Efek Compton Hipotesis Louise de Broglie: Pengertian Rumus Panjang Gelombang Foton Sinar X Dihamburkan Contoh Soal Perhitungan 10

Pengertian Efek Compton: Efek Compton adalah peristiwa terhamburnya sinar X (foton) ketika menumbuk electron diam menjadi foton terhambur dan electron. Perhatikan Gambar untuk memperjelas.

Campton menyebutkan bahwa gelombang elektromagnetik termasuk di dalamnya adalah cahaya memiliki sifat kembar yaitu sebagai gelombang dan sebagai materi atau partikel.

Percobaan Hamburan Sinar X

Pada 1923, Compton melakukan percobaan dengan menjatuhkan sinar-X yang dikeluarkan dari bahan radioaktif pada lempengan tipis. Hasil pengamatannya menunjukkan bahwa setelah keluar dari lempengan, gelombang elektromagnetik mengalami hamburan.

Efek Compton, Pembahasan Contoh Soal Ujian
Efek Compton, Pembahasan Contoh Soal Ujian

Terbukti panjang gelombang bertambah panjang. Hal itu dirasa aneh, karena teori klasik yang ada pada saat itu tidak dapat menjelaskan peristiwa tersebut. Untuk menjelaskan masalah itu, Compton menganggap foton (gelombang elektromagnetik) sebagai materi.


Rumus Momentum Foton

Karena dianggap sebagai materi, foton mempunyai momentum sehingga tumbukan antara foton sebagai materi dan elektron dalam lempengan berlaku hukum kekekalan momentum.

Dengan persamaan kesetaraan energi-massa dari Einstein, diperoleh:

E = m . c2

E = mc . c = p . c

Mengingat energi foton Planck E = hf maka momentum foton dapat ditentukan:

p = h f / c atau p = h / λ

dengan:

p = momentum foton (Ns)

h = tetapan Planck (Js)

f = frekuensi gelombang elektromagnetik (Hz)

c = laju cahaya (m/s)

λ= panjang gelombang foton (m)

Contoh Soal Pembahasan Di Akhir Artikel

Compton berkesimpulan bahwa gelombang elektromagnetik (termasuk di dalamnya cahaya) mempunyai sifat kembar, yaitu sebagai gelombang dan sebagai materi atau partikel. Pada peristiwa interferensi, difraksi, dan polarisasi lebih tepat apabila cahaya dipandang sebagai gelombang, sedangkan pada peristiwa efek fotolistrik dan efek Compton lebih tepat apabila cahaya dipandang sebagai partikel.

Dua Sifat Cahaya – Dua Lisme Gelombang Cahaya

Hasil pengamatan Compton tentang hamburan foton dari sinar X menunjukkan bahwa foton dapat dipandang sebagai partikel, sehingga memperkuat teori kuantum yang mengatakan bahwa cahaya mempunyai dua sifat, yaitu cahaya dapat sebagai gelombang dan cahaya dapat bersifat sebagai partikel yang sering disebut sebagai dualisme gelombang cahaya.

Compton mempelajari bahwa hamburan foton dari sinar X oleh elektron dapat dijelaskan dengan menganggap bahwa foton seperti partikel dengan energi hf dan momentum hf/c.

Percobaan Compton,

Percobaan Compton menggunakan sinar X monokromatik. Percobaannya dilakukan dengan memberikan sinar X monokromatik (sinar X yang memiliki panjang gelombang tunggal) ke permuakaan keping tipis berilium sebagai sasarannya.

Kemudian untuk mengamati foton dari sinar X dan elektron yang terhambur dipasang detektor. Sinar X yang telah menumbuk elektron akan kehilangan sebagian energinya yang kemudian terhambur dengan sudut hamburan sebesar θ terhadap arah awal.

Berdasarkan hasil pengamatan ternyata sinar X yang terhambur memiliki panjang gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang sinar X mula mula. Hal ini dikarenakan sebagian energinya terserap oleh elektron.

Rumus Panjang Gelombang Efek Compton

Jika energi foton sinar X mula -mula adalah h.f , maka energi foton sinar X yang terhambur adalah (hf1 – hf2), dimana frekuensi awal lebih besar dari frekuensi setelah tumbukan, f1 > f2, sedangkan Panjang gelombang yang terhambur menjadi tambah besar yaitu λ2 >  λ1

Hasil pengamatan Compton tentang hamburan foton dari sinar X menunjukkan bahwa foton dapat dipandang sebagai partikel, sehingga memperkuat teori kuantum yang mengatakan bahwa cahaya mempunyai dua sifat, yaitu cahaya dapat sebagai gelombang dan cahaya dapat bersifat sebagai partikel yang sering disebut sebagai dualisme gelombang cahaya.

Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi, Compton berhasil membuktikan bahwa perubahan panjang gelombang foton yang terhambur (setelah tumbukan) dengan panjang gelombang mula mula (sebelum tumbukan), memenuhi persamaan seperti berikut:

2 – λ1) = h.(1-cos θ)/(m.c)

dengan keterangan:

λ1 = panjang gelombang sinar X sebelum tumbukan (m)

λ2 = panjang gelombang sinar X setelah tumbukan (m)

h = konstanta Planck (6,625 × 10-34 Js)

m = massa diam elektron (9,1 × 10-31 kg)

c = kecepatan cahaya (3 × 108 ms-1)

θ = sudut hamburan sinar X terhadap arah semula (derajat atau radian)

Besaran  h/(m.c)  sering disebut dengan panjang gelombang Compton.

Contoh Soal Pembahasan Di Akhir Artikel

Hipotesis Louise de Broglie

Louise de Broglie menyatakan pendapatnya bahwa cahaya dapat berkelakuan seperti partikel, maka partikel pun seperti halnya electron dapat berkelakuan seperti gelombang.

Rumus Panjang Gelombang Hipotesis Louis de Broglie

Benda atau partikel yang bermassa m dan bergerak dengan kecepatan v akan memilki momentum linier sebesar mv, sehingga panjang gelombang de Broglie dari benda partikel tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

λ = h/p atau

λ = h/m.v

Dengan keterangan:

λ = Panjang gelombang Louis de Broglie partikel, m

h = tetapan Planck 6,6 × 10-34 Js

m = massa partikel kg

v = kecepatan partikel, m/s

1) . Contoh Soal Ujian Rumus Perhitungan Efek Compton

Pada percobaan efek Compton seberkas sinar X dengan frekuensi 3×1019 Hz ditembakkan pada elektron diam. Pada saat menumbuk elektron terhambur dengan sudut 60o. Bila diketahui m = 9,1×10-31 kg, h = 6,62.10-34 Js, dan c = 3.108 m/s, hitunglah frekuensi sinar X yang terhambur!

Diketahui :

f1 = 3 × 1019 Hz

θ = 60o

m = 9,1 × 10-31 kg

h = 6,62 × 10-34 Js

c = 3 × 108 m/s

Menghitung Perubahan Panjang Gelombang Sinar X Percobaan Efek Compton

Besarnya perubahan panjang gelombang sinar X yang ditembakan pada elektron dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

2 – λ1) = h.(1-cos θ )/(m.c)

2 – λ1) = h.(1-cos θ )/(m.c)

2 – λ1) = 6,62 × 10-34 (1-cos600)/( 9,1 × 10-31x= 3 × 108)

2 – λ1) = 6,62 × 10-34 (1-0,5)/(27,3×10-23)

2 – λ1) = 0,1212 × 10-11 m

λ1 = c/f1

λ1 =(3×108)/(3×1019)

λ1 = 1 × 10-11 m

λ2 = λ1 + 0,1212 × 10-11 m

λ2= 1 × 10-11 + 0,1212 × 10-11 m

λ2= 1,1212 x 10-11 m

Menghitung Frekuensi Sinar X Terhambur:

Besarnya frekuensi gelombang sinar X yang terhambur dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

f2 =c/ λ2

f2 = (3×108)/(1,1212×10-11)

f2 = 2,68 x 1019 Hz

2). Soal Ujian Perhitungan Rumus Efek Compton

Jika h = 6,6 × 10-34 Js, c = 3,0 × 108 m/s, dan m = 9,0 × 10-31 kg, tentukan perubahan panjang gelombang Compton!

Diketahui:

h = 6,6 × 10-34 Js

c = 3,0 × 108 m/s

m = 9,0 × 10-31 kg

Ditanya: Δλ = …?

Menentukan Perubahan Panjang Gelombang Compton:

Perubahan panjang gelombang Compton dapat dihitung dengan rumus berikut:

Δλ = h.(1-cos θ )/(m.c)

Δλ = 6,6 × 10-34 (1-cos 1800)/( 9,0 × 10-31 x 3,0 × 108)

Δλ = 0,49 x 10-11 m

3). Soal Ujian Rumus Perhitungan Efek Compton

Sebuah foton dengan panjang gelombang 0,4 nm menabrak sebuah electron yang diam dan memantul kembali dengan sudut 150o ke arah asalnya. Tentukan kecepatan dan panjang gelombang dari foton setelah tumbukan!

Penyelesaian:

  1. Laju foton selalu merupakan laju cahaya dalam vakum, c yaitu 3 × 108 m/s.
  2. Untuk mendapatkan panjang gelombang setelah tumbukan, dengan menggunakan persamaan efek compton:

Rumus Menghitung Penjang Gelombang Setelah Tumbukan

Δλ = h.(1-cos θ )/(m.c)

2 – λ1) = h.(1-cos θ )/(m.c)

λ2 = λ1 + h.(1-cos θ )/(m.c)

λ2 = 4,00 x 10-10m+ (6,63×10-34) (1-cos 1500)/(9,1×10-31kg x 3×108m/s)

λ2 = 4,00 × 10-10 m + (2,43 × 10-12 m) (1 + 0,866)

