Modul 27 (Gelombang Elektromagnetik)

BAB 27

KI 3.27 : Mengevaluasi pemikiran dirinya tentang radiasi elektromagnetik, pemanfaatannya dalam teknologi, dan dampaknya pada kehidupan

PETA KONSEP GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

DESKRIPSI GELOMBANG

MACAM  – MACAM SPEKRUM

ELEKTROMAGNETIK

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK DAN PENERAPANNYA

GAMMA

SINAR X

ULTRAVIOLET

INFRAMERAH

TAMPAK

MIKRO

RADIO

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dalam perambatannya tidak memerlukan medium, yaitu Cahaya merupakan contoh gelombang elektromagnetik. Gelombang Elektromagnetik : rambatan perubahan medan listrik dan magnet.

 

Bio Savart : aliran muatan (arus) listrik menghasilkan medan magnet Huygens : cahaya sebagai gerak gelombang.

Laju rambat Gelombang Elektromagnetik

v=

Ciri – Ciri – ciri  ciri GEM :  Vector perubahan medan listrik tegak lurus vector perubahan medan magnet. gejala : pemantulan,  Menunjukkan pembiasan diafraksi, polarisasi  Diserap oleh konduktor dan diteruskan oleh isolator. Teori – Teori – teori  teori terkait : : muatan listrik menghasilkan  Coulmb medan listrik yang kuat : di sekitar arus listrik ada medan  Oersted magnet : perubahan medan magnet akan  Faraday menimbulkan medan listrik  Lorentz : kawat berarus listrik dalam medan magnet terdapat gaya  Maxwell : perubahan medan listrik menimbulksn medan magnet, Cahaya adalah gelombang electromagnet.

MODUL 27

   

 = permitivitas medium  = permeabilitas medium = 4 . 10-7 Wb/Am o= 8,85 x 10-12 C2/Nm 2

c = f. c = kecepatan gelombang electromagnet di ruang hampa f = frekuensi  = panjang gelombang Di ruang hampa v  3 x 108 m/s 1. Spektrum Gelombang Elektromagnetik Urutan dari frekuensi tinggi ke rendah : a. Sinar gamma b. Sinar X (rontgen) c. Sinar ultraungu d. Sinar tampak : ungu, nila, biru, hijau, kuning, jingga, merah e. Sinar inframerah f. Gelombang mikro (radar, mikrowave dan TV) g. Gelombang radio FISIKA  

@_14A

“Diantara gelombang-gelombang yang terdapat pada spectrum tersebut, yang dapat dilihat oleh mata hanyalah gelombang cahaya yang mempunyai panjang gelombang antara 8000  ̇   (merah)  –  4000  ̇   (ungu). Gelombang yang mempunyai daya tembus yang sangat beasar adalah sinar X dan sinar  Y” 2.

Sifat – sifat Gelombang Elektromagnetik a. Tidak membutuhkan medium untuk merambat sehingga dapat merambat di ruang hampa b. Merupakan gelombang transversal sehingga dapat terpolarisasi c. Memenuhi sifat gelombang pada umumnya a) Tidak dibelokan medan apa saja b) Dapat mengalami :

          

3.

Pemantulan Pembiasan Interferensi Difraksi Dispersi

Energi dan Intensitas Gelombang Elektromagnetik E = E m cos (kx - t) keduanya saling tegak lurus B = Bm cos (kx - t) Laju energy rata-rata per m2 (intensitas)

4.

    = 2

   =

 4 

Rapat energy rata-rata

 =

.

   

MANFAAT GELOMBANG ELEKTROMAGNET SESUAI URUTAN SPEKTRUMNYA a. Daerah frekuensi antara 10 4 sampai 107 Hz dikenal sebagai gelombang radio, yaitu sebagai salah satu sarana komunikasi. Karena sifat gelombangnya yang mudah dipantulkan ionosfer (tergantung pada cuaca), yaitu lapisan atmosfir bumi yang mengandung partikel-partikel bermuatan, maka gelombang ini mampu mencapai tempat-tempat yang  jaraknya cukup jauh dari stasiun pemancar. Informasi dalam bentuk suara dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan amplitudo (modulasi amplitudo).digunakan untuk alat komunikasi, sebagai pembawa informasi dari satu tempat ke tempat lain.

