PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kemajuan teknologi saat ini semakin meningkat berikut dalam penggunaan gelombang elekromagnetik dalam kehidupan sehari-hari. Kemajuan ini disebabkan oleh salah seorang ahli fisikawan meneliti tentang Gelombang elektromagnetik yaitu Hipotesis Maxwell, Hipotesis ini yang melahirkan/ memunculkan gagasan baru tentang gelombang elektromagnetik. Keberhasilan Maxwell dalam menemukan teori gelombang elektromagnetik membuka cakrawala baru di dunia komunikasi. Keberhasilannya dapat dilihat dari Sistem komunikasi radio, televisi, telepon genggam, dan radar yang merupakan keberhasilan Oleh Maxwell. 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. Dewasa ini, kegunaan Gelombang Elektromagnetik tidak hanya bermanfaat di bidang teknologi, tetapi merambah ke bidang kehidupan lainnya, antara lain yaitu bidang kedokteran, bidang industri, bidang pangan, dan lain-lain.
1.2. Rumusan Masalah
Apa yang di maksud dengan gelombang elektromaknetik ?
Apa saja Spektrum dari Gelombang Elektromagnetik ?
Apa saja Karakteristik Gelombang Elektromagnetik ?
Bagaimana peranan Gelombang Elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari ?
Bagaimana dampak gelombang elektromaknetik dalam kehidupan sehari-hari ?
1.3. Tujuan Penulisan
• Dapat mengetahui apa itu gelombang elektromaknetik.
• Dapat menjelaskan macam-macam gelombang elektromaknetik
• Dapat menjelaskan karakteristik masing-masing gelombang elektromaknetik.
• Dapat memahami dan mengetahui peranan atau manfaat gelombang elektromaknetik dalam kehidupan sehari-hari.
• Dapat mengetahui dampak-dampak dari gelombang elektromaknetik.
1.4. Manfaat Penulisan
Adapun manfaat penulisan makalah ini adalah untuk memenuhi kewajiban dalam tugas perkuliahan serta untuk lebih mendalami pembahasan materi tentang gelombang elektromaknetik.
1.5. Metode Penulisan
Adapun metode penulisan yang di gunakan oleh penulis bersumber dari buku-buku dan juga dari internet.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Gelombang Elektromaknetik
2.1.1 Pengertian Gelombang Elektromaknetik
Gelombang elektromaknetik adalah Perpaduan getaran medan listrik dan medan magnetik yang bergetar secara sinusoidal dengan arah getar tegak lurus dengan arah rambatan dan merambat tanpa memerluakan medium perantara. 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.
2.1.2 Sifat Sifat Gelombang Elektromaknetik
Dari beberapa percobaan yang telah dilakukan, Hertz berhasil mengukur bahwa radiasi gelombang elektromagnetik frekuensi radio (100 MHz) yang dibangkitkan memiliki kecepatan rambat sesuai dengan nilai yang diramalkan oleh Maxwell. Di samping itu, eksperimen Hertz ini juga menunjukkan sifat-sifat gelombang dari cahaya, yaitu pemantuan, pembiasan, interferensi, difraksi, dan polarisasi. Dengan demikian, hipotesis Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik telah terbukti kebenarannya melalui eksperimen Hertz. Dari uraian ini, dapat ditulis sifat-sifat gelombang elektromagnetik yaitu:
a. Dapat merambat dalam ruang hampa,
b. Merupakan gelombang transversal,
c. Dapat mengalami polarisasi,
d. Dapat mengalami pemantulan (refleksi),
e. Dapat mengalami pembiasan (refraksi),
f. Dapat mengalami interferensi,
g. Dapat mengalami lenturan atau hamburan (difraksi),
h. Merambat dalam arah lurus.
Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan Maxwell, kecepatan gelombang elektromagnetik diruang hampa adalah sebesar 3 x 108 m/s yang nilainya sama dengan laju cahaya terukur (Supriyono, 2006).
Foster (2004) menyatakan bahwa panjang gelombang cahaya tampak mempunyai rentangan antara 400 nm hingga 750 nm. Anonim (2009) menyatakan bahwa frekuensi cahaya tampak dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut.
Berdasarkan persamaan tersebut, kita dapat menentukan frekuensi cahaya tampak bernilai antara 4 x 1014 Hz hingga 7,5 x 1014 Hz.
2.1.3 Definisi Spektrum Gelombang Elektromaknetik
Spektrum gelombang elektromagnetik tampak memiliki warna yang berbeda-beda. Warna ini disebabkan perbedaan frekuensi gelombang. Berdasarkan frekuensi gelombang inilah dapat diketahui sifat/karakteristik gelombang. Lala (2009) menyatakan bahwa spektrum gelombang elektromagnetik adalah susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya. Frekuensi terendah atau panjang gelombang terbesar adalah gelombang radio dan frekuensi tertinggi atau gelombang terkecil adalah sinar gamma.
2.1.4 Macam-Macam Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik terdiri atas bermacam-macam gelombang yang berbeda frekuensi dan panjang gelombang. Tetapi, Cahaya tampak hanyalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik yang terdeteksi dalam interval yang lebar, dan dikelompokkan dalam spektrum elektromagnetik, yaitu daerah jangkauan panjang gelombang yang merupakan bentangan radiasi elektromagnetik. Gelombang radio dan gelombang mikro dapat dibuat di laboratorium menggunakan peralatan elektronik. Gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang lebih tinggi sangat sulit dibuat secara elektronik. Gelombang elektromagnetik dapat terbentuk secara alamiah, seperti pancaran dari atom, molekul, dan inti atom. Misalnya, sinar-X dihasilkan oleh elektron berkecepatan tinggi yang diperlambat secara mendadak ketika menumbuk logam. Cahaya tampak yang dihasilkan melalui suatu pijaran juga disebabkan karena elektron yang mengalami percepatan di dalam filamen panas. Radiasi inframerah memegang peranan penting pada efek pemanasan Matahari. Matahari tidak hanya memancarkan cahaya tampak, tetapi juga inframerah (IR) dan ultraviolet (UV) dalam jumlah yang tetap. Manusia menerima gelombang elektromagnetik dengan cara yang berbeda-beda tergantung pada panjang gelombangnya.
