gelombang elektromagnetik

1. MAKALAH MATA KULIAH GELOMBANG
“GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK”
Disusun oleh:
1. Fitriyana (NIM. 06091011039)
2. Feni Kurnia (NIM. 06091011035)
3. Dwi Agustine A (NIM. 06091011
4. Indri Pratiwi (NIM. 06091011
5. Dian fatriyani Pertiwi (NIM. 06091011036)
6. Fika Nurul Hidayati (NIM. O6o91011038)
7. Revi Celviani (NIM. 06091011037)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2011

2. GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Pengertian Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat
Medan listrik
walau tidak ada medium. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang
transversal yang gangguannya berupa medan listrik E dan medan magnet B saling
tegak lurus dan keduanya tegak lurus arah rambat gelombang. Karena gangguan
gelombang elektromagenik adalah medan listrik dan medan magnetik maka
gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam vakum. Semua jenis
gelombang elektromagnetik merambat dalam vakum dengan kecepatan sama yaitu
c = 3 x 108 m/s yang disebut denan tetapan umum.
Medan Magnet
Y
X
Arah Gelombang
Z
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang
gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar spectrum
elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam
satuan _m) mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang
gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi
yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti
radiasi X-ray dan Gamma Ray.
1. Gelombang Radio
Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau
frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah

3. atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan
dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan oleh
muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-
muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator.
Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula.
Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio akan
mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi bunyi.
2. Gelombang mikro
Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan
frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh
sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan
menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang
waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave
oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis.
Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio
Detection and Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah
benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat
pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat glombang elektromagnetik c
= 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan
penerimaan.
3. Sinar Inframerah
Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau
daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. jika kamu memeriksa
spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang
dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung
spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum
merah itu disebut radiasi inframerah.
Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang
bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan
sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada
suhu dan warna benda.

4. 4. Cahaya tampak
Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh
kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik
yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi
tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk
cahaya violet (ungu) sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya
salah satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang
telekomunikasi dan kedokteran.
5. Sinar Ultraviolet
Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016
Hz atau dalam daerah panjang gelombagn 10-8 m 10-7 m. gelombang ini
dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber
utama yang memancarkan sinar ultraviolet dipermukaan bumi,lapisan ozon yang
ada dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan
meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan makluk hidup
dibumi.
6. Sinar X
Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz . panjang
gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm sampai 10 cm. meskipun seperti itu tapi
sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal
beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm.
7. Sinar Gamma
Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz atau
panjang gelombang antara 10 cm sampai 10 cm. Daya tembus paling besar, yang
menyebabkan efek yang ser jika diserap oleh jaringan tubuh.

5. Frekuensi
semakin
Tinggi
Gel radio gel mikro inframerah sinar tampak UV sinar X sinar
Panjang
gelombang
semakin Besar
Sifat-Sifat Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
1. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang tanpa medium
2. Gelombang Elektromagnetik merupakan gelombang transversal.
3. Gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan listrik sehingga
bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik.
4. Gelombang elektromagnetik 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.

6. Konsep Gelombang Elektromagnetik
Keberadaan gelombang elektromagnetik didasarkan pada hipotesis
Maxwell “James Clark Maxwell ” dengan mengacu pada 3 fakta relasi antara
listrik dan magnet yang sudah ditemukan :
a. 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)
b. percobaan Faraday yang berhasil membuktikan batang konduktor yang
menghasilkan GGL induksi pada kedua ujungnya bila memotong medan
magnet
c. percobaan Faraday yang menunjukkan perubahan fluks magnetik pada
kumparan menghasilkan arus induksi dalam kuparan tersebut
Didasarkan pada penemuan Faraday “Perubahan Fluks magnetik dapat
menimbulkan medan listrik” dan arus pergeseran yang sudah dihipotesakan
Maxwell sebelumnya, maka Maxwell mengajukan suatu hipotesa baru : “Jika
perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka perubahan Fluks
listrik juga harus dapat menimbulkan medan magnet” Hipotesa ini dikenal
dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet.
Bila Hipotesa Maxwell benar, konsekuensinya perubahan medan listrik
akan mengakibatkan medan magnet yang juga berubah serta sebaliknya dan
keadaan ini akan terus berulang. Medan magnet atau medan listrik yang muncul
akibat perubahan medan listrik atau medan magnet sebelumnya akan bergerak
(merambat) menjauhi tempat awal kejadian. Perambatan medan listrik dan medan
magnet inilah yang disebut sebagai gelombang elektromagnetik. Kebenaran
Hipotesa Maxwell tentang adanya gelombang elektromagnetik pada akhirnya
dibuktikan oleh “ Heinrich Hertz”

