Energi Gelombang Elektromagnet dan Contoh Soalnya

Dalam ilmu geografi kita akan mengenal istilah abrasi. Menurut wikipedia, abrasi merupakan proses pengikisan pantai oleh tenaga gelombang laut. Kerusakan garis pantai akibat abrasi ini dipacu oleh terganggunya keseimbangan alam daerah pantai tersebut. Salah satu cara untuk mencegah terjadinya abrasi adalah dengan penanaman hutan mangrove. Dari peristiwa abrasi itu kita dapat ketahui bahwa gelombang laut membawa energi. Bagaimana halnya dengan gelombang elektromagnetik ini?

Gelombang laut membawa energi

Gelombang elektromagnetik ini juga membawa energi yaitu dalam bentuk medan listrik dan medan magnet, seperti ditunjukkan pada di bawah ini.

Gelombang elektromagnetik

Kita tinjau suatu gelombang elektromagnetik yang menjalar ke arah sumbu x maka medan listrik dan medan magnet sesaatnya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

dengan:

E_m = amplitudo medan listrik

B_m = amplitudo medan magnet

k = tetapan angka gelombang (k = 2π/λ)

ω= frekuensi sudut (ω= 2πf)

Seorang ilmuwan berkebangsaan Scotlandia yang bernama James Clark Maxwell (1831–1879) yang mengemukakan hipotesa tentang teori gelombang elektromagnetik, berhasil menemukan hubungan antara amplitudo medan listrik E_m dan amplitudo medan magnet B_m yakni dengan persamaan sebagai berikut.

dengan:

c = 3 ×10⁸ m/s

E_m = amplitudo medan listrik

B_m = amplitudo medan magnet

Perbandingan antara amplitudo medan listrik dengan amplitudo medan magnetik dari suatu gelombang elektromagnetik selalu sama dengan laju perambatan cahaya

dalam ruang hampa yang besarnya 3 × 10⁸ m/s.

Untuk memantapkan pemahaman tentang hubungan antara amplitudo medan listrik dan amplitudo medan magnet, sailahkan simak contoh soal di bawah ini.

Contoh Soal 1

Gelombang elektromagnetik mempunyai amplitudo medan sebesar 600 V/m. Berapa amplitude medan magnetiknya?

Penyelesaian:

Diketahui:

E_m = 600 V/m

c= 3 × 10⁸ m/s

Ditanyakan: B_m = ?

Jawab:

B_m = – E_m/c

B_m = – (600 V/m)/(3 × 10⁸m/s)

B_m = – 2 × 10^-6 Vs/m²

Dari penjelasan di atas kita ketahui bahwa suatu gelombang elektromagnetik mempunyai medan listrik dan medan magnet. Oleh karena itu, gelombang elektromagnetik juga membawa tenaga atau rapat energi (besar energi per satuan volume). Untuk rapat energi listrik per satuan volume u_e dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.

dengan:

u_e = rapat energi listrik (J/m³)

ε_o = permitivitas listrik = 8,85 × 10^-12 C²/Nm²

E = kuat medan listrik (N/C)

Sedangkan untuk rapat energi magnet per satuan volume u_m dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.

dengan:

u_m = rapat energi magnet (J/m³)

μ_o = 4π x 10^-7 Wb/Am

B = besar induksi magnet (Wb/m²)

Untuk memantapkan pemahaman tentang rapat energi (besar energi per satuan volume), sailahkan simak contoh soal di bawah ini.

Contoh Soal 2

Gelombang elektromagnetik mempunyai kuat medan listrik sebesar 600 N/C. Berapa rapat energi listrik per satuan volumenya?

Penyelesaian:

U_m = ½ ε_oE²

U_m = ½ (8,85 × 10^-12 C²/Nm²)(6 × 10⁷ N/C) ²

U_m = ½ (8,85 × 10^-12 C²/Nm²)(3,6 × 10¹⁵ N²/C²)

U_m = (4,425 × 10^-12 C²/Nm²)(3,6 × 10¹⁵ N²/C²)

U_m = 15,93 × 10³ J/m³

U_m ≈ 1,6 × 10⁴ J/m³

Selain memiliki rapat energi (besar energi per satuan volume), gelombang elektromagnetik juga memiliki laju energi (daya) per satuan luas permukaan yang tegak lurus arah rambat gelombang elektromagnetik. Materi tentang laju energi pada gelombang elektromagnetik akan dibahas pada pada postingan berikutnya (tentang intensitas gelombang elektromagnet). Salam Mafia => Kita pasti bisa.