Materi Lengkap Kelas X Teori Tentang Gelombang Elektromagnetik

James Clerk Maxwell (1831-1879)

Sebelum mempelajari lebih lanjut tentang gelombang elektromagnetik, kita perlu terlebih dahulu mengetahui apakah cahaya itu? Ini menjadi suatu pertanyaan yang besar bagi manusia beberapa abad yang lalu, sebelum teori persamaan Maxwel dikemukakan. 
 
Prediksi awal tentang gelombang elektromagnetik dilakukan oleh James Clerk Maxwell (1831-1879). Maxwell membuat suatu teori yang menyatukan fenomena kelistrikan dan kemagnetan. Dalam mengungkapkan hipotesisnya Maxwell menggunakan kaidah tentang kemagnetan dan kelistrikan yang sebelumnya telah ada, kaidah-kaidah tersebut antara lain:

1. Hukum Gauss yang menyatakan bahwa muatan listrik statis dapat menghasilkan medan listrik. 
2. Hukum Bio-savart yang menyatakan bahwa aliran muatan listrik (arus listrik) dapat menghasilkan medan  magnet.
3. Hukum Faraday yang menyatakan bahwa perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik.

 Berdasrkan Hukum Faraday, Maxwell mengemukakan hipotesa yaitu perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet, selain itu Maxwell juga mengemukakan kesimpulan lain yaitu jika perubahan-perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik, maka medan listrik yang dihasilkan itu juga berubah-ubah. Perubahan medan listrik ini juga juga menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah dan seterusnya. Dari pernyataan-pernyataan inilah Maxwell membuktikan hipotesisnya dengan menggunakan persamaan-persamaan yang disebut persamaan Maxwell. Dari hasil persamaannya, ia menemukan bahwa perubahan medan-medan yang saling berinteraksi dapat menghasilkan gelombang medan listrik dan medan magnet yang dapat merambat melalui ruang.  

Read More

Materi Fisika Spektrum Gelombang Elektromagnetik Kelas 10 SMA

Fisika Memang matapelajaran yang materi dan soalnya selalu bikin asyik dan penasaran, setuju bukan? postingan kali ini kami akan membahas Materi Fisika Spektrum Gelombang Elektromagnetik Kelas 10 SMA. Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar spektrum elektromagnetik disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan meter) yaitu mencakup kisaran:

1. Energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio. 
2. Energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti sinar X dan sinar gamma.                                                                                                     
   
    
   Sketsa Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Spektrum gelombang elektromagnetik terdiri atas tujuh macam gelombang yang dibedakan berdasarkan frekuensi serta panjang gelombang tetapi cepat rambat di ruang hampa adalah sama, yaitu c =3 x 10⁸ m/s. Seperti yang sudah dibahas dalam teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik. Frekuensi gelombang terkecil adalah gelombang cahaya serta panjang gelombang terbesar sedangkan frekuensi terbesar adalah sinar gamma serta panjang gelombang terpendek. Spektrum gelombang elektromagnetik terdiri dari urutan:  

• Gelombang radio dan televisi
• Gelombang mikro
• Infra merah
• Cahaya tampak
• Ultraviolet
• Sinar X
• Sinar gamma

Urutan dari atas ke bawah adalah frekuensi makin besar serta panjang gelombang makin pendek karena frekuensi dan panjang gelombang berbanding terbalik.

Read More

Kelas X | Tegangan Listrik AC dan DC

1. Definisi Listrik AC

Arus dan tegangan listrik AC (Alternating Current) adalah arus listrik yang arahnya selalu berbalika arah secara teratur (periodik). Dalam selang waktu tertentu bagian atas sumber AC berpolaritas positif sementara bagian bawahnya berpolaritas negatif sehingga arus listrik dalam rangkaian AC mengalir berlawanan arah jarum jam dan berulang secara periodik.

Untuk mengetahui kuat arus dan beda potensial dalam listrik AC digunakan amperemeter dan voltmeter. Amperemeter dan voltmeter yang dipasang dalam rangkaian AC tidak perlu memperhatikan polaritas ujung mana yang positif atau negatif karena arus AC selalu berubah-ubah arahnya.

2. Definisi Listrik DC

Arus dan tegangan listrik DC (Direct Current) adalah arus listrik yang selalu mengalir dalam satu arah. Jika arus DC dihasilkan oleh sumber teganganya (V) tetap dan disalurkan pada penghantar yang memiliki hambatan (R) yang tetap, maka besar kuat arusnya (I) juga akan tetap. Berdasarkan perjanjian yang masih digunakan saat sampai saat ini, arah kuat arus DC selalu keluar dari kutub positif ke kutub negatif sumber tegangan DC.

Arus DC hanya mengalir satu arah sehingga pada pemasangan amperemeter dan voltmeter pada rangkaian DC harus memerhatikan polaritas ujung-ujung rangkaian yang hendak dihubungkan ke kutub-kutub meter. Pemasangan yang benar adalah kutub yang potensialnya lebih rendah (positif) harus dipasang ke kutub positif meter dan begitu juga sebaliknya.

