Mengapa arus listrik dikatakan sebagai gelombang elektromagnetik?

1. PENEMUAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat tanpa memerlukan media rambat dan membawa medan listrik (elektro) serta medan magnetik, itulah mengapa disebut elektromagnetik karena terdiri dari dua kata yakni elektro dan magnetik. Tidak seperti gelombang pada umumnya yang membutuhkan media rambat seperti udara, air, dan lain sebagainya, gelombang elektromagnetik tidak memerlukan media rambat (sama seperti radiasi) sehingga dapat merambat dalam ruang hamba dan sering pula disebut sebagai radiasi eletromagnetik. Hal inilah yang menjelaskan mengapa cahaya matahari dapat sampai ke Bumi padahal melewati luar angkasa yang kondisinya hampa, karena cahaya matahari merupakan salah satu jenis gelombang elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik lahir sebagai paduan daya imajinasi dan ketajaman akal pikiran ilmuwan berlandaskan keyakinan akan keteraturan dan kerapian aturan-aturan alam. Dasar teori dari perambatan gelombang elektromagnetik pertama kali dijelaskan pada tahun 1873 oleh James Clerk Maxwell (1831 – 1879), seorang ilmuwan berkebangsaan Skotlandia.

Maxwell merumuskan teori dinamika medan elektromagnetik dan persamaan Maxwell dalam papernya yang berjudul “adynamical theory of the electromagnetic field” berdasarkan hasil penelitiannya antara tahun 1861 hingga 1865. MajalahPhysics World,salah satu majalah fisika terbesar di dunia yang mengulas tentang seluruh bidang dalam fisika, memilih Persamaan Maxwell sebagai “the most important equations of all time” atau persamaan terpenting sepanjang masa.

James Clerk Maxwell (1831 – 1879) dan empat persamaannya yang merupakan persamaan terpenting sepanjang masa versi majalah Physics World

Keberadaan gelombang elektromagnetik didasarkan pada hipotesis Maxwell “James Clark Maxwell ” dengan mengacu pada 3 fakta relasi antara listrik dan magnet yang sudah ditemukan oleh para ilmuwan sebelumnya. Beberapa percobaan awal mngenai hubungan antara listrik dan magnet adalah :

1. Percobaan Oersted yang berhasil membuktikan : arus listrik dalam konduktor menghasilkan medan magnet disekitarnya (jarum kompas menyimpang bila di dekatkan pada kawat yang dialiri arus listrik)

2. Faraday yang berhasil mebuktikan batang konduktor yang menghasilkan GGL induksi pada kedua ujungnya bila memotong medan magnet.

3. Percobaan Faraday yang menunjukkan perubahan fluks magnetik pada kumparan menghasilkan arus induksi dalam kuparan tersebut.

Didasarkan pada penemuan Faraday “Perubahan Fluks magnetik dapat menimbulkan medan listrik” dan arus pergeseran yang sudah dihipotesakan Maxwell sebelumnya, maka Maxwell mengajukan suatu hipotesa baru : “Jika perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka perubahan Fluks listrik juga harus dapat menimbulkan medan magnet” . Hipotesa ini dikenal dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet.

Dasar teori dari perambatan gelombang elektromagnetik pertama kali dijelaskan pada 1873 oleh James Clerk Maxwell dalam papernya di Royal Society mengenai teori dinamika medan elektromagnetik (bahasa Inggris: A dynamical theory of the electromagnetic field), berdasarkan hasil kerja penelitiannya antara 1861 dan 1865.

Fisikawan Inggris kesohor James Clerk Maxwell ini terkenal melalui formulasi empat pernyataan yang menjelaskan hukum dasar listrik dan magnit.

Kedua bidang ini sebelum Maxwell sudah diselidiki lama sekali dan sudah sama diketahui ada kaitan antar keduanya. Namun, walau pelbagai hukum listrik dan kemagnitan sudah diketemukan dan mengandung kebenaran dalam beberapa segi, sebelum Maxwell, tak ada satu pun dari hukum-hukum itu yang merupakan satu teori terpadu. Dalam dia punya empat perangkat hukum yang dirumuskan secara ringkas (tetapi punya bobot tinggi), Maxwell berhasil menjabarkan secara tepat perilaku dan saling hubungan antara medan listrik dan magnit. Dengan begitu dia mengubah sejumlah besar fenomena menjadi satu teori tunggal yang dapat dijadikan pegangan. Pendapat Maxwell telah jadi anutan pada abad sebelumnya secara luas baik di sektor teori maupun dalam praktek ilmu pengetahuan.