7. Maxwell menyatakan bahwa gangguan pada gelombang elektromegnetik
berupa meda listrik dan medang magnetik yang selalu saling tegak lurus, dan
keduanya tegak lurus terhadap arah rambatan gelombang.
Rumus cepat rambat gelombang elektromagnetik Maxwell:
c : cepat rambat gelombang elektromagnetik = 2,99792 x 108 m/s = 3 x 108 m/s
: permeabilitas vakum = 4 x 10-7 Wb A-1 m-1
: permitivitas vakum = 8,85418 x 10-12 C2N-1m-2
Pada pembicaraan kita mengenai gelombang elektromagnetik, kita batasi
pada gelombang elektromagnetik yang mempunyai medan listrik sejajar sumbu
Y, induksi magnetik sejajar sumbu Z dan tegak lurus , sedangkan sumbu x
adalah arah rambat.
Y+
A D Vektor medan listrik dar gelombang
elektromegnetik sejajar sumbu y
dy
E Sumbu x merupakan arah
C rambatgelombang elektromagnetik
B dx
x+
Z+

8. Ambil kontur : ABCDA pada medan listrik, maka:
Menurut hukum Henry Farady
Y+
x+
B P S
Q R
Z+
Vektor induksi magnetik dari gelombang elektromagnetik sejajar sumbu Z, sumbu X
mrupakan arah rambat
Lihat kontur PQRSP pada bidang X-Z (medan magnet) pada gambar di atas.

9. Menurut hukum Ampere- Maxwell:
Jika (pers.1) kita turunkan terhadap x:
Dan (pers.2) kita turunkan tehadap t:
Kita peroleh:
(Pers.3) menunjukkan bahwa medan listrik merambat sepanjang sumbu x dengan
kecepatan:

10. Jika (pers.1) kita turunkan terhadap t:
Dan (pers.2)kita turunkan terhadap x:
(Pers.4) menunjukkan bahwa mwwdan magnet merambat sepanjang sumbu x
dengan kecepatan
diberi notasi c (cepat rambat cahaya dalam vakum), karena secara
eksperimen, henry Hertz mandapatkan bahwa , sama
denagn cepat rambat cahaya dalam vakum. (Pers.3) dan (pers.4) mempunyai
solusi umum :
(per. 5)
(pers.6)
Gelombang dari medan listrik dan medan magnet mempunyai fase sama, E
dan B adalah amplitudo dari masing-masing gelombang dan mempunyai
hubungan sebagai berikut.
Apabila (pers.5) dan (pers.6) masing-masing kita turunkan terhadap x dan t:

11. Sedangkan menurut (pers.1) :
Hubungan Antara Amplitudo Kuat Medan Listrik dan Amplitudo Kuat
Medan Magnet
Berdasarkan persamaan maxwell, solusi terbaik dari gelombang bidang
elektromagnetik adalah suatu gelombang E dan B berubah terhadap x dan t seusai
dengan persamaan:
E = Em cos (kx-ωt) ; dengan
B = Bm cos (kx-ωt)
Ket : Em = Nilai maxsimum amplitudo kuat medan
listrik
Bm = Nilai maxsimum amplitudo kuat medan
magnetik
Untuk mendapatkan hubungan antara Em dan Bm maka

12. Persamaan Vektor Pointing (S)
Laju energi yang dipindahkan melalui gelombang elekrtomagnetik disebut
poynting ( lambang S ). Dan didefinisikan oleh persamaan vektor:
E
E dan B saling tegak lurus
S
90
°
B
Karena

13. Dimana vektor poynting P = daya
= kuat medan listrik A = luas penampang
= kuat medan magnet
Intensitas Gelombang Elektromagnetik
Kita ketahui rapat energi listrik:
Rapat energi magnet:
Jadi rapat energi total (rapat energi elektromagnetik):
Intensitas gelombang elektromagnetik;
Intensitas rata-rata gelombang elektromagnetik adalah;
Dalam hal gelombang elektromgnetik harmonik, maka;
Jadi intensitas rata-ratanya adalah:

14. Sedangkan momentum persatuan volumenya jadi;
Difraksi Cahaya
Difraksi merupakan pembelokan gelombang
di sekitar suatu penghalang atau pinggir celah.
Cahaya yang melewati sebuah celah sempit
yang seukuran dengan panjang gelombang cahaya,
mengalami lenturan atau Difraksi. Utuk difraksi celah
tunggal yang kita amati adalah pita gelap. Pita gelap
ke – n terjadi jika,
Difraksi minimum
������ sin ������
������ sin ������ = ������ ������ ; ������ =
������
n = 1,2,3,…
y1
d n = 1 untuk pita gelap ke – 1, n = 2 untuk pita gelap ke
y1 – 2,….
L
Difraksi maksimum
n = 0,1,2,3,…
n = 0 untuk pita terang pusat, n = 1 untuk pita terang ke – 1,….