λ2 = 4,05 × 10-10 m

λ2 = 4,05 Ao

4) Contoh Soal Perhitungan Panjang Gelombag Sinar A Yang Dihamburkan

Sinar -X yang memiliki panjang gelombang λ = 0,20 nm dihamburkan dari sebuah balok karbon dengan membentuk sudut 450 terhadap arah semula. Hitung Panjang gelombag sinar-X yang dihamburkan tersebut:

Diketahui:

λ = 0,2 nm

λ = 2 x 10-10 m

θ = 600

m = 9,1 x 10-31 kg

c = 3 x 108 m

Menghitung Beda Panjang Gelombang Foton Sesudah Sebelum Dihamburkan

Beda Panjang gelombang foton sebelum dan setelah dihamburkan dapat dinyatakan  dengan rumus berikut:

Δλ = h.(1-cos θ )/(m.c)

Δλ = (6,63 x 10-34)(1-cos600)/(9,1×10-31)(3×108)

Δλ = 1,21 x 10-12 m

Menghitung Panjang Gelombang Foton Sinar X Yang  Dihamburkan

Besar Panjang gelombang foton sinar X yang dihamburkan dapat dinyatakan dengan rumus persamaan berikut:

Δλ = λ2 – λ1

λ2 = λ1 + Δλ

λ2 = 2 x 10-10 + 0,0121 x 10-10 m

λ2 = 2,0121 x 10-10 m

λ2 = 0,20121 nm

Jadi Panjang gelombang foton yang dihamburkan adalah 0,20121 nm

5) Contoh Soal Perhitungan Hukum Kekekalan Momentum Foton

Sebuah foton memiliki Panjang gelombang 500 nm, tentukan besar momentum foton tersebut.

Diketahui:

λ = 500 nm

λ = 5 x 10-7 m

Menghitung Momentum Foton

Besar momentum foton yang memiliki panjaang gelombang dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

p = h / λ

h = 6,63 x 10-34 Js

dengan demikian momentum fotonnya adalah

p = (6,63 x 10-34)/(5 x 10-7)

p = 1,33 x 10-27 Ns

Jadi momentum fotonnya adalah 1,33 x 10-27 Ns

6) Contoh Soal Perhtiungan Energi Panjang Gelombang Elektron

Berkas sinar X dengan Panjang gelombang 0,001nm disinarkan pada sebuah electron bebas diam. Ternyata sinar X tersebut dihamburkan dengan susut 450.

  • tentuka Panjang gelombang sinar X yang dihamburkan
  • Berapa energi yang diterima oleh elektron

Diketahui:

λ = 0,001 nm atau

λ = 1x 10-12 m

θ = 450

m = 9,1×10-31 kg

c = 3×108 m

h = 6,6 × 10-34 Js

Menghitung Perubahan Panjang Gelombang Foton Sinar X

Δλ = h.(1-cosθ)/(m.c)

Δλ = (6,63 x 10-34)(1-cos450)/(9,1×10-31)(3×108)

Δλ = 0,73 x10-12 m

Menghitung Panjang Gelombang Foton Sinar X Yang  Dihamburkan

Besar Panjang gelombang foton sinar X yang dihamburkan dapat dinyatakan dengan rumus persamaan berikut:

Δλ = λ2 – λ1

λ2 = (1 x 10-12) + (0,73 x10-12)

λ2 = 1,73 x 10-12 m

Jadi panjang gelombang sinar X yang dihamburkan adalah 1,73 x 10-12 m

Menghitung Energi Elektron

Energi yang diterima elektron adalah selisih energi foton sinar X yang datang dan yang terhambur dapat dinyatakan dengan rumus berikut

ΔE = E1 – E2

E1 = energi foton datang

E2 = energi foton terhambur

Menghitung Energi Foton Sinar X Datang

Energi foton sinar X saat menumbuk electron adalah

E1 = h.c/λ1

E1 = (6,6 × 10-34)(3×108)/(10-12)

E1 = 19,8 x10-14 J

Menghitung Energi Foton Sinar X Terhambur

Energi foton sinar X saat terhambur adalah

E2 = h.c/λ2

E2 = (6,6 x 10-34)(3 x108)/(1,73 x10-12)

E2 = 11,44 x 10-14 J

Menghitung Energi Diterima ELektron

ΔE = E1 – E2

ΔE = 19,8 x10-14 – 11,44 x 10-14

ΔE = 8,35 x 10-14 J

jadi energi yang diterima oleh electron adalah 8,35 x 10-14 J

7) Contoh Soal Perhitungan Panjang Gelombang de Groglie Elektron

Berapakah panjang gelombang de Broglie dari sebuah elektron yang bergerak dengan kelajuan 3 x 105 m/s jika massa elaktron 9,1 x 10-31 kg dan h = 6,6 x10-34 Js

Diketahui:

v = 3 x 105 m/s

m = 9,1 x 10-31 kg

h = 6,6 x 10-34 Js

Menghitung Panjang Gelombang de Broglie Elektron

Panjang gelombang de Broglie dari sebuah electron yang sedang bergerak dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

λ = h/mv

λ = (6,6 x10-34)/(9,1×10-31)(3×105)

