Bab 6 Radiasi Elektromagnetik | Fisika Kelas XII | Erlangga | Kurtilas


BAB VI

RADIASI ELEKTROMAGNETIK

I. PILIHAN GANDA

Pilihlah jawaban yang tepat. Berikan alasan mengapa Anda memilih jawaban tersebut. Jika diperlukan, gunakan c = 3 x 108 m/s dan μ0 ​= 4π x 10-7 Wb/A m

  1. Suatu gelombang elektromagnetik diciptakan oleh …
    1. Semua muatan listrik
    2. Suatu muatan listrik diam
    3. Suatu muatan listrik yang selalu dipercepat
    4. Suatu muatan listrik, baik dipercepat ataupun tidak
    5. Suatu muatan listrik yang bergerak dengan kecepatan konstan

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

Gelombang elektromagnetik

Ditanyakan :

Sumbernya =..?

Jawaban :

Muatan listrik yang diam hanya menghasilkan medan listrik. Muatan listrik yang bergerak dengan kecepatan konstan menimbulkan medan listrik dan medan magnetik. Muatan-muatan listrik pada keaadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan tidak dapat membangkitkan gelombang elektromagnetik (gelombang yang terdiri atas getaran medan listrik dan medan magnetik). Gelombang elektromagnetik hanya dapat dibangkitkan oleh muatan-muatan listrik yang selalu dipercepat, misalnya muatan listrik yang bergetar atau disebut arus bolak-balik.

  1. Ilmuwan yang pertama kali menemukan gelombang elektromagnetik berdasarkan percobaan adalah …
    1. Young
    2. Fresnel
    3. Maxwell
    4. Newton
    5. Einsten

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

Nama – nama penemu

Ditanyakan :

Penemu gelombang elektromagnetik

Jawaban :

Maxwell dilahirkan di Edinburg, Skotlandia, tahun 1831. James Clark Maxwell juga merupakan ilmuwan yang telah menelusuri keterkaitan antara gejala kelistrikan dan kemagnetan dengan bertitik tolak pada dasarnya pengetahuan yang sudah ada pada saat itu, yaitu:

  1. Muatan listrik dapat menimbulkan medan listrik di sekitarnya. Besarnya kekuatan medan listrik ini dapat diperlihatkan oleh hukum Coulomb.
  2. Arus listrik atau muatan listrik yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya. Besarnya kekuatan medan listrik magnet diperlihatkan oleh Hukum BiotSafart.
  3. Perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik yang dapat dijelaskan oleh hukum Faraday.

Dasar teori dari perambatan gelombang elektromagnetik pertama kali dijelaskan pada 1873 oleh James Clerk Maxwell dalam papernya di Royal Society mengenai teori dinamika medan elektromagnetik, berdasarkan hasil kerja penelitiannya antara tahun 1861 – 1865.

  1. Kelajuan suatu gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa bergantung pada …
    1. Amplitudo medan listrik, tetapi tidak pada amplitudo medan magnetik
    2. Amplitudo medan magnetik, tetapi tidak pada amplitudo medan listrik
    3. Amplitudo keduanya
    4. Frekuensi dan panjang gelombang
    5. Tidak satu pun pernyataan di atas yang benar

Jawaban :

Jawaban : E

Diketahui :

Amplitudo, frekuensi, panjang gelombang

Ditanyakan :

Kelajuan suatu gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa bergantung =..?

Jawaban :

Teori terbentuknya gelombang elektromagnetik dikemukakan oleh Maxwell. Guna mendukung teorinya, Maxwell mengemukakan empat prinsip elektromagnetik berikut :

  • Arus listrik suatu konduktor menimbulkan medan magnetik yang arahnya melingkari konduktor tersebut (Hukum Ampere).
  • Konduktor yang bergerak memotong medan magnetik menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung konduktor itu.
  • Perubahan fluks magnetik yang menembus bidang kumparan kawat menimbulkan arus induksi pada kumparan kawat (Hukum Faraday).
  • Perubahan fluks listrik menimbulkan medan magnetik (Hukum Maxwell)

Maxwell kemudian mengungkapkan keempat prinsip dasar di atas ke dalam persamaan dasar. Berdasarkan persamaan tersebut, Maxwell kemudian mencoba menurunkan cepat rambat gelombang elektromagnetik, c, yaitu sebagai berikut:

\( c\quad =\quad \frac { 1 }{ \sqrt { { \mu }_{ 0 }{ E }_{ 0 } } } \)

Dengan :

μ0​ = permeabilitas vakum (4π x 10-7 Wb /Am)

ε= permisivitas vakum (8,85 x 10-12C2/Nm2)

c     = cepat rambat gelombang elektromagnetik = 3 x 108 m/s

Dengan demikian kelajuan atau cepat rambat gelombang elektromagnetik bergantung pada permeabilitas vakum dan permitivitas vakum.

  1. Pernyataan berikut yang dengan tepat menjelaskan orientasi medan listrik (E), medan magnetik (B), dan kecepatan rambat (v) suatu gelombang elektromagnetik adalah …
    1. E tegak lurus pada B; v sejajar pada E
    2. E tegak lurus pada B; v boleh berorientasi apa saja yang tegak lurus pada E
    3. E tegak lurus pada B; B sejajar pada v
    4. E sejajar B; v tegak lurus pada keduanya E dan B
    5. Setiap vektro saling tegak lurus terhadap kedua vektor lainnya

Jawaban :

Jawaban : E

Diketahui :

Medan listrik = E

Medan magnetik = B

Cepat rambat = v

Ditanyakan :

Pernyataan yang tepat =..?