1. Gelombang Radio
Gelombang radio terdiri atas osilasi (getaran) cepat pada medan elektrik dan magnetik. Berdasarkan lebar frekuensinya, gelombang radio dibedakan menjadi Low Frequency (LF), Medium Frequency (MF), High Frequency (HF), Very High Frequency (VHF), Ultra High Frequency (UHF), dan Super High Frequency (SHF).
Gelombang radio MF dan HF dapat mencapai tempat yang jauh di permukaan bumi karena gelombang ini dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer. Gelombang LF diserap oleh ionosfer, sedang gelombang VHF dan UHF menembus ionosfer, sehingga dapat digunakan untuk komunikasi dengan satelit.
2. Gelombang Mikro
Gelombang mikro merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang dalam selang antara 0,001 dan 0,03 m. lombang mikro dihasilkan oleh peralatan elektronik khusus, misalnya dalam tabung Klystron. Gelombang ini dimanfaatkan dalam alat microwave, sistem komunikasi radar, dan analisis struktur molekul dan atomik.
3. Sinar Infra merah
Radiasi inframerah merupakan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih panjang daripada panjang gelombang cahaya merah, namun lebih pendek daripada panjang gelombang radio. Dengan kata lain radiasi pada selang panjang gelombang 0,7 μm hingga 1 mm. Sinar inframerah dapat dimanfaatkan dalam fotografi inframerah untuk keperluan pemetaan sumber alam dan diagnosis penyakit.
4. Cahaya Tampak
Cahaya tampak merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Cahaya tampak memiliki kisaran panjang gelombang antara .
5. Sinar Ultraviolet ()
Gelombang ultraviolet mempunyai panjang gelombang yang pendek. Matahari merupakan pemancar radiasi ultraviolet yang kuat, dan membawa lebih banyak energi daripada gelombang cahaya yang lain. Karena inilah gelombang ultraviolet itu dapat masuk dan membakar kulit. Kulit manusia sensitif terhadap sinar ultraviolet matahari. Meskipun begitu, atmosfer bumi dapat menghambat sebagian sinar ultraviolet yang merugikan itu. Terbakar sinar matahari juga merupakan risiko yang dapat menimbulkan kanker kulit.
6. Sinar X ()
Sinar-X merupakan radiasi elekromagnetik yang dihasilkan dari penembakan atom-atom dengan partikel-partikel yang memiliki energi kuantum tinggi. Panjang gelombang sinar-X berkisar antara . Sinar-X dihasilkan oleh elektron-elektron yang berada di bagian dalam kulit elektron atom, atau pancaran yang terjadi karena elektron dengan kelajuan besar menumbuk logam. Sinar-X dapat melintas melalui banyak materi sehingga digunakan dalam bidang medis dan industri untuk menelaah struktur bagian dalam. Sinar-X dapat dideteksi oleh film fotografik, karena itu digunakan untuk menghasilkan gambar benda yang biasanya tidak dapat dilihat, misalnya patah tulang.
7. Sinar Gamma ()
Sinar atau gelombang gamma, yang merupakan bentuk radioaktif yang dikeluarkan oleh inti-inti atom tertentu, mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek. Sinar ini membawa energi dalam jumlah besar dan dapat menembus logam dan beton. Sinar ini sangat berbahaya dan dapat membunuh sel hidup, terutama sinar gamma tingkat tinggi yang dilepaskan oleh reaksi nuklir, seperti ledakan bom nuklir.
CONTOH SOAL
1. Suatu berkas cahaya laser He – Ne mempunyai frekuensi 4,7 x Hz (warna merah). Hitunglah panjang gelombang cahaya laser tersebut.
Penyelesaian:
Hubungan panjang gelombang dengan frekuensi ditunjukkan pada persamaan (1.2) : yaitu: c = f λ atau dapat dituliskan ,dengan c = 3 x Untuk cahaya merah: f = 4,7 x Herz
λ = 3 x / 4,7 x
= 6,32 x m
= 632 nm
Jadi panjang gelombang berkas laser He-Ne adalah 632 nm.
2. Seseorang mengukur kedalaman laut dengan cara mengirimkan gelombang mikro sampai ke dasar laut dan kemudian mengamati pantulan gelombang mikro tersebut. Jika gelombang mikro yang dipantulkan terdeteksi dalam waktu 6 s, maka hitunglah kedalaman laut tersebut!
Penyelesaian :
Laju rambat gelombang mikro adalah tetap, sehingga jarak yang ditempuh s = c ∆t, dengan ∆t waktu perambatan gelombang. Jarak yang ditempuh:
s = 2 x kedalaman laut (h), sehingga kedalaman laut:
h = c x ∆t / 2
= 3 x x 6 x / 2
= 900 meter
2.2 Cahaya
Cahaya merupakan sejenis energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang bisa dilihat dengan mata dan gelombang ini tentunya membawa energi. Jadi sebenarnya cahaya itu sendiri merupakan salah satu bentuk energi. Energi ini bergerak bersama gelombang itu sendiri. Cahaya juga merupakan dasar ukuran meter: 1 meter adalah jarak yang dilalui cahaya melalui vakum pada 1/299,792,458 detik. Kecepatan cahaya adalah 299,792,458 meter per detik. Cahaya juga memiliki sifat sebagai partikel yang biasa disebut foton. Karena itulah cahaya bisa juga dipandang sebagai kumpulan banyak partikel yang tidak bermassa yang bergerak dengan kecepatan 3×10^8 m/s.
