terhadap arah rambatnya dan termasuk gelombang transversal,
2. Tidak bermuatan listrik sehingga tidak dipengaruhi atau tidak dibelokkan oleh
medan listrik atau medan magnet,
3. Tidak bermassa dan tidak dipengaruhi medan gravitasi,
4. Merambat dalam lintasan garis lurus,
5. Dapat merambat di ruang hampa,
6. Dapat mengalami pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, serta polarisasi,
dan
7. Kecepatannya di ruang hampa sebesar 3 × 108 m/s.
C. SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Jauh sebelum Maxwell meramalkan gelombang elektromagnetik, cahaya telah
dipandang sebagai gelombang. Akan tetapi, tidak seorang pun tahu jenis gelombang
apakah cahaya itu. Baru setelah adanya hasil perhitungan Maxwell tentang kecepatan
gelombang elektromagnetik dan bukti eksperimen oleh Hertz, cahaya dikategorikan
sebagai gelombang elektromagnetik.
Tidak hanya cahaya yang termasuk gelombang elektromagnetik melainkan
masih banyak lagi jenis-jenis yang termasuk gelombang elektromagnetik. Gelombang
elektromagnetik telah dibangkitkan atau dideteksi pada jangkauan frekuensi yang
lebar. Jika diurut dari frekuensi terbesar hingga frekuensi terkecil, yaitu sinar gamma,
sinar-X, sinar ultraviolet, sinar tampak (cahaya), sinar inframerah, gelombang mikro
(radar), gelombang televisi, dan gelombang radio. Gelombang-gelombang ini disebut
spektrum gelombang elektromagnetik. Jangkauan frekuensi spektrum gelombang
elektromagnetik ditunjukkan pada gambar berikut :
Tabel Spektrum Gelombang Elektromagnetik

5. D. KARAKTERISTIK DAN APLIKASI GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
Spektrum gelombnag elektromagnetik tampak memiliki warna yang berbeda-
beda. Warna ini disebabkan perbedaan frekuensi gelombang. Berdasarkan frekuensi
gelombang inilah dapat diketahui sifat/karakteristik gelombang. Rentang frekuensi
tertinggi (sinar gamma) hingga frekuensi rendah (radio) serta aplikasi setiap spektrum
gelombang elektronik adalah sebagai berikut :
1. Gelombang Sinar Gamma
Sinar gamma merupakan gelombang elek-tromagnetik yang
mempunyai frekuensi tertinggi dalam spektrum gelombang
elektro-magnetik, yaitu antara 1020 Hz sampai 1025 Hz.
Panjang gelombangnya berkisar antara 10-5 nm sampai 0,1
nm. Sinar gamma berasal dari radioaktivitas nuklir atau atom-
atom yang tidak stabil dalam waktu reaksi inti. Sinar gamma
memiliki daya tembus yang sangat kuat, sehingga mampu
menembus logam yang memiliki ketebalan beberapa

6. sentimeter. Jika diserap pada jaringan hidup, sinar gamma akan menyebabkan efek
yang serius seperti mandul dan kanker.
2. Sinar X
Sinar X mempunyai frekuensi anata 1016Hz sampai 1020Hz. Panjang gelombangnya
10-11 sampai 10-8 m. Sinar x ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun
1895. Untuk menghormatinya sinar-X juga disebut sinar rontgen. Sinar-X dihasilkan
dari elektron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit elektron atom atau dapat
dihasilkan dari elektron dengan kecepatan tinggi yang menumbuk logam. Sinar-X
banyak dimanfaatkan dalam bidang kedokteran seperti untuk memotret kedudukan
tulang, dan bidang industri dimanfaatkan untuk menganalisis struktur kristal.
Sinar-X mempunyai daya tembus yang sangat kuat. Sinar ini mampu
menembus zat padat seperti kayu, kertas, dan daging manusia. Pemeriksaan anggota
tubuh dengan sinar-X tidak boleh terlalu lama, karena membahayakan.
3. Sinar Ultraviolet
Sinar ultraviolet merupakan gelombang elektromagnetik yang mempunyai
frekuensi antara 1015 Hz sampai 1016 Hz. Panjang gelombangnya antara 10 nm sampai
100 nm. Sinar ultraviolet dihasilkan dari atom dan molekul dalam nyala listrik. Sinar
ini juga dapat dihasilkan dari reaksi sinar matahari.
Sinar ultraviolet dari matahari dalam kadar tertentu dapat merangsang badan
Anda menghasilkan vitamin D . Secara khusus, sinar ultra violet juga dapat
diaplikasikan untuk membunuh kuman. Lampu yang menghasilkan sinar seperti itu
digunakan dalam perawatan medis. Sinar ultraviolet juga dimanfaatkan dalam bidang
perbankan, yaitu untuk memeriksa apakah tanda tangan Anda di slip penarikan uang
sama dengan tanda tangan dalam buku tabungan.
4. Cahaya tampak

7. Cahaya tampak mempunyai frekuensi
sekitar 1015Hz. Panjang gelombangnya
antara 400 nm sampai 800 nm. Mata
manusia sangat peka terhadap radiasi
sinar tersebut, sehingga cahaya tampak
sangat membantu penglihatan manusia.
Panjang gelombang sinar tampak yang
terpendek dalam spektrum ber-
sesuaian dengan cahaya violet (ungu) dan yang terpanjang bersesuaian dengan cahaya
merah. Semua warna pelangi terletak di antara kedua batas tersebut. Perhatikan tabel
berikut!
Tabel Spektrum,Panjang, dan Frekuansi Gelombang
Salah satu aplikasi dari cahaya tampak adalah penggunaan sinar laser dalam
serat optik pada bidang telekomunikasi.
5. Infra red ray
Sinar Infra merah mempunyai frekuensi anatara 1011Hz
sampai 1014Hz. Panjang gelombangnya lebih panjang/ besar
dari pada cahaya tampak. Frekuensi gelombang ini
dihasilkan oleh getaran-getaran elektron pada suatu atom
atau bahan yang dapat memancarkan gelombang
elektromagnetik pada frekuensi khas.
Di bidang kedokteran, radiasi inframerah
diaplikasikan sebagai terapi medis seperti penyembuhan
penyakit encok dan terapi saraf. Pada bidang militer, dibuat teleskop infrared yang
digunakan melihat di tempat yang gelap atau berkabut. Hal ini mungkin karena sinar
infra merah tidak banyak dihamburkan oleh partikel udara. Selain itu, sinar infra
merah dibidang militer dimanfaatkan satelit untuk memotret permukaan bumi
meskipun terhalang oleh kabut atau awan. Di bidang elektronika, infra merah
dimanfaatkan pada remote kontrol peralatan elektronik seperti TV dan VCD. Unit
kontrol berkomunikasi dengan peralatan elektronik melalui reaksi yang dihasilkan
oleh dioda pancar cahaya (LED).