Jawaban :

Pada gelombang elektromagnetik, getaran medan listrik E selalu tegak lurus dengan getaran medan magnetik B, dan keduanya tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang v. Hal ini dapat ditunjukkan dengan sketsa pada gambar di bawah ini :

  1. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut :

(1) Gelombang elektromagnetik dalam vakum bergerak pada kelajuan cahaya.

(2) Besar medan listrik lebih besar daripada medan magnetik.

(3) Baik vektor medan listrik maupun vektor medan magnetik adalah tegak lurus terhadap arah rambatnya.

(4) Hanya vektor medan listrik yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

Pernyataan yang tepat tentang gelombang elektromagnetik ditunjukkan oleh nomor …

    1. (1), (2), (3), dan (4)
    2. (1), (2), dan (3)
    3. (1) dan (3)
    4. (2) dan (4)
    5. (4)

Jawaban :

Jawaban : B

Diketahui :

Pernyataan :

  1. Gelombang elektromagnetik dalam vakum bergerak pada kelajuan cahaya.
  2. Besar medan listrik lebih besar daripada medan magnetik.
  3. Baik vektor medan listrik maupun vektor medan magnetik adalah tegak lurus terhadap arah rambatnya.
  4. Hanya vektor medan listrik yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

Ditanyakan :

Pernyataan yang tepat =..?

Jawaban :

Gelombang elektromagnetik adalah getaran medan listrik dan medan magnet yang merambat. Cepat rambat gelombang elektromagnetik tepat sama dengan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa. Getaran medan listrik dan medan magnetik ini saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus dengan arah perambatan gelombang. Arah getaran tegak lurus arah perambatan gelombang sheingga gelombang elektromagnetik tergolong gelombang transversal. Gelombang elektromagnetik yang merupakan getaran medan listrik dan medan magnetik tidak memerlukan medium. Itulah sebabnya gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa (tanpa medium). Bila kita melihat perambatan medan listrik dan medan magnetik pada satu arah saja, maka akan tampak bahwa energi gelombang elektromagnetik terbagi sama besar dalam bentuk medan listrik dan medan magnetik. Akan tetapi, amplitudo medan listrik (Em) dan amplitudo medan magnetiknya (Bm) tidak sama. Dengan menggunakan persamaan-persamaan Maxwell, medan listrik E jauh lebih besar daripada medan magnetik B.

  1. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut.

(1) Merupakan gelombang transversal.

(2) Mengandung muatan negatif (elektron).

(3) Memiliki kecepatan m/s di ruang vakum.

(4) Ada yang dapat dimodulasikan dengan gelombang bunyi

Pernyataan yang tepat tentang sifat gelombang elektromagnetik ditunjukkan oleh nomor ….

    1. (1) dan (2)
    2. (1) dan (3)
    3. (3) dan (4)
    4. (1), (2), dan (3)
    5. (2), (3), dan (4)

Jawaban :

Jawaban : B

Diketahui :

Sifat- sifat gelombang elektromagnetik

Ditanyakan :

Pernyataan yang tepat =..?

Jawaban :

Gelombang elektromagnetik adalah getaran medan listrik dan medan magnet yang merambat. Cepat rambat gelombang elektromagnetik adalah  tepat sama dengan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa. Getaran medan listrik dan medan magnetik ini saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus dengan arah perambatan gelombang. Arah getaran tegak lurus arah perambatan gelombang sheingga gelombang elektromagnetik tergolong gelombang transversal.

  1. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut.

    (1) Sifar transversal gelombang bidang elektromagnetik dapat ditunjukan dengan percobaan polarisasi.

    (2) Di ruang hampa, kelajuan sinar-X lebih besar daripada kelajuan gelombang radio.

    (3) Kelajuan gelombang elektromagnetik dipengaruhi medium perambat.

    (4) Gelombang elektromagnetik mempunyai panjang gelombang lebih besar daripada gelombang bunyi.

Pernyataan yang tepat tentang gelombang elektromagnetik ditunjukkan oleh nomor …

    1. (1), (2), (3), dan (4)
    2. (1), (2), dan (3)
    3. (1) dan (3)
    4. (2) dan (4)
    5. (4)

Jawaban :

Jawaban : A

Diketahui :

Gelombang elektromagnetik

Ditanyakan :

Pernyataan yang tepat =..?

Jawaban :

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut :

  • Mengalami perubahan medan listrik dan medan magnet pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada waktu dan tempat yang sama.
  • Arah medan listrik dan medna magnet saling tegak lurus dan arah keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.
  • Dari sifat di atasm dapat dikatakan bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.
  • Karena termasuk gelombang transversal, maka dapat mengalami polarisasi. Selain itu mengalami peristiwa pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), interferensi, dan pelenturan (difraksi) yang merupakan sifat-sifat umum gelombang.
  • Besar medan listrik (E) berbanding lurus dengan besar medan magnet, dengan hubungan
  • Dari sifat di atas, merupakan tetapan umum (universal) dari cepat rambat gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa (vakum) sebesar
  • Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnet medium yang ditempuhnya.
  • Karena gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan listrik, maka tidak mengalami penyimpangan dalam medan listrik maupun medan magnet.
  1. Sinar berikut yang tidak termasuk gelombang elektromagnetik adalah …
    1. Sinar gamma
    2. Sinar-X
    3. Sinar beta
    4. Sinar ultraviolet
    5. Cahaya tampak

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

Sinar gamma, sinar-X, sinar beta, sinar ultraviolet, cahaya tampak

Ditanyakan :

Sinar yang tidak termasuk gelombang elektromagnetik

Jawaban :

Spektrum gelombang terdiri atas beberapa jenis gelombang yang dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Rentang spektrum gelombang elektromagnetik ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

frekuensi terbesar atau panjang gelombang terkecil adalah sinar gamma. Dapat juga dilihat bahwa panjang gelombang cahaya tampak mulai dari 4 x 10-7 m (violet) sampai dengan 7 x 10-7  m (merah).

