ELEKTROMAGNETIK

Name : Nanda Putra Saragi Sidabutar
Level : X-4 SMAN 3 MEDAN
Tittle of Paper : Electromagnetic Physic Bilingual
Teacher : Miss Sri S.Pd
Lesson : Exact Program



Di kehidupan sehari-hari kita banyak sekali kita jumpain reaksi elektromagnetik,seperti gelombang radio,gelombang TV,gelombang satelit,gelombang infrared,dan bluetoth.Masih banyak sekali proses proses elektromagnetik yang kita jumpa di Lingkungan kita sehari-hari,hanya saja kita belum tahu betul apa yang dimaksud dengan Gelombang Elektromagnetik tersebut.
Oleh karena itu saya Nanda Putra Saragi siswa kelas X4 sangat bangga saat guru Fisika saya Ibu Sri SPd memberi tanggung jawab saya menjelaskan apa sebenarnya yang dimaksud dengan Elektromagnetik itu sendiri.
Di dalam makalah saya ini saya menjelaskan apa yang dimaksud dengan elektromagnetik,bagimana elektromagnetik itu terjadi,dan apa contoh-contoh proses elektromagnetik tersebut.Agar lebih memudahkan pembaca dalam memahami apa itu elektromagnetik dan sejarah-sejarah elektromagnetik,saya menambahkan gambar dan ilustrasi didalamnya.
Akhirnya dengan berakhirnya kata pengantar saya ini,saya mengucapkan terimakasih buat semua pihak yang sudah membantu saya membuat dan menyusun makalah saya ini unntuk menambahkan nilai saya dalam Ujian Semester kenaikan kelas SMAN 3 Model Medan,agar dapat naik ke kelas XI.
SELAMAT MEMBACA SEMOGA BERMANFAAT.
Medan, 31 maret 2011



Nanda Putra Saragi Sidabutar

Gelombang Elektromagnetik
Siapakah Cristiano Ronaldo? Atau, siapakah vokalis band Peter Pan? Jika kamu dihadapkan pada pertanyaan semacam itu dapat dipastikan kamu bisa menjawabnya, bukan? Siapa yang tidak kenal CR7 (sebutan buat Cristiano Ronaldo) atau Ariel Peter Pan? Walaupun kamu tidak pernah bertemu secara langsung dengan keduanya, kamu pasti kenal dengan mereka, ya kan? Kok bisa ya! Walaupun kamu tidak pernah bertemu dengan mereka kamu pasti sering melihat mereka melalui TV, bukan begitu? Sekarang, apa yang membuat kamu bisa menonton TV untuk melihat pertandingan sepak bola yang sedang berlangsung di tempat lain yang sangat jauh? Tahukah kamu prinsip dan konsep apa yang melandasi teknologi dan fenomena ini?
Saat ini hampir semua orang memiliki peralatan yang satu ini. Dia begitu kecil yang bisa dengan nyaman diletakkan di dalam saku, namun dianggap memiliki fungsi yang sangat besar terutama untuk berkomunikasi. Ya, benda itu adalah sebuah ponsel (telepon seluler). Saat ini ponsel tidak hanya digunakan untuk menelpon saja tetapi juga untuk fungsi lain seperti mengirim dan menerima pesan singkat (sms), mendengarkan musik, atau mengambil foto. Bagaimana perangkat ponsel dapat terhubung dengan perangkat ponsel yang lain padahal mereka saling berjauhan?
Konsep yang bisa menjelaskan fenomena ini adalah konsep gelombang elektromagnetik. Dan, konsep gelombang elektromagnetik ternyata sangat luas tidak hanya berkaitan dengan TV atau ponsel saja, melainkan banyak aplikasi lain yang bisa sering kita temukan sehari-hari di sekitar kita. Aplikasi tersebut meliputi microwave, radio, radar, atau sinar-x.
Sebagaimana yang telah dibahas sebelumnya bahwa ada dua hukum dasar yang menghubungkan gejala kelistrikan dan kemagnetan.
Pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet dikenal sebagai Hukum Ampere.

Michael Faraday, penemu induksi elektromagnetik
Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry.
Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan. Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.

James Clerk Maxwell peletak dasar teori gelombang elektromagnetik
Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell.
Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan medan magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik ini secara serempak merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan gejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.
Pada mulanya gelombang elektromagnetik masih berupa ramalan dari Maxwell yang dengan intuisinya mampu melihat adanya pola dasar dalam kelistrikan dan kemagnetan, sebagaimana telah dibahas di atas. Kenyataan ini menjadikan J C Maxwell dianggap sebagai penemu dan perumus dasar-dasar gelombang elektromagnetik.