Nilai terpenting dari, pendapat Maxwell yang baru itu adalah banyak persamaan umum yang bisa terjadi dalam semua keadaan. Semua hukum-hukum listrik dan magnit yang sudah ada sebelumnya dapat dianggap berasal dari pendapat Maxwell, begitu pula sejumlah besar hukum lainnya, yang dulunya merupakan teori yang tidak dikenal. Dari pendapat Maxwell ini dapat diperlihatkan betapa pergoyangan bolak-balik bidang elektromagnetik secara periodik adalah sesuatu hal yang bisa terjadi. Gerak bolak-balik seperti pendulum ini disebut gelombang elektromagnetik, yang bilamana sekali digerakkan akan menyebar terus hingga angkasa luar. Dari pendapat-pendapat ini mampu menunjukkan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik itu mencapai sekitar 300.000 kilometer (186.000 mil) per detik. Maxwell mengetahui bahwa ini sama dengan ukuran kecepatan cahaya. Dari sudut ini dia dengan tepat mengambil kesimpulan bahwa cahaya itu sendiri terdiri dari gelombang elektromagnetik.

Maxwell mengemukakan bahwa laju perubahan medan listrik sangat mempengaruhi besar magnet yang dibangkitkan dan sebaliknya. Akan dibangkitkan suatu medan magnet jika terjadi perubahan medan listrik. Perubahan medan listrik ini akan menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dan demikian seterusnya terjadi proses berantai pembentukan medan magnet dan medan listrik yang merambat ke segala arah. Kemudian, Maxwell mengemukakan pula bahwa perubahan medan listrik dan medan magnet akan menghasilkan suatu gelombang medan listrik dan gelombang medan magnet yang dapat menyebar dan merambat dalam ruang disebut sebagai gelombang elektro magnetik. Pembuktiannya dengan dua batang konduktor dihubugkan dengan sebuah baterai melalui sebuah saklar. Setelah saklar ditutup, batang atas segera bermuatan positif dan batang bawah bermuatan negative serta garis medan listrik segera terbentuk selama muatan mengalir maka arus listrik juga mengalir dengan arah sesuai dengan anak panah. Akibatnya, suatu medan magnet (B) akan di hasilkan dengan arah tegak lurus bidang kertas. Contoh sederhana ini dapat membarikan gambaran tentang terbentuknya medan magnet dan medan listrik dengan tahapan proses sebagai berikut :

Maxwell juga telah melakukan perhitungan tentang kecepatan rambat gelombang elektromagnetik. Kecepatan rambat ini ditentukkan oleh dua besaran yaitu permitivitas listrik (e) dan permeabilitas magnet (m) medium yang dilewatinya.

Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut :

1.Muatan listrik akan menimbulkan medan listrik (E)

2. Perubahan medan listrik akan menimbulkan medan magnet yang besarnya berubah-ubahterhadap waktu (B)

Maxwell juga telah melakukan perhitungan tentang kecepatan rambat gelombang elektromagnetik. Kecepatan rambat ini ditentukkan oleh dua besaran yaitu permitivitas listrik (e) dan permeabilitas magnet (m) medium yang dilewatinya.

Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:

·Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.

·Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik.

2. PENEMUAN SINAR-X

Penemuan X-Ray merupakan salah satu bentuk kemajuan ilmu sains dan berguna di berbagai bidang, khususnya kedokteran.X-Ray memungkinkan sesuatu yang tak terlihat menjadi terlihat.

Dikutip dari History, penemuan yang dilakukan Rontgen tersebut berawal dari ketidaksengajaan di laboratoriumnya di Wurzburg, Jerman.

(Wilhelm Conrad Röntgen )

Tepat 126 tahun lalu Wilhelm Conrad Röntgen secara tidak sengaja menemukan jenis sinar baru yang dapat menembus berbagai benda dan manusia. Diagnosis klinis tidak pernah lagi sama setelah temuan sinar ini.Semuanya terjadi secara kebetulan – seperti banyak hal lainnya dalam temuan di bidang sains.

Wilhelm Conrad Röntgen yang saat itu berusia 40 tahun dan telah menjadi profesor fisika di Universitas Julius Maximilian di Wurzburg, secara tidak sengaja menemukan sebuah sinar baru yang belum pernah diketahui sebelumnya. Karena masih begitu baru, ia menamakan temuan itu sebagai Sinar X.

Kala itu, ia sedang menguji apakah sinar katoda dapat menembus kaca.Namun, ia justru melihat adanya cahayayang berasal dari layar yang dilapisi bahan kimia di dekatnya.Rontgen punmenjuluki sinar yang menyebabkan X-Ray itu karena sifatnya yang tidakdiketahui.

X-Ray merupakan gelombang energi elektromagnetik yang bertindak serupa dengan sinar cahaya, tetapi memiliki panjang gelombang seribu kali lebih pendek dari sinar cahaya.Rontgen sengaja mengurung dirinya di laboratoriumnya untuk melakukan serangkaian percobaan agar lebih memahami penemuannya tersebut.Ia belajar bahwa X-Ray mampu menembus daging manusia dan bisa difoto.

Pada 1895, saat mengadakan percobaan dengan aliran arus listrik dan tabung gelas yang dikosongkan sebagian (tabung sinar katode), Rontgen mengamati bahwa potongan barium platinosianida yang berdekatan melepaskan sinar saat tabung itu dioperasikan. Ia merumuskan teori bahwa saat sinar katode (elektron) menembus dinding gelas tabung, beberapa radiasi yang tak diketahui terbentuk yang melintasi ruangan, menembus bahan kimia, dan menyebabkan fluoresensi.

Meski demikian, sinar itu tidak bisa menembus bagian-bagian yang lebih padat seperti tulang atau timah. Pengamatan lebih lanjut mengungkapkan bahwa kertas, kayu, dan aluminum, di antara bahanlain, transparan pada bentuk baru radiasi ini. Ia menemukan bahwa itu memengaruhi plat fotografi, dan sejak tidak secara nyata menunjukkan beberapa sifat cahaya, seperti refleksi atau refraksi, secara salah ia berpikir bahwa sinar itu tak berhubungan pada cahaya. Dalam pandangan pada sifat tak pasti itu, ia menyebut fenomena radiasi X, walau juga dikenal sebagai radiasi Rontgen. Ia mengambil fotografi sinar-X pertama, dari bagian dalam obyek logam dan tulang tangan istrinya.

Penemuan itu pun mendapat label sebagai ‘keajaiban medis’.X-Ray kemudian segera menjadi alat diagnostik penting dalam kedokteran dan memungkinkan dokter untuk melihat ke dalam tubuh manusia untuk pertama kalinya tanpa operasi.Prinsip dari alat XRD (X-ray diffraction) adalah sinar X yang dihasilkan dari suatu logam tertentu memiliki panjang gelombang tertentu, sehingga dengan memfariasi besar sudut pantulan sehingga terjadi pantulan elastis yang dapat dideteksi. Maka menurut Hukum Bragg jarak antar bidang atom dapat dihitung dengan data difraksi yang dihasilkan pada besar sudut-sudut tertentu.

(Prinsip Kerja sinar X)

Difraksi sinar-X terjadi pada hamburan elastis foton-foton sinar-X oleh atom dalam sebuah kisi periodik. Hamburan monokromatis sinar-X dalam fasa tersebut memberikan interferensi yang konstruktif. Dasar dari penggunaan difraksi sinar-X untuk mempelajari kisi kristal adalah berdasarkan persamaan Bragg.

Proses Terjadinya Sinar-X adalah di dalam tabung dioda, apabila (filamen) katoda dipanaskan lebih dari 20000° C sampai menyala dengan menghantarkan listrik yang berasal dari transformator. Karena panas elektron elektron dari katoda (filamen) akan terlepas, kemudian dengan tegangan tinggi Maka elektron elektron tersebut dipercepat gerakannya menuju anoda (target). Elektron-elektron mendadak dihentikan pada anoda (target) sehingga terbentuk panas 99% dan sinar X 1%, sinar-x dikeluarkan melalui Windows tabung.

1.PENEMUAN MESIN UAP

James Watt merupakan seorang Insiyur besar dari Scotlandia, Britania Raya.James Watt terkenal karena perombakan dan perbaikan dari Mesin uap yang lebih efisien dari mesin uap sebelumnya karena mesin uap yang ia ciptakan merupakan mesin yang paling baik. Ia juga dikatakan sebagai seorang tokoh kunci revolusi industri.

(James Watt)

Industri-industri pada saat itu terbilang sangat bergantung pada mesin uap yang diciptakan James Watt ini.Sebelum ia menciptakan mesin uap, waktu itu James Watt tertarik dengan mesin uap yang diciptakan oleh Thomas Newcommen, mesin uap medel atmosfrik.Saat itu ia sedang meperbaiki mesin ciptaan Newcomen, dan ia juga melihat banyak kekurangan, dan ketidak sesuaian dalam mesin uap Newcomen.