15. θ = sudut simpang (Sudut Deviasi).
d= lebar celah
Lebar pita terang pusat = 2y1, dengan y1 adalah jarak pita gelap ke - 1 dari titik
tengah terang pusat , dihitung sebagai berikut :
Dengan L adalah jarak celah tunggal ke layar.
Perbesaran Sistem Alat Optik dibatasi oleh Difraksi
Suatu kriteria yang menyatakan bagaimana bayangan dari dua dua benda
titik yang masih dapat dipisahkan dengan baik oleh suatu lensa, pertama
diusulkan oleh Lord Rayleigh (1887-1905), disebut kriteria Rayleigh, yang
berbunyi sebagai berikut:
“Dua benda titik tepat akan dapat pisahkan jika pusat dari pola difraksi benda
titik pertama berimpit dengan minimum pertama dari pada difraksi benda titik
dua”
Ukuran sudut pemisahan agar dua benda titik masih dapat dipisahkan
secara tepat brdasarkan kriteria Rayleigh disebut batas sudut resolusi atau sudut
resolusi minimum (lambang θm), dinyatakan oleh:
Karena sudut θm sangat kecil maka sin θm ≈ θm , sehingga persamaan menjadi
Jarak pisah terpendek dari dua benda titik dimana bayangan yang dihasilkannya
masih dapat ditampilkan sebagai dua titik terpisah yang disebut btas resolusi atau
daya urai alat optik (dm)
Karena sudut θm sangat kecil maka tan θm ≈ θm ≈

16. Dengan : θm = sudut resolusi minimum (radian)
= Panjang gelombang (m)
d = Diameter bukaan alat optik (m)
= batas resolusi atau daya urai lensa (m)
L = jarak benda dari lensa (m)
Interferensi Cahaya
Ketika kedua gelombang yang berpadu sefase (beda fase 0, 2��� , 4 ��� ,..../ 0,
��� , 2 ��� , 3 ��� ,....) maka yang terjadi adalah interferensi konstruktif9 saling
menguatkan) dan gelombang memiliki amplitudo maksimum. Sedangkan ketika
gelombang yang berpadu berlawanan fase ( beda fase: ��� , 3 ��� , 5 ��� , .../ ½ ��� , 1 ½
��� ,...) maka yang terjadi adalah interferensi destruktif ( saling melemahkan) an
gelombang memiliki amplitudo nol.
Layar Intensitas cahaya di P adaah resultan
intensitas cahaya datang dari S1 dan S2.
P
y
Lintasan S1P lebih pendek
S1 daripada lintasan S2P.
o
d Q Selisihnya disebut beda
Sumber S2 R lintasan.
cahaya Apabila S2P dipotong di titik R
maka lintasan S1P= RP
L S2P- S1P = S2R
Sudut OQP = sudut S2 S1R karena di depan sudut adlah 90° (sama)
sehingga nya juga sama.
Interferensi maksimum terjadi jika fase sama, karena sefase maka ini
terjadi pada pita terang ( interferensi konstruktif) sehingga beda
lintasannya;
n= 0, 1,2,3,...

17. Interferensi minimum terjadi jika berlawana fase (Destruktif) atau beda
lintasannya ½ , 1 ½ , 2 ½ ,...
n = ½ , 1 ½ , 2 ½ ,...
Jarak pita terang dan gelap ke ke-n ke terang pusat
 Untuk pita terang  Untuk pita gelap
, sin ≈ tan ≈
Kisi Difraksi
Kisi difraksi merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan
pola interferensi yang lebih tajam pada layar yang memiliki celah dengan lebar
sama dan jarak antar celah yang berdekatan juga sama.
Tetapan kisi garis terang
n= 0 menyatakan maksimum orde ke nol atau pusat terang, n =1 menyatakan
maksimum orde ke-1(garis terang ke-1), dan seterusnya.
Polarisasi Cahaya
Polarisasi cahaya yaitu merupakan terserapnya sebagian arah getar cahaya.
Cahaya yang mempunyai satu arah getar saja disebut cahaya terpolarisasi linear.
Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal. Ada empat cara untuk
memperoleh cahaya terpolarisasi:
1. Penyerapan selektif
2. Pemantulan

