Monday, 24 October 2016

Resume Gelombang Elektromagnetik Fisika Dasar


BAB 9 GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
9.1 Arus Listrik Pergeseran
Jika terdapat medan listrik (E) yang berisolasi, maka dihasilkanlah medan magent induksi (B), dan medan magnet induksi itu menghasilkan medan listrik demikian seterusnya. Muatan listrik berisolasi menghasilkan E dan B yang juga berosilasi, bisa berbentuk gelombang berdiri atau gelombang yang merambat. Gelombang yang berkomponen getar E dan B, dan kedua komponen tersebut tegak lururs terhadap arah perambatannya disebut gelombang elektromagnetik. Jadi, gelombang elektromagnetik adalah  gelombang transversal berkomponen getar E dan B yang berarah saling tegak lurus, dalam keadaan merambat dan ketika di vakum berkelajuan c ( 3x 108 m/s).


9.2 Persamaan Max Well
Adapun makna lambing tertulis, adalah konsisten dengan makna lambang yang telah dideklarasikan sebelumnya. Antara lain: elemen luas (dS), muatan neto (Q), tetapan permitivitas hampa (ε0) elemen fluks medan magnet (dϕB) dan medan listrik (dϕE)
a. Hukum Gauss untuk kelistrikan
b. Hukum Gauss untuk kemagnetan
c. Hukum Faraday
d. Hukum Max Well-Ampere
Persamaan a s/d d disebut dengan persamaan Max Well, yang menghubungkan antara medan listrik dengan medan magnet, ditampilkan dalam bentuk integral. Persamaan Max Well berlaku untuk medan listrik, medan magnet, muatan diam, muatan bergerak lurus beraturan, ataupun muatan yang bergerak dipercepat, serta berlaku pula pada gelombang radio dan cahaya.

9.3 Rongga Penggetar
Ditinjau sebuah kapasitor pelat bundar sejajar berjejari R, berjarak antarpelat I, dan dihubungkan dengan tgl bolak balik yang berfrekuensi sudut . Diantara kedua plat itu terdapat medan listrik yang besarnya E1 berfrekuensi sudut  dan amplitude E0 dalam bentuk persamaan berikut :
Disebabkan E1 fungsi waktu (t) sehingga memberikan medan magnet induksi B1 pada jarak r dari sumbu pelat
Osilasi medan listrik pada kapasitor terjadi pula pada rongga penggetar, yang biasa disebut klystron. Di dalam rongga penggetar terdapat osilasi muatan listrik, yang berasal dari penembak electron, sehingga menghasilkan gelombang elektromagnetik dalam bentuk gelombang berdiri. Disini timbul medan magnet induksi yang memberikan medan listrik induksi. Jika rongga penggetar dibuka, dan dihubungkan dengan gelombang pandu maka terjadilah gelombang electromagnet berjalan yang menyusuri gelombang pandu itu.
9.4 Medan Listrik oleh Muatan Bergerak Dipercepat
Muatan yang bergerak dipercepat meradiasi gelombang yang berkomponen getar medan listrik dan medan magnet. Radiasi gelombang itu berupa gem yang kelajuannya senilai dengan kecepatan cahaya (c) , dan dalam perambatannya gelombang itu memindahkan tenaga dan juga momentum. Adanya gangguan medan listrik ( karenaq mengalami percepatan) mengakibatkan medan listrik itu memiliki komponem : radial (Er) dan tangensial (E0). Rasio antara kuat medan listrik radial terhadap kuat medan listrik tangensial atau transversal yang disebabkan oleh pergeseran q selama t adalah:
Berhubung percepatan a=  , dan mengingat bentuk rumusan medan listrik radial yang dikerahkan oleh muatan q yang diam, pada jarak dari q berbentuk :
Jika q yang bergerak dipercepat dan itu terjadi dalam waktu singkat maka radiasi medan listriknya juga terjadi dalam waktu singkat. Jika q dipercepat secara periodic pada frekuensi sudut  dan amplitudo percepatan a0 maka percepatan itu berbentuk
Dan itu mengakibatkan komponen medan listrik medan listrik tangensial yang diradiasikan berbentuk :
9.5 Medan Magnet oleh Muatan yang Mengalami Percepatan
Muatan listrik yang diam tidak menghasilkan medan magnet (B=0) sedangkan muatan listrik yang bergerak menghasilkan B. Sesuai persamaan Max Well Amper (ketika arus listriknya I=0) . Jika muatan listrik (q) bergerak dipercepat maka terjadilah perubahan B di sekitar q. Medan magnet itu berarah melingkupi pergeseran q. Kemunculan B itu disebabkan oleh induksi medan listrik radial (Er) dan tangensial (Eo)
9.6 Komponen Spektrum Gelombang Elektromagnet
Cahaya dan gelombang radio adalah sebagian spectrum gelombang elektro magnet sehingga kedua jenis gelombang itu juga memiliki komponen getar berupa medan listrik dan medan magnet. Cahaya dan gelombang radio merupakan gelombang transversal. Kelajuan rambat gelombang itu di vakum atau udara adalah = 3 x 108 m/s.
http://blog.stikom.edu/anjik/files/2010/09/spectrum.gif
Gelombang radio memiliki panjang gelombang terpanjang pada spectrum gem dalam orde meter, yang berarti tenaga gelombangnya terendah. Gelombang radio berada dalam rentang frekuensi yang luas meliputi beberapa Hz sampai gigahertz (GHz atau orde pangkat 9). Gelombang ini dihasilkan oleh alat-alat elektronik berupa rangkaian osilator (variasi dan gabungan dari komponen Resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C)). Oleh karena itu, gelombang radio banyak digunakan dalam sistem telekomunikasi. Siaran TV, radio, dan jaringan telepon seluler menggunakan gelombang dalam rentang gelombang radio ini. Oven microwave menggunakan sifat-sifat gelombang mikro (microwave) berupa efek panas untuk memasak. Selain itu, gelombang mikro juga digunakan dalam sistem komunikasi radar dan analisis struktur atom dan molekul. Rentang frekuensi gelombang mikro membentang dari 3 GHz hingga 300 GHz. Frekuensi sebesar ini dihasilkan dari rangkaian osilator pada alat-alat elektronik. Gelombang mikro dapat diserap oleh suatu benda dan menimbulkan efek pemanasan pada benda tersebut. Sebuah sistem pemanas berbasis microwave dapat memanfaatkan gejala ini untuk memasak benda. Sistem semacam ini digunakan dalam oven microwave yang dapat mematangkan makanan di dalamnya secara merata dan dalam waktu singkat (cepat).

9.7 Pulsa Gelombang Datar
Gelombang datar merupakan gelombang yang muka gelombangnya berupa garis lurus, sedangkan gelombang bola memiliki muka gelombang berupa lingkaran. Muka gelombang adalah bentuk perut gelombang di medium gelombang. Jika gelombang terjadi hanya dalam sekejap, maka disebut pulsa gelombang. Jika gelombang itu terjadi secara terus menerus disebut gelombang tunak. Medan listrik itu terjadi hanya dalam sekejap, sehingga bisa dimaknai bahwa nilainya berubah terhadap waktu. Akibatnya sesuai dengan persamaan Max Well-Ampere muncullah medan magnet induksi karena adanya E sebagai fungsi waktu (t) dalam kaitan :
Medan itu berarah ke sepanjang sumbu z. Selanjutnya mengingat , dan pada selang waktu  maka gelombangnya menyapu seluruh luasan, sehingga diperoleh:
Berikut diperoleh formulasi B yang menginduksi E, dan dinyatakan oleh kaitan
9.8 Gelombang Harmonik Datar
Medan listrik E (r,t) yang bergantung posisi (r) dan waktu (t), dapat dihasilkan oleh adanya muatan listrik yang bergerak dipercepat. E (r,t) menghasilkan medan magnet induksi B (r,t) yang bearah tegak lurus terhadap E (r,t) dan rotasi E (r,t) ke B (r,t) memberikan informasi arah perambatan gelombang yang berkomponen getar E (r,t) dan B (r,t). Hubungan E (r,t) dan B (r,t) dinyatakan sebagai berikut
Jika terdapat muatan listrik bergerak periodik, dan menghasilkan medan listrik berupa gelombang datar di bidang yz dan berarah sumbu y dan disebut Ey (x,t) maka percepatan muatan disepanjang sumbu
9.9 Pembangkit Gelombang Elektromagnet
Gelombang electromagnet seperti halnya gelombang mekanis, terdapat kaitan antara frekuensi gelombang, panjang gelombang dan kelajuan rambat gelombang dalam bentuk
Gelombang ini dapat dihasilkan oleh antenna yang tergandeng dengan osilator (untai LC). Gelombang gem yang dihasilkan oleh antenna dapat berupa gelombang panjang, menengah (Amplitudo Modulation = AM), dan pendek  (Frequency Modulation = FM). Contoh dari gelombang FM adalah gelombang TV, yang memiliki panjang gelombang dalam orde cm. Dikenal pula mikrogelombang (microwave), dan gelombang ini dapat dihasilkan oleh osilasi muatan di dalam rongga yang disebut klystron. Mikrogelombang memiliki λ dalam orde mm. Radiasi : inframerah, cahaya, dan ultraviolet (UV), dihasilkan oleh gerak electron di dalam sebuah atom.
9.10 Tenaga Gelombang Elektromagnet
Jika gelombang merambat ke sumbu x sepanjang elemen gelombang dx, dan luas muka gelombang A, maka rapat tenaga gelombang pada komponen medan listrik (uE) dan medan magnet (uB) dinyatakan :
Dikenal besaran laju aliran tenaga persatuan luas muka gelombang dan disebut fluks tenaga gem, yaitu:
Sehingga didapat persamaan tenaga gelombang electromagnet dengan lambang S dan rumusnya sebagai berikut :
9.11 Momentum Linear Gelombang Elektromagnet
Gelombang elektromagnet bersifat memancarkan energi berarti pula memindahkan momentum linier. Hal itu terjadi karena menurut Einstein, terdapat kesetaraan antara massa dengan tenaga. Adapun medan listrik E melakukan kerja (dw) pada muatan listrik q yang bergerak pada kecepatan v, sehingga laju kerjanya sebesar
Tenaga gem (U) yang diserahkan kepada q besarnya
Persamaan diatas merupakan hubungan tenaga gem dengan momentum linier pada gelombang datar yang berlaku pula pada bentuk gelombang yang lain. Setiap aliran tenaga terdapat perpindahan momentum linier, sehingga dapat dipenuhi kaitan
Jika momentum linier gem itu diserap oleh benda, berarti benda itu menderita gaya (Fx) dan gaya itu senilai dengan laju perubahan momentum linear pada benda, dinyatakan
Diketahui pula besaran gaya per satuan luas (= tekanan, berlambang P) dari muka gelombang, pada nilai vektor Poynting S sebagai
9.12 Efek Doppler untuk cahaya
Seperti gelombang-gelombang anggota spectrum elektromagnetik lainnya, diruang hampa (vakum) cahaya merambat dengan laju c yang dirumuskan dengan
https://fisikamemangasyik.files.wordpress.com/2011/07/picture7.png?w=604
dengan μ0 adalah permeabilitas vakum = 4π × 10-7 Wb/A.m dan ε0 adalah permitivitas vakum = 8,85418 × 10-12 C2/N.m2, diperoleh nilai laju cahaya adalah c = 2,99792 × 108 m/s ≈ 3 × 108 m/s.
Sebagai gelombang, cahaya juga mengalami efek Doppler, yaitu pergeseran frekuensi akibat gerak relatif antara sumber cahaya dan pengamat. Frekuensi cahaya yang diterima pengamat akibat efek Doppler (fp) dapat didekati dengan rumus:
https://fisikamemangasyik.files.wordpress.com/2011/07/picture8.png?w=604
Dengan c adalah laju cahaya, fs adalah frekuensi cahaya sedangkan vs adalah laju relatif sumber cahaya terhadap pengamat. Nilai vs positif jika gerak relatif itu bersifat makin menjauh dan bernilai negatif jika gerak relatif itu bersifat mendekat.
Persamaan di atas berlaku juga untuk gelombang elektromagnetik lain, seperti gelombang radio dan gelombang mikro.
Efek Doppler ini menjadi pertimbangan penting di bidang astronomi untuk menganalisis data observasi para astronom. Dengan mengamati warna cahaya bintang-bintang jauh dapat disimpulkan apakah bintang itu bergerak mendekat ataukah menjauhi kita.
Sumber : FISIKA DASAR ( LISTRIK, MAGNET, OPTIK, FISIKA MODERN) untuk MAHASISWA ILMU-ILMU EKSATA & TEKNIK

No comments:

Post a Comment

Haii..haii..teman-teman yang pada udah baca tulisan yang saya tulis ni.Jangan lupa tinggalkan komentarnya ya ^_^.Terima kasih :)