Contoh Soal Pembahasan Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang terbentuk dari medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat melalui ruang hampa dengan kecepatan cahaya. Gelombang ini sangat penting dalam berbagai aspek kehidupan, mulai dari komunikasi hingga kesehatan. Untuk memahami konsep ini lebih mendalam, kita akan membahas beberapa contoh soal mengenai gelombang elektromagnetik beserta pembahasannya.
Soal 1: Menghitung Panjang Gelombang
Gelombang elektromagnetik memiliki frekuensi 500 MHz. Tentukan panjang gelombangnya!
Pembahasan:
Frekuensi (f) = 500 MHz = 500 x 10^6 Hz
Kecepatan cahaya (c) = 3 x 10^8 m/s
Panjang gelombang (λ) dapat dihitung dengan rