Transcript gelelektromagnetik
SMA NEGERI 2 TAMBUN SELATAN BEKASI
anhari aqso,S.Si.MM
fisikaanhariaqso.wordpress.com
MENERAPKAN KONSEP DAN PRINSIP GEJALA GELOMBANG DAN OPTIK DALAM MENYELESAIKAN MASALAH
MELAKUKAN KAJIAN ILMIAH UNTUK MENGENALI GEJALA DAN CIRI-CIRI GELOMBANG ELEKTEOMAGNETIK SERTA PENERAPANNYA
MENJELASKAN APLIKASI EFEK DOPPLER SEPERTI PADA RADAR
PETA KONSEP
2.1 GELOMBANG ELEKTOMAGNETIK
KONSEP GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
X
MAXWELL MENYATAKAN BAHWA GANGGUAN PADA GELOMBANG ELEKTROMAG NETIK BERUPA MEDAN LISTRIK DAN MEDAN MAGNETIK YANG SELALU SALING TEGAK LURUS, DAN KEDUANYA TEGAK LURUS TERHADAP ARAH RAMBATAN GELOMBANG
X= ARAH RAMBATAN
SELANJUTNYA MAXWELL
MENEMUKAN RUMUS CEPAT RAMBAT CAHAYA ADALAH …….
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
• • Gelombang listrik gelombang magnet
v 1
o o
Ket: c = cepat rambat gelombang elektromegnetik
Z HUBUNGAN ANTARA AMPLITODO KUAT MEDAN LISTRIK DAN AMPLITUDO KUAT MEDAN MAGNET
B
Y
E C B E C
X
Berdasarkan persamaan seusai dengan persamaan: maxwell, solusi terbaik dari gelombang bidang elektromagnetik adalah suatu gelombang e dan b berubah terhadap x dan t
E = Em cos (kx-ωt)
B = Bm cos (kx-ωt) Ket :
Em
= Nilai maxsimum amplitudo kuat medan listrik
Bm
= Nilai maxsimum amplitudo kuat medan magnetik SEBUAH GELOMBANG BIDANG ELEKTROMAGNETIK YANG MERABAT DALAM ARAH
X
POSITIF. MEDAN LISTRIK ADALAH SEARAH SUMBU
Y
DAN MEDAN MAGNET ADALAH SEATAH SUMBU
Z
. SEHINGGA MEDAN MAGNET INI HANYA BERGANTUNG PADA
X
DAN
t
K = 2 π /Λ ω = 2π f Nilai perbandingan antara ω/k sama dengan cepat rambat c, karena ω/k = 2πf/2f/Λ = Λ . f = c
Sifat-sifat GEM
(b) Arah medan listrik tegak lurus dengan arah medan magnet dan tegak lurus dengan arah penjalaran sehingga GEM adalah gelombang transversal (c) Besarnya kecepatan GEM adalah perbandingan besar medan listrik dan medan magnet
E
v
B
y
E k
z
B
Hubungan antara
E
,
B
x
k
(a) Persamaan-persamaan Maxwell
• Listrik dan magnet awalnya dianggap sebagai sesuatu yang terpisah • Pada tahun 1865, James Clerk Maxwell menyampaikan teori matematik yang menunjukkan hubungan antara semua fenomena listrik dan magnet
Prediksi Maxwell
• Garis Medan listrik berawal dari muatan positif dan berakhir di muatan negatif Medan listrik dihasilkan oleh muatan • Garis Medan magnet selalu dalam bentuk loop tertutup-tidak berawal dan tidak berujung dimanapun Medan magnet dihasilkan oleh arus (muatan yang bergerak) • Perubahan Medan magnet menyebabkan ggl dan medan listrik (Hukum Faraday ) Pertanyaan: apakah ada kesimetrian antara medan listrik dan medan magnet , misalnya medan magnet dapat dihasilkan oleh perubahan medan listrik ??? Maxwell: YA !!!
Medan magnet juga dihasilkan oleh perubahan medan listrik
Prediksi Maxwell (lanjutan)
• Jika medan magnet dapat menghasilkan medan listrik dan sebaliknya, ada fenomena sangat menarik untuk diamati – Perubahan medan listrik menghasilkan medan magnet … – … yang kembali menghasilkan perubahan medan listrik – … yang kembali menghasilkan perubahan medan magnet… – ..dst
• Maxwell menyimpulkan bahwa cahaya tampak dan semua gelombang elektromagnetik lain terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang saling berfluktuasi dan tergandeng, dengan tiap medan menginduksi medan yang lain • Maxwell memperoleh nilai kecepatan cahaya yaitu 3x10 8 m/s
Bukti prediksi Maxwell
• Hertz (1887) membuktikan secara experimen bahwa ternyata:
– Arus bolak-balik menghasilkan GEM, ada komponen medan listrik dan medan magnet tergandeng – Gelombang ini dapat dipantulkan, dibiaskan, mengalami difraksi
BERDASARKAN PERSA MAAN MAXWELL, SOLU SI TERBAIK DARI GELOMBANG BIDANG ELEKTROMAGNETIK ADALAH SUATU GELOM BANG BERJALAN SINUSOIDAL, DI MANA AMPLITODO
E
DAN
B
BERUBAH TERHADAP
X
DAN
T
SESUAI DENGAN PERSAMAAN :
E = E cos (kx - t) B = B cos (kx - wt
Karena ω/k = c maka Bm/ Em = E/B = C Jadi, pada setiap saat, nilai perbandingan antara amplitodo kuat medan listrik dan amplitudo kuat medan magnetik dari suatu gelombang elektromagntik sama dengan cepat gelombang cahaya.
Laju energi yang dipindahkan melalui gelombang elekrtomagnetik disebut poynting ( lambang S ) S = I/ µ0 .
E x B Karena pada gelombang bidang ini E tegak lurus B, maka S = I/µ0 . E x B sin θ S = EB/
µ0 Sebab sin θ = 1
B
Z 0 Y E S X
Energi dan momentum GEM: Vektor Poynting dan Intensitas
Intensitas (I)=(rapat energi rata-rata) x laju gelombang Intensitas sesaat=rapat energi sesaat x laju gelombang
I sesaat
wv
wc
EB
o
Karena E dan B adalah fungsi sinuisoidal maka
I sesaat
o o
o
Biasanya dinyatakan dengan vektor poynting (S)
S
ExB
o
S
EB
2 sin (
kx
o
t
)
I sesaat
Vektor Poynting= Laju aliran energi gelombang elektromagnetik per satuan luas bidang yang ditembusnya Karena ingin mencari intensitas (rata-rata) maka rata-rata fungsi kuadrat dari sinus adalah ½ sehingga I
I
E B o o
2
o
S
Sehingga laju energi
rata-rata
per m
2
gelombang elektromagntik, S, yaitu:
S = Em . Bm / 2. µ0
Keterangan : S = Laju energi rata-rata per m 2 yang dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik ( J/s m 2 = W/m Em = Amplitudo maksimum kuat medan listrik (N/C) Bm = Amplitudo maksimum kuat medan magnetik (Wb/m 2 = T
C =
cepat rambat gelombang elektromagnetik = 3x10 8 m/s µ0 = 4πx10 -7 Wb A -1 m -1
• Difraksi : pembelokan gelombang di sekitar suatu penghalang atau pinggir celah Suatu gelombang melewati suatu celah •Jika lebar celah<λ maka akan terjadi difraksi Saat difraksi terjadi arah penjalaran dan bentuk gelombang dapat berubah. Jika lebar celah sangat kecil maka di sekitar celah seolah-olah ada sumber titik pada celah tersebut sehingga dapat menjadi sumber gelombang baru •Jika lebar celah atau perintang > λ dekat tepi lubang, muka gelombang akan terdistorsi dan gelombang tampak sedikit membelok. Namun sebagian muka gelombang tidak terpengaruh •Jika lebar celah atau perintang >> λ, difraksi/pembelokan muka gelombang tidak akan teramati dan gelombang menjalar dengan garis atau berkas lurus
Difraksi pada kehidupan sehari-hari: Experimen sederhana Difraksi cahaya
layar Terang pada pusat
Uang logam Difraksi cahaya (pembelokkan) di sekitar uang logam menyebabkan interferensi sehingga menghasilkan pola pada layar Hasil pengamatan Difraksi cahaya (pembelokkan) di sekitar uang logam. Pola ini hanya dapat dihasilkan jika suber cahaya monokromatik yaitu cahaya dengan satu panjang gelombang saja (mis:laser)
Cahaya yang mlewati sebuah celah sempit yang seukuran dengan panjang gelombang cahaya, mengalami lenturan atau Dfraksi. Utuk difraksi celah tunggal yang kita amati adalah ita gelap. Pita gelap ke – n terjadi jika,
d sin θ = n. Λ
n = 1,2,3,… n = 1 untuk pita gelap ke – 1, n = 2 untuk pita gelap ke – 2,….
θ = sudut simpang (Sudut Deviasi).
Λ = d sin θ θ / n Lebar pita terang pusat = 2y1, dengan y1 adalah jarak pita gelap ke - 1 dari titik tengah terang pusat , dihitung sebagai berikut : dyi / L= 1 .
Atau y1 = L Λ / d Dengan L adalah jarak celah tunggal ke layar.
PERBESARAN SISTEM ALAT OPTIK DIBATASI OLEH DIFRAKSI Suatu kriteria yang menyatakan bagaimana bayangan dari dua dua benda titik yang masih dapat dipisahkan dengan baik oleh suatu lensa, pertama diusulkan oleh
LORD RAYLEIGH
(1887 1905), disebut berikut.
kriteria Rayleigh
, yang berbunyi sebagai
Dua benda titik tepat akan dapat pisahkan ( diedakan) jika pusat dari pola difraksi benda titik pertama berimpit dengan minimum pertama dari pada difraksi benda titik dua.
Ukuran sudut pemisahan dinyatakan oleh: agar dua benda titik masih dapat dipisahkan secara tepat brdasarkan kriteria Rayleigh disebut batas sudut resolusi atau sudut resolusi minimum (lambang θm), Sin θm = 1,22 Λ / d Karena sudut menjadi θm sangat kecil maka sin θm ≈ θm , sehingga persamaan θm = 1,22 Λ / D Dengan : θm = sudut resolusi minimum (radian) Λ = Panjang gelombang (m) D = Diaeter bukaan alat optik (m)