  1. Urutan gelombang-gelombang elektromagnetik berikut ini dari frekuensi besar ke kecil adalah …
    1. Radio, mikro, inframerah, cahaya, ultraviolet, sinar-X
    2. Radio, mikro, inframerah, cahaya, sinar-X, sinar
    3. Sinar , sinar-X, ultraviolet, inframerah, mikro, radio
    4. Cahaya, inframerah, ultraviolet
    5. Ultraviolet, cahaya, radar, radio

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

Radio, mikro, inframerah, cahaya, sinar-X, ultraviolet

Ditanyakan :

Urutan frekuensi gelombang  dari besar ke kecil =…?

Jawaban :

Berdasarkan gambar spektrum gelombang elektromagnetik di atas, besar frekuensi gelombang-gelombang elektromagnetik adalah:

  • Gelombang radio & TV (105 – 109 Hz)
  • Gelombang mikro/radar (107 – 1012 Hz)
  • Inframerah (1011 – 1014 Hz)
  • Cahaya tampak (1014 – 1016 Hz)
  • Ultraviolet (1016 – 1018 Hz)
  • Sinar-X (1017 – 1020 Hz)
  • Sinar (1019 – 1021 Hz)
  1. Urutan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang semakin panjang adalah …
    1. Sinar-X, inframerah, ultraviolet
    2. Mikro, ultraviolet, radio
    3. Sinar gamma, ultraviolet, radio
    4. Radio, cahaya, inframerah
    5. Ultraviolet, cahaya, sinar-X

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

Radio, mikro, inframerah, cahaya, sinar-X, ultraviolet

Ditanyakan :

Urutan panjang gelombang yang semakin panjang =…?

Jawaban :

Berdasarkan gambar spektrum gelombang elektromagnetik di atas, panjang gelombang terbesar hingga terkecil dari gelombang-gelombang elektromagnetik adalah:

  • Gelombang radio & TV ( 10-1 – 10 m)
  • Gelombang mikro/radar ( 10-4 – 101 m)
  • Inframerah (10-6 – 10-3 m)
  • Cahaya tampak ( 10-7 – 10-6 m)
  • Ultraviolet ( 10-9 = 10-7 m)
  • Sinar-X ( 10-12 – 10-8 m)
  • Sinar (  10-13 – 10-10 m)
  1. Pernyataan berikut yang dengan tepat menjelaskan perubahan karakteristik gelombang elektromagnetik dari radar ke sinar X adalah…
    1. Frekuensi: Berkurang, Panjang gelombang: Meningkat, Kelajuan dalam vakum: Tetap
    2. Frekuensi: Berkurang, Panjang gelombang: Berkurang, Kelajuan dalam vakum: Meningkat
    3. Frekuensi: Tetap, Panjang gelombang: Meningkat, Kelajuan dalam vakum: Berkurang
    4. Frekuensi: Meningkat, Panjang gelombang: Meningkat, Kelajuan dalam vakum: Berkurang
    5. Frekuensi: Meningkat, Panjang gelombang: Berkurang, Kelajuan dalam vakum: Tetap

Jawaban :

Jawaban : E

Diketahui :

Karakteristik gelombang elektromagnetik

Ditanyakan :

Pernyataan yang tepat =…?

Jawaban :

Berdasarkan gambar spektrum gelombang elektromagnetik berikut ini :

Maka perubahan dari radar ke sinar-X adalah frekuensinya bertambah sedangkan panjang gelombangnya berkurang.

  1. Sebuah stasiun radio VHF menyiarkan programnya pada frekuensi 300 MHz. Jika c = 3 x 108  m/s, panjang gelombang VHF itu adalah …
    1. 333 m
    2. 300 m
    3. 3,3 m
    4. 3 m
    5. 1 m

Jawaban :

Jawaban : E

Diketahui :

= 300 MHz

f = 300 x 106 Hz

c = 3 x 108 m/s

Ditanyakan :

λ =…?

Jawaban :

Persamaan dasar gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut :

c = λ f

Dimana :

λ= panjang gelombang (m), dan

f = frekuensi gelombang (Hz)

Dengan menggunakan persamaan dasar gelombang elektromagnetik di atas, maka untuk mengetahui panjang gelombang pada soal dilakukan dengan :

\( ​\lambda =\frac { c }{ f } \\ \lambda =\frac { 3\times { 10 }^{ 8 } }{ 300\times { 10 }^{ 6 } } \\ \lambda =1m \)

  1. Berdasarkan soal nomor 12, waktu yang diperlukan untuk menemuh jarak 60 km adalah …
    1. 0,2 ms
    2. 0,5 ms
    3. 1,8 ms
    4. 20 s
    5. 50 s

Jawaban :

Jawaban : A

Diketahui :

s = 60 km

s = 3  x 106 m

Ditanyakan :

\( \Delta t \)​ =..?

Jawaban :

Seperti bentuk persamaan kecepatan lainnya, maka persamaan tersebut juga berlaku untuk cepat rambat gelombang, dimana :

\( c=\frac { s }{ \Delta t } \)

Maka untuk menentukan waktu tempuh gelombang elektromagnetik dapat dilakukan dengan :

\( ​\Delta t=\frac { s }{ c } \\ \Delta t=\frac { 60\times { 10 }^{ 3 } }{ 3\times { 10 }^{ 8 } } \\ \Delta t=20\times { 10 }^{ -5 }s\\ \Delta t=0,1ms \)​​

  1. Gelombang radar adalah gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan untuk …
    1. Mengenal unsur-unsur suatu bahan
    2. Mencari jejak sebuah benda
    3. Memasak makanan dengan cepat
    4. Membunuh sel kanker
    5. Mensterilkan peralatan kedokteran

Jawaban :

Jawaban : B dan C

Diketahui :

Gelombang radar

Ditanyakan :

Fungsi gelombang radar =..?

Jawaban :

Gelombang mikro (microwaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi (superhigh frequency = SHF), yaitu di atas 3 GHz ( ). Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam micowave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis.

Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat radar (radio detection and ranging). Radar berarti mencari dan menentukan jejak sebuah beda dengan menggunakan gelombang mikro. Dimana pesawat radar ini memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro.

Gelombang mikro juga digunakan dalam rangkaian televisi untuk mengirim laporan gambar hidup televisi dari kendaraan-kendaraan penyiar yang berada di lapangan ke studio, misalnya untuk siaran langsung pertunjukan musik.

  1. Sebuah osiloskop menunjukkan sebuah pulsa radar transmisi diikuti dengan pulsa yang kembali setelah dipantulkan dari sebuah benda jauh. Pulsa bergerak dengan kelajuan m/s dan waktu acuan osiloskop diatur pada jam 0,1 ms per bagian.

Dari tampilan yang ditunjukkan pada gambar, jarak benda dari pengirim pulsa adalah mendekati …

    1. 3 km
    2. 15 km
    3. 30 km
    4. 150 km
    5. 300 km

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

c = 3 x 108 m/s

t = 0,1 ms = 0,1 x 10-3 s

Ditanyakan :

d =…?

Jawaban :

d = c t

d = (3 x 108)  x (0,1 x 10-3)

d = 30.000 m

d = 30 km

  1. Salah satu pemanfaatan sinar inframerah dalam kehidupan sehari-hari adalah untuk …
    1. Remote control televisi
    2. Alat pemeriksa keaslian uang
    3. Alat sterilisasi
    4. Alat pemeriksa isi koper atau tas
    5. Melihat kondisi janin di rahim

Jawaban :

Jawaban : A

Diketahui :

Sinar inframerah

Ditanyakan :

Fungsi inframerah =…?

Jawaban :

Setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Dengan demikian, kondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan menyelidiki pancaran inframerah dari tubuh. Inframerah khusus yang disebut termogram digunakan untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi, dan kanker. Spektroskopi inframerah digunakan sebagai salah satu cara untuk mempelajari struktural molekul. Penggunaan populer dari radiasi inframerah pada saat ini adalah remote control untuk banyak peralatan listrik seperti TV, AC, VCD, dan lain-lain. Unit remote control berkomunikasi dengan light emitting diode (LED) yangterdapat di dalam unit. Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm pencuri.

  1. Penyataan yang benar terkait dengan cahaya biru, inframerah, sinar-X, dan gelombang radio adalah …
    1. Cahaya biru mempuyai energi terbesar
    2. Inframerah mempunyai momentum terbesar
    3. Gelombang radio mempunyai panjang gelombang terbesar
    4. Di ruang hampa, kecepatan sinar-X lebih besar daripada kecepatan gelombang radio
    5. Cahaya biru memiliki kecepatan yang paling rendah

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

Cahaya biru, inframerah, sinar-X, gelombang radio

Ditanyakan :

Pernyataan yang benar =..?

Jawaban :

Perhatikan gambar berikut :

Cahaya biru merupakan salah satu cahaya tampak. Sinar gamma adalah gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang paling kecil namun frekuensinya paling besar. Sedangkan gelombang radio adalah gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang paling besar namun frekuensinya paling kecil.

  1. Bintang yang relatif panas cenderung tampak berwarna …
    1. Putih
    2. Kuning
    3. Jingga
    4. Biru
    5. Merah

Jawaban :

Jawaban : D

Diketahui :

Warna putih, kuning, jingga, biru, dan merah

Ditanyakan :

Warna bintang yang relatif panas =..?

Jawaban :

Bintang paling panas akan tampak berwarna biru. Dan bintang bersuhu menengah akan tampak berwarna putih. Sedangkan bintang-bintang dingin akan tampak berwarna merah.

  1. Jika kuat medan listrik maksimum adalah suatu gelombang elektromagnetik adalah 2.040 N/C, kuat medan magnetik maksimum gelombang adalah …
    1.  1,47 ​\( \mu T \)
    2.  2,04 ​\( \mu T \)
    3.  6,12 ​\( \mu T \)
    4.  6,80 ​\( \mu T \)
    5.  45,0 ​\( \mu T \)

Jawaban :

Jawaban : D

Diketahui :

Em = 2.040 N/C

Ditanyakan :

Bm =…?