3. Perbedaan Tegangan Listrik AC dan DC

Setelah mempelajari kedua definisi di atas, kita dapat dengan mudah membedakan tegangan listrik AC dengan tegangan listrik DC, yakni dengan melihat bentuk kurva tegangan keduanya yang dihasilkan oleh osiloskop. Osiloskop dapat langsung menampilkan bentuk grafik arus dan tegangan terhadap waktu.

4. Penerapan Listrik AC dan DC

Telah kita ketahui bahwa listrik DC dapat dihasilkan oleh reaksi kimia seperti pada elemen basah (contohnya accumulator) atau elemen kering (contohnya baterai). Listrik DC juga dapat dihasilkan dari dinamo DC (dinamo juga dilengkapi dengan komutator). Keuntungan listrik DC dibanding AC adalah sumber arus listrik DC mudah untuk dibawa kemana-mana sehingga listrik DC lebih banyak digunakan untuk peralatan elektronika.

Karena sifat listrik DC yang mengalir satu arah, maka hanya listrik DC yang dapat mengisi muatan accumulator (aki). Listrik DC pun dapat digunakan untuk melapisi logam dengan logam lainnya secara kimia dan menjadi sumber daya bagi mainan anak-anak yang menggunakan motor.

Seperti penjelasan di atas, hampir semua peralatan elektronika menggunakan arus DC. Jika input peralatan elektronik seperti televisi menggunakan listrik rumah (yang tergolong arus AC), maka terdapat suatu alat yang disebut penyearah (rectifier) untuk mengubah arus AC menjadi DC.

Listrik AC memberikan banyak keuntungan daripada DC, karena saat ini energi listrik banyak di bangkitkan, di transmisikan, dan digunakan dalam bentuk AC. Semua peralatan listrik di rumah-rumah seperti kulkas, pendingin ruangan dan lain-lain, menggunakan listrik AC yang di suplai oleh PLN ke rumah-rumah.

Ada tiga keuntungan utama sistem AC yang mengungguli sistem DC. Pertama, tegangan AC dapat diperbesar atau diperkecil secara efisien oleh sebuah trafo. Ini memungkinkan energi listrik pada tegangan tinggi dan mendistribusikan daya listrik sesuai dengan tegangan yang dikehendaki. Kedua, motor AC (motor induksi) berharga lebih murah dan lebih sederhana konstruksinya daripada motor DC. Ketiga, switchgear- misalnya, saklar-saklar, pemutus daya (circuit breaker) untuk sistem AC lebih sederhana daripada sistem DC.

Read More

Kelas X | Definisi Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat tanpa memerlukan medium dan merupakan gelombang transversal. Namun gelombang elektromagnetik merupakan gelombang medan, bukan gelombang mekanik (materi). Pada gelombang elektromagnetik, medan listrik E selalu tegak lurus arah medan magnetik B dan keduanya tegak lurus arah rambat gelombang. Gangguan gelombang elektromagnetik terjadi karena medan listik dan medan magnet, oleh karena itu gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang vakum.

Medan listrik dan medan magnet pada gelombang elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik berasal dari matahari dan angkasa; peralatan elektronik, pemancar radio/TV, satelit, monitor TV, komputer, kilat, bahan radioaktif, alat Rontgen, bara api dan blok mesin yang panas. Secara umum dapat dikatakan gelombang elektromagnetik muncul dari partikel bermuatan yang dipercepat (bergetar, perputar, diperlambat dan dipercepat). 

Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude dan kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya. Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbeda-beda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik.

Read More

Kelas X | Hukum II Kirchoff

Dengan menggunakan hukum Ohm kita dapat menemukan besarnya arus yang mengalir pada suatu rangkaian gabungan seri-paralel. Meskipun demikian, kadang-kadang kita menjumpai rangkaian yang sulit untuk dianalisis. Sebagai suatu contoh, kita tidak dapat menemukan aliran arus pada setiap bagian rangkaian sederhana dengan kombinasi hambatan seri dan paralel.

Menghadapi rangkaian yang sulit seperti ini, kita menggunakan hukum-hukum yang ditemukan oleh G. R. Kirchhoff (1824-1887) pada pertengahan abad 19. Terdapat dua hukum Kirchoff, dan hukum-hukum ini adalah aplikasi sederhana yang baik sekali dari hukum-hukum kekekalan muatan dan energi. Hukum pertama Kirchoff atau Hukum Persambungan (junction rule) didasarkan atas hukum kekekalan muatan, dan kita telah menggunakannya pada kaidah untuk hambatan paralel.

Hukum II Kirchoff
Hukum II Kirchoff atau aturan loop (loop rule) didasarkan atas kekekalan energi. Hukum II Kirchoff berbunyi: Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik dengan penurunan tegangan adalah sama dengan nol.

Secara matematis:

Perjanjian tenda untuk ggl ε dan kuat arus I dalam persamaan di atas adalah sbb.

• Pilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup dg arah tertentu, namun jika memungkinkan usahakan searah arah arus.
• Kuat arus bertanda positif jika searah dengan arah loop dan negatif jika berlawanan arah dengan arah loop.
• Bila ketika mengikuti loop sesuai dengan arah loop, kutub positif dijumpai lebih dulu dari kutub negatifnya, maka ggl bertanda positif, dan negatif jika sebaliknya.

Beda potensial (tegangan jepit) antara dua titik pada suatu cabang, misalnya antara titik a dan b, dihitung dengan persamaan:

Read More

Kelas X | Hukum I Kirchoff

Dengan menggunakan hukum Ohm kita dapat menemukan besarnya arus yang mengalir pada suatu rangkaian gabungan seri-paralel. Meskipun demikian, kadang-kadang kita menjumpai rangkaian yang sulit untuk dianalisis. Sebagai suatu contoh, kita tidak dapat menemukan aliran arus pada setiap bagian rangkaian sederhana dengan kombinasi hambatan seri dan paralel.

Menghadapi rangkaian yang sulit seperti ini, kita menggunakan hukum-hukum yang ditemukan oleh G. R. Kirchhoff (1824-1887) pada pertengahan abad 19. Terdapat dua hukum Kirchoff, dan hukum-hukum ini adalah aplikasi sederhana yang baik sekali dari hukum-hukum kekekalan muatan dan energi. Hukum pertama Kirchoff atau Hukum Persambungan (junction rule) didasarkan atas hukum kekekalan muatan, dan kita telah menggunakannya pada kaidah untuk hambatan paralel.

Hukum I Kirchoff
Hukum I Kirchoff berbunyi: Pada suatu titik cabang, jumlah kuat arus yang masuk sama dengan jumlah kuat arus yang keluar.

Misalkan pada titik cabang P

 Maka sesuai dengan Hk I Khircoff adalah I1 + I2 = I3 + I4

 

Read More

Kelas X | Hukum Ohm

Hasil eksperimen George Simon Ohm pada tahun 1827 menunjukkan bahwa arus listrik I yang mengalir pada kawat penghantar sebanding dengan beda potensial V yang diberikan pada ujung-ujungnya. 

Jika beda potensial diperbesar maka arus yang mengalir juga semakin besar. Hasil eksperimen ini dikenal dengan hukum Ohm. Hubungan antara V dan I secara grafik adalah

 

Dari gambar tampak bahwa kuat arus listrik sebanding dengan tegangan yaitu

Sehingga 

Konduktansi dari konduktor yang merupakan kebalikan dari Resistansi, maka 

Sehingga 

Dengan: 

R = hambatan listrik (ohm, Ω) 

V = beda potensial atau tegangan (volt, V) 

I = kuat arus listrik (ampere, A) 

Perumusan di atas untuk kasus R konstan dikenal sebagai Hukum Ohm yang berbunyi: kuat arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar listrik sebanding dengan tegangan (beda potensial) antara dua titik pada penghantar tersebut, asalkan R konstan. Melihat grafik hubungan I-V, maka semakin miring (curam) grafik I-V maka hambatannya makin besar dan begitu juga sebaliknya.

 

Read More

Kelas X | Alat Optik: Kamera

Kamera merupakan salah satu alat optik yang besar manfaatnya. Dengan adanya kamera kamu dapat mengabadikan kejadian-kejadian penting dan bersejarah. Pernahkah kamu menggunakan kamera? Kamera terdiri atas tiga bagian utama, yaitu lensa, diafragma, dan film. Cara kerja kamera adalah sebagai berikut. Benda yang akan diambil gambarnya diletakkan di depan kamera. Cahaya yang berasal dari objek tersebut akan diterima oleh lensa cembung dan akan dibiaskan sehingga membentuk bayangan nyata di film. Kedudukan lensa terhadap film dapat diubah-ubah. Hal ini dimaksudkan agar bayangan yang terbentuk jatuh tepat di atas film. Pada film, terdapat zat kimia yang peka terhadap cahaya. Cahaya gelap dan cahaya terang masing-masing akan meninggalkan jejak yang berbeda pada kamera. Dari film, gambar tersebut dapat dicuci dan dicetak. 

Jika diperhatikan, prinsip kerja antara kamera dan mata kita adalah sama. Mata kita menangkap bayangannya di retina yang akan diolah oleh otak melalui saraf, sedangkan pada kamera, bayangan yang ditangkap lensa dibentuk pada film. Telah kamu ketahui bahwa bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung bersifat nyata dan terbalik. Bayangan yang dibentuk pada film kamera bersifat nyata, terbalik, dan diperkecil seperti ditunjukkan pada di bawah ini. 

Read More