7/21/2019 fisika gelombang elektromagnetik http://slidepdf.com/reader/full/fisika-gelombang-elektromagnetik-56da3df2166c7 1/30 FISIKA TEKNIK Gelombang Elektromagnetik NAMA : ARIF RAHMAN JUANDA NIM : D411 14 302 JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HASANUDDIN 2015
Gelombang Elektromagnet adalah gelombang yang merambat tanpa memerlukan suatu medium
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
spektrum (panjang gelombang =1 m) di mana sumber radiasinya (gelombang yang dipancarkan)
adalah makroskopik dan pada dimensi yang masih dapat diukur.
Karena momen dipol bervariasi dalam arah dan magnitudo, medan listrik yang dihasilkan oleh
dipol juga bervariasi arah dan magnitudonya. Karena arus bervariasi, maka medan magnet yangdihasilkan oleh arus juga bervariasi arah dan di mana saja Namun perubahan medan listrik dan
medan magnet tidak terjadi dengan secara seketika, namun perubahan itu berjalan keluar dari
antenna kecepatan cahaya c. Dua medan tersebut secara bersama-sama membentuk suatu
gelombang elektromagnetik yang bergerak menjauhi antena dengan cahaya Frekuensi sudut
gelombang ini adalah sama dengan pada osilator LC.
Perhatikan beberapa ciri pada Gbr. 33-2, itu semuanya ada tanpa
memperhatikan bagaimana gelombang dibuat
1. Medan listrik E dan medan magnet B selalu tegak terhadap
arah di mana gelombang merambat. Maka dari itu
gelombangnya merupakan gelombang transversal sebagaimana
dijelaskan di Bab 16.
2. Medan listrik selalu tegak lurus terhadap medan magnet.3. Hasil perkalian E x B selalu memberikan arah di mana
gelombang berialan.
4. Kedua medan selalu bervariasi secara sin seperti halnya
gelombang transversal di bab sebelumnya. Selain itu, kedua
medan juga bervariasi dalam frekuensi sama dan sefase satu
sama lain.
Dengan ciri-ciri tersebut, kita dapat berasumsi bahwa gelombang elektromagnetik bergerak
menuju P pada arah positif suatu sumbu x. Medan listrik dalam Gbr. 33-2 berosilasi secara sejajar
pada sumbu y dan medan magnet berosilasi secara sejajar pada sumbu z (tentunya dengan
menggunakan sistem koordinasi tangan kanan). Dengan begitu kita dapat menulis medan listrik
dan medan magnet sebagai fungsi- fungsi sinusoidal posisi x dan waktu t:
Kita dapat menggambarkan gelombang elektromagnetik dalam Gbr 33-5a dengan suatu sinar
(garis langsung yang menunjukkan arah gerak gelombang) atau dengan muka gelombang(permukaan imajiner di mana gelombang tersebut memiliki magnitudo medan listrik yang sama)
atau keduanya. Kedua muka yang ditunjukkan pada Gbr. 33-5a dipisahkan oleh satu panjang
gelombang tersebut (=2π/k). (Gelombang yang berjalan dalam arah yang sama membentuk suatu
sinar misalnya laser, yang dapat digambarkan sebagai berkas).
Kita juga bisa melihat gelombang seperti dalam Gbr. 33-5b yang menunjukkan vektor medan
magnet dan medan listrik dalam suatu "snapshot" gelombang pada saat tertentu. Kurva-kurva yang
melalui ujung-ujung vektor merepresentasikan osilasi sinusoidal pada Pers. 33-1 dan 33-2;komponen-komponen gelombang E dan B satu fase, saling tegak lurus, dan tegak lurus terhadap
arah gerak gelombang.
Suatu Gelombang yang Paling Aneh
Ketika teori relativitas diterima, setelah Einstein menemukan nya tahun 1905, kecepatan
gelombang cahaya menjadi penting. Alasan yang mendasarinya adalah karena cahaya memilikikecepatan yang sama walaupun diukur berbeda. Jika anda mengirim cahaya sepanjang suatu
sumbu dan meminta beberapa pengamat untuk mengukur kecepatannya sementara mereka juga
bergerak dengan kecepatan berbeda sepanjang sumbu tersebut, baik itu pada arah cahaya atau
berlawanan, mereka semua sungguh akan mendapati bahwa cahaya tersebut memiliki kecepatan
yang sama. Hasil ini menakjubkan dan cukup berbeda jika pengamat tersebut mengukur kecepatan
jenis gelombang lainnya. Untuk gelombang yang lain, kecepatan relatif pengamat terhadap
gelombang akan mempengaruhi hasil pengukuran.