Jawaban :

Hubungan antara medan listrik dan medan magnetik dinyatakan dengan persamaan berikut :

\( \frac { { E }_{ m } }{ { B }_{ m } } =\frac { E }{ B } =c \)

Maka dengan begitu besar kuat medan magnetik maksimum gelombang pada soal di atas adalah :

\( ​{ B }_{ m }=\frac { { E }_{ m } }{ c } \\ { B }_{ m }=\frac { 2040 }{ 3\times { 10 }^{ 8 } } \\ { B }_{ m }=680\times { 10 }^{ -8 }\\ { B }_{ m }=6,80\mu T \)​​

  1. Di antara dampak-dampak terhadap manusia berikut yang bukan ditimbulkan oleh sinar ultraviolet adalah …
    1. Luka bakar pada kulit
    2. Keriput
    3. Katarak mata
    4. Menurunkan kesuburan pria
    5. Bintik-bintik hitam pada wajah

Jawaban :

Jawaban : D

Diketahui :

Dampak sinar ultraviolet

Ditanyakan :

Dampak yang bukan =…?

Jawaban :

Terpapar oleh UV dari cahaya matahari yang kuat menyebabkan sunburn (luka bakar pada kulit karena panas sinar matahari) hanya dalam beberapa jam. UV, khususnya UV-B telah dibuktikan menyebabkan katarak. Paparan berkepanjangan terhadap radiasi UV dari matahari dapat mengarah ke melanoma (tumor berpigmen hitam pada kulit, biasanya ganas) dan kanker kulit lainnya. sinar UV juga dapat menyebabkan keriput, tahi lalat, dan bintik-bintik hitam pada wajah.

II. ESAI

Kerjakan soal-soal berikut di buku latihan Anda. Jika diperlukan, ambil  c = 3 x 108 m/s.

A. Konsep Gelombang Elektromagnetik

  1. Hitung panjang gelombang dari gelombang radio yang dipancarkan dengan frekuensi 1,5 MHz

Diketahui :

f = 1,5 Mhz = 1,5 x 106

Ditanyakan :

λ =…?

Jawaban :

Berdasarkan persamaan dasar gelombang elektromagnetik berikut :

c = λ f

Maka untuk mencari panjang gelombang radio adalah :

\( ​\lambda =\frac { c }{ f } \\ \lambda =\frac { 3\times 10^{ 8 } }{ { 1,5\times 10 }^{ 6 } } \\ \lambda =2\times { 10 }^{ 2 }\\ \lambda =200m \)​​

Kesimpulan.

Maka panjang gelombang radio adalah 200 m.

  1. Berapa lebar frekuensi sinar hijau 500-600 nm?

Diketahui :

λ1 = 500 nm

λ1 = 500 x 10-9 m

 

λ2 = 600 nm

λ2= 600 x 10-9 m

Ditanyakan :

Lebar f =…?

Jawaban :

Berdasarkan persamaan dasar gelombang elektromagnetik berikut :

c = λ f

Maka untuk mencari lebar frekuensi sinar hijau adalah :

\( ​{ f }_{ 1 }=\frac { c }{ \lambda } \\ { f }_{ 1 }=\frac { 3\times { 10 }^{ 8 } }{ 500\times { 10 }^{ -9 } } \\ { f }_{ 1 }=6\times { 10 }^{ 14 }Hz \)​​

 

\( ​{ { f }_{ 2 } }=\frac { c }{ \lambda } \\ { f }_{ 2 }=\frac { 3\times { 10 }^{ 8 } }{ 600\times { 10 }^{ -9 } } \\ { f }_{ 2 }=5\times { 10 }^{ 14 }Hz \)​​

Kesimpulan.

Maka lebar frekuensi sinar hijau adalah 5 x 1014 Hz – 6 x 1014 Hz

  1. Panjang gelombang cahaya tampak melalui  4.000Å sampai dengan 6.000Å (1Å =10-10 m) . Tentukan lebar frekuensi gelombang cahaya.

Diketahui :

λ1 = 4.000Å

λ1 = 4.000 x 10-10 m

 

λ2 = 6.000Å

λ2 = 6.000 x 10-10 m

Ditanyakan :

Lebar f =…?

Jawaban :

Berdasarkan persamaan dasar gelombang elektromagnetik berikut :

c = λ f

Maka untuk mencari lebar frekuensi gelombang cahaya adalah :

\( ​{ f }_{ 1 }=\frac { c }{ \lambda } \\ { f }_{ 1 }=\frac { 3\times { 10 }^{ 8 } }{ 4000\times { 10 }^{ -10 } } \\ { f }_{ 1 }=7,5\times { 10 }^{ 14 }Hz \)​​

 

\( ​{ { f }_{ 2 } }=\frac { c }{ \lambda } \\ { { f }_{ 2 } }=\frac { 3\times { 10 }^{ 8 } }{ 6000\times { 10 }^{ -10 } } \\ { { f }_{ 2 } }=5\times { 10 }^{ 14 }Hz \)​​

Kesimpulan.

Maka lebar frekuensi gelombang cahaya adalah 5 x 10-14 Hz – 7,5 x 10-14 Hz.

  1. Suatu rangkaian penala dari penerima radio memiliki induktansi  5,00 x 10-7 henry. Untuk menangkap siaran dari radio MK, kapasitor variabel dari rangkaian penala harus diatur pada 5 ​\( p \)F. Berapa panjang gelombang siaran dari radio MK?

Diketahui :

L = 500 x 10-7 H

 

C = 5 ​\( p \)F

C = 5 x 10-12 F

Ditanyakan :

λ =…?