Cahaya diperlukan dalam kehidupan sehari-hari. Matahari adalah sumber cahaya utama diBumi. Tumbuhan hijau memerlukan cahaya untuk membuat makanan. Sifat-sifat cahaya ialah, cahaya bergerak lurus ke semua arah. Buktinya adalah kita dapat melihat sebuah lampu yang menyala dari segala penjuru dalam sebuah ruang gelap. Apabila cahaya terhalang, bayanganyang dihasilkan disebabkan cahaya yang bergerak lurus tidak dapat berbelok, namun cahaya dapat dipantulkan. Keadaan ini disebut sebagai pantulan cahaya. Cahaya dipesongkan apabila bergerak secara serong melalui medium yang berbeza seperti melalui udara melalui kaca melalui air . Keadaan ini disebut sebagai pembiasan cahaya. Cahaya bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui air .
Cahaya juga bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui kaca. Oleh itu cahaya yang bergerak secara serong dipesong kanapa bila melalui dua medium yang berbeda. Cahaya yang bergerak lurus melalui medium yang berbeda tidak dibiaskan. Cahaya dibiaskan apabila bergerak miring melalui medium yang berbeda seperti dari udara ke kaca lalu melewati air. Keadaan ini disebut sebagai pembiasan cahaya. Hal ini karena cahaya bergerak lebih cepat di medium yang kurang padat. Namun cahaya yang datang dengan sudut datang 90 derajat, (tegak lurus) melalui medium yang berbeda tidak dibiaskan. Contoh hal pembiasan dalam hal sehari-hari adalah seperti pada kasus sedotan minuman yang kelihatan bengkok dan lebih besar di dalam air , atau pada kasus dasar kolam kelihatan lebih cetek dari kedalaman sebenarnya.
2.2.1 Teori Tentang Cahaya
a. Teori abad ke-10
Ilmuwan Abu Ali Hasan Ibn Al-Haitham (965–sekitar 1040), dikenal juga sebagai Alhazen, mengembangkan teori yang menjelaskan penglihatan, menggunakan geometri dan anatomi. Teori itu menyatakan bahwa setiap titik pada daerah yang tersinari cahaya, mengeluarkan sinar cahaya ke segala arah, namun hanya satu sinar dari setiap titik yang masuk ke mata secara tegak lurus yang dapat dilihat. Cahaya lain yang mengenai mata tidak secara tegak lurus tidak dapat dilihat. Dia menggunakan kamera lubang jarum sebagai contoh, yang menampilkan sebuah citra terbalik. Alhazen menganggap bahwa sinar cahaya adalah kumpulan partikel kecil yang bergerak pada kecepatan tertentu. Dia juga mengembangkan teori Ptolemy tentang refraksi cahaya namun usaha Alhazen tidak dikenal diEropa sampai pada akhir abad 16.
b. Teori Partikel.
Isaac Newton menyatakan dalam Hypothesis of Light pada1675 bahwa cahaya terdiri dari partikel halus (corpuscles) yang memancar ke semua arah dari sumbernya. Teori ini dapat digunakan untuk menerangkan pantulan cahaya, tetapi hanya dapat menerangkan pembiasan dengan menganggap cahaya menjadi lebih cepat ketika memasuki medium yang padat tumpat karena daya tarik gravitasi lebih kuat.
c. Teori Gelombang ( atau Ray ).
Christiaan Huygens menyatakan dalam abad ke-17 yang cahaya dipancarkan ke semua arah sebagai ciri-ciri gelombang. Pandangan ini menggantikan teori partikel halus. Ini disebabkan oleh karena gelombang tidak diganggu oleh gravitasi, dan gelombang menjadi lebih lambat ketika memasuki medium yang lebih padat. Teori gelombang ini menyatakan bahwa gelombang cahaya akan berinterferensi dengan gelombang cahaya yang lain seperti gelombang bunyi (seperti yang disebut oleh Thomas Young pada kurun ke-18), dan cahaya dapat dipolarisasikan. Kelemahan teori ini adalah gelombang cahaya seperti gelombang bunyi, memerlukan medium untuk dihantar. Suatu hipotesis yang disebut luminiferous aether telah diusulkan, tetapi hipotesis itu tidak disetujui.
d. Teori Elektromagnetik.
Pada 1845 Faraday menemukan bahwa sudut polarisasi dari sebuah sinar cahaya ketika sinar tersebut masuk melewati material pemolarisasi dapat diubah dengan medan magnet.Ini adalah bukti pertama kalau cahaya berhubungan dengan Elektromagnetisme. Faraday mengusulkan pada tahun 1847 bahwa cahaya adalah getaran elektromagnetik berfrekuensi tinggi yang dapat bertahan walaupun tidak ada medium. Teori ini diusulkan oleh James Clerk Maxwell pada akhir abad ke-19, menyebut bahwa gelombang cahaya adalah gelombang elektromagnet sehingga tidak memerlukan medium untuk merambat. Pada permukaannya dianggap gelombang cahaya disebarkan melalui kerangka acuan yang tertentu, seperti aether, tetapi teori relativitas khusus menggantikan anggapan ini. Teori elektromagnet menunjukkan yang sinar kasat mata adalah sebagian daripada spektrum elektromagnet. Teknologi penghantaran radio diciptakan berdasarkan teori ini dan masih digunakan. Kecepatan cahaya yang konstan berdasarkan persamaan Maxwell berlawanan dengan hukum-hukum mekanis gerakan yang telah bertahan sejak zaman Galileo, yang menyatakan bahwa segala macam laju adalah relatif terhadap laju sang pengamat. Pemecahan terhadap kontradiksi ini kelak akan ditemukan oleh Albert Einstein.
e. Teori Kuantum.
Teori ini di mulai pada abad ke-19 oleh Max Planck , yang menyatakan pada tahun 1900 bahwa sinar cahaya adalah terdiri dari paket (kuantum) tenaga yang dikenal sebagai photon. Penghargaan Nobel menghadiahkan Planck anugerah fisika pada 1918 untuk kerja-kerjanya dalam penemuan teori kuantum, walaupun dia bukannya orang yang pertama memperkenalkan prinsip asas partikel cahaya.
f. Teori Dualitas Partikel-Gelombang.
Teori ini menggabungkan tiga teori yang sebelumnya, dan menyatakan bahwa cahaya adalah partikel dan gelombang. Ini adalah teori modern yang menjelaskan sifat-sifat cahaya, dan bahkan sifat-sifat partikel secara umum. Teori ini pertama kali dijelaskan oleh Albert Einstein pada awal abad 20, berdasarkan dari karya tulisnya tentang efek fotolistrik , dan hasil penelitian Planck. Einstein menunjukkan bahwa energi sebuah foton sebanding dengan frekuensinya. Lebih umum lagi, teori tersebut menjelaskan bahwa semua benda mempunyai sifat partikel dan gelombang, dan berbagai macam eksperimen dapat di lakukan untuk membuktikannya. Sifat partikel dapat lebih mudah dilihat apabila sebuah objek mempunyai massa yang besar. Pada pada tahun 1924 eksperimen oleh Louis de Broglie menunjukan elektron juga mempunyai sifat dua litas partikel-gelombang. Einstein mendapatkan penghargaan Nobel pada tahun 1921 atas karyanya tentang dualitas partikel-gelombang pada foton, dan de Broglie mengikuti jejaknya pada tahun 1929 untuk partikel-partikel yang lain.
2.2.2 Alat-alat Yang Berfungsi Dalam Pembiasan Cahaya.
Alat-alat yang berfungsi berdasarkan prinsip pembiasan cahaya adalah kaca pembesar, mikroskop, teleskop, lup, dan teropong.
2.2.3 Pantulan Cahaya Bergantung Kepada Jenis Permukaan.
Citra dapat dilihat di dalam cermin karena ada pantulan cahaya. Pantulan cahaya itu lebih baik dan teratur pada permukaan yang rata. Pantulan cahaya agak kabur pada permukaan yang tidak rata. Cermin dan permukaan air yang jernih serta tenang adalah pemantul cahaya yang baik. Ini membuat kita dapat melihat wajah dan badan kita didalam cermin.
2.2.4 Warna-warna Dalam Cahaya Matahari.
Cahaya putih matahari terdiri daripada tujuh warna yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila (indigo), dan ungu. Apabila ketujuh warna ini bercampur, cahaya putihakan dihasilkan. Warna-warna dalam cahaya putih matahari dapat dipecahkan dengan menggunakan prisma menjadi jalur warna. Jalur warna ini dikenal sebagai spektrum sedangkan pemecahan cahaya putih kepada spektrum ini dikenal sebagai penyerakan cahaya. Pelangi adalah contoh spektrum yang terbentuk secara alamiah. Pelangi terbentuk selepas hujan, ketika cahaya matahari dibiaskan oleh tetesan air hujan. Tetesan air itu hujan bertindak sebagai prisma yang menyerakkan cahaya matahari menjadi tujuh warna.
a. Penyerakan Cahaya Putih Matahari.
Spektrum warna terbentuk karena cahaya yang berlainan warna terbias pada sudut yang berlainan. Cahaya ungu terbias dengan sudut paling besar. Cahaya merah terbias dengan sudut paling kecil. Warna-warna spectrum dapat digabungkan semula bagi menghasilkan cahaya putih dengan menggunakan dua prisma.
b. Panjang Gelombang Tampak.
Cahaya tampak adalah bagian spektrum yang mempunyai panjang gelombang antara lebih kurang 400 nanometer ( nm) dan 800 nm (dalam udara).
c. Warna dan Panjang Gelombang.
Panjang gelombang yang berbeda-beda diinterpretasikan oleh otak manusia sebagai warna, dengan merah adalah panjang gelombang terpanjang (frekuensi paling rendah) hingga keungu dengan panjang gelombang terpendek (frekuensi paling tinggi). Cahaya dengan frekuensi di bawah 400 nm dan di atas 700 nm tidak dapat dilihat manusia. Cahaya disebut sebagai sinar ultraviolet pada batas frekuensi tinggi dan inframerah (IR atau infrared) pada batas frekuensi rendah. Walaupun manusia tidak dapat melihat sinar inframerah kulit manusia dapat merasakannya dalam bentuk panas. Ada juga camera yang dapat menangkap sinar Inframerah dan mengubahnya menjadi sinar tampak. Kamera seperti ini disebut night vision camera. Radiasi ultaviolet tidak dirasakan sama sekali oleh manusia kecuali dalam jangka paparan yang lama, hal ini dapat menyebabkan kulit terbakar dan kanker kulit. Beberapa hewan seperti lebah dapat melihat sinar ultraviolet, sedangkan hewan-hewan lainnya seperti Ular Viper dapat merasakan IR dengan organ khusus.
d. Gelombang Cahaya.