Tahun 1765, James watt menemukan terobosan baru dalam pengembanganyaitu kondensor terpisah. Dalam prakteknya ia membutuhkan waktu 11 tahun untuk melihat perangkatnya bekerja.Halangan terbesar Watt dalam membuat mesin uap ini adalah teknologi untuk membuat piston besar atau silinder yang dekat sehingga bisa menutup vakum mederat.

Terobosan baru Watt ini akhirnya memiliki dukungan keuangan dari kemitraan dengan Matthew Boulton, dan mengalami peningkatan. Salah satu peningkatan mesinnya adalah

·Penambahan ruang terpisah yang diperkokoh,

·Menggunakan mesin ganda,

·Menggunakan seperangkat gerigi yang mengubah gerak balik mesin yangmenjadi gerak berputar.

·Pengontrol gaya gerak melingkat otomatis.

·Alat penghitung kecepatan, alat petunjuk, dan alat pengontrol uap.

Setelah bekerja sama dengan Matthew Boulton pada tahun 1775, perusahaan mereka akhirnya memproduksi mesin dalam jumlah besar, setelah itu bisnis mereka berhasil dan keduanya menjadi kaya raya.

Nama Watt dijadikan sebagai Sebuah satuan Daya, dengan simbol (W), karena dirinya telah banyak berkontribusi dan penghargaan tehadap jasanya.Mesin uapnya juga tidak hanya digunakan untuk pabrik atau pertambangan, Marquis de Jouffroy pada tahun 1783 ia berhasil menggunakan mesin uap sebagai mesin penggerak kapal.

Prinsip kerja dari mesin uap yaitu kalor akan memanasi air di dalam bejana sampai air menguap, lalu uap tersebut mengalir melewati pipa tegak masuk ke bola. Uap tersebut terkumpul di dalam bola, kemudian melalui nosel menyembur ke luar, karena semburan tersebut, bola mejadi berputar.

Tak satu pun model-model pemula yang berhasil secara komersial, baik kapal atau kereta api mendapatkan revolusi dari mesin ini membutuhkan waktu dalam tempo beberapa tahun. Richard Trevithik juga pada tahun 1804,ia berhasil menciptakan lokomotif uap pertama.

4. PENEMUAN MESIN HITUNG

Blaise Pascal adalah seorang ahli matematika, fisikawan, penemu, penulis dan filsuf Kristen berkebangsaan Perancis. Ia lahir di Clermont-Ferrand, Perancis pada 19 Juni 1623 dan meninggal di Paris, Perancis pada 19 Agustus 1662 pada umur 39 tahun.

(Blaise Pascal)

Minat utamanya ialah filsafat dan agama, sedangkan hobinya yang lain adalah matematika dan geometri proyektif. Bersama dengan Pierre de Fermat menemukan teori tentang probabilitas. Pada awalnya minat riset dari Pascal lebih banyak pada bidang ilmu pengetahuan dan ilmu terapan, di mana dia telah berhasil menciptakan mesin penghitung yang dikenal pertama kali. Mesin itu hanya dapat menghitung (mesin komputasi sederhana yang merupakan cikal bakal kalkulator).

Abad ke-17 menandai awal sejarah kalkulator mekanik, dengan ditemukannya mesin pertama, kalkulator Pascal , pada tahun 1642. Blaise Pascal telah menciptakan sebuah mesin yang dapat melakukan perhitungan yang mana sebelumnya hanya dapat dilakukan oleh manusia, meski Pascal telah menemukan mesin hitung, namun Ia tidak sampai sukses untuk membuatnya menjadi industri.

(Mesin Hitung / Kalkulator mekanik Karya Blaise Pascal)

Dalam temuannya, Blaise Pascal menciptakan kalkulator mekanis untuk membantu ayahnya yang bekerja sebagai pengawas pajak di Rouen. Kalkulator tersebut dinamakan Kalkulator Pascal atau Pascaline dan merupakan kalkulator mekanik hanya bekerja di abad ke-17.

Setelah tiga tahun berusaha menghasilkan 50 prototipe ia memperkenalkan kalkulator kepada publik. Ia membangun dua puluh mesin ini dalam sepuluh tahun berikutnya. Mesin ini bisa menambah dan mengurangi dua nomor secara langsung dan berkembang biak dan membagi dengan pengulangan. Pascal mengutamakan metode re-zeroing untuk mesinnya. Dengan demikian ia membuktikan sebelum dioperasikan kalkulatornya berfungsi penuh. Ini merupakan bukti kualitas Pascaline.