8. 6. Radar atau Gel ombang Mikro
Gelombang mikro merupakan gelombang
elektromagnetik dengan fre-kuensi sekitar 1010 Hz.
Panjang gelombangnya kira-kira 3 mm. Gelombang
mikro ini dimanfaatkan pada pesawat radar (radio
detection and ranging ).
Gelombang radar diaplikasikan untuk mendeteksi
suatu objek, memandu pendara-tan pesawat terbang,
membantu pengamatan di kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca
kabut, serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat. Misalnya, jika radar
memancarkan gelom-bang mikro mengenai benda, maka gelom-bang mikro akan
memantul kembali ke radar. Selang waktu antara pemancaran dan peneri-maan radar
adalah Δt , kecepatan perambatan radar c, maka jarak sasaran dari pemancar radar
dapat ditentukan dengan persamaan berikut.
𝑠 = 𝑐 𝑥
∆𝑡
2
Keterangan :
s = jarak sasaran dari pemancar radar (m)
c = kecepatan perambatan radar (m/s)
Δt = selang waktu dipancarkan dan diterima radar (s)
7. Gelombang Radio dan Televisi
Gelombang radio mempunyai frekuensi antara 104Hz sampai 109Hz. Gelombang
televisi frekuensinya sedikit lebih tinggi dari gelombang radio. Gelombang ini
diaplikasikan sebagai alat komunikasi, sebagai pembawa informasi dari satu tempat
ke tempat lain.
a. Gelombang Radio FM
Gelombang radio FM dan mempunyai frekuensi sekitar 108Hz. Radio FM
menggunakan gelombang ini sebagai pembawa berita/informasi. Informasi dibawa
dengan cara frekuensi modulasi (FM). Pemancar FM lebih jernih jika
dibandingkan dengan pemancar AM. Hal ini dikarenakan gelombang radio FM
tidak terpengaruh oleh gejala kelis-trikan di udara. Gelombang radio FM tidak
dapat dipantulkan oleh ionosfer bumi, sehingga tidak dapat menjangkau tempat-
tempat yang jauh di permukaan bumi. Supaya jangkauan gelombang jauh
diperlukan stasiun penghubung (relai), yang ditempatkan di satelit atau di
permukaan bumi.
b. Gelombang Radio AM
Informasi yang dipancarkan oleh antena yang berupa suara dibawa
gelombang radio berupa perubahan amplitudo yang disebut amplitudo modulasi
(AM). Gelombang AM mempunyai frekuensi antara 10 4 Hz sampai 10 7 Hz.
Gelombang tersebut memiliki sifat mudah dipantulkan oleh lapisan ionosfer bumi,

9. sehingga mampu mencapai jangkauan yang sangat jauh dari stasiun pemancar
radio. Kelemahan gelombang radio AM adalah sering terganggu oleh gejala
kelistrikan di udara, sehingga gelombang yang ditangkap pesawat radio kadang
terdengar berisik.
c. Gelombang Televisi
Gelombang televisi lebih tinggi frekuensinya dari gelombang radio FM.
Sebagaimana gelombang radio FM, gelombang televisi membawa informasi
gambar dan suara. Gelombang ini tidak dipantulkan oleh ionosfer bumi,sehingga
diperlukan penghubung dengan satelit atau di permukaan bumi untuk tempat yang
sangat jauh
ENERGI DALAM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
1. HUBUNGAN KUAT MEDAN LISTRIK DENGAN MEDAN MAGNETIK
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang
transversal yang terdiri dari osilasi medan listrik, medan
magnetik, yang satu sama lain saling tegak lurus dan
berubah secara periodik, seperti pada Gambar 2.2. Arah
perambatan gelombang elektromagnetik dalam sumbu x
positif, sedangkan sumbu y menunjukkan arah rambat
medan listrik E, dan sumbu z merupakan arah
perambatan medan magnet B.
Berdasarkan persamaan Maxwell, diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik adalah
suatu gelombang sinusoida dengan medan listrik E dan medan magnet B berubah terhadap
jarak x dan waktu t menurut persamaan:
Em dan Bm adalah nilai maksimum amplitudo medan listrik dan medan magnetik.
Konstanta k disebut bilangan gelombang (wave number), yang nilainya setara dengan
2𝜋
𝜆
,
dengan 𝜆 adalah panjang gelombang. Adapun 𝜔 = 2𝜋𝑓 , dengan f adalah frekuensi
getaran. Sehingga diperoleh:
Turunan parsial
𝜕𝐸
𝜕𝑥
dari persamaan (2.2), berarti t dianggap bilangan tetap, dan turunan
parsial
𝜕𝐵
𝜕𝑡
dari persamaan (2.3), berarti x dianggap tetap, sehingga:

10. Persamaan gelombang elektromagnetik seperti persamaan (2.2) dan (2.3) harus memenuhi
hubungan:
Dari persamaan (2.5) dan (2.6), maka:
karena
𝜔
𝑘
= c, dari persamaan (2.4) maka:
Dapat disimpulkan bahwa setiap saat, nilai perbandingan antara amplitudo medan listrik
dengan amplitudo medan magnetik dari suatu gelombang elektromagnetik adalah sama
dengan cepat rambat cahaya.
2. RAPAT ENERGI LISTRIK DAN RAPAT ENERGI MAGNETIK
Energi yang tersimpan dalam sebuah kapasitor merupakan usaha untuk muatan
listrik. Demikian pula untuk mengisi kapasitor dari keadaan kosong (nol) sampai
bermuatan q diperlukan sejumlah energi. Besar energy tersebut dirumuskan:
dengan:
W= energi yang tersimpan
(joule)
V =beda potensial (volt)
q = jumlah muatan (coulomb)
C = kapasitas kapasitor (farad)
Karena C=q.V, maka
berlaku :

12. Apabila kapasitor keping sejajar mempunyai luas penampang A dan jarak antara kedua keping
adalah d, maka kapasitasnya dinyatakan:
Sementara itu, medan listrik E dinyatakan dengan:
V = E.d
Dengan demikian,
Hasil kali luas keping A dan jarak antara kedua keping d sama dengan volume kapasitor V,
sehingga energy yang tersimpan dalam kapasitor adalah:
Rapat energi listrik (ue )adalah energi per satuan volume, maka:
Rapat energi magnetik atau energi magnetik per satuan volume (um ), merupakan perbandingan
antara energi yang tersimpan dalam solenoida dengan volumenya.
3. INTENSITAS GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

13. Intensitas gelombang elektromagnetik atau laju energy yang dipindahkan melalui
gelombang elektromagnetik disebut pointing (lambang S). Secara vektor, pointing didefinisikan
sebagai:
Arah S adalah searah dengan arah perambatan gelombang elektromagnetik, dan dinyatakan
dalam satuan W/m2 . Karena E dengan B saling tegak lurus (sin 90o= 1), sesuai dengan
persamaan gelombang bidang elektromagnetik, maka secara skalar persamaan (2.10) dapat
ditulis menjadi:
Persamaan (2.14) menunjukkan bahwa energy gelombang elektromagnetik terdiri atas energi
medan listrik dan energi medan magnetik. Rapat energi sesaat total (u)dari gelombang
elektromagnetik adalah jumlah rapat energy medan listrik dan medan magnetik. Jumlah rapat

14. energy medan listrik dan medan magnetik merupakan rapat energy total gelombang
elektromagnetik (u).
Jadi, laju rata-rata per m3 yang dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik sama dengan
rapat energi ratarata dikalikan dengan cepat rambat cahaya.

15. BAB III
PENUTUP
A. KESIMPULAN
Dari pembahasan pada bab sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa
1. Gelombang Elektromagnetik adalah Merupakan perambatan getaran medan listrik
dan medan magnet yang saling tegak lurus terhadap arah rambatnya dan termasuk
gelombang transversal
2. Gelombang Elektromagnetik terjadi ketika adanya perubahan medan listrik dan
perubahan medan magnetik ini menghasilkan gelombang medan listrik dan
gelombang medan magnetik yang dapat merambat di ruang hampa.
3. Gelombang Elektromagnetik terbagi dalam beberapa spektrum berdasarkan nilai
frekuensinya yaitu dari frekuensi kecil ke frekuensi besar dengan urutan Sinar X,
Sinar Gamma, Ultraviolet, Cahaya tampak, Infrared, Gelombang radar, dan
gelombang Mikro
4. Energi Gelombang Elektromagnetik besarnya sama dengan E = mc2.
BAB IV
DAFTAR PUSTAKA
Budiyanto , Joko .2009. Fisika. Jakarta : BSE
Saripudin Aip, dkk. 2009. Praktis Belajar Fisika 1 Kelas X. Jakarta: BSE