Teori Maxwell tentang listrik dan magnet meramalkan adanya gelombang elektromgnetik
Ramalan Maxwell tentang gelombang elektromagnetik ternyata benar-benar terbukti. Adalah Heinrich Hertz yang membuktikan adanya gelombang elektromagnetik melalui eksperimennya. Eksperimen Hertz sendiri berupa pembangkitan gelombang elektromagnetik dari sebuah dipol listrik (dua kutub bermuatan listrik dengan muatan yang berbeda, positif dan negatif yang berdekatan) sebagai pemancar dan dipol listrik lain sebagai penerima. Antena pemancar dan penerima yang ada saat ini menggunakan prinsip seperti ini.

diagram skematik eksperimen Hertz
Melalui eksperimennya ini Hertz berhasil membangkitkan gelombang elektromagnetik dan terdeteksi oleh bagian penerimanya. Eksperimen ini berhasil membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik yang awalnya hanya berupa rumusan teoritis dari Maxwell, benar-benar ada sekaligus mengukuhkan teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat lewat ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Cahaya tampak adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. Penelitian teoritis tentang radiasi elektromagnetik disebut elektrodinamik, sub-bidang elektromagnetisme.
Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich Hertz. Gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversal.
Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Waktu kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Planck E = Hf, di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta Planck — 6.626 × 10 −34 J•s — dan f adalah frekuensi gelombang.
Einstein kemudian memperbarui rumus ini menjadi Ephoton = hf.


Spektrum elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik
Yang termasuk gelombang elektromagnetik
Gelombang Panjang gelombang λ
gelombang radio
1 mm-10.000 km
infra merah
0,001-1 mm
cahaya tampak
400-720 nm
ultra violet
10-400nm
sinar X
0,01-10 nm
sinar gamma
0,0001-0,1 nm
Sinar kosmis tidak termasuk gelombang elektromagnetik; panjang gelombang lebih kecil dari 0,0001 nm.
Sinar dengan panjang gelombang besar, yaitu gelombang radio dan infra merah, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih rendah. Sinar dengan panjang gelombang kecil, ultra violet, sinar x atau sinar rontgen, dan sinar gamma, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih tinggi.
Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan (lihat juga tabel dan awalan SI):
• Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi, hasilnya kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz
• Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1μeV/GHz
• Panjang gelombang dikalikan dengan energi per foton adalah 1.24 μeVm
Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (λ ≥ 0,5 mm). Istilah "spektrum optik" juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 - 700 nm)[1].

1.1. GENERATOR ARUS SEARAH
Sebuah generator arus searah (DC) sederhana yang terdiri dari satu gelung dengan satu lilitan dan hanya memiliki satu cincin yang terbelah ditengahnya disebut cincin belah atau komutator. Salah satu belahan komutator selalu berpolaritas positif, dan belahan komutator lainnya berpolaritas negatif. Ini menyebabkan arus listrik induksi yang mengalir melalui rangkaian luar (lampu) selalu hanya memiliki satu arah, yaitu dari komutator berpolaritas positif melalui lampu ke komutator berpolaritas negatif. Arus listrik ini disebut arus searah.
Generator arus searah dapat menghasilkan ggl ke satu arah.
1.Cincin kolektor diputus dan disekat.
2.Ujung-ujung kumparan dipatrikan pada sebuah segmen kolektor.
, selama putaran itu berlangsung terjadi ggl induksi yang arahnya tetap.3.Apabila kumparan telah berputar sebesar
, sikat-sikat bersinggungan dengan isolator dan dalam rangkaian luar tidak ada arus listrik.4.Pada saat mencapai sudut
5.Dengan demikian, arus induksi yang dihasilkan pada rangkaian luar merupakan arus induksi searah.
Grafik ggl induksi yang dihasilkan oleh generator arus searah akan tampak seperti pada gambar berikut ini :