λ = 24,2 x 10-10 m atau

λ = 24,2 Angstrom

jadi Panjang gelombang de Broglie electron adalah 24,2 Angstrom

8) Contoh Soal Perhitungan Kelajuan Elektron Yang Dihamburkan

Tentukan Kelajuan electron yang memiliki massa 9,1 × 10-31 kg dan bergerak dengan Panjang gelombang  de Broglie 9,88 Angstrom

Diketahui:

m = 9,1 x 10-31 kg

h = 6,6 x 10-34 Js

λ = 9,88 Angstrom

λ = 9,88 x 10-10 m

Menghitung Kelajuan Elektron Yang Terhambur,

Kelajuan elektrron yang memiliki Panjang gelombang de Broglie dapat dinyatakan dengan persamaan berikut

λ = h/mv atau

v = h/m λ

v = (6,6 x 10-34)/(9,1 x 10-31)( 9,88 x 10-10)

v = 7,3 x 105 m/s

Jadi kecepatan electron adalah 7,3 x 105 m/s

9) Contoh Soal Perhitungan Panjang Gelombang de Broglie Minimum Elektron

Sebuah electron dipercapat pada beda potensial V. Jika massa electron m, muatan electron c, konstanta Plank h, dan electron dilepas tanpa kecepatan awal, tentukan Panjang gelombang de Broglie minimum electron.

Rumus Energi Potensial Listrik Dan Energi Kinetik ELektron

Ketika electron yang bermuatan e dan disimpan pada beda potensial V, maka electron tersebut akan memiliki energi potensial e.V. Jika kemudian electron itu dilepas tanpa kecepatan awal, energi potensial diubah menjadi energi kinetic.

e.V = ½ m.v2

v2 = 2 e.V/m atau

m.v = Ö(2m.e.V)

sehingga Panjang gelombang de Broglie partikel bermuatan yang dipercepat pada beda potensial V dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

λ = h/mv atau

λ = Ö(2m.e.V)

10). Contoh Soal Ujian Materi Efek Compton

Lampu natrium 20 W memancarkan cahaya kuning dengan panjang gelombang 589 nm. Berapakah jumlah foton yang dipancarkan lampu itu setiap sekon?…

Daftar Pustaka:

  1. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  2. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  3. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  4. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  5. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  6. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  7. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  8. Rangkuman RIngkasan:

Gelombang Elektromagnetik: Pengertian Bukti Hipotesis Maxwell Percobaan Hertz Jenis Contoh Soal Penggunaan Rumus Perhitungan Spektrum 12

Pengertian Gelombang Elektromagnetik: Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya dan arah rambatannya tidak ditentukan oleh medan listrik maupun medan magnet. Gelombang ini  merupakan gelombang transversal yang dapat merambat di ruang hampa.

Gelombang elektromagnetik mengalami pemantulan (atau refleksi), mengalami pembiasan (atau refraksi), mengalami interferensi, dan mengalami lenturan (atau difraksi).

Hipotesis Maxwell

Maxwell mengemukakan sebuah hipotesis yang berbunyi sebagai berikut: perubahan medan magnet dapat menimbulkan medan listrik dan sebaliknya perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet.

Maxwell melihat adanya keterkaitan yang sangat erat antara gejala kelistrikan dan kemagnetan. Maxwell menurunkan beberapa persamaan untuk hipotesisnya tentang gelombang elektromagnetik. Persamaan tersebut dikenal sebagai Persamaan Maxwell.


Menurut Maxwell, ketika terdapat perubahan medan listrik (E), akan terjadi perubahan medan magnetik (B). Perubahan medan magnetik akan menimbulkan kembali perubahan medan listrik dan seterusnya.

Maxwell menemukan bahwa perubahan medan listrik dan perubahan medan magnetik ini menghasilkan gelombang medan listrik dan gelombang medan magnetik yang dapat merambat di ruang hampa.

Gelombang medan listrik (E) dan medan magnetik (B) yang kemudian dikenal dengan nama gelombang elektromagnetik.

Hukum Dasar Hipotesis Maxwell

Hipotesis yang dikemukakan oleh Maxwell, mengacu pada aturan dasar yaitu Hukum hukum tentang listrik – magnet seperti berikut ini.

1). Hukum Coulomb:  Muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya.

2). Hukum Biot-Savart dan Hukum Ampere: Arus listrik atau muatan listrik yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya.

3). Hukum Faraday: Perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik, dan perubahan medan listrik dapat menghasilkan gaya gerak listrik (GGL) induksi.

Percobaan Hipotesis Maxwell

Maxwell melakukan eksperimen pada dua buah isolator, masing-masing diikat pada ujung pegas dan diberi muatan yang berbeda yaitu muatan positif dan negatif .

Kemudian, pegas digetarkan sehingga jarak antara kedua muatan berubah ubah. Perubahan jarak kedua muatan mengakibatkan medan magnet yang ditimbulkan kedua muatan tersebut berubah- ubah.

Perubahan medan listrik tersebut akan menimbulkan medan magnet yang berubah-ubah pula. Dan dari perubahan medan magnet yang terjadi, akan menimbulkan kembali medan listrik. Demikian seterusnya sehingga terjadi proses yang tidak terputus.

Perambatan medan listrik E dan medan magnet B tegak lurus satu sama lain dan membentuk suatu gelombang secara bersamaan yang disebut gelombang elektromagnet.

Bukti Hipotesis Maxwell Eksperimen Hertz

Heinrich Rudolfh Hertz (1857 – 1894), seorang fisikawan Jerman, yang pertama kali berhasil melakukan eksperimen yang dapat menunjukkan gejala perambatan gelombang elektromagnetik.

Dalam eksperimennya, Hertz menggunakan perangkat celah bunga api di mana muatan digerakkan secara bolak-balik dalam waktu singkat sehingga menghasilkan gelombang berfrekuensi sekitar 109 Hz.

Bukti Hipotesis Maxwell Eksperimen Hertz,
Bukti Hipotesis Maxwell Eksperimen Hertz,

Jika sakelar S digetarkan sehingga terjadi On – Off (putus sambung) secara bergantian dan terus menerus, maka kumparan primer (NP) Ruhmkorf akan menginduksikan pulsa tegangan pada kumparan  sekunder (NS) yang dihubungkan ke elektrode bola di sisi A (loop A).

Tegangan menimbulkan percikan di antara kedua eloktroda bola yang disebabkan adanya pelepasan muatan.  Percikan bunga api di sisi A diikuti dengan terjadinya percikan bunga api pada kedua elektrode bola di cincin kawat pada sisi B (loop B).

Antara loop A dan loop B terjadi rambatan energi adalah adanya gejala resonansi yang diterima pada loop.

Berdasarkan pengamatan ini, disimpulkan terjadi pengiriman energi gelombang elektromagnetik dari sisi A (loop pengirim) ke sisi B (loop penerima).

Gelombang yang dihasilkan dideteksi dari jarak tertentu dengan menggunakan loop kawat yang bisa membangkitkan ggl jika terjadi perubahan medan magnet. Gelombang ini  merambat dengan laju 3 × 108 m/s.

Selain itu, gelombang yang dihasilkan menunjukkan seluruh karakteristik cahaya (pemantulan, pembiasan, dan interferensi).

Bentuk Arah Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik tersusun atas perambatan medan listrik E dan medan magnet B yang saling tegak lurus satu sama lain.

Gelombang Elektromagnetik: Pengertian Bukti Hipotesis Maxwell Percobaan Hertz Jenis Contoh Soal Penggunaan Rumus Perhitungan Spektrum,
Bentuk Arah Gelombang Elektromagnetik

Arah getar dan arah rambat gelombang medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus sehingga gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversal.

Rumus Persamaan Maxwell

Menurut Maxwell, kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada dua besaran, yaitu permitivitas listrik ε0  dan permeabilitas magnet μ0.

Persamaan Maxwell secara matematis dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut.

v = 1/√(ε0 x μ0)

Diketahui:

ε0 = 8,85 × 10–12 C2/Nm2

μ0 = 4π x 10–7 Ns2/C2 atau

μ0 = 1,26 x 10–5 Ns2/C2.

Jika nilai permitivitas listrik ε0  dan permeabilitas magnet μ0 disubstitusikan pada perasamaan Maxwell, maka diperoleh nilai kecepatan gelombang elektromagnetik  sebesar

v = 3 × 108 m/s.

Besar kecepatan gelombang elektromagnetik di ruang hampa sama dengan kecepatan cahaya yang terukur.

Spektrum Gelombang Elektromagnet

Gelombang elektromagnet terdiri atas bermacam gelombang yang memiliki frekuensi dan panjang gelombang berbeda. Namun gelombang- gelombang ini mempunyai kecepatan rambat yang sama yaitu

v = 3 x 108 m/s.

Seperti gelombang secara umum, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik juga memenuhi hubungan berikut.

v = λ f

dengan

v = cepat rambat gelombang elektromagnetik di ruang hampa (udara)

v = 3 x 108 m/s

λ = panjang gelombang (m)

f = frekuensi (Hz)

Spektrum gelombang elektromagnetik diurutkan mulai panjang gelombang paling pendek sampai paling Panjang adalah sebagai berikut:

  • Sinar gamma (γ)
  • Sinar (rontgen)
  • Sinar ultra violet (UV)
  • Sinar tampak (cahaya tampak)
  • Sinar infra merah (IR)
  • Gelombang radar (gelombang mikro)
  • Gelombang televisi
  • Gelombang radio

Jenis Gelombang Elektromagnetik,

Jenis gelombang elektromagnetik dibedakan berdasakan pada frekuensi dan panjang gelombangnya. Penyusunan perbedaan interval atau jarak dari panjang gelombang dan frekuensi secara berurutan disebut dengan spektrum gelombang elektromagnetik.

Spektrum gelombang elektromagnetik tampak memiliki warna yang berbeda-beda. Warna ini disebabkan perbedaan frekuensi gelombang. Berdasarkan frekuensi gelombang inilah dapat diketahui sifat/karakteristik gelombang. Rentang frekuensi tertinggi adalah sinar gamma dan  frekuensi terrendah adalah gelombang radio.

Gelombang Elektromagnetik: Sinar Gamma

Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi tertinggi dalam spektrum gelombang elektromagnetik, yaitu antara 1017Hz sampai 1025 Hz.

Panjang gelombangnya berkisar antara 10-9 sampai 10-15 meter. Sinar gamma berasal dari radioaktivitas nuklir atau atom-atom yang tidak stabil dalam waktu reaksi inti. Sinar gamma memiliki daya tembus yang sangat kuat, sehingga mampu menembus logam yang memiliki ketebalan beberapa sentimeter.

  • Contoh Penggunaan Manfaat Gelombang Elektromagnetik Sinar Gamma
    Sinar gamma banyak diaplikasikan untuk alat deteksi ketebalan benda logam pada pabrikasi berbahan logam. Sinar gamma dapat mendeteksi pengotor atau cacat pada logam.

 Gelombang Elketromagnetik: Sinar-X

Sinar-X mempunyai frekuensi antara 1016 sampai 1022 Hz dengan panjang gelombangnya antara 10–6 sampai 10–14 meter. Sinar –X ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun 1895. Untuk menghormatinya sinar-X juga disebut sebagai sinar rontgen.

Sinar-X dihasilkan dari elektron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit elektron atom atau dapat dihasilkan dari elektron dengan kecepatan tinggi yang menumbuk logam.

  • Contoh Penggunaan Manfaat Gelombang Magnetik Sinar X

Sinar-X banyak dimanfaatkan dalam bidang kedokteran seperti untuk memotret kedudukan tulang, dan bidang industri dimanfaatkan untuk menganalisis struktur kristal.

Sinar-X mempunyai daya tembus yang sangat kuat. Sinar ini mampu menembus zat padat seperti kayu, kertas, dan daging manusia.

Gelombang Elketromagnetik: Sinar Ultraviolet

Sinar ultraviolet merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi antara 1015 Hz sampai 1016 Hz. Dan memiliki Panjang gelombang antara 10-6 sampai 100-8 meter.

Sinar ultraviolet dihasilkan dari atom dan molekul dalam nyala listrik. Selain itu, Sinar ultraviolet dapat diperoleh dari reaksi sinar matahari.

  • Contoh Penggunaan Manfaat Gelombang Elektromagnetik Sinar Ultraviolet

Sinar ultraviolet dari matahari dalam kadar tertentu dapat merangsang tubuh menghasilkan vitamin D . Secara khusus, sinar ultra violet juga dapat dimanfaatkan untuk membunuh kuman.

Lampu yang menghasilkan sinar seperti itu digunakan dalam perawatan medis. Sinar ultraviolet juga dimanfaatkan dalam bidang perbankan, yaitu untuk memeriksa tanda tangan nasabah di slip penarikan uang dengan tanda tangan dalam buku tabungan.

Gelombang Elketromagnetik: Cahaya atau Sinar Tampak

Cahaya biasa disebut dengan sinar tampak. Cahaya mempunyai frekuensi sekitar 1014 Hz dengan Panjang gelombangnya antara 400 nm sampai 800 nm. Mata manusia sangat pekaradiasi sinar tersebut, sehingga cahaya atau sinar tampak sangat membantu penglihatan manusia.

Panjang gelombang sinar tampak yang terpendek dalam spektrum bersesuaian dengan cahaya violet (ungu) dan yang terpanjang bersesuaian dengan cahaya merah. Semua warna pelangi terletak di antara kedua batas tersebut

  • Contoh Penggunaan Manfaat Gelombang Elektromagnetik Cahaya Tampak.

Sinar tampak atau cahaya banyak digunakan sebagai lampu penerangan ruma,  jalan, sebagai pelengkai dekoratif gedung, jalan  dan sebagainya.

Gelombang Elketromagnetik: Sinar Infra Merah

Sinar infra merah memiliki frekuensi antara 1010 Hz sampai 1013 Hz dengan Panjang gelombangnya antara 0,1 sampai 10-5 meter. Frekuensi gelombang ini dihasilkan oleh getaran-getaran electron pada suatu atom atau bahan yang dapat memancarkan gelombang elektromagnetik pada frekuensi khas.

  • Contoh Penggunaan Manfaat Gelombang Elektromagnetik Sinar Infra Merah

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 atau berkabut.

Hal ini mungkin karena sinar infra merah tidak banyak dihamburkan oleh partikel udara. Selain itu, sinar infra merah dibidang militer dimanfaatkan satelit untuk memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau awan.

Di bidang elektronika, infra merah dimanfaatkan pada remote kontrol peralatan elektronik seperti TV dan VCD. Unit kontrol berkomunikasi dengan peralatan elektronik melalui reaksi yang dihasilkan oleh dioda pancar cahaya (LED).

