2. 01 Teori Gelombang EM
Spektrum Radiasi
02
03 Sumber Radiasi
Aplikasi Radiasi
04
Kompetensi Dasar
3.6 Menganalisis fenomena radiasi
elektromagnetik, pemanfaatannya
dalam teknologi, dan dampaknya
pada kehidupan.
4.6 Mempresentasikan manfaat dan
dampak radiasi elektromagnetik
pada kehidupan sehari-hari
MATERI POKOK
4. Teori gelombang elektromagnetik pertama kali dikemukakan oleh: James Clerk Maxwell
(1831 - 1879), mengacu pada tiga aturan dasar listrik magnet.
Muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik disekitarnya yang diperlihatkan
oleh hukum Coulomb
Arus listrik atau muatan yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet
disekitarnya yang besar dan arahnya ditunjukkan oleh Hukum Bio-Savart atau
Hukum Ampere
Perubahan medan magnetik dapat menimbulkan GGL induksi yang dapat
menghasilkan medan listrik dengan aturan yang diberikan oleh Hukum Induksi
Faraday
Hipotesis Maxwell:
Karena perubahan medan magnet dapat menimbulkan medan listrik, maka perubahan
medan listrik pun akan dapat menimbulkan perubahan medan magnet
01 Teori Gelombang EM
James Clerk Maxwell
5. Ketika terdapat perubahan medan listrik
(ΔE), maka akan terjadi perubahan medan
magnetik (ΔB). Perubahan medan magnetik
ini akan menimbulkan kembali perubahan
medan listrik dan seterusnya.
Perubahan medan listrik dan perubahan
medan magnetik secara terus menerus
menghasilkan gelombang medan listrik dan
gelombang medan magnetik yang dapat
merambat di ruang hampa.
Gelombang medan listrik dan gelombang
medan magnetik → Gelombang
elektromagnetik
01 Teori Gelombang EM
ΔE dan ΔB ditimbulkan dengan cara dua bola isolator bermuatan
positif dan negatif digetarkan sehingga jaraknya berubah-ubah
sesuai dengan frekuensi getaran tersebut. Timbulnya medan
listrik ditandai dengan dipancarkannya gelombang
elektromagnetik
Arah getar dan arah rambat gelombang medan listrik dan
gelombang medan magnetik saling tegak lurus, sehingga
gelombang EM termasuk gelombang transversal
6. Maxwell menyatakan bahwa kecepatan gelombang EM pada medium hampa memenuhi persamaan
dengan: c = laju perambatan gelombang EM dalam ruang hampa
𝜇0 = permeabilitas ruang hampa (4π × 10-7 Wb/Am)
𝜀0 = permitivitas ruang hampa (8,85 × 10-12 C/Nm2)
(pada medium non-hampa, nilai c bergantung pada besarnya permeabilitas dan permitivitas yang dimiliki medium tersebut)
Permeabilitas: ukuran kemampuan untuk membentuk medan magnet di dalamnya
Permitivitas: ukuran kemampuan hambatan dalam membentuk medan listrik melalui media
01 Teori Gelombang EM
7. Pada tahun 1887, Heinrich Rudolf Hertz menguji hipotesis Maxwell
dengan kumparan Ruhmkorf
Jika saklar S digetarkan, kumparan Ruhmkorf akan menginduksi
pulsa tegangan pada kedua elektrode bola di sisi A
Elektrode A akan timbul percikan bunga api akibat pelepasan
muatan yang kemudian diikuti percikan bunga api pada keuda
elektrode bola di sisi B
Peristiwa di atas, terjadi akibat adanya pengiriman tenaga/energi
gelombang EM dari sisi A (loop pengirim) ke sisi B (loop penerima)
Dalam percobaan selanjutnya, Hertz berhasil mengukur kecepatan
perambatan gelombang EM seperti yang diramalkan oleh Maxwell, 3 × 108
m/s
01 Teori Gelombang EM
Heinrich Rudolf Hertz
kumparan Ruhmkorf
8. Sifat gelombang elektromagnetik:
Merupakan perambatan getaran medan listrik dan medan magnetik yang saling tegak lurus terhadap
arah rambatnya
Kuat medan listrik dan magnet berbanding lurus satu dengan yang lainnya, yaitu menurut hubungan
E = cB
Termasuk gelombang transversal
Tidak dipengaruhi atau tidak dapat dibelokkan oleh medan listrik ataupun medan magnetik, karena
gelombang EM tidak bermuatan
Tidak bermassa dan tidak dipengaruhi medan gravitasi
Merambat dalam lintasan lurus
Dapat merambat di ruang hampa
Dapat mengalami pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, dan polarisasi
Kecepatan di ruang hampa 3 × 108 m/s
Merambat dengan laju yang hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnet medium
01 Teori Gelombang EM
10. 02 Spektrum Radiasi
Gelombang EM terdiri atas berbagai jenis/macam gelombang dengan frekuensi dan panjang
gelombangnya berbeda-beda, namun kecepatan rambatnya sama.
Hubungan antara frekuensi, panjang gelombang, dan kecepatan rambat diberikan oleh persamaan:
Perbedaan interval panjang
gelombang dan frekuensi
gelombang yang disusun
secara berurutan disebut
spektrum gelombang EM
11. 02 Spektrum Radiasi
Spektrum gelombang elektromagnetik diurutkan mulai panjang gelombang paling pendek sampai
paling panjang atau frekuensi terbesar sampai paling kecil adalah sebagai berikut:
Sinar gamma (γ)
Sinar X (rontgen)
Sinar ultra violet (UV)
Sinar tampak (cahaya tampak)
Sinar infra merah (IR)
Gelombang radar (gelombang mikro)
Gelombang televisi
Gelombang radio
12. 02 Spektrum Radiasi
ENERGI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Gelombang elektromagnetik membawa energi dalam bentuk medan listrik dan medan magnet.
Suatu gelombang EM menjalar ke arah sumbu x, maka persamaan medan listrik dan medan magnet
sesaatnya adalah:
Em = Amplitudo medan listrik, Bm = Amplitudo medan magnet
k = tetapan angka gelombang, dan ω = frekuensi sudut
Hubungan antara amplitudo medan magnet dengan medan listrik (Maxwell):
Suatu gelombang elektromagnetik mempunyai medan listrik dan medan magnet, sehingga gelombang
elektromagnetik ini juga membawa tenaga atau rapat energi (besar energi per satuan volume).
Rapat energi listrik Rapat energi magnet
13. 02 Spektrum Radiasi
INTENSITAS GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Intensitas gelombang EM dinyatakan dalam laju energi (daya) per satuan luas yang tegak lurus arah
rambat gelombang EM
Intensitas gelombang EM dinyatakan dengan vektor Poynting:
Laju energi rata-rata diperoleh dengan memasukkan persamaan E dan B ke persamaan vektor
Poynting:
Jika fungsi sinus kuadrat dirata-ratakan terhadap ruang dan waktu akan diperoleh faktor ½ . Laju
energi rata-rata:
15. 03 Sumber Radiasi
SUMBER RADIASI ALAM
Radiasi kosmis
Berasal dari angkasa luar, ruang antar bintang, dan matahari
Terdiri dari: partikel dan sinar yang berenergi tinggi
Berinteraksi dengan inti atom stabil di atmosfer
Tingkat radiasi bergantung pada: ketinggian (posisi semakin tinggi radiasi yang diterima semakin besar
Radiasi Terestrial
Secara alami dipancarkan oleh radionuklida di dalam kerak bumi
Disebut primordial, ada sejak terbentuknya bumi
Contoh yang utama di dalam kerak bumi berasal dari deret Uranium
Radiasi Internal Tubuh
Berasal dari tubuh manusia sejak dilahirkan, dan bisa masuk melalui makanan/minuman, pernafasan,
atau luka
Terutama diterima dari radionuklida, atau sumber lain dari kerang, ikan, atau buah (mengandung K-40)
16. 03 Sumber Radiasi
SUMBER RADIASI BUATAN
Peralatan Las (menghasilkan pancaran sinar UV)
Telepon selular/HP
Pesawat televisi
Komputer
SUTET (Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi)
Microwave
Alat laser
Antena transmisi telepon selular/pemancar radio/satelit bumi
Reaktor nuklir
Dsb....
18. 04 Pemanfaatan Radiasi
SINAR GAMMA
Sinar gamma termasuk gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi antara
1020 Hz - 1025 Hz.
Daerah panjang gelombang sinar gamma (λ < 5 × 10-11 m)
Sinar gamma merupakan hasil reaksi yang terjadi dalam inti atom yang tidak stabil.
Sinar gamma mempunyai daya tembus yang paling kuat dibanding gelombang
elektromagnetik yang lain.
Sinar gamma dapat menembus pelat besi yang tebalnya beberapa cm.
Penyerap yang baik untuk sinar gamma adalah timbal (Pb).
Aplikasi sinar gamma dalam bidang kesehatan adalah untuk mengobati pasien yang
menderita penyakit kanker atau tumor. Sumber radiasi yang sering digunakan pada
pengobatan penyakit ini adalah Cobalt-60 atau sering ditulis Co-60.
Salah satu alat untuk mendeteksi sinar gamma adalah detektor Geiger - Muller. Ada
jenis detektor sinar gamma yang lain yaitu detektor sintilasi NaI-TI.
19. 04 Pemanfaatan Radiasi
SINAR X
Sinar-X ditemukan oleh Wilhem Conrad Rontgen pada tahun 1895 sehingga sering
disebut sebagai sinar Rontgen.
Sinar-X termasuk gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi antara 1016
Hz - 1020 Hz.
Daerah panjang gelombangnya (5 × 10-11 < λ < 10-8 m)
Sinar-X merupakan hasil transisi elektron-elektron di kulit bagian dalam atom.
Sinar-X mempunyai daya tembus terbesar kedua sesudah sinar gamma.
Sinar-X dapat menembus daging manusia.
Aplikasi Sinar-X
Dalam bidang kesehatan untuk mengecek pasien yang mengalami patah tulang.
Sinar-X juga digunakan di bandara pada pengecekan barang-barang penumpang di
pesawat.
Di pelabuhan digunakan untuk mengecek barang-barang (peti kemas) yang akan
dikirim dengan kapal laut.
20. 04 Pemanfaatan Radiasi
SINAR UV
Sinar ultraviolet termasuk gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi
antara 1015 Hz - 1016 Hz.
Daerah panjang gelombang sinar UV adalah 10-8 < λ < 4 × 10-7 m
Sinar ultraviolet ini merupakan hasil transisi elektron-elektron pada kulit atom atau
molekul.
Sinar ultraviolet tidak tampak dilihat oleh mata telanjang tetapi sinar ini dapat
dideteksi dengan menggunakan pelat-pelat film tertentu yang peka terhadap
gelombang ultraviolet.
Matahari merupakan sumber radiasi ultraviolet yang alami.
Sinar ultraviolet cukup energetic dan dapat mengionisasi atom sehingga berbahaya
untuk sel-sel hidup yang dapat menyebabkan kanker kulit
Aplikasi sinar ultraviolet: banyak dipakai di laboratorium pada penelitian bidang
spektroskopi, salah contohnya untuk mengetahui unsurunsur yang ada dalam bahan-
bahan tertentu.
21. 04 Pemanfaatan Radiasi
SINAR TAMPAK (CAHAYA)
Sinar tampak sering juga disebut sebagai cahaya.
Sinar tampak termasuk gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi antara 4,3 x 1014 Hz - 7 x 1014
Hz.
Daerah panjang gelombang sinar tampak adalah 4 × 10-7 < λ < 7 × 10-7 m
Cahaya tampak juga dihasilkan akibat transisi electron dalam atom dari keadaan dengan energi tinggi ke
keadaan dengan energi rendah
Matahari merupakan sumber cahaya tampak yang alami.
Sinar tampak ini terdiri dari berbagai warna, dari warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, dan ungu. Kita semua
bisa melihat warna benda karena benda memantulkan warna-warna ini dan masuk kembali ke mata kita.
Aplikasi :
dengan cahaya kita bisa melihat indahnya pemandangan,
kita dapat memotret sehingga gambarnya menjadi berwarna seperti aslinya, dapat melihat televisi berwarna,
dan sebagainya.
sinar tampak juga banyak dipakai dalam bidang spektroskopi untuk mengetahui unsur-unsur yang ada dalam
bahan.
22. 04 Pemanfaatan Radiasi
SINAR TAMPAK (CAHAYA)
Sinar tampak sering juga disebut sebagai cahaya.
Sinar tampak termasuk gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi antara 4,3 x 1014 Hz - 7 x 1014
Hz.
Daerah panjang gelombang sinar tampak adalah 4 × 10-7 < λ < 7 × 10-7 m
Cahaya tampak juga dihasilkan akibat transisi electron dalam atom dari keadaan dengan energi tinggi ke
keadaan dengan energi rendah
Matahari merupakan sumber cahaya tampak yang alami.
Sinar tampak ini terdiri dari berbagai warna, dari warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, dan ungu. Kita semua
bisa melihat warna benda karena benda memantulkan warna-warna ini dan masuk kembali ke mata kita.
Aplikasi :
dengan cahaya kita bisa melihat indahnya pemandangan,
kita dapat memotret sehingga gambarnya menjadi berwarna seperti aslinya, dapat melihat televisi berwarna,
dan sebagainya.
sinar tampak juga banyak dipakai dalam bidang spektroskopi untuk mengetahui unsur-unsur yang ada dalam
bahan.
23. 04 Pemanfaatan Radiasi
SINAR INFRAMERAH
Sinar inframerah ini merupakan hasil transisi vibrasi atau rotasi pada molekul.
Sinar inframerah termasuk gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi di bawah 4,3 x
1014 Hz sampai sekitar 3 Ghz.
Daerah panjang gelombang sinar inframerah 7 × 10-7 < λ < 10-3 m.
Semua benda yang hangat memancarkan sinar inframerah.
Sinar inframerah tidak tampak dilihat oleh mata telanjang tetapi sinar infra merah dapat dideteksi
dengan menggunakan pelat-pelat film tertentu yang peka terhadap gelombang inframerah.
Dapat menembus asap maupun debu
Aplikasi :
Pesawat udara yang terbang tinggi ataupun satelit-satelit dapat membuat potret-potret permukaan
bumi, dengan mempergunakan gelombang inframerah.
Sinar inframerah juga banyak dipakai dalam bidang spektroskopi untuk mengetahui unsur-unsur
yang ada dalam bahan.
Digunakan untuk detektor untuk mendeteksi orang di ruangan berasap
24. 04 Pemanfaatan Radiasi
GELOMBANG RADAR (GELOMBANG MIKRO)
Gelombang mikro (microwave) mempunyai frekuensi di kisaran 3
GHz.
Daerah panjang gelombang microwave adalah 10-3 < λ < 10-1 m
Aplikasi:
Gelombang mikro ini dapat digunakan untuk alat komunikasi,
memasak (microwave), dan radar (Radio Detection and Ranging ).
Dalam bidang transportasi, gelombang radar dipakai untuk
membantu kelancaran lalu lintas pesawat di pangkalan udara atau
bandara.
Gelombang mikro digunakan untuk memancarkan sinyal televisi dan
telepon melalui cakram logam yang dipasang di pemancar-pemancar.
Gelombang radar digunakan juga pada bidang pertahanan yaitu untuk
melengkapi pesawat tempur sehingga bisa mengetahui keberadaan
pesawat musuh
25. 04 Pemanfaatan Radiasi
GELOMBANG TELEVISI
Gelombang televisi mempunyai frekuensi yang lebih tinggi dari
gelombang radio
Gelombang televisi ini merambat lurus, tidak dapat dipantulkan
oleh lapisan-lapisan atmosfer bumi.
Gelombang televisi banyak dipakai dalam bidang komunikasi
dan siaran
Pada proses penangkapan siaran televisi sering diperlukan
stasiun penghubung (relay) agar penangkapan gambar dan
suara lebih baik.
26. 04 Pemanfaatan Radiasi
GELOMBANG RADIO
Gelombang radio ini dipancarkan dari antena pemancar dan diterima oleh
antena penerima. Luas daerah yang dicakup dan panjang gelombang yang
dihasilkan dapat ditentukan dengan tinggi rendahnya antena.
Gelombang radio tidak dapat secara langsung didengar, tetapi energi
gelombang ini harus diubah menjadi energi bunyi oleh pesawat radio
sebagai penerima.
Aplikasi :
gelombang radio sering digunakan
untuk komunikasi yaitu penggunaan
pesawat telepon, telepon genggam
(hand phone), dan sebagainya.
ue = rapat energi listrik (J/m3), ε0 = permitivitas listrik (8,85 × 10-12 C/Nm2), E = kuat medan listrik (N/C)
um = rapat energi magnet (J/m3), μ0 = permeabilitas magnet (4π × 10-7 Wb/Am), B = kuat medan magnet (Wb/m2)
Radionuklida (radioisotop) adalah isotop dari zat radioaktif
