A.
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
1.
Hakikat Gelombang Elektromagnetik
Pada
pertengahan abad ke sepuluh seorang ilmuwan Mesir di Iskandaria yang bernama
Al Hasan (965-1038) mengemukakan pendapat bahwa mata dapat melihat benda-benda
di sekeliling karena adanya cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh benda-benda
yang bersangkutan masuk ke dalam mata. Teori ini akhirnya dapat diterima oleh
orang banyak sampai sekarang ini.
Beberapa
teori-teori yang mendukung pendapat Al Hasan diantaranya adalah
a.
Teori
Emisi atau Teori Partikel
Sir Isaac Newton (1642-1727) merupakan
ilmuwan
berkebangsaan Inggris yang mengemukakan pendapat bahwa
dari sumber cahaya dipancarkan partikel-partikel yang
sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan
kecepatan
yang sangat besar. Bila partikel-partikel ini mengenai mata, maka manusia
akan
mendapat kesan melihat benda tersebut.
Alasan
dikemukakanya teori ini adalah sebagai berikut:
•Karena
partikel cahaya sangat ringan dan berkecepatan tinggi maka cahaya dapat
•Ketika
cahaya mengenai permukaan yang halus maka cahaya akan
akan
dipantulkan dengan sudut sinar datang sama dengan sudut sinar pantul sehingga
sesuai dengan hukum pemantulan Snellius. Peristiwa pemantulan ini dijelaskan
oleh Newton dengan menggunakan bantuan sebuah bola yang dipantulkan di atas
bidang pantul.
•Alasan
berikutnya adalah pada peristiwa pembiasan cahaya yang disamakan
dengan
peristiwa menggelindingnya sebuah bola pada papan yang berbeda ketinggian yang
dihubungkan dengan sebuah bidang miring. Dari permukaan yang lebih tinggi bola
digelindingkan dan akan terus menggelinding melalui bidang miring sampai
akhirnya bola akan menggelinding di permukaan yang lebih rendah. Jika diamati
perjalanan bola, maka sebelum melewati bidang miring lintasan bola akan
membentuk sudut α terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Setelah
melewati bidang miring lintasan bola akan membentuk sudut β terhadap garis
tegak lurus pada bidang miring. Jika permukaan atas dianggap sebagai udara dan
permukaan bawah dianggap sebagai air serta bidang miring merupakan batas antara
udara dan air, gerak bola dianggap sebagai jalannya pembiasan cahaya dari udara
ke air, maka Newton menganggap bahwa kecepatan cahaya dalam air lebih besar
dari pada kecepatan cahaya dalam udara.
Pendapat
ini masih bertahan hingga akhirnya seorang ahli fisika Prancis, Jean Focault
(1819 – 1868) melakukan percobaan tentang pengukuran kecepatan cahaya dalam
berbagai medium. Dalam percobaannya Jeans Focault mendapatkan kesimpulan bahwa
kecepatan cahaya dalam air lebih kecil dari pada kecepatan cahaya dalam udara.
b.
Teori Gelombang
Menurut
Christian Huygens (1629-1695) seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, bahwa
cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa gelombang. Perbedaan cahaya
dan bunyi hanya terletak pada panjang gelombang dan frekuensinya. Pada teori
ini Huygens menganggap bahwa setiap titik pada sebuah muka gelombang dapat
dianggap sebagai sebuah sumber gelombang yang baru dan arah muka gelombang ini
selalu tegak lurus tehadap muka gelombang yang bersangkutan. Pada teori Huygens
ini peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, ataupun difraksi cahaya
dapat dijelaskan secara tepat, namun dalam teori Huygens ada kesulitan dalam
penjelasan tentang sifat cahaya yang merambat lurus.
c.
Teori Elektromagnetik
Percobaan
James Clerk Maxwell (1831 – 1879) seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris
(Scotlandia) menyatakan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik sama
dengan cepat rambat cahaya yaitu 3x108 m/s, oleh karena itu Maxwell
berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Kesimpulan
Maxwell ini di dukung oleh :
•Seorang
ilmuwan berkebangsaan Jerman,Heinrich Rudolph Hertz (1857 – 1894) yang
membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal. Hal
ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat menunjukkan gejala polarisasi.
•Percobaan
seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Peter
Zeeman
(1852 – 1943) yang menyatakan bahwa medan magnet yang sangat kuat dapat
berpengaruh terhadap berkas cahaya.
•Percobaan
Stark (1874 – 1957), seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang mengungkapkan
bahwa medan listrik yang sangat kuat dapat mempengaruhi berkas cahaya
d. Teori Kuantum
Teori kuantum pertama kali dicetuskan pada tahun 1900
oleh seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang bernama Max Karl Ernst Ludwig
Planck (1858 – 1947). Dalam percobaannya Planck mengamati sifat-sifat
termodinamika radiasi benda-benda hitam hingga ia berkesimpulan bahwa energi
cahaya terkumpul dalam paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Dan
pada tahun 1901 Planck mempublikasikan teori kuantum cahaya yang
menyatakan bahwa cahaya terdiri dari peket-paket energi
yang disebut kuanta atau foton. Akan tetapi dalam teori ini paket-paket energi
atau partikel penyusun cahaya yang dimaksud berbeda dengan partikel yang
dikemukakan oleh Newton . Karena foton tidak bermassa sedangkan partikel pada
teori Newton memiliki massa
Pernyataan Planck ternyata mendapat dukungan dengan
adanya percobaan Albert Einstein pada tahun 1905 yang berhasil menerangkan
gejala fotolistrik dengan menggunakan teori Planck. Fotolistrik adalah
peristiwa terlepasnya elektron dari suatu
logam yang disinari dengan panjang gelombang tertentu.
Akibatnya percobaan Einstein justru bertentangan dengan pernyataan Huygens
dengan teori gelombangnya.Pada efek fotolistrik, besarnya kecepatan elektron
yang terlepas dari logam ternyata tidak bergantung pada besarnya intensitas
cahaya yang digunakan untuk menyinari logam tersebut. Sedangkan menurut teori
gelombang seharusnya energi kinetik elektron bergantung pada intensitas cahaya.
Kemudian dari seluruh teori-teori cahaya yang muncul
dapat disimpulkan bahwa cahaya mempunyai sifat dual
(dualism cahaya) yaitu cahaya dapat
bersifat sebagai gelombang untuk menjelaskan peristiwa interferensi dan
difraksi tetapi di lain pihak cahaya dapat berupa materi tak bermassa yang
berisikan paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton sehingga dapat
menjelaskan peristiwa efek fotolistrik.
2. Gelombang Elektromagnetik
Beberapa kaidah tentang kemagnetan dan kelistrikan yang
mendukung
perkembangan konsep gelombang elektromagnetik antara
lain:
1. Hukum Coulomb
mengemukakan : “Muatan listrik statik dapat menghasilkan
medan listrik.”.
2. Hukum Biot & Savart mengemukakan : “Aliran muatan
listrik (arus listrik) dapat
menghasilkan medan magnet”.
3. Hukum Faraday mengemukakan : “Perubahan medan magnet
dapat menghasilkan
medan listrik”.
Berdasarkan Hukum Faraday, Maxwell mengemukakan hipotesa
sebagai berikut: ”Perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet”.
Hipotesa ini sudah teruji dan disebut dengan Teori Maxwell. Inti teori Maxwell
mengenai gelombang elektromagnetik adalah:
a. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan
magnet.
b. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat
rambat gelombang
elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε) dan
permeabilitas (μ) zat.
Menurut Maxwell, kecepatan rambat gelombang
elektromagnetik dirumuskan sebagai
berikut
c =
o
oμ
ε1
Ternyata perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet
yang tidak tetap besarannya atau berubah−ubah. Sehingga perubahan medan magnet
tersebut akan menghasilkan lagi medan listrik yang berubah−ubah.
Ternyata perubahan medan listrik
menimbulkan medan magnet yang tidak tetap besarannya
atau berubah−ubah. Sehingga
perubahan medan magnet tersebut akan menghasilkan
lagi medan listrik yang berubah−ubah.
Proses terjadinya medan listrik dan
medan magnet berlangsung secara bersama−sama
dan
menjalar kesegala arah. Arah getar vektor medan
listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Jadi
gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahan medan
magnet dan medan listrik secara berurutan, dimana arah getar vektor medan
listrik
dan medan magnet saling tegak lurus.
E
= medan listrik (menjalar vertikal)
B
= medan magnet (menjalar horizontal.)
Gejala
seperti ini disebut terjadinya gelombang elektromagnetik (= gelombang yang
mempunyai
medan magnet dan medan listrik).
0 komentar:
Speak up your mind
Tell us what you're thinking... !