Jawaban :

  1. Tentukan frekuensi resonansi (ω)

\( ​\omega =\frac { 1 }{ \sqrt { LC } } \\ \omega =\frac { 1 }{ \sqrt { (5,00\times { 10 }^{ -7 })\times (5\times { 10 }^{ -12 }) } } \\ \omega =63,25\times { 10 }^{ 7 } \)​​

  1. Tentukan frekuensi gelombang elektromagnetik (f)

\( \omega =2\pi f \)

​​\( f=\frac { \omega }{ 2\pi } \\ f=\frac { 63,25\times { 10 }^{ 7 }\quad }{ 2\pi } \\ f=10,065\times { 10 }^{ 7 }Hz \)​​

  1. Tentukan panjang gelombang (λ)

\( ​c=\lambda f\\ \lambda =\frac { c }{ f } \\ \lambda =\frac { 3\times { 10 }^{ 8 } }{ 10,065\times { 10 }^{ 7 } } \quad \\ \lambda =2,98m \)​​

Kesimpulan.

Maka panjang gelombang siaran dari radio MK adalah 2,98 m.

  1. Seberkas laser memancarkan pulsa-pulsa dari gelombang elektromagnetik intensitas tinggi. Medan listrik memiliki nilai efektif Eef = 6 x 109 N/C

Tentukan :

    1. Amplitudo medan magnetik.
    2. Daya rata-rata tiap pulsa yang lewat melalui permukaan seluas 2,5 x 10-5 m2 yang tegak lurus dengan laser itu

Diketahui :

Eef= 6 x 109 N/C

Ditanyakan :

  1. Bef
  2. P

Jawaban :

  1. Mencari amplitudo medan magnetik (Bef)

    \( \frac { { E }_{ ef } }{ { B }_{ ef } } =c \)

     Maka​ :

    ​​\( { B }_{ ef }=\frac { { E }_{ ef } }{ c } \\ { B }_{ ef }=\frac { 6\times { 10 }^{ 9 } }{ 3\times { 10 }^{ 8 } } \\ { B }_{ ef }=20T\quad \)

  2. Mencari daya rata-rata

Untuk mencari daya rata-rata tiap pulsa yang lewat melalui permukaan, maka digunakan persamaani intensitas rata-rata gelombang elektromagnetik berikut:

\( I=\frac { P }{ A } \quad …….\quad (1) \)

Dimana :

I = intensitas rata-rata

P = daya rata-rata

A = luas permukaan

Sedangkan untuk persamaan lainnya dalam menentukan intensitas rata-rata gelombang elektromagnetik juga dapat dilakukan dengan :

\( ​I=\frac { { E }_{ ef }\times { B }_{ ef } }{ { 2\mu }_{ 0 } } \quad …….\quad (2) \)​​

Dengan μ0 = permeabilitas vakum (4π x 10-7 Wb/A m)

Maka dengan mensubstitusikan persamaan (1) dan (2) dapat ditentukan nilai daya rata-ratanya, sebagai berikut :

\( ​\frac { P }{ A } =\frac { { E }_{ ef }\times { B }_{ ef } }{ { 2\mu }_{ 0 } } \\ P=\frac { { E }_{ ef }\times { B }_{ ef } }{ { 2\mu }_{ 0 } } \quad \\ A=\quad \frac { (6\times { 10 }^{ 9 })\times 20 }{ 2\times (4\pi \times { 10 }^{ -7 }) } \times 2,5\times { 10 }^{ -5 }\\ A=\quad 1,194x{ 10 }^{ 12 }watt \)​​

Kesimpulan.

Amplitudo medan magnetik laser adalah 20 T dan daya rata-rata tiap pulsa yang melalui permukaan adalah 1,194 x 1012 watt.

  1. Radiasi dari Matahari mencapai Bumi (di atas atmosfer) pada laju kira-kira 1.400 W/m2. Anggap radiasi adalah suatu gelombang elektromagnetik. Tentukan amplitudo medan listrik dan medan magnetik.

Diketahui

\( \bar { s } =\quad 1.400\quad W/{ m }^{ 2 } \)

Ditanyakan :

E dan B =…?

Jawaban :

Untuk menentukan amplitudo medan listrik (E) dapat dicari dengan persamaan :

\( s\quad =\quad \frac { 1 }{ 2 } \)​E2 εoc

Dimana εo = permisivitas (8,85 x 10-12 C2 N/m2)

Maka, besarnya amplitudo medan listrik (E) adalah :

​​​\( ​E=\sqrt { \frac { 2s }{ \varepsilon _{ 0 }c } } \\ E=\sqrt { \frac { 2\times 1.400 }{ (8,85\times { 10 }^{ -12 })\times (3\times { 10 }^{ 8 }) } } \\ E=10,26\times { 10 }^{ 2 }N/C \)

Sedangkan besarnya amplitudo medan magnetik adalah :

​​\( B=\frac { E }{ c } \\ B=\frac { { 10,26\times 10 }^{ 2 } }{ { 3\times 10 }^{ 8 } } \\ B=3,42\times { 10 }^{ -6 }T\\ B=3,42\mu T \)

Kesimpulan:

Besarnya amplitudo medan listrik adalah 10,26 x 102 N/ C dan besarnya amplitudo medan magnetik adalah 3,42 ​\( \mu \)T.

B. Penerapan Gelombang Elektromagnetik

  1. Suatu waktu Anda di Cimahi berbicara melalui telepon dengan teman Anda di Jakarta yang berjarak sekita 360 km. Berapa lama suara Anda sampai ke teman Anda?

Diketahui :

s =360 km 

s = 360 x 103 m

Ditanyakan :

t =…?

