Kliping Fisika

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

1. Hakikat Gelombang Elektromagnetik 

Pada pertengahan abad ke sepuluh seorang ilmuwan Mesir di Iskandaria yang bernama Al Hasan (965-1038) mengemukakan pendapat bahwa mata dapat melihat benda-benda di sekeliling karena adanya cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh benda-benda yang bersangkutan masuk ke dalam mata. Teori ini akhirnya dapat diterimaoleh orang banyak sampai sekarang ini.Beberapa teori-teori yang mendukung pendapat Al Hasan diantaranya adalah

a.Teori Emisi atau Teori Partikel

Sir Isaac Newton (1642-1727) merupakan ilmuwan berkebangsaan Inggris yang mengemukakan pendapat bahwa dari sumber cahaya dipancarkan partikel-partikelyang sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan 

kecepatan yang sangat besar. Bila partikel-partikel ini mengenai mata, maka manusiaakan mendapat kesan melihat benda tersebut.Alasan dikemukakanya teori ini adalah sebagai berikut:

•Karena partikel cahaya sangat ringan dan berkecepatan tinggi maka cahaya dapatmerambat lurus tanpa terpengaruh gaya gravitasi bumi.

•Ketika cahaya mengenai permukaan yang halus maka cahaya akanakan dipantulkan dengan sudut sinar datang sama dengan sudutsinar pantul sehingga sesuai dengan hukum pemantulan Snellius. Peristiwa pemantulan ini dijelaskan oleh Newton dengan menggunakan bantuan sebuah bola yang dipantulkan di atas bidang pantul.

•Alasan berikutnya adalah pada peristiwa pembiasan cahaya yang disamakandengan peristiwa menggelindingnya sebuah bola pada papan yang berbedaketinggian yang dihubungkan dengan sebuah bidang miring. Dari permukaanyang lebih tinggi bola digelindingkan dan akan terus menggelinding melalui bidang miring sampai akhirnya bola akan menggelinding di permukaan yanglebih rendah. Jika diamati perjalanan bola, maka sebelum melewati bidangmiring lintasan bola akan membentuk sudut α terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Setelah melewati bidang miring lintasan bola akan membentuk sudut β terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Jika permukaan atasdianggap sebagai udara dan permukaan bawah dianggap sebagai air serta bidangmiring merupakan batas antara udara dan air, gerak bola dianggap sebagai jalannya pembiasan cahaya dari udara ke air, maka Newton menganggap bahwakecepatan cahaya dalam air lebih besar dari pada kecepatan cahaya dalam udara.Pendapat ini masih bertahan hingga akhirnya seorang ahli fisika Prancis, Jean Focault(1819 – 1868) melakukan percobaan tentang pengukuran kecepatan cahaya dalam berbagai medium. Dalam percobaannya Jeans Focault mendapatkan kesimpulan bahwakecepatan cahaya dalam air lebih kecil dari pada kecepatan cahaya dalam udara.

b.Teori Gelombang

Menurut Christian Huygens (1629-1695) seorang ilmuwan berkebangsaanBelanda, bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa gelombang.Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang gelombang dan frekuensinya.Pada teori ini Huygens menganggap bahwa setiap titik pada sebuah muka gelombangdapat dianggap sebagai sebuah sumber gelombang yang baru dan arah muka gelombangini selalu tegak lurus tehadap muka gelombang yang bersangkutan.Pada teori Huygens ini peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, ataupun difraksicahaya dapat dijelaskan secara tepat, namun dalam teori Huygens ada kesulitan dalam penjelasan tentang sifat cahaya yang merambat lurus.

c.Teori Elektromagnetik 

Percobaan James Clerk Maxwell (1831 – 1879) seorangilmuwan berkebangsaan Inggris (Scotlandia) menyatakan bahwacepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambatcahaya yaitu 3x10

8 m/s, oleh karena itu Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. KesimpulanMaxwell ini di dukung oleh :

•Seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman,Heinrich Rudolph Hertz (1857 – 1894) yang membuktikan bahwagelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal.Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapatmenunjukkan gejala polarisasi.

•Percobaan seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Peter Zeeman (1852 – 1943) yang menyatakan bahwa medan magnetyang sangat kuat dapat berpengaruh terhadap berkas cahaya.

•Percobaan Stark (1874 – 1957), seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yangmengungkapkan bahwa medan listrik yang sangat kuat dapat mempengaruhi berkas cahaya.

2. Gelombang Elektromagnetik 

Beberapa kaidah tentang kemagnetan dan kelistrikan yang mendukung perkembangan konsep gelombang elektromagnetik antara lain:

1. Hukum Coulomb mengemukakan : “Muatan listrik statik dapat menghasilkanmedan listrik.”

.2. Hukum Biot & Savart mengemukakan : “Aliran muatan listrik (arus listrik) dapatmenghasilkan medan magnet”.3. Hukum Faraday mengemukakan : “Perubahan medan magnet dapat menghasilkanmedan listrik”.Berdasarkan Hukum Faraday, Maxwell mengemukakan hipotesasebagai berikut: ”Perubahan medan listrik dapat menimbulkanmedan magnet”. Hipotesa ini sudah teruji dan disebut dengan TeoriMaxwell. Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah:

a.Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.

b.Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombangelektromagnetik(c) tergantung dari permitivitas (ε) dan permeabilitas (μ) zat.Menurut Maxwell, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dirumuskan sebagai berikut

Ternyata perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet yang tidak tetap besarannya atau berubah−ubah.

 Sehingga perubahan medan magnet tersebut akanmenghasilkan lagi medan listrik yang berubah−ubah.

Proses terjadinya medan listrik dan medan magnet berlangsung secara bersama−sama danmenjalar kesegala arah. Arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Jadi gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahanmedan magnet dan medan listrik secara berurutan, dimana arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus.E = medan listrik (menjalar vertikal)B = medan magnet (menjalar horizontal.)Gejala seperti ini disebut terjadinya gelombang elektromagnetik (= gelombang yangmempunyai medan magnet dan medan listrik)

Vektor Medan Listrik Vektor Medan MagnetGelombang Elektromagnetik 

Bila dalam kawat PQ terjadi perubahan-perubahantegangan baik besar maupun arahnya, maka dalamkawat PQ elektron bergerak bolak-balik, dengan katalain dalam kawat PQ terjadi getaran listrik. Perubahantegangan menimbulkan perubahan medan listrik dalamruangan disekitar kawat, sedangkan perubahan aruslistrik menimbulkan perubahan medan magnet.Perubahan medan listrik dan medan magnet itu merambat ke segala jurusan. Karenarambatan perubahan medan magnet dan medan listrik secara periodik maka rambatan perubahan medan listrik dan medan magnet lazim disebut gelombang elektromagnetik.

(GEM)Percobaan-percobaan yang teliti membawa kesimpulan :

1.Pola gelombangelektromagnetik sama dengan pola gelombang transversaldengan vektor perubahanmedan listrik tegak lurus pada vektor perubahanmedan magnet.2.Gelombang elektromagnetik menunjukkan gejala-gejala pemantulan, pembiasan,difraksi, polarisasi seperti halnya pada cahaya.3.Diserap oleh konduktor dan diteruskan oleh isolator.Gelombang elektromagnetik lahir sebagai paduan daya imajinasi dan ketajamanakal pikiran berlandaskan keyakinan akan keteraturan dan kerapian aturan-aturan alam.Hasil-hasil percobaan yang mendahuluinya telah mengungkapkan tiga aturan gejalakelistrikan , antara lain sebagai berikut.Hukum Coulomb:Muatan listrik menghasilkan medan listrik yang kuat.Hukum Biot-Savart:Aliran muatan (arus) listrik menghasilkan medan magnet

disekitarnya.Hukum Faraday:Perubahan medan magnet (B) dapat menimbulkan medanlistrik (E).Didorong oleh keyakinan atas keteraturan dan kerapianhukum-hukum alam, Maxwell berpendapat bahwa masih adakekurangan satu aturan kelistrikan yang masih belum terungkapsecara empirik. Jika perubahan medan magnet dapat menimbulkan perubahan medan listrik maka perubahan medan listrik pasti dapatmenimbulkan perubahan medan magnet, demikianlah keyakinanMaxwell.Dengan pengetahuan matematika yang dimilikinya, secara cermat Maxwellmembangun teori yang dikenal sebagai teori gelombang elektromagnetik. Baru setelah bertahun-tahun Maxwell tiada, teorinya dapat diuji kebenarannya melalui percobaan- percobaan. Menurut perhitungan secara teoritik, kecepatan gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada permitivitas ruang hampa (oε) dan permeabilitas ruang hampa (oμ).Dengan memasukkan109.91.4π1oε

−=

= 8,85 . 10

−

12

C

2

/N.m

2

dan μ

o

= 4π.10

−

7

Wb/A.mdiperoleh nilai c = 3.10

8

m/s, nilai yang sama dengan kecepatan cahaya.Oleh sebab itu Maxwell mempunyai cukup alasan untuk menganggap cahaya adalahgelombang elektromagnetik. Oleh karena itu konsep gelombang elektromagnetik inimerupakan penyokong teori Huygens tentang cahaya sebagai gerak gelombang.