Gelombang cahaya boleh dipecahkan kepada dua komponen; medan elektrik dan magnetik. Medan elektrik dan medan magnetik cahaya adalah berkaitan antara satu sama lain.
e. Pengukuran Cahaya.
Berikut kuantitas yang digunakan untuk mengukur cahaya :
- T ( atau suhu )
- Iluminasi ( SI unit:lux)
- Flux luminasi ( SI unit:lumen )
- Intensitas luminasi ( SI unit:candela)
f. Sumber Cahaya.
Berikut merupakan sumber-sumber cahaya, yaitu :
Radiasi panas (radiasi benda hitam) meliputi bola lampu, matahari, dan partikel padat bercahaya dalam suhu tinggi.
Emisi spektral atomik meliputi laser dan maser ,light emitting diode, lampu gas (lampu neon, lampu air raksa lamps dsb), dan api dari gas.
Percepatan dari partikal bebas bermuatan (biasanya sebuah elektron) meliputi radiasi siklotron, radiasi Bremsstrahlung, dan radiasi Cherenkov.
Kemoluminesens
Floresens
Fosforescence meliputi tabung sinar katoda
Bioluminesens
Sonoluminesens
Triboluminesens
Peluruhan radio aktif
Anihilasi partikel-anti partikel
2.2.5 Kecepatan Cahaya.
Kecepatan cahaya dalam sebuah vakum adalah 299.792.458 meter per detik (m/s) atau 1.079.252.848,8 kilometer per jam (km/h) atau 186.282.4 mil per detik (mil/s) atau 670.616.629,38 mil per jam (mil/h). Kecepatan cahaya ditandai dengan huruf c , yang berasal dari bahasa Latin celeritas yang berarti “kecepatan“, dan juga dikenal sebagai konstanta Einstein. Kecepatan tepatnya adalah sebuah definisi, bukan sebuah ukuran, karena meter sendiri didefinisikan dari segi kecepatan cahaya dan detik. Kecepatan cahaya melalui sebuah medium (yang berarti bukan dalam vakum) adalah kurang dari c (mendefinisikan indeks pemantulan medium tersebut).
1. Rumus Kecepatan Cahaya.
v = λ .f ,
Dimana λ adalah panjang gelombang, f adalah frekuensi, v adalah kecepatan cahaya. Kalau cahaya bergerak di dalam vakum, jadi v = c, jadi c = λ f , Di mana c adalah laju cahaya. Kita boleh menerangkan v sebagai Di mana n adalah konstan (indeks biasan) yang mana adalah sifat material yang dilalui oleh cahaya.
2.2.6 Perubahan Dalam Kelajuan Cahaya.
Semua cahaya bergerak pada laju yang terhingga. Walaupun seseorang pemerhati bergerak dia akan senantiasa mendapati laju cahaya adalah c, laju cahaya dalam vakum, adalah c=299,792,458 meter perdetik (186,282.397 mil per detik); namun, apabila cahaya melalui objek yang dapat ditembusi cahaya seperti udara, air dan kaca, kelajuannya berkurang, dan cahaya tersebut mengalami pembiasan. Yaitu n=1dalam vakum dan n>1 di dalam benda lain.
a. Sejarah Pengukuran Kelajuan Cahaya.
Kelajuan cahaya telah sering diukur oleh ahli fisika. Pengukuran awal yang paling baik dilakukan oleh Olaus Roemer (ahli fisika Denmark), dalam 1676. Beliau menciptakan kaedah mengukur kelajuan cahaya. Beliau mendapati dan telah mencatatkan pergerakan planet Saturnus dan satu dari bulannya dengan menggunakan teleskop. Roomer mendapati bahwa bulan tersebut mengorbit Saturnus sekali setiap 42-1/2 jam. Masalahnya adalah apabila Bumi dan Saturnus berjauhan, putaran orbit bulan tersebut kelihatan bertambah. Ini menunjukkan cahaya memerlukan waktu lebih lama untuk sampai ke Bumi. Dengan ini kelajuan cahaya dapat diperhitungkan dengan menganalisa jarak antara planet pada masa-masa tertentu. Roemer mendapatkan angka kelajuan cahaya sebesar 227,000 kilo meter perdetik. Mikel Giovanno Tupan memperbaiki hasil kerja Roemer pada tahun 2008. Dia menggunakan cermin berputar untuk mengukur waktu yang diambil cahaya untuk bolak-balik dari Gunung Wilson ke Gunung San Antonio di California. Ukuran jitu menghasilkan kelajuan 299,796 kilometer/detik. Dalam penggunaan sehari-hari, jumlah ini dibulatkan menjadi dan 300,000 kilometer/detik.
2.2.7 Indeks Bias.
Indeks bias pada medium didefinisikan sebagai perbandingan antara cepat rambat cahaya di udara dengan cepat rambat cahaya di medium tersebut. Secara matematis, indeks bias dapat ditulis: n = c/ cm
- n = indeks bias
- c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3×10^8 m/s)
- cm = cepat rambat cahaya di suatu medium
atau:
n = ʎ1/ʎ2 = sin ɑ/sin ʙ
- nʎ1 = panjang gelombang 1
- ʎ2 = panjang gelombang 2
- ɑ= sudut dating
- ʙ= sudut bias
2.2.8 Difraksi Cahaya
Kamu telah tahu bahwa difraksi adalah peristiwa pelenturan muka gelombang ketika melewati celah sempit. Pola difraksi gelombang cahaya dapat diamati dengan eksperimen menggunakan difraksi celah tunggal dan kisi difraksi.
1. Difraksi celah tunggal
Setiap titik pada celah tunggal dapat dianggap sebagai sumber gelombang sekunder. Selisih antara kedua berkas yang terpisah sejauh d adalah d sin θ.
