Intensitas Gelombang Elektromagnet dan Contoh Soalnya

Seperti yang sudah dijelaskan pada postingan sebelumnya bahwa gelombang elektromagnetik membawa energi dalam bentuk medan listrik dan medan magnet, seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
gelombang elektromagnetik membawa energi dalam bentuk medan listrik dan medan magnet

Adapun medan listrik dan medan magnet sesaatnya dinyatakan dengan persamaan berikut.
dengan:
persamaan medan listrik dan medan magnet

dengan:
Em = amplitudo medan listrik
Bm = amplitudo medan magnet
k = tetapan angka gelombang (k = 2π/λ)
ω = frekuensi sudut (ω = 2πf)

Selain memiliki energi, gelombang elektromagnetik juga memiliki intensitas yang dinyatakan dalam laju energi (daya) per satuan luas permukaan. Di mana intensitas gelombang elektromagnetik tegak lurus dengan arah rambat gelombang elektromagnetik. Laju energi (daya) per satuan luas permukaan yang tegak lurus arah rambat gelombang elektromagnetik dinyatakan dengan suatu vektor yang disebut vektor Poynting. Vektor Poynting dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
Laju energi (daya) per satuan luas
dengan:
S = laju energi per satuan luas
E = energi pada medan listrik
B = laju energi pada medan magnet
μo = 4π x 10-7 Wb/Am

Arah vektor ρS adalah searah dengan arah rambat gelombang elektromagnetik. Satuan ρS dalam sistem satuan internasional dinyatakan dalam W/m2. Sedangkan, laju energi rata-rata (S) dapat diperoleh dengan memasukkan persamaan E = Em sin (kx - ωt) dan B = Bm sin (kx - ωt) ke persamaan ρs = (1/μo)E × B, sehingga diperoleh:
laju energi rata-rata

Jika fungsi kuadrat sinus dirata-ratakan terhadap ruang dan waktu akan diperoleh faktor ½. Laju energi rata-rata adalah:
laju energi rata-rata
dengan:
S = laju energi rata-rata tiap satuan luas (W/m2)
Em = amplitudo medan listrik
Bm = amplitudo medan magnet
μo = 4π x 10-7 Wb/Am

Untuk memantapkan pemahaman tentang laju energi per satuan luas pada gelombang elektromagnetik, silahkan simak contoh soal di bawah ini.

Contoh Soal 1
Medan listrik maksimum suatu gelombang elektromagnet di suatu tempat adalah 300 N/C. Cepat rambat gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa 3 x 108 m/s dan permetivitas listrik untuk ruang hampan 8,85 x 10-12 C/Nm2. Hitung laju energi rata-rata tiap satuan luas gelombang elektromagnetik!

Penyelesaian:
Diketahui:
Em = 200 N/C
c = 3 × 108 m/s
μo = 8,85 x 10-12 C/Nm2

Ditanyakan: S = ?

Contoh soal 1 ini berkaitan dengan materi energi pada gelombang elektromagnetik. Kita harus cari terlebih dahulu yakni:
Bm = Em/c
Bm = (300 N/C)/(3 × 108 m/s)
Bm = 1,0 × 10-6 J/Cs

S = (Em.Bm)/2μo
S = (200 . 1,0 × 10-6)/(2 . 8,85 x 10-12)
S = (2,0 × 10-4)/(1,77 × 10-11)
S = 1,13 × 107 W/m2

Contoh Soal 2
Medan magnetik dalam suatu gelombang elektromagnetik memiliki puncak 1,77 x 10-8 J/Cs. Berapa besar energi yang diangkut oleh gelombang ini per meter persegi per sekon?

Penyelesaian:
Diketahui:
Bm = 1,77 x 10-8 J/Cs
c = 3 × 108 m/s
μo = 8,85 x 10-12 C/Nm2

Ditanyakan: S = ?

Jawab:
Bm = Em/c
Em = c.Bm
Em = (3 × 108 m/s).(1,77 x 10-8 J/Cs)
Em = 5,31 N/C

S = (Em.Bm)/2μo
S = (5,31 . 1,77 x 10-8)/(2 . 8,85 x 10-12)
S = (5,31 . 1,77 x 10-8)/(1,77 × 10-11)
S = 5,31 × 103 W/m2

Contoh Soal 3
Medan listrik dalam suatu gelombang elektromagnetik dapat dinyatakan dengan persamaan gelombang berjalan: Ey = 100 sin (107x - ωt) (dalam SI). Tentukan amplitude dari medan magnetik yang terkait, panjang gelombang serta frekuensinya!

Penyelesaian:
Diketahui:
Ey = 100 sin (107x - ωt)

Ditanyakan: Bm, λ dan f = ?

Jawab:
Ey = 100 sin (107x - ωt)
Ey = Em sin (kx - ωt)
Jadi dari persamaan tersebut akan didapatkan:
Em = 100 N/C
k = 107

maka:
Bm = Em/c
Bm = (100 N/C)/(3 × 108 m/s)
Bm = 3,33 × 105 W/C

k = 2π/λ
107 = 2π/λ
λ = 2π/107
λ = 6,28/107
λ = 6,28 × 10-7 m

c = λ.f
f = c/λ
f = (3 × 108)/(6,28 × 10-7)
f = 4,78 × 1014 Hz

Nah demikian pembahasan tentang intensitas gelombang elektromagnetik dan beberapa contoh soalnya. Untuk pemanfaatkan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari akan diulas pada postingan selanjutnya. Mohon maaf jika ada kata atau penulisan yang salah dalam postingan ini. Jika ada masalah dalam menguasai materi ini, silahkan tanyakan pada kolom komentar. Mari kita belajar bersama-sama, kita pasti bisa.

Subscribe to receive free email updates:

0 Response to "Intensitas Gelombang Elektromagnet dan Contoh Soalnya"

Post a Comment

Terima kasih sudah membaca blog ini, silahkan tinggalkan komentar dengan sopan dan tidak mengandung unsur SARA atau pornografi serta tidak ada link aktif. Mohon maaf kalau komentarnya dibalas agak lambat. Kolom komentar ini kami moderasi, jadi kalau ada komentar yang tidak sesuai dengan ketentuan tidak akan dipublikasikan.