Jawaban :

\( ​t=\frac { s }{ c } \\ t=\frac { 360\times { 10 }^{ 3 } }{ 3\times { 10 }^{ 8 } } \\ t=1,2\times { 10 }^{ -3 }sekon \)​​

Kesimpulan:

Waktu yang dibutuhkan agar suara Anda sampai ke teman Anda adalah 1,2 x 10-3 sekon.

  1. Sebuah pulsa gelombang radar dipantulkan oleh sebuah benda dan diterima kembali oleh radar  sejak pulsa itu dipancarkan. Berapa jauh benda itu dari radar?

Diketahui :

t = 80 μ​s

t = 80 x 10-6 s

Ditanyakan :

s =…?

Jawaban :

 

\( s=\frac { c\Delta t }{ 2 } \)

Pembagi 2 disini timbul karena pada pulsa gelombang harus menempuh jarak s pergi-pulang. (Lihat sketsa gambar di samping).

Maka jauh benda dari radar adalah :

​​\( ​s=\frac { c\Delta t }{ 2 } \\ s=\frac { (3\times { 10 }^{ 8 })\times (80\times { 10 }^{ -6 }) }{ 2 } \\ s=12000m\\ s=12km \)

 

 

Kesimpulan:

Maka jauh benda tersebut dari radar adalah 12 km.

  1. Suatu sistem radar mengirim pulsa-pulsa gelombang radio dengan panjang gelombang sangat pendek. Jika sebuah pesawat terbang yang jauhnya 60 km dari radar memantulkan pulsa ini, berapa lama (nyatakan dalam ) dari mulai pulsa dikirim sampai diterima kembalipada layar osiloskop radar?

Diketahui :

s = 60 km

s = 60 x 103 m

Ditanyakan :

\( \Delta t \)​ =…?

Jawaban :

\( s=\frac { c\Delta t }{ 2 } \)

Pembagi 2 disini timbul karena pada pulsa gelombang harus menempuh jarak s pergi-pulang. (Lihat sketsa gambar di samping).

Maka untuk menentukan waktu tempuhnya adalah :

​​\( ​\Delta t=\frac { \quad 2s }{ c } \\ \Delta t=\frac { (2)\times (60\times { 10 }^{ 3 }) }{ 3\times { 10 }^{ 8 } } \\ \Delta t=4\times { 10 }^{ -4 }s\\ \Delta t=4\times { 10 }^{ -10 }\mu s \)

 

 

 

Kesimpulan:

Jadi, waktu yang ditempuh dari mulai pulsa dikirim sampai diterima kembali pada layar osiloskop adalah 4 x 10-10 μs.

  1. Perhatikan macam-macam gelombang berikut: sinar ultraviolet, inframerah, sinar-X, dan gelombang mikro.
    1. Tuliskan urutan yang menunjukkan frekuensi yang semakin besar.
    2. Manakah yang dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena dipanaskan?
    3. Manakah yang dapat digunakan sebagai radar?
    4. Manakah yang dapat digunakan untuk memotret kedudukan tulang-tulang dalam tubuh manusia?
    5. Manakah yang dapat menyebabkan katarak mata dan kanker kulit?

Diketahui :

Sinar ultraviolet, inframerah, sinar-X, dan gelombang mikro

Ditanyakan :

  1. Tuliskan urutan yang menunjukkan frekuensi yang semakin besar.
  2. Manakah yang dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena dipanaskan?
  3. Manakah yang dapat digunakan sebagai radar?
  4. Manakah yang dapat digunakan untuk memotret kedudukan tulang-tulang dalam tubuh manusia?
  5. Manakah yang dapat menyebabkan katarak mata dan kanker kulit?

Jawaban :

  1. Urutan frekuensi yang semakin besar

    Hal ini dapat ditentukan dari spektrum gelombang elektromagnetik :

    Maka dari frekuensi yang paling kecil – frekuensi yang paling besar urutannya adalah :

    Gelombang mikro -> inframerah -> ultraviolet -> sinar-X

  2. Gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena dipanaskan adalah sinar inframerah.

    Sinar inframerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda dipanaskan. Jadi, setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Sesungguhnya setiap benda yang bersuhu di atas nol Kelvin pasti memancarkan radiasi inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda. Dengan menggunakan pelat-pelat potrek yang peka terhadap inframerah, satelit pengamat sumber Bumi mampu mendeteksi tumbuh-tumbuhan yang tumbuh di Bumi secara terinci. Ini disebabkan tumbuh-tumbuhan yang berbeda akan memancarkan jumlah dan frekuensi inframerah yang berbeda.

  3.  Gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan sebagai radar adalah gelombang mikro.

    Gelombang mikro (microwaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi (superhigh frequency = SHF), yaitu diatas 3 GHz ( . Gelombang mikro dapat dimanfaatkan pada pesawar radar (radar detection and ranging). Radar berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Antena radar bertindak sebagai pemancar dan penerima gelombang.

  4. Gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan untuk memotret kedudukan tulang-tulang dalam tubuh manusia adalah sinar-X.

    Sinar-X memiliki jangkauan frekuensi antara 1016 – 1020 Hz. Panjang gelombangnya sangat pendek, uaitu 10-10 – 10-6 cm. sinar-X memiliki daya tembus yang kuat karena panjang gelombangnya sangat pendek. Daya tembusnya bergantung pada frekuensi. Semakin tinggi frekuensi, semakin kuat daya tembusnya. Daya tembus sinar-X juga bergantung pada jenis bahan yang ditembusnya. Dengan kemampuan demikian, sinar-X dapat digunakan untuk memotret keduudkan tulang-tulang dalam tubuh manusia.