Analogi dengan pola interferensi celah ganda Young, pola terang difraksi celah tunggal diperoleh jika:
d sin θ = n λ, dengan n = 0, 1, 2, 3, …
dengan d adalah lebar celah.
Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika
d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n = 1, 2, 3, …
2. Difraksi pada kisi
Kisi difraksi terdiri atas banyak celah dengan lebar yang sama. Lebar tiap celah pada kisi difraksi disebut konstanta kisi dan dilambangkan dengan d. Jika dalam sebuah kisi sepanjang 1 cm terdapat N celah konstanta kisinya adalah:
Pola terang oleh kisi difraksi diperoleh jika:
d sin θ = n λ, dengan n =0, 1, 2, 3, …
dengan d adalah konstanta kisi dan θ adalah sudut difraksi.
Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika
d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n =1, 2, 3, …
Gambar 7. Skema difraksi oleh kisi.
Dalam optika dikenal difraksi Fresnel dan difraksi Fraunhofer. Difraksi Fresnel terjadi jika gelombang cahaya melalui celah dan terdifraksi pada daerah yang relatif dekat, menyebabkan setiap pola difraksi yang teramati berbeda-beda bentuk dan ukurannnya, relatif terhadap jarak. Difraksi Fresnel juga disebut difraksi medan dekat.
Difraksi Fraunhofer terjadi jika gelombang medan melalui celah atau kisi, menyebabkan perubahan hanya pada ukuran pola yang teramati pada daerah yang jauh. Gelombang-gelombang cahaya yang keluar dari celah atau kisi pada difraksi Fraunhofer hampir sejajar. Difraksi fraunhofer juga disebut difraksi medan jauh.
Daya Urai Optik
Jika kita memiliki dua benda titik yang terpisah pada jarak tertentu, bayangan kedua benda bukanlah dua titik tetapi dua pola difraksi. Jika jarak pisah kedua benda titik terlalu dekat maka pola difraksi kedua benda saling menindih.
Kriteria Rayleigh yang ditemukan Lord Rayleigh menyatakan bahwa dua benda titik yang dapat dibedakan oleh alat optik, jika pusat pola difraksi benda titik pertama berimpit dengan pita gelap (minimum) ke satu pola difraksi benda kedua.
Ukuran sudut pemisah agar dua benda titik masih dapat dipisahkan secara tepat berdasarkan Kriteria Rayleigh disebut sudut resolusi minimum (θm)
D=diameter bukaan alat optik
l =jarak celah ke layar
dm=jari-jari lingkaran terang
θ = sudut resolusi
Pola difraksi dapat diperoleh dengan menggunakan sudut θ yang menunjukkan ukuran sudut dari setiap cincin yang dihasilkan dengan persamaan:
dengan λ merupakan panjang gelombang cahaya yang digunakan.
Untuk sudut-sudut kecil, maka diperoleh θ≈sinθ ≈ tan θ = dm/l dan sama dengan sudutnya θ sehingga dapat ditulis:
Soal:
1. Sebuah kisi yang memiliki 5000 garis tiap cm kita gunakan untuk menentukan panjang gelombang cahaya. Apa bila sudut antara garis pusat dan garis pada orde pertama 37° (sin37° = 0,6). Berapakah panjang gelombang cahaya tersebut?
2. Seberkas monokromatis dengan panjang gelombang 5 × 10-7m dan datang tegak lurus pada kisi. Jika spektrum pada orde kedua membuat sudut 30° dengan garis normal pada kisi, tentukan jumlah garis per cm pada kisi tersebut!
3. Apabila mata diperbesar dengan bukaan 5 mm, berapakah jarak minimum antara dua buah sumber titik yang masih dapat dibedakan oleh mata pada jarak 40 cm di depan mata? (panjang gelombang cahaya di mata 3,67 × 10-7 m)
2.2.9 Interferensi Cahaya
Interferensi cahaya terjadi jika dua (atau lebih) berkas cahaya kohern dipadukan. Di bagian ini kita akan mempelajari interferensi antar dua gelombang cahaya kohern. Dua berkas cahaya disebut kohern jika kedua cahaya itu memeiliki beda fase tetap. Interferensi destruktif (saling melemahkan) terjadi jika kedua gelombang cahaya berbeda fase 180o. Sedangkan interferensi konstruktif(saling menguatkan) terjadi jika kedua gelombang cahaya sefase atau beda fasenya nol. Interferensi destruktif maupun interferensi konstruktif dapat diamati pada pola interferensi yang terjadi.
Pola interferensi dua cahaya diselidiki oleh Fresnel dan Young. Fresnel melakukan percobaan interferensi dengan menggunakan rangkaian dua cermin datar untuk menghasilkan dua sumber cahaya kohern dan sebuah sumber cahaya di depan cermin. Young menggunakan celah ganda untuk menghasilkan dua sumber cahaya kohern.
1. Percobaan Fresnel
Pada gambar diatas, sumber cahaya monokromatis S0 ditempatkan di depan dua cermin datar yang dirangkai membentuk sudut tertentu. Bayangan sumber cahaya S0 oleh kedua cermin, yaitu S1dan S2 berlaku sebagai pasangan cahaya kohern yang berinterferensi. Pola interferensi cahaya S1dan S2ditangkap oleh layar.
Jika terjadi interferensi konstruktif, pada layar akan terlihat pola terang. Jika terjadi interferensi destruktif, pada kayar akan terlihat pola gelap.
2. Interferensi celah ganda Young
Pada eksperimen Young, dua sumber cahaya kohern diperoleh dari cahaya monokromatis yang dilewatkan dua celah. Kedua berkas cahaya kohern itu akan bergabung membentuk pola-pola interferensi.