(frekuensi modulasi) dimana informasi dibawa dalam bentuk perubahan frekuensin (modulasi frekuensi). Tidak bergantung pada cuaca

c.

b.

Daerah frekuensi sekitar 108  Hz, gelombang elektromagnetik mampu menembus lapisan ionosfer sehingga sering digunakan sebagai sarana komunikasi dengan satelit-satelit. Daerah ini digunakan untuk televisi dan radio FM

MODUL 27

Daerah frekuensi sekitar 1010  Hz. (gelombang mikro, digunakan juga untuk memasak yaitu microwave) digunakan oleh pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging). Informasi yang dikirim ataupun diterima berbentuk sebagai pulsa. Bila pulsa ini dikirim oleh pesawat radar dan mengenai suatu sasaran dalam selang waktu t, maka jarak antara radar ke sasaran :

=

  ∆ 2

c = kecepatan cahaya ( 3 x 10 8m/det) FISIKA  

@_14A

d.

e.

f.

Daerah frekuensi sekitar 1011  – 1014  Hz, ditempati oleh radiasi infra merah, dimana gelombang ini lebih panjang dari gelombang cahaya tampak dan tidak banyak dihamburkan oleh partikel-partikel debu dalam atmosfir sehingga mengurangi batas penglihatan manusia.digunakan untuk pemotretan (pengindraan jauh), transfer data, remote control dan teropong malam (night vision) serta Di bidang kedokteran, radiasi inframerah diaplikasikan sebagai terapi medis seperti penyembuhan penyakit encok dan terapi saraf. Pada bidang militer, dibuat teleskop inframerah yang digunakan melihat di tempat yang gelap Daerah frekuensi sekitar 1014 - 1015  Hz, berisi daerah cahaya tampak (visible light), yaitu cahaya yang tampak oleh mata manusia dan terdiri dari deretan warna-warna merah (panjang gelombang paling besar maka frekuensi paling kecil) sampai ungu (panjang gelombang paling kecil maka frekuensi paling besar). Untuk membantu penglihatan manusia Daerah frekuensi sekitar 1015 - 1016  Hz, dinamakan daerah ultra ungu (ultra violet). Dengan frekuensi ultra ungu memungkinkan kita mengenal lebih cepat dan tepat unsure-unsur yang terkandung dalam suatu bahan, menghasilkan vitamin D . Secara khusus, sinar ultra violet juga dapat diaplikasikan untuk membunuh kuman. Lampu yang menghasilkan sinar seperti itu digunakan dalam perawatan

g.

h.

medis. Sinar ultraviolet juga dimanfaatkan dalam bidang perbankan, yaitu untuk memeriksa apakah tanda tangan Anda di slip penarikan uang sama dengan tanda tangan dalam buku tabungan. Daerah frekuensi sekitar 1016 - 1020  Hz, disebut daerah sinar X. gelombang ini dapat juga dihasilkan dengan menembakkan electron dalam tabung hampa pada keingan logam. Karena panjang gelombangnya sangat pendek, maka gelombang ini mempunyai daya tembus yang cukup nbesar sehingga selain digunakkan di rumah sakit, banyak pula di gunakan di lembaga-lembaga penelitian atau industry. Daerah frekuensi sekitar 1020 – 1025  Hz, disebut daerah sinar gamma. Gelombang ini mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar X, dan dihasilkan oleh inti-inti atom yang tidak stabil.

CAHAYA a. Beberapa teori mengenai cahaya : - Teori Corpuscular (partikel) Newton, cahaya dianggap sebagai partikel yang sangat kecil dan ringan. - Teori Hyugens, cahaya adalah gelombang longitudinal yang hanya dapat merambat jika melalui medium (perantara). - Teori Mxwell, cahaya adalah gelombang elektromagnetik trasnsversal kontinu dan dalam perambatannya tidak memerlukan medium. - Teori Max Planck, cahaya menyebar paket-paket energy tertentu yang dipancarkan secara diskontinu (tidak terus menerus). b. Warna cahaya Warna cahaya primer : merah, hijau, biru Warna cahaya sekunder : kuning, magenta, sian Warna cahaya komplemen : perpaduan dua warna cahaya yang menghasilkan warna putih Sian + merah = putih Kuning + biru = putih Magenta + hijau = putih 1. Merah 2. Hijau

MODUL 27

FISIKA  

@_14A

3. Biru 4. Kuning 5. Magenta 6. Sian 7. Putih Sian + merah = putih CONTOH SOAL 1.

Melalui antena sebuah radar pesawat terbang, dipancarkan pulsa gelombang radar. Pulsa gelombang yang pertama dipancarkan, diterima kembali oleh antena pesawat setelah 2 × 10-4 s. Berapa jarak objek dari pesawat?

E. Pada gelombang elektromagnetik berlaku hukum pemantulan JAWABAN: C Ciri – ciri GEM :  Vector perubahan medan listrik tegak lurus vector perubahan medan magnet dan merupakan gelombang transversal (perambatannya tegak lurus dengan gelombangnya) .   Menunjukkan gejala : pemantulan, pembiasan diafraksi, polarisasi  Diserap oleh konduktor dan diteruskan oleh isolator.  Gelombang elektromagnetik merambat dalam ruang hampa  Kecepatan gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya = 3 x 108 m/s

JAWABAN: Diketahui : t = 2 × 10 –4 s c= 3 x 108 m/s Ditanyakan : s= ...

.  2 3.108   2.10− = 2 6 .10 = = 3000  2 =

S = 30 km 2.

Sebuah pemancar radio bekerja pada frekuensi 5 MHz. Berapakah panjang gelombang radio yang terpancar dari pemancar radio tersebut? JAWABAN: Diketahui: f = 5 MHz = 5 x106 Hz c = 3 x 108 m/s Ditanya: λ= ...?

   3  108 = 5  10  = 0,6  10  = 6  10 = 60  =

3.

Pernyataan di bawah ini merupakan sifat gelombang elektromagnetik, kecuali   A. Gelombang elektromagnetik merambat dalam ruang hampa B. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang transversal C. Frekuensi gelombang elektromagnetik sama dengan frekuensi cahaya D. Gelombang elektromagnetik dapat dipolarisasikan

MODUL 27

4.

Satu di antara radiasi elektromagnetik berikut ini yang memiliki panjang gelombang terpendek adalah  A. Gelombang radio D. Sinar X B. Cahaya tampak E. Ultraviolet C. Infra merah JAWABAN: D Gamma Rotergen (X) Frekuensi (f) < Ultraviolet Energi (E) < Tampak Panjang gelombang ( ) > Inframerah RADAr  TELEvisi Radio Dibaca “GRUTI RADA TELER” 5. Pernyataan yang paling tepat tentang pemanfaatan gelombang elektromagnetik di bawah ini adalah  A. ultraviolet untuk sterilisasi B. sinar gamma untuk fotografi C. sinar X untuk pengobatan D. radar untuk komunikasi radio E. infra merah untuk pemetaan bumi JAWABAN: E FISIKA  

@_14A

6.

Kedalaman laut diukur dengan mengirim gelombang mikro sampai ke dasar laut. Ternyata pulsa pantul muncul setelah 5  s. Kedalaman laut tersebut adalah  A. 500 m B. 750 m C. 1000 m D. 1500 m E. 2000 m

7.

JAWABAN: B Diketahui : t = 5 s = 5 × 10 –6 s c= 3 x 108 m/s Ditanyakan : s= ...