18. 3. Pembiasan ganda
4. Hamburan
Arah rambat Sumbub
gelombang transmisi
Bahan Intensitas cahaya
Intensitas cahaya
polarisasi terpolarisasi (I1)
terpolarisasi (I0)
Polarisasi dengan penyerapan selektif,
Menurut hukum malus:
Maka intensitas cahaya yang diteruskan oleh sistem polaroid mencapai
maksimum kedua sumbu transmisi atau polarisasi adaah sejajar ( = 0°/ 180°) dan
mencapai minimum jika kedua sumbu polarisasi saling tegak lurus ( = 90°).
Polarisasi dengan pemantulan
Malus menemukan cahaya terpolarisasi akibat pemantulan yaitu melalui dua
medium. Ada tiga keungkinan yang terjadi pada cahaya yang dipantulkan yaitu:
1. Cahaya pantul tak terpolarisasi ( sudut datang 0°/90°)
2. Cahaya pantul terpolarisasi sebagian (sudut datang 0°< <90°)
3. Cahaya pantul terpolarisasi sempurna.
Sinar pantul
Sinar Sudut datang yang menghasilkan
(terpolarisasi
datang sinar pantul terpolarisasi sempurna disebut
sempurna)
sudut polarisasi atau sudut Brewster ( .
90°
Sinar bias
(terpolarisasi
sebagian)

19. Gunakan persamaan dasar pembiasan:
Jika cahaya datang dari udara ( ) menuju ke bahan dengan indeks bias n
maka;
Persamaan ini disebut dengan hukum Brewster.
Efek Dopler Pada Gelombang Elektromagnetik
Efek dopler pada gelombang elektromagnetik misalnya cahaya adalah
perubahan frekuensi jika sumber cahaya bergerak. Frekuensi akan menjadi rendah
jika sumber cahaya menjauhi pengamat, berarti menjadi besar. Untuk cahaya
tampak, besar berada pada daerah warna merah, berarti jika terjadi
pergerakan sumber cahaya yang menjauh maka spektrum cahaya akan
bergeser ke arah warna merah. Misal: sebuah bintang di langit yang bergerak
menjauhi bumi,maka warna bintang akan beralih ke warna merah.
Dalam efek Doppler untuk gelombang bunyi, kecepatan bunyi
berperan penting dan kecepatan ini bergantung pada medium sebagai acuan.
Misalnya, kecepatan bunyi terhadap acuan udara bergerak berbeda dengan
kecepatan bunyi terhadap acuan udara diam. Kontras dengan gelombang bunyi,

20. kecepatan rambat gelombang elektromagnetik juga sama, baik diukur relatif
terhadap pengamat bergerak maupun relatif terhadap pengamat yang bergerak
dengan kecepatan tetap.
Ketika gelombang elektromagnetik, sumber gelombang, dan pengamat
bergerak sepanjang garis lurus yang sama melalui vakum, maka untuk vrell << c
fp = frekuensi yang di terima pengamat (Hz)
fs = frekuensi yang dipancarkan sumber gelombang (Hz)
vrel = kecepatan antara sumber dan pengamat saling relatif.
c = kecepatan cahaya dalam vakum
efek Doppler terutama digunakan untuk menentukan laju gerak
kendaraan. Radar adalah suatu detektor yang dapat mengukur jarak
denganmenggunakan gelombang mikro ( = 3 cm), yaitu dengan mengukur
waktu gema pada saat gelombang dipantulkan kembali. Berikut adalah
contoh aplikasi radar.
1. Radar untuk menentukan kecepatan gerak (radar Doppler)
2. Menentukan posisi pesawat udara atau benda-benada
lain(mengukur jarak).
3. Mengamati lalu lintas untuk kendaraan yang melebihi kecepatan
maksimum yang diizinkan.

21. Daftar Pustaka
Sarajo, Abi Ganijanty. 2011. Gelombang dan Optika untuk Universitas.
Jakarta: Salembateknika.
Riyn. 2010. Gelombang elektromagnetik.
http://riyn.multiply.com/journal/item/48/Gelombang_elektromagnetik.
diakses pada tanggal 22 oktober 2011
Syafira.2011. gelombang elektromagnetik.
http://www.slideshare.net/ruypudjo/a1-gel-elektromagnetik-
syafira/download. diakses pada tanggal 22 oktober 2011.
Mohtar. 2011. Gelombang elektromagnetik ppt. http://www.uns.ac.id.
diakses pada tanggal 22 oktober 2011.
Nurwani. 2010. Gelelektromagnetikppt.
http://www.slideshare.net/nurwani/gelombang-elektromagnetik/download.
diakses pada tanggal 22 oktober 2011.
kanginan, marthen. 2002. Fisika untuk SMA Kelas XII. Jakarta : Erlangga.