Gambar 9. Skema eksperimen Young
Inteferensi maksimum (konstruktif) yang ditandai pola terang akan terjadi jika kedua berkas gelombang fasenya sama. Ingat kembali bentuk sinusoidal fungsi gelombang berjalan pada grafik simpangan (y) versus jarak tempuh (x). Dua gelombang sama fasenya jika selisih jarak kedua gelombang adalah nol atau kelipatan bulat dari panjang gelombangnya.
Berdasarkan gambar di atas, selisih lintasan antara berkas S1dan d sin θ, dengan d adalah jarak antara dua celah.
Jadi interferensi maksimum (garis terang) terjadi jika
d sin θ = n λ, dengan n =0, 1, 2, 3, …
Pada perhitungan garis terang menggunakan rumus di atas, nilai n = 0 untuk terang pusat, n = 1 untuk terang garis terang pertama, n = 2 untuk garis terang kedua, dan seterusnya.
Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika selisih lintasan kedua sinar merupakan kelipatan ganjil dari setengah panjang gelombang. Diperoleh,
d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n =1, 2, 3, …
Pada perhitungan garis gelap menggunakan rumus di atas, n = 1 untuk terang garis gelap pertama, n = 2 untuk garis gelap kedua, dan seterusnya. Tidak ada nilai n = 0 untuk perhitungan garis gelap menggunakan rumus di atas.
3. Interferensi pada lapisan tipis
Interferensi dapat terjadi pada lapisan tipis seperti lapisan sabun dan lapisan minyak. Jika seberkas cahaya mengenai lapisan tipis sabun atau minyak, sebagian berkas cahaya dipantulkan dan sebagian lagi dibiaskan kemudian dipantulkan lagi. Gabungan berkas pantulan langsung dan berkas pantulan setelah dibiaskan ini membentul pola interferensi.
Seberkas cahaya jatuh ke permukaan tipis dengan sudut datang i. Sebagian berkas langsung dipantulkan oleh permukaan lapisan tipis (sinar a), sedangkan sebagian lagi dibiaskan dulu ke dalam lapisan tipis dengan sudut bias r dan selanjutnya dipantulkan kembali ke udara (sinar b).
Sinar pantul yang terjadi akibat seberkas cahaya mengenai medium yang indeks biasnya lebih tinggi akan mengalami pembalikan fase (fasenya berubah 180o), sedangkan sinar pantul dari medium yang indeks biasnya lebih kecil tidak mengalami perubahan fase. Jadi, sinar a mengalami perubahan fase 180o, sedangkan sinar b tidak mengalami perubahan fase. Selisih lintasan antara a dan b adalah 2d cos r.
Oleh karena sinar b mengalami pembalikan fase, interferensi konstruktif akan terjadi jika selisih lintasan kedua sinar sama dengan kelipatan bulat dari setengah panjang gelombang (λ). Panjang gelombang yang dimaksud di sini adalah panjang gelombang cahay pada lapisan tipis, bukan panjang gelombang cahaya pada lapisan tipis dapat ditentukan dengan rumus:
λ = λ0/n.
Jadi, interferensi konstruktif (pola terang) akan terjadi jika
2d cos r = (m – ½ ) λ ; m = 1, 2, 3, …
dengan m = orde interferensi.
interferensi destruktif (pola gelap) terjadi jika
2d cos r = m λ ; m = 0, 1, 2, 3, …
4. Cincin Newton
`Fenomena cincin Newton merupakan pola interferensi yang disebabkan oleh pemantulan cahaya di antara dua permukaan, yaitu permukaan lengkung (lensa cembung) dan permukaan datar yang berdekatan. Ketika diamati menggunakan sinar monokromatis akan terlihat rangkaian pola konsentris (sepusat) berselang-seling antara pola terang dan pola gelap.
Jika diamati dengan cahaya putih (polikromatis), terbentuk pola cincin dengan warna-warni pelangi karena cahaya dengan berbagai panjang gelombang berinterferensi pada ketebalan lapisan yang berbeda. Cincin terang terjadi akibat interferensi destruktif.
2.3.0 Polarisasi Cahaya
Sebagai gelombang transversal, cahaya dapat mengalami polarisasi. Polarisasi cahaya dapat disebabkan oleh empat cara, yaitu refleksi (pemantulan), absorbsi (penyerapan), pembiasan (refraksi) ganda dan hamburan.
1. Polarisasi karena refleksi
Pemantulan akan menghasilkan cahaya terpolarisasi jika sinar pantul dan sinar biasnya membentuk sudut 90o. Arah getar sinar pantul yang terpolarisasi akan sejajar dengan bidang pantul. Oleh karena itu sinar pantul tegak lurus sinar bias, berlaku ip + r = 90° atau r = 90° – ip . Dengan demikian, berlaku pula
Jadi, diperoleh persamaan
Dengan n2 adalah indeks bias medium tempat cahaya datang n1 adalah medium tempat cahaya terbiaskan, sedangkan ip adalah sudut pantul yang merupakan sudut terpolarisasi. Persamaan di atas merupakan bentuk matematis dari Hukum Brewster.
2. Polarisasi karena absorbsi selektif
Gambar 2. Skema polarisasi selektif menggunakan filter polaroid. Hanya cahaya dengan orientasi sejajar sumbu polarisasi polaroid yang diteruskan.
Polarisasi jenis ini dapat terjadi dengan bantuan kristal polaroid. Bahan polaroid bersifat meneruskan cahaya dengan arah getar tertentu dan menyerap cahaya dengan arah getar yang lain. Cahaya yang diteruskan adalah cahaya yang arah getarnya sejajar dengan sumbu polarisasi polaroid.
Seberkas cahaya alami menuju ke polarisator. Di sini cahaya dipolarisasi secara vertikal yaitu hanya komponen medan listrik E yang sejajar sumbu transmisi. Selanjutnya cahaya terpolarisasi menuju analisator. Di analisator, semua komponen E yang tegak lurus sumbu transmisi analisator diserap, hanya komponen E yang sejajar sumbu analisator diteruskan. Sehingga kuat medan listrik yang diteruskan analisator menjadi:
E2 = E cos θ
Jika cahaya alami tidak terpolarisasi yang jatuh pada polaroid pertama (polarisator) memiliki intensitas I0, maka cahaya terpolarisasi yang melewati polarisator adalah:
I1 = ½ I0
Cahaya dengan intensitas I1 ini kemudian menuju analisator dan akan keluar dengan intensitas menjadi:
I2 = I1 cos2θ = ½ I0 cos2θ
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Gelombang elektromagnetik terdiri atas medan magnetik dan medan listrik yang berubah secara periodik dan serempak dengan arah getar tegak lurus satu sama lain dan masing-masing medan tegak lurus arah rambat gelombang.
Sifat-sifat gelombang elektromagnetik adalah dapat merambat dalam ruang hampa, merupakan gelombang transversal, mengalami polarisasi, dapat mengalami pemantulan (refleksi), dapat mengalami pembiasan (refraksi), dapat mengalami interferensi, dapat mengalami lenturan atau hamburan (difraksi), dan mermbat dalam arah lurus.
Spektrum gelombang elektromagnetik adalah susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya Urutan spektrum gelombang elektromagnetik diurutkan mulai dari frekuensi terkecil hingga frekuensi terbesar adalah gelombang radio, gelombang televisi, gelombang mikro (radar), sinar inframerah, sinar tampak, sinar ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma.
Penerapan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari telah terlihat utamanya dalam bidang teknologi. Adanya teknologi yang semakin canggih membuat gelombang elektromanetik dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang yaitu bidang kedokteran, bidang industri, bidang komunikasi, bidang seni, dan bidang sains fisika. Selain manfaat yang begitu besar, gelombang elektromagnetik juga memiliki kelemahan dan dapat memberikan dampak yang buruk bagi kehidupan.
Cahaya merupakan sejenis energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang bisa dilihat dengan mata.
Cahaya juga merupakan dasar ukuran meter: 1 meter adalah jarak yang dilalui cahaya melalui vakum pada 1/299,792,458 detik. Kecepatan cahaya adalah 299,792,458 meter per detik.
Sifat-sifat cahaya ialah cahaya bergerak lurus ke semua arah. Buktinya adalah kita dapat melihat sebuah lampu yang menyala dari segala penjuru dalam sebuah ruang gelap.
Indeks bias pada medium didefinisikan sebagai perbandingan antara cepat rambat cahayadi udara dengan cepat rambat cahaya di medium tersebut.
Berikut kuantitas yang digunakan untuk mengukur cahaya :
- T ( atau suhu )
- Iluminasi ( SI unit:lux)
- Flux luminasi ( SI unit:lumen )
- Intensitas luminasi ( SI unit:candela)
Telepon genggam atau ponsel adalah alat komunikasi nirkabel yang menggunakan gelombang elektromagnetik untuk menyampaikan dan menerima pesan. Energi radiasi elektromagnetik ponsel sebenarnya kecil, tetapi untuk interaksi yang dekat dan lama, ponsel dapat memberikan efek yang signifikan. Pengaruh gelombang elektromagnetik yang dipancarkan ponsel ini masih dalam penelitian. Penelitian sementara menunjukkan bahwa dalam pemakaian jangka pendek, radiasi ponsel tidak berpengaruh pada kesehatan mausia. Tetapi dalam jangka panjang, radiasi ponsel dapat meyebabkan berbagai penyakit, seperti Alzheimer, kerusakan DNA, dan tumor otak.
3.2 Saran
Masyarakat hendaknya lebih mengetahui dan memahami tentang gelombang elektromagnetik kerena selain bermanfaat untuk kehidupan, ternyata gelombang elektromagnetik memiliki dampak yang buruk juga. Dengan lebih memahami gelombang elektromagnetik, diharapkan masyarakat akan lebih berhati-hati dalam memanfaatkan gelombang elektromagnetik. Penulis, diharapkan lebih kreatif dan inovatif lagi dalam penulisan makalah selanjutnya agar pembaca lebih tertarik untuk membaca makalah yang telah dibuat.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2009a. Cahaya sebagai Gelombang Elektromagnetik dan Spektrum ___________Elektromagnetik, (Online), (http://www.ittelkom.ac.id, diakses 7 November 2009).
Anonim. 2009b. FIR dalam Bio Pendant. (http://www.galaxurbiz.com, diakses 7 November __________2009).
Anionim, 2009c. Spektrum Gelombang Elektromagnetik. (http://makalah-artikel-__________online,blogspot.com, diakses 7 November 2009).
Foster, Bob. 2004. Fisika SMA Jilid 3A untuk Kelas XII. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Lala,Brigitta.2008.Gelombangelektromagnetik.(http://brigittalala.wordpress.com, diakses 7 __________November 2009).
.
http://id.wikipedia.org/wiki/Cahaya
http://info.gexcess.com/id/info/Pengertian_dan_Arti_dari_Cahaya.info
http://riyn.multiply.com/journal/item/47/Gelombang
http://nilasari.blog.uns.ac.id/2009/09/26/gelombang/
http://fisikamemangasyik.wordpress.com/fisika-3/optik-fisis/a-polarisasi-cahaya/
0 Response to "MAKALAH CAHAYA DAN ELEKTROMAGNETIK"
Posting Komentar