Gelombang elektromagnetik bergerak arah ke timur dengan kaljuan 3 x 10 8 m/s. Di suatu tempat, suatu saat gelombang memiliki induksi magnetik arah ke utara dan sedang mencapai maksimum sebesar 6 x 1010 T. Pada saat itu nilai dan arah medan listriknya adalah  A. 3 x 1018 N/C arah ke atas B. 2 x 1018 N/C arah ke bawah C. 1,8 x 101 N/C arah ke atas D. 1,8 x 101 N/C arah ke bawah E. 5 x 1017 N/C arah ke atas JAWABAN: D

.  2 3.108   5.10− = 2  = 7,5  10− = 750 

Diketahui : Bmax = 6 × 10 –10 T c = 3 x 10 8 m/s Ditanyakan : E = ... E = Bmax . c E = 6 × 10 –10. 3 x 108 E = 18 x 10-2 = 1,8 x 10-1 N/C (ke bawah)

=

LATIHAN SOAL 1.

Sinar gamma, sinar infra merah dan sinar ungu adalah gelombang elektromagnetik. Kecepatan sinar-sinar tersebut adalah ....  A. sinar gamma mempunyai kecepatan paling besar B. sinar ungu mempunyai kecepatan paling kecil C. sinar infra merah mempunyai kecepatan paling besar D. sinar ungu mempunyai kecepatan yang besarnya diantara kecepatan sinar gamma dan sinar infra merah E. ketiga sinar mempunyai kecepatan yang sama 2. Gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang terpendek adalah ....  A. sinar gamma B. gelombang radio C. sinar inframerah D. sinar X E. sinar ultra ungu 3. Urutan gelombang elektromagnetik mulai dari frekuensi kecil ke frekuensi yang besar adalah ....  A. sinar , sinar ungu, infra merah, ultra ungu B. sinar , ultra ungu, infra merah, sinar x C. infra merah, ultra ungu, sinar x, sinar  D. sinar x, sinar , ultra ungu, infra merah MODUL 27

E. infra merah, sinar , sinar x, ultra ungu Seorang siswa mengurutkan spektrum gelombang elektromagnet dari energi foton besar ke terkecil sebagai berikut : (1) cahaya tampak (2) infra merah (3) televisi (4) sinar gamma Susunan spektrum yang benar seharusnya adalah ....  A. (4) > (1) > (2) > (3) B. (4) > (1) > (3) > (2) C. (2) > (4) > (1) > (3) D. (1) > (2) > (4) > (3) E. (1) > (2) > (3) > (4) 5. Seorang siswa menyusun spektrum gelombang elektromagnetik dari panjang gelombang () terbesar sebagai berikut : (1) infra merah > (2) ultraviolet > (3) gelombang televisi > (4) cahaya tampak. Urutan spektrum yang benar seharusnya...  A. (1) > (4) > (3) > (2) B. (3) > (1) > (4) > (2) C. (3) > (2) > (1) > (4) D. (3) > (2) > (4) > (1) E. (4) > (1) > (2) > (3) 6. Urutan jenis gelombang elektromagnetik dari frekuensi besar ke kecil adalah ....  A gelombang radio, infra merah, cahaya tampak, sinar x 4.

FISIKA  

@_14A

B

sinar , ultra violet, infra merah, gelombang mikro C sinar , infra merah, ultra violet, gelombang radio D gelombang mikro, cahaya tampak, ultra violet, sinar x E gelombang mikro, cahaya tampak, infra merah, sinar x 7. Gelombang elektromagnetik yang mempunyai daerah frekuensi (10 16  1020) Hz dan digunakan untuk teknologi kedokteran adalah ....  A. gelombang radio B. sinar  C. sinar x D. sinar ultraviolet E. inframerah 8. Pemanfaatan gelombang elektromagnetik dalam pengobatan memiliki efek menyembuhkan dan dapat merusak. Jenis gelombang elektromagnetik yang energinya paling besar sehingga dapat merusak  jaringan sel manusia adalah ....  A. Inframerah B. Gelombang mikro C. Sinar gamma D. Ultraviolet E sinar X 9. Sinar gamma, sinar infra merah dan sinar ungu adalah gelombang elektromagnetik. Kecepatan sinar-sinar tersebut adalah ....  A. sinar gamma mempunyai kecepatan paling besar B. sinar ungu mempunyai kecepatan paling kecil C. sinar infra merah mempunyai kecepatan paling besar D. sinar ungu mempunyai kecepatan yang besarnya diantara kecepatan sinar gamma dan sinar infra merah E. ketiga sinar mempunyai kecepatan yang sama 10. Urutan jenis gelombang elektromagnetik dari frekuensi besar ke kecil adalah ....  A gelombang radio, infra merah, cahaya tampak, sinar x B sinar , ultra violet, infra merah, gelombang mikro C sinar , infra merah, ultra violet, gelombang radio D gelombang mikro, cahaya tampak, ultra violet, sinar x E gelombang mikro, cahaya tampak, infra merah, sinar x

MODUL 27

11. Urutan gelombang elektromagnetik mulai dari frekuensi kecil ke frekuensi yang besar adalah ....  A. sinar , sinar ungu, infra merah, ultra ungu B. sinar , ultra ungu, infra merah, sinar x C. infra merah, ultra ungu, sinar x, sinar  D. sinar x, sinar , ultra ungu, infra merah E. infra merah, sinar , sinar x, ultra ungu 12. Perhatikan gelombang elektromagnetik berikut ini! (1) infra merah, (2) televisi, (3) ultraviolet, (4) sinar gamma. Urutan yang benar, berdasarkan frekuensi dari yang paling besar sampai paling kecil adalah ....  A. (4), (3), (1), ( 2) B. (4), (3), (2), (1) C. (3), (4), (1), (2) D. (2), (3), (1), (4) E. (1), (2), (3), (4) 13. Urutan gelombang elektromagnetik berikut ini dari frekuensi rendah ke tinggi adalah ....  A. cahaya tampak, sinar ultraviolet, sinar gamma B. sinar inframerah, sinar-X, cahaya tampak C. sinar-X, sinar inframerah, sinar ultraviolet D. sinar ultraviolet, cahaya tampak, sinar inframerah E. gelombang TV, sinar ultraviolet, sinar inframerah 14. Gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang terpendek adalah ....  A. sinar gamma B. gelombang radio C. sinar inframerah D. sinar X E. sinar ultra ungu 15. Seorang siswa menyusun spektrum gelombang elektromagnetik dari panjang gelombang () terbesar sebagai berikut : (1) infra merah > (2) ultraviolet > (3) gelombang televisi > (4) cahaya tampak. Urutan spektrum yang benar seharusnya ....  A. (1) > (4) > (3) > (2) B. (3) > (1) > (4) > (2) C. (3) > (2) > (1) > (4) D. (3) > (2) > (4) > (1) E. (4) > (1) > (2) > (3) 16. Urutan spektrum gelombang elektromagnetik yang benar dari periode kecil ke periode besar adalah ....  A. Cahaya biru, cahaya hijau, sinar inframerah, gelombang radar

FISIKA  

@_14A

B. Cahaya hijau, cahaya biru, sinar X, sinar gamma C. Sinar infra merah, sinar ultraviolet, cahaya hijau, cahaya biru D. Gelombang radar, cahaya hiijau, cahaya biru, gelombang radio E. Sinar X, sinar gamma, cahaya biru, cahaya hijau 17. Seorang siswa mengurutkan spektrum gelombang elektromagnet dari energi foton besar ke terkecil sebagai berikut: (1) cahaya tampak (2) infra merah (3) televisi (4) sinar gamma Susunan spektrum yang benar seharusnya adalah ....  A. (4) > (1) > (2) > (3) B. (4) > (1) > (3) > (2) C. (2) > (4) > (1) > (3) D. (1) > (2) > (4) > (3) E. (1) > (2) > (3) > (4) 18. Pernyataan yang benar terkait dengan cahaya biru, cahaya kuning, sinar-X, dan gelombang radio adalah ....  A. sinar-X mempunyai energi terbesar. B. cahaya biru mempunyai momentum terbesar. C. cahaya kuning mempunyai panjang gelombang terbesar. D. di ruang hampa, kecepatan sinar-X lebih besar daripada kecepatan gelombang radio. E. gelombang radio tidak dapat didifraksikan. 19. Pernyataan yang salah terkait dengan cahaya biru, cahaya kuning, sinar   –X dan gelombang radio adalah ....  A. gelombang radio mempunyai panjang gelombang terbesar. B. cahaya dengan energi terbesar adalah sinar   –X. C. gelombang radio adalah gelombang transversal. D. di ruang hampa, kecepatan sinar  –X lebih besar daripada kecepatan gelombang radio. E. seperti halnya cahaya, gelombang radio  juga dapat didefraksikan. 20. Pernyataan yang benar terkait dengan cahaya biru, cahaya kuning, sinar-X dan gelombang radio adalah ....  A. cahaya biru mempunyai energi terbesar. B. cahaya kuning mempunyai momentum terbesar.

MODUL 27

C. gelombang radio mempunyai panjang gelombang terbesar. D. di ruang hampa, kecepatan sinar-X lebih besar dari pada kecepatan gelombang radio. E. cahaya kuning memiliki kecepatan paling rendah. 21. Gelombang elektromagnetik yang mempunyai daerah frekuensi (10 16  1020) Hz dan digunakan untuk teknologi kedokteran adalah ....  A. gelombang radio B. sinar  C. sinar x D. sinar ultraviolet E. inframerah 22. Gelombang elektromagnetik dengan periode 10 –15  sekon (cepat rambat dalam ruang hampa 3,0 x 10 8 m.s –1) merupakan ....  A. Gelombang radio dan televisi B. Gelombang mikro C. Sinar infra merah D. Cahaya tampak E. Sinar ultraviolet 2 Perhatikan tabel di samping yang merupakan spektrum gelombang elektromagnetik, dengan   adalah panjang gelombang dan cepat rambatnya sebesar gelombang 3  108  m/s. Jika periode gelombang elektromagnetik sebesar 2  107 s maka termasuk jenis ....  A. Gelombang mikro B. Sinar X C. Infra merah D. Gelombang TV E. Cahaya tampak 24. Gelombang RADAR adalah gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan untuk ....  A. mengenal unsur-unsur suatu bahan B. mencari jejak sebuah benda C. memasak makanan dengan cepat D. membunuh sel kanker E. mensterilkan peralatan kedokteran

FISIKA  

@_14A

25. Gelombang mikro adalah gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan untuk ....  A. membunuh sel kanker B. memeriksa cacat logam C. mencari jejak sebuah benda D. memasak makanan dengan cepat E. mensterilkan peralatan kedokteran 26. Gelombang elektromagnetik yang digunakan untuk remote control  adalah ....  A. sinar gamma B. sinar -X C. sinar ultraungu D. cahaya tampak E. sinar inframerah 27. Sinar ultraviolet membahayakan kehidupan makhluk hidup, karena dapat menyebabkan  A. mutasi gen B. kanker kulit C. kebakaran hutan D. pemanasan global E. mencairnya es di kutub 28. Jenis gelombang elektromagnetik yang dapat menyebabkan terjadinya kanker kulit adalah ....  A. inframerah B. sinar X C. sinar gamma D. ultraviolet E. cahaya tampak   29. Sinar merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan ....  A. menentukan jejak benda

MODUL 27

B. pembawa informasi C. membunuh sel-sel kanker D. untuk rontgen E. untuk pemotretan 30. Pemanfaatan gelombang elektromagnetik dalam pengobatan memiliki efek menyembuhkan dan dapat merusak. Jenis gelombang elektromagnetik yang energinya paling besar sehingga dapat merusak  jaringan sel manusia adalah ....  A. Inframerah B. Gelombang mikro C. Sinar gamma D. Ultraviolet E. Cahaya tampak 31. Sinar merupakan gelombang   elektromagnetik yang sangat berbahaya pada mahluk hidup, karena sinar gamma dapat menyebabkan ....  A. kanker tulang B. kebakaran hutan C. membunuh sel dan kanker D. pemanasan global E. fermentasi pada klorofil 32. Sinar gamma dapat digunakan untuk membunuh dan merusak sel-sel hidup, hal tersebut disebabkan karena ....  A. sinar gamma sangat kuat B. sinar gamma memiliki intensitas tinggi C. panjang gelombangnya tinggi D. sinar gamma tidak bermassa E. sinar gamma tidak berwarna

FISIKA  

@_14A

MODUL 27

FISIKA  

@_14A