1.2. GENERATOR ARUS BOLAK BALIK
Sebuah generator arus bolak-balik (AC) sederhana yang hanya terdiri dari sebuah gelung. Sisi gelung CD yang ujungnya U1 selalu menempel pada cincin C1, dan sisi gelung EF yang ujungnya U2 selalu menempel pada cincin C2. Cincin U1 selalu bersentuhan dengan sikat S1 dan cincin C2 selalu bersentuhan dengan sikat S2.
Prinsip kerja generator arus bolak-balik ini adalah memutar gelung diantara pasangan kutub utara-selatan sebuah magnet sehingga timbul ggl induksi pada ujung-ujung gelung. Supaya gelung berputar searah jarum jam, maka pada sisi gelung yang dekat dengan kutub utara (gelung CD) harus mengalami gaya F keatas. Sesuai dengan kaidah tangan kanan kedua, maka arus induksi yang timbul pada sisi gelung CD haruslah dari C ke D. Dengan demikian arus induksi yang timbul pada gelung EF haruslah dari E ke F. Jadi, perjalanan arus listrik induksi pada rangkaian sehingga lampu pijar kecil menyala adalah dari gelung CDEF, ke ujung U2 ke sikat S2 melalui lampu pijar, ke sikat S1 ke ujung U1. Jika kita hanya memperhatikan rangkaian luar. Sikat S2 ke sikat S1, maka arus listrik mengalir melalui lampu dari sikat S2 ke sikat S1. Ini berarti sikat S2 lebih positif daripada sikat S1 atau sikat S2 berpolaritas positif dan sikat S1 berpolaritas negatif.
Karena setiap setengah putaran gelung, polaritas S1 dan S2 bergantian, maka arus listrik yang dihasilkan generator selalu berlawanan tanda setiap setengah putaran. Untuk membuat generator yang dapat menghasilkan arus listrik / induksi yang besar, dapat dilakukan empat cara sebagai berikut :
1.Memakai kumparan yang terdiri dari banyak lilitan.
2.Memakai magnet yang lebih kuat.
3.Melilit kumparan pada inti besi lunak (elektromagnet).
4.Memutar kumparan lebih cepat.
1.2. SINAR KATODE

Pada awal tahun 1800, para ahli meneliti partikel-partikel terkandung dalam sebuah atom, melalui :

TABUNG PELUCUTAN GAS
Adalah sebuah tabung kaca yang memiliki dua buah elektroda pada kedua kutubnya, yang kedua ujungnya dihubungkan pada tegangan (tegangan searah 30.000 V – 50.000 V).
Pakar fisika tahun 1870 disimpulkan bahwa cahaya kehijau-hijauan adalah hasil radiasi sinar yang bergerak dari katode menuja anode. Dan disebut sinar katode.
Dan William Crookes (1832 – 1919) melakukan percobaan dengan menggunakan sinar katode dan menunjukkan bahwa sinar katode merambat menuju garis lurus.
Sifat-sifat katode :
Partikel dapat dibelokkan oleh medan listrik dan magnet, jadi sinar katode terdiri atas partikel-partikel bermuatan.
Crookes dan Jean Perrin (1895) menunjukkan sinar katode menumbuk anode maka anode diberi muatan negatif. Jadi sinar katode terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif (elektron). Thomson adalah orang pertama yang menemukan elektron. Jadi sinar katode adalah aliran elektron-elektron yang keluar dari katode dan masuk ke anode. Aliran ini terjadi kalau anode dan katode punya beda potensial sama / lebih besar dari beda tertentu.
Apabila beda potensial lebih kecil, sinar katode tidak terjadi / elektron tidak lepas dari katode.
Dari percobaan-percobaan yang dilakukan pakar-pakar lainnya dapatlah dirangkum sifat sinar katode :
Sinar katode merambat menurut garis lurus.
Dapat memendar sulfida seng dan barium platinasianida.
Terdiri atas partikel-partikel yang bermuatan ( - ) (elektron).
Dapat menghasilkan panas.
Menghitamkan pada foto.
Menyimpang didalam medan megnetik.
Menyimpang didalam medan listrik.

TABUNG SINAR KATODE
Tabung sinar katode dijumpai dalam Osiloskop tabung layar TV, dan display komputer. Pemancaran elektron-elektron dari permukaan zat karena permukaan tersebut dipanasi secara langsung / tidak langsung disebut emisi termionik. Fungsi kisi kontrol adalah untuk mengatur jumlah elektron dalam berkas sinar katode yang menuju sinar anode. Berarti mengatur kecermelangan bintik pada layar. Anode pemfokus berfungsi memfokuskan berkas sinar katode. Gabungan katode (kisi kontrol, anode pemercepat, anode pemfokus) dinamakan pemucu elektron (elektrogun).
Penggunaan tabung sinar katode pada Osiloskop
Untuk alat ukur yang dapat mendisplay grafik tegangan / arus listrik.
Sinar-X
Ditemukan oleh Wilhelm K. Rontgen (1845 – 1923) bulan November tahun 1895 dengan menggunakan elektron-elektron dikeluarkan dari katode dengan cara memanaskan katode (emisi termionik). Sinar ini oleh Rontgen disebut Sinar-X karena pada saat itu Rontgen belum mengetahui sifat sinar tersebut.
Tabung Sinar-X
Digunakan Rontgen untuk menemukan Sinar-X yang digunakan untuk memproduksi Sinar-X diciptakan oleh W.D. Coolige dari Lab General Electric tahun 1913.