Ukuran kecepatan pada masa kini telah ditetapkan sehingga kecepatan cahaya di ruang hampa
di mana B adalah magnitudo rata-rata B di dalam persegipanjang dan h dx adalah luas dari
persegipanjang. Mendiferensiasikan Pers. 33-8 terhadap t memberikan
ᶲ = (33-9)
Jika kita mensubstitusikan Pers. 33-7 dan 33-9 ke Pers, 33-6 maka diperoleh:
=
atau = (33-10)
Sebenarnya, B dan E keduanya adalah fungsi dari dua variabel yaitu x dan t sebagaimana yang
Namun dalam menilai dE/dx kita harus mengasumsikan bahwa t itu konstan karena Gbr. 33-3
merupakan "snapshot instan". Dalam menilai dB/dt kita harus mengasumsikan bahwa x itu konstan
karena berkenaan dengan tingkat perubahan waktu B pada titik tertentu, titik P Turunan dalam
keadaan ini adalah turunan parsial dan Pers. 33-10 harus ditulis:
= (33-11)
Tanda negatif dalam persamaan tersebut cocok dan penting karena walaupun E bertambah bersamax pada sisi persegi panjang di Gbr. 33-6. B berkurang bersama t.
Namun, Pers. 30-54 memberitahu kita bahwa B 2/2 o adalah densitas energi uB dari medan magnet
B; sehingga kita bisa melihat bahwa uE=uB di manapun di sepanjang gelombang elektromagnetik.
Variasi Intensitas dengan jarak
Bagaimana intensitas bervariasi dengan jarak dari suatu sumber radiasi elektromagnetik nyata
sering menjadi masalah yang rumit-terutama ketika sumber
(seperti sinar lampu sorot di bioskop) menyorotkan radiasi ke
arah tertentu. Namun dalam beberapa situasi kita dapatmengasumsikan bahwa sumber adalah suatu sumber titik yang
mengeluarkan cahaya secara isotropis yang mana sama
intensitasnya ke semua arah. Muka gelombang berbentuk bola
yang menyebar dari suatu sumber titik isotropis s pada jarak
tertentu digambarkan dalam potongan melintang di Gbr. 33-5.
Mari kita asumsikan bahwa energi gelombang dikonservasikan saat menyebar dari sumbernya.
Mari kita juga memusatkan suatu bola imajiner bejarijari r pada sumber sebagaimana ditunjukkanGbr. 33-5. Seluruh energi yang dilepaskan oleh sumber harus melewati bola. Dengan demikian
energi yang melewati bola melalui radiasi harus sama dengan energi yang dipancarkan oleh
sumber, yaitu daya sumber Ps. Intensitas I pada bola harus dari Pers. 33-23,
= = (33-27)
di mana 4 πr 2 adalah luas bola. Pers, 33-27 memberitahu kita bahwa intensitas radiasi
elektromagnetik dari sumber titik isotropis berkurang sebanding dengan kudradrat jarak r darisumbernya.
Gelombang-gelombang elektromagnetik memiliki momentum linier dan juga energi. Hal ini
berarti bahwa kita dapat menerapkan suatu tekanan tekanan radiasi pada objek yang disinari
cahaya. Namun tekanan ini pasti sangat kecil, misalnya kita tidak merasakan tekanan saat kita
difoto oleh kamera berlampu kilat. Hal ini tentu baik karena jika tidak, setiap kali kita difoto
dengan kamera berlampu kilat akan terasa seperti dipukul.
Untuk menemukan pernyataan yang tepat mengenai tekanan ini, mari kita coba pancarkan sinar
radiasi elektromagnetik misalnya cahaya pada objek dengan interval waktu delta tLebih jauh lagi
mari kita asumsikan bahwa objeknya bebas bergerak dan radiasi seluruhnya diserap oleh objek ini.
Ini artinya bahwa selama interval delta t, objek memperoleh suatu energi AU dari radiasinya.
Maxwell menunjukkan bahwa objek juga memperoleh momentum linier. Magnitudo Ap dari
perubahan momentum objek dihubungkan dengan perubahan energi AU dengan
∆ = ∆ (33-28)
di mana c adalah kecepatan cahaya. Arah perubahan momentum objek adalah arah dari sinar
datang (insiden) yang diserap objek.
Selain diserap, radiasi dapat dipantulkan oleh objek; dengan demikian radiasi dapat dikirimkan
dengan arah baru seperti halnya memantul terhadap objek. Jika radiasi seluruhnya dipantulkan
kembali sepanjang lintasan asalnya, magnitudo perubahan momentum objek dua kali dari yangdisebutkan di atas, atau :
∆ = ∆ (33-29)
Dengan cara yang sama, sebuah objek bisa mengalami dua kali perubahan momentum ketika
misalnya bola tenis elastis sempurna dipantulkan dari objek tersebut daripada ketika objek tersebut
dikenai oleh bola yang tidak elastis (misalnya gumpalan kompon yang basah) dengan massa dan
percepatan yang sama. Jika radiasi sinar datang sebagiannya diserap dan sebagiannya dipantulkan,maka perubahan momentum objek tersebut adalah antara AU/c dan 2AU/c.
Dari hukum Newton kedua dalam bentuk momentum linier (bagian 9-4), kita tahu bahwa
perubahan momentum dihubungkan kepada suatu gaya dengan
Kita perlu hati-hati agar tidak bingung dengan simbol p r untuk tekanan radiasi dan p untuk
momentum. Seperti pada tekanan fluida di bab 14, unit standar internasional untuk tekanan radiasi
adalah Newton/meter persegi (N/m) yang disebut pascal (Pa).
Perkembangan teknologi laser telah memungkinkan para peneliti untuk menggapai tekanan-tekanan radiasi yang lebih besar dari katakanlah apa yang dihasilkan lampu flash kamera. Hal ini
karena suatu sinar laser-tidak seperti sinar dari lampukawat pijar (filamen) kecil-dapat difokuskan
menjadi suatu titik yang kecil. Dengan demikian maka energi yang sangat besar dapat ditujukan
ke suatu objek yang sangat kecil.
= = (33-37)
6. Polarisasi
Antena televisi VHF (Very High Frequency) di Inggris diarahkan
vertikal, namun di Amerika Utara diarahkan secara horizontal.
Perbedaan ini karena arah osilasi gelombang-gelombang
elektromagnetik yang membawa yang peralatan pemancar
didesain untuk menghasilkan gelombang-gelombang vertikal
sehingga medan listriknya berosilasi secara vertikal Dengan
demikian agar medan listrik gelombang-gelombang televisi
langsung bisa membawa arus di sepanjang antena, maka
antenanya harus dipasang secara vertikal. Di Amerika Utara
gelombang-gelombangnya berpolarisasi secara horizontalGambar 33.6
berada di udara pada Gbr 33-9, semua sinar yang masuk ke udara-permukaan kaca (termasuk f dan
g) akan dipantulkan dan direfraksikan pada permukaan.
Pemantulan internal total banyak diaplikasikan dalam teknologi medis. Misalnya, seorang dokter
dapat mencari suatu pertumbuhan yang tidak normal di dalam perut pasien dengan caramemasukan dua kumpulan serat optik melalui tenggorokan pasien (Gbr. 33-25). Cahaya yang
dimasukkan pada ujung akhir saat kumpulan serat optik mengalami pemantulan internal total
berulang di dalam serat sehingga, walaupun kumpulan serat memberikan lintasan yang
melengkung, sebagian besar cahaya berakhir keluar di ujung yang lainnya dan menerangi bagian
dalam perut. Sebagian cahaya yang dipantulkan dari bagian dalam perut kembali melalui
kumpulan serat optik kedua dengan cara yang sama, ini dideteksi dan dikonversi menjadi gambar
layar monitor sehingga bisa dilihat oleh dokter.
9. Polarisasi Karena Pemantulan
Kita dapat mengubah sorotan sinar matahari yang telah
dipantulkan (misalnya) air dengan melihatnya melalui
bidang polarisasi (seperti suatu lensa kacamata polarisasi)
dan kemudian memutar sumbu polarisasi bidang sekitargaris pandangan kita. Kita dapat melakukan hal tersebut
karena setiap cahaya yang dipantulkan dari suatu
permukaan baik itu seluruhnya ataupun sebagian
berpolarisasi karena pemantula (refleksi).
Gambar 33-11 menunjukkan cahaya yang tidak berpolarisasi datang pada permukaan kaca. Mari
kita pecah vektor-vektor medan listrik cahaya menjadi dua komponen. komponen tegak lurus
posisinya tegak lurus terhadap bidang datang dan halaman buku ini di Gbr. 33-11; komponen-komponen ini diwakili oleh titik-titik (seolah kita melihat ujung-ujung vektor). Komponen-
komponen sejajar, sejajar terhadap bidang datang dan halaman buku ini, ini semua diwakili oleh
anak panah bermata dua. Karena cahayanya tidak berpolarisasi, kedua komponen ini memiliki