Gelombang Elketromagnetik: Radar atau Gelombang Mikro

Gelombang mikro merupakan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi sekitar 1010 Hz. Panjang gelombangnya kira-kira 3 mm. Gelombang mikro ini dimanfaatkan pada pesawat radar (radio detection and ranging).

  • Contoh Penggunaan Manfaat Gelombang Elektromagnetik Radar – Mikro

Gelombang radar diaplikasikan untuk mendeteksi suatu objek, memandu pendaratan pesawat terbang, membantu pengamatan di kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca kabut, serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat.

Misalnya, jika radar memancarkan gelombang mikro mengenai benda, maka gelombang mikro akan memantul kembali ke radar.

Gelombang Elketromagnetik: Gelombang Radio dan Televisi

Gelombang radio mempunyai frekuensi antara 104 Hz sampai 109 Hz. Gelombang televisi frekuensinya sedikit lebih tinggi dari gelombang radio.

  • Contoh Penggunaan Manfaat Gelombang Elektromagnetik Radio Televisi

Gelombang ini diaplikasikan sebagai alat komunikasi, sebagai pembawa informasi dari satu tempat ke tempat lain seperti Radia AM, FM, Stasion Tevelisi dan lainnya

1). Contoh Soal Perhitungan Permeabilitas Maksimum

Gelombang elektromagnetik dalam suatu medium memiliki kecepatan rambat 2,7 × 108 m/s. Jika permitivitas medium 12,76 × 10–12 wb/Am, tentukanlah permeabilitas maksimumnya.

Diketahui:

v = 2,7 × 108 m/s, dan

ε = 12,76 × 10–12 wb/Am.

Ns2/C2 = wb/Am.

μ = …

Rumus Perhitungan Permeabilitas Maksimum Medium Perambatan Gelombang Elektromagnetik.

Permeabilitas medium yang digunakan perambantan gelombang elektromagnetik dapat dinyatakan dengan persamaaan berikut:

v = 1/√(ε x μ) atau

μ = 1/(ε x v2)

μ = 1/12,76 x 10–12)( 2,7 x 108)2

μ = 1,1 x 10-6 wb/Am

2). Contoh Soal Perhitungan Panjang Gelombang Mikro Radar

Gelombang mikro memiliki frekuensi 1 x 1010 Hz dipancarkan dari sebuah radar. Berapakah Panjang gelombang mikro tersebut?

Diketahui

f = 1 x1010 Hz

v = 3 x 108 m/s

Rumua Mencari Panjang Gelombang Mikro Radar

Panjang gelombang dari gelombang mikro sebuah radar dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut:

v = λ f atau

λ = v/f

λ = (3 x 108)/(1 x1010)

λ = 3 x 10-2 m

Jadi Panjang gelombang mikro adalah 3 x 10-2 m

3). Contoh Soal Perhitungan Amplitude Medan Magnetik Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik mempunyai amplitudo medan listrik E = 600 V/m. Berapa amplitudo medan magnetic gelombang elektromagnetik tersebut

Diketahui:

E = 600 V/m

v = 3 x 108 m/s

Rumus Cara Mencari Amplitoda Medan Magnetik Gelombang Elektromagnetik

Besar amplitude medan magnetic delombang elektromagnetik dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

v = – E/B atau

B = -E/v

B = (- 600)/(3 x 108)

B = -2 x 10-6 m/s

Jadi, besar amplitude medan magnetic adalah -2 x 10-6 m/s

4). Contoh Soal Perhitungan Panjang Gelombang Siaran Radio

Sebuah pemancar radio bekerja pada daerah frekuensi 150 MHz. Berapa panjang gelombang siaran yang diterima pesawat radio

Diketahui :

 f = 150 MHz = 1,5 × 108 Hz

v = 3 x 108 m/s

Rumus Mencari Panjang Gelombang Siaran Radio

Panjang gelombang siaran radio dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

v = λ f atau

λ = v/f

λ = (3 x 108)/(1,5 x 108)

λ = 2 m

Jadi, pnjang gelombang siaran radio adalah 3 m

5). Contoh Soal Perhitungan Frekuensi Gelombang Elektromagnetik Di Ruang Hampa

Sebuah gelombang elektromagnetik merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan 3 × 108 m/s. Jika panjang gelombang elektromagnetiknya adalah 60 m, maka tentukan frekuensi gelombang tersebut

Diketahui:

v = 3 × 108 m/s

λ = 60 m

Rumus Menghitung Frekuensi Gelombang Elektromagnetik Di Ruang Hampa

Frekuensi gelombang elektromagnetik yang merambat dalam ruang hampa dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

v = λ f atau

f = v/ λ

f = (3 x 108)/(60)

f = 5 x 106 Hz

Jadi frekuensi gelombang elektromagnetik adalah 5 x 106 Hz

6). Contoh Soal Perhitungan Jarak Objek Dari Radar Antena Pesawat

Melalui antena sebuah radar pesawat terbang, dipancarkan pulsa gelombang radar. Pulsa gelombang dipancarkan dan mengenai objek kemudian diterima kembali oleh antena pesawat setelah 6 x 10-5 detik. Berapa jarak objek dari pesawat

Diketahui :

t = 6 x 105 detik

v = 3 x 10 8 m/s

Rumus Menentukan Jarak Objek Dari Radar Pesawat

Jarak objek dari radar pesawat dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

s = v x (Δt/2)

s = (3 x 108)(6 x 10–5)/(2)

s = 9 x 103 m

s = 9 km

Jadi, Jarak objek dari pesawat adalah 9 km

7). Contoh Soal Perhitungan Panjang Gelombang Pemancar Televisi

Sebuah pemancar Televisi bekerja pada frekuensi 500 MHz. Berapakah Panjang gelombang radio yang terpancar dari pemancar Televisi tersebut?

Diketahui:

f = 300 MHz = 5 x 108 Hz

v = 3 x 108 m/s

Rumus Menghitung Panjang Gelombang Pemancar Televisi

Panjang gelombang yang dipancarkan oleh pemancar televisi dapat dirumuskan dengan persaaan berikut:

v = λ f atau

λ = v/f

λ = (3 x 108)/(5 x108)

λ = 0,6 m

Jadi, Panjang gelombang yang dipancarkan oleh pemancar televisi adalah 0,6 m

8). Contoh Soal Menentukan Jarak Pesawat Dari Radar

Sebuah radar digunakan untuk mendeteksi pesawat udara yang melaluinya. Ternyata radar dapat menangkap gelombang radarnya setelah dipantulkan oleh pesawat udara dalam waktu 2 x 10-3 detik. Berapakah jarak radar dan pesawat udara saat itu?

Diketahui:

Δt = 2 x 10-3 detik

v = 3 x 108 m/s

s = v x (Δt/2)

s = (3 x 108)(2 x 10-3)/(2)

s = 3 x 105 m

s = 300 km

Jadi, Jarak radar dari pesawat udara adalah 300 km

9). Contoh Soal Perhitungan Kedalaman Laut Aplikasi Gelombang Elektromagnetik Mikro,

Seseorang mengukur kedalaman laut dengan cara mengirimkan gelombang elektromagnetik mikro sampai ke dasar laut dengan mengamati pantulan gelombang mikro tersebut. Jika gelombang mikro yang dipantulkan terdeteksi dalam waktu 4 x 10-6 detik, maka hitunglah kedalaman laut tersebut

Diketahui:

Δt = 4 x 10-6 detik

v = 3 x 108 m/s

Rumus Menentukan Kedalaman Laut Dengan Elektromagnetik Mikro,  

Laju rambat gelombang mikro adalah tetap, sehingga jarak yang ditempuh dapat dinyatakan dengan persamaan berikut

s = v Δt

Δt adalah waktu perambatan gelombang.

Jarak yang ditempuh:

s = 2 x kedalaman laut (h), sehingga kedalaman laut:

h = v x (Δt/2)

h = (3 x 10-8)(4 x 10-6)/2

h = 600 m

Jadi, kedalaman laut yang diukur dengan gelombang elektromagnetik mikro adalah 600 m

10). Contoh Soal Ujian Pilihan Ganda Pembahasan Gelombang Elektronik.

Perubahan medan listrik menghasilkan medan magnet dan perubahan medan magnet menghasilkan medan listrik, pernyataan ini dikemukakan oleh ….

A. James Clerk Maxwell

B. Hertz

C. Zeeman

D. Stark

E. Planck

11). Pembentuk Penyusun Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik terdiri atas … yang saling tegak lurus.

A. gelombang transversal dan medan magnet

B. gelombang medan magnet dan gelombang medan listrik

C. gelombang longitudinal dan transversal

D. gelombang transversal dan medan listrik

E. gelombang listrik dan longitudinal

Daftar Pustaka:

  1. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  2. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  3. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  4. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  5. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  6. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  7. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  8. Rangkuman Ringkasan: Hipotesis Maxwell adalah perubahan medan magnet pada dynamo dapat menimbulkan medan listrik dan sebaliknya perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet.
  9. Cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahaya di ruang hamba yang besarnya 3 × 108 m/s.
  10. Kelebihan gelombang elektromagnetik adalah dapat merambat di ruang hampa, merupakan gelombang trasversal, mengalami pemantulan (refleksi), mengalami pembiasan (refraksi), mengalami interferensi, mengalami lenturan (difraksi), dan arah rambatannya tidak ditentukan oleh medan listrik maupun medan magnet.
  11. Hubungan kecepatan perambatan gelombang, frekuensi, dan Panjang gelombang adalah v = f x λ
  12. Urutan spektrum gelombang elektromagnetik dari yang berfrekruensi terkecil sampai yang terbesar adalah gelombang radio, gelombang televisi, gelombang radar/mikro, sinar infra merah, cahaya tampak, sinar ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma.
  13. Gelombang Elektromagnetik: Pengertian Bukti Hipotesis Maxwell Percobaan Hertz Jenis Contoh Soal Penggunaan Rumus Perhitungan Spektrum