  5. Gelombang elektromagnetik yang dapat menyebabkan katarak mata dan kanker kulit adalah sinar ultraviolet.

Terpapar oleh UV dari cahaya matahari yang kuat menyebabkan sunburn (luka bakar pada kulit karena panas sinar matahari) hanya dalam beberapa jam. UV, khususnya UV-B telah dibuktikan menyebabkan katarak. Paparan berkepanjangan terhadap radiasi UV dari matahari dapat mengarah ke melanoma (tumor berpigmen hitam pada kulit, biasanya ganas) dan kanker kulit lainnya. sinar UV juga dapat menyebabkan keriput, tahi lalat, dan bintik-bintik hitam pada wajah.

  1. Perhatikan macam-macam gelombang berikut: inframerah, ultraviolet, bunyi, sinar-X, radar, dan radio.
    1. Manakah yang tidak termasuk spektrum elektromagnetik?
    2. Manakah yang memiliki panjang gelombang terpendek?
    3. Manakah yang memiliki frekuensi terkecil?
    4. Bagaimanakah urutan kecepatannya?

Diketahui :

Inframerah, ultraviolet, bunyi, sinar-X, radar, dan radio

Ditanyakan :

  1. Manakah yang tidak termasuk spektrum elektromagnetik?
  2. Manakah yang memiliki panjang gelombang terpendek?
  3. Manakah yang memiliki frekuensi terkecil?
  4. Bagaimanakah urutan kecepatannya?

Jawaban :

  1. Gelombang yang tidak termasuk spektrum elektromagnetik adalah gelombang bunyi.
  2. Gelombang yang memiliki panjang gelombang terpendek adalah sinar –X
  3. Gelombang yang memiliki frekuensi terkecil adalah gelombang radio
  4. Kecepatan gelombang elektromagnetik :

Gelombang elektromagnetik merambat dalam vakum dengan cepat rambat yang sama, yaitu c = 3 x 108 m/s

  1. Orang yang terdampar di suatu tempat biasanya mengirim sinyal dengan cahaya kelap-kelip padam dan hidup sesuai dengan kode Morse. Sinyal ini dalam kenyatannya adalah suatu modulasi gelombang elektromagnetik. Apakah gelombang ini termasuk AM atau FM? Jelaskan!

Diketahui :

Kode Morse (modulasi gelombang elektromagnetik)

Ditanyakan :

Termasuk AM / FM =?

Jawaban :

Sinyal dengan cahaya kelap-kelip padam dan hidup sesuai dengan kode Morse yang digunakan oleh orang yang terdampar di suatu wilayah merupakan bentuk modulasi gelombang elektromagnetik, yaitu A (Amplitude Modulation), hal ini dikarenakan gelombang medium dalam bentuk gelombang AM dapat mencapai tempat yang jauh. Hal ini terjadi karena gelombang medium mudah dipantulkan oleh lapisan ionosfer. Sedangkan gelombang FM bebas dari interferensi listrik namun bentuk gelombang tidak dapat mencapai tempat yang jauh karena gelombang tidak dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer.

  1. Tentukan nilai perbandingan antara panjang gelombang mikro (f = 4,80 x 109 Hz) yang digunakan dalam oven microwave dengan gelombang radio (f = 8,00 x 105 Hz) yang dipancarkan oleh sebuah stasiun radio AM.

Diketahui :

Gelombang mikro dan gelombang radio

Ditanyakan :

Nilai perbandingan panjang gelombang antara gelombang mikro dan gelombang radio=…?

Jawaban :

Berdasarkan konsep cepat rambat gelombang elektromagnetik, dari persamaan berikut :

c = λ  f   

λ = ​\( \frac { c }{ f } \)

Dari persamaan berikut, dapat dilihat bahwa hubungan antara panjang gelombang dengan frekuensi adalah berbanding terbalik. Hal ini berarti semakin kecil frekuensinya makan panjang gelombang akan semakin besar, dan sebaliknya. Dikarenakan frekuensi gelombang mikro lebih besar dari frekuensi gelombang radio, maka panjang gelombang mikro lebih kecil dari panjang gelombang radio.

  1. Mengapa sinar-X tidak dapat dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik?

Diketahui :

Sinar X

Ditanyakan :

Mengapa sinar-X tidak dapat dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik?

Jawaban :

Sinar-X tidak dapat dipengaruhi oleh medan listrik maupun medan magnetik. Hal ini dikarenakan sinar-X merupakan gelombang elektromagnetik yang bukan partikel bermuatan, maka sinar-X tidak dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnetik.

  1. Tuliskan dan jelaskan manfaar dari gelombang mikro dalam kehidupan sehari-hari.

Diketahui :

Gelombang mikro

Ditanyakan :

Manfaat gelombang mikro

Jawaban :

Gelombang mikro (microwaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi (superhigh frequency = SHF), yaitu di atas 3 GHz (3 x 109 Hz). Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam micowave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis.

Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat radar (radio detection and ranging). Radar berarti mencari dan menentukan jejak sebuah beda dengan menggunakan gelombang mikro. Dimana pesawat radar ini memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro.

Gelombang mikro juga digunakan dalam rangkaian televisi untuk mengirim laporan gambar hidup televisi dari kendaraan-kendaraan penyiar yang berada di lapangan ke studio, misalnya untuk siaran langsung pertunjukan musik.

, ,

Leave a Reply

Your email address will not be published.

Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert