Rumus Gelombang Elektromagnetik

Rumus Gelombang Elektromagnetik - Kalau berbicara mengenai gelombang elektromagnetik tentunya kita harus kenal dulu dengan Maxwell. Siapa itu Maxwell? James Clerk Maxwell dianggap ilmuwan terbesar antara zaman Isaac Newton dengan Albert Einstien. Maxwell dilahirkan di Edinburg, Skotlandia. Pada tahun 1856, ia menerima posisi sebagai professor alam di sebuah perguruan tinggi di Aberdeen.

Rumus Gelombang Elektromagnetik

Maxwell menyatakan bahwa rumus kecepatan gelombang elektromagnetik memenuhi persamaan :

Dari rumus diatas ternyata kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik bergantung pada permitivitas listrik dan permeabilitas magnetik medium. Maka, secara umum persamaan kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik untuk berbagai medium adalah:

Contoh Soal

Gelombang elektromagnetik dalam suatu medium memiliki kelajuan 2,8 x 10⁸ m/s.Jika permitivitas medium 12,76 x 10^-7 wb/Am, tentukanlah permeabilitas medium tersebut.
 

Jawaban: 

Diketahui:
c = 2,8 x 10⁸ m/s,
ε = 12,76 x 10^-7 wb/Am.
Dengan menggunakan Persamaan Maxwell, diperoleh:

Penyelesaian:

Maxwell mempelajari cincin Saturnus dari tahun 1856 -1859. Ia menyatakan bahwa cincin tersebut terdiri atas partikel-partikel padat yang sangat banyak. Kalkulasikalkulasi tentang partikel kecil dalam cincin Saturnus tersebut memberinya keterampilan untuk menangani gerakan acak molekul dalam gas. Dialah yang menggabungkan teori atom dengan teori kinetik panas untuk menghasilkan teori kinetik gas. Setelah menjabat sebagai profesor di King’s College, London, selama lima tahun, Maxwell pensiun dan kembali ditempat asalnya untuk bereksperimen dengan gas dan berupaya memecahkan masalah elektromagnetik. Maxwell menerbitkan teori-teori dan temuan-temuan awalnya dalam Perception of Colour pada tahun 1860, dan Theory of Heat pada tahun 1871. Dalam Treatise on Electricity and Magnetsm (1873), Maxwell mengembangkan empat persamaan ringkas yang menunjukkan bagaimana listrik dan magnetik menjadi satu sebagai elektromagnetik. Semua hukum listrik dan magnetik yang sebelumnya dikenal, bisa di ambil dari empat persamaan tersebut. Persamaan-persamaan Maxwelllah yang meramalkan keberadaan spektrum elektromagnetik. Spektrum elektromagnetik menyatakan bahwa cahaya tampak hanyalah bagian kecil darinya.

Teori ini mengilhami Heinrich Hertz menemukan gelombang radio. Persamaan-persamaan Maxwell di anggap sebagai perkembangan terpenting dalam fisika tahun 1800-an karena menunjukkan bahwa cahaya terdiri atas gelombang elektromagnetik. Maxwell meninggal pada usia 49 tahun, dan tidak mendapatkan penghormatan publik atas karyanya. Namun, para ilmuwan mengakui kecerdasan dan sumbangsih Maxwell di dunia ilmu pengetahuan.

Hipotesis Maxwell

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

1. Muatan medan listrik dapat menghasilkan medan listrik disekitarnya, yang besarnya diperlihatkan oleh hukum Coulumb.
2. Arus listrik atau muatan yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet disekitarnya yang besar dan arahnya ditunjukkan oleh hukum Bio-Savart atau hukum Ampere.
3. Perubahan medan magnetik dapat menimbulkan GGL induksi yang dapat menghasilkan medan listrik dengan aturan yang diberikan oleh hukum induksi Faraday.

Itulah tadi perkenalan kita dengan Maxwell beserta Hipotesisnya, nah sekarang kita masuk pada bagian yang sangat penting untuk belajar Gelombang Elektromagnetik. Berikut ini beberapa hal penting untuk menguasai Rumus Gelombang Elektromagnetik.

1. Hipotesis Maxwell adalah perubahan medan magnet pada dinamo dapat menimbulkan medan listrik dan sebaliknya perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet.
2. Cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahaya di ruang hamba yang besarnya 3 × 10⁸ m/s.
3. Kelebihan gelombang elektromagnetik adalah dapat merambat di ruang hampa, merupakan gelombang trasversal, mengalami pemantulan (refleksi), mengalami pembiasan (refraksi), mengalami interferensi, mengalami lenturan (difraksi), dan arah rambatannya tidak ditentukan oleh medan listrik maupun medan magnet.
4. Hubungan kecepatan perambatan gelombang, frekuensi, dan panjang gelombang adalah c = λ f .
5. Urutan spektrum gelombang elektromagnetik dari yang berfrekruensi terkecil sampai yang terbesar adalah gelombang radio, gelombang televisi, gelombang radar/mikro, sinar infra merah, cahaya tampak, sinar ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma.

Untuk lebih jelasnya lagi tentang gelombang elektromagnetik, berikut ini penjelasan lebih lengkap dan lebih detail.

Pengertian Gelombang Elektromagnetik

Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude, kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.

Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbedabeda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik.

Sifat-Sifat Gelombang Elektromagnetik

1. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi pada saat yang bersamaan.
2. Arah medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus.
3. Kuat medan listrik dan magnet besarnya berbanding lurus satu dengan yang lain, yaitu menurut hubungan E = c.B.
4. Arah perambatan gelombang elektromagnetik selalu tegak lurus arah medan listrik dan medan magnet.
5. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa.
6. Gelombang elektromagnetik merambat dengan laju yang hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnet medium.
7. Laju rambat gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa merupakan tetapan umum dan nilainyac = 3 x 108 m/s.
8. Gelombang elektromagnetik adalah berupa gelombang transversal.
9. Gelombang elektromagnetik dapat mengalami proses pemantulan, pembiasan, polarisasi, interferensi, dan difraksi (lenturan).

Macam-Macam Gelombang Elektromagnetik

1. Gelombang radio

Gelombang radio adalah satu bentuk dari radiasi elektromagnetik, dan terbentuk ketika objek bermuatan listrik dari gelombang osilator (gelombang pembawa) dimodulasi dengan gelombang audio (ditumpangkan frekuensinya) pada frekuensi yang terdapat dalam frekuensi gelombang radio (RF) pada suatu spektrum elektromagnetik, dan radiasi elektromagnetiknya bergerak dengan cara osilasi elektrik maupun magnetik.

2. Gelombang Mikro (Micro Wave)

1. Gelombang Mikro (Micro Wave) adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency) yaitu diatas 3 GHz (3× 10⁹ Hz)
2. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, akan muncul efek pemanasan pada benda tersebut. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, makanan menjadi panas dan masak dalam waktu singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam oven microwave.
3. Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada radar. Radar digunakan untuk mencari dan menentukan jejak suatu benda dengan gelombang mikro denganfrekuensi sekitar 10¹⁰ Hz.

3. Sinar Inframerah (Infra Red)

Infra merah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Namanya (dari bahasa Latin infra, “bawah”), merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang. Radiasi inframerah memiliki jangkauan tiga “order” dan memiliki panjang gelombang antara 700 nm dan 1 mm. Inframerah ditemukan secara tidak sengaja oleh Sir William Herschell, astronom kerajaan Inggris ketika ia sedang mengadakan penelitian mencari bahan penyaring optik yang akan digunakan untuk mengurangi kecerahan gambar matahari dalam tata surya teleskop.