Seperti yang sudah dijelaskan pada postingan sebelumnya bahwa gelombang elektromagnetik membawa energi dalam bentuk medan listrik dan medan magnet, menyerupai ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Adapun medan listrik dan medan magnet sesaatnya dinyatakan dengan persamaan berikut.
dengan:
dengan:
Em = amplitudo medan listrik
Bm = amplitudo medan magnet
k = tetapan angka gelombang (k = 2π/λ)
ω = frekuensi sudut (ω = 2πf)
Selain mempunyai energi, gelombang elektromagnetik juga mempunyai 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:
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 yaitu searah dengan arah rambat gelombang elektromagnetik. Satuan ρS dalam sistem satuan internasional dinyatakan dalam W/m2. Sedangkan, laju energi rata-rata (S) sanggup diperoleh dengan memasukkan persamaan E = Em sin (kx - ωt) dan B = Bm sin (kx - ωt) ke persamaan ρs = (1/μo)E × B, sehingga diperoleh:
Jika fungsi kuadrat sinus dirata-ratakan terhadap ruang dan waktu akan diperoleh faktor ½. Laju energi rata-rata adalah:
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 perihal laju energi per satuan luas pada gelombang elektromagnetik, silahkan simak pola soal di bawah ini.
Contoh Soal 1
Medan listrik maksimum suatu gelombang elektromagnet di suatu daerah yaitu 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 bahan 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 mempunyai 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 sanggup 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 perihal intensitas gelombang elektromagnetik dan beberapa pola soalnya. Untuk pemanfaatkan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari akan diulas pada postingan selanjutnya. Mohon maaf kalau ada kata atau penulisan yang salah dalam postingan ini. Jika ada problem dalam menguasai bahan ini, silahkan tanyakan pada kolom komentar. Mari kita berguru bersama-sama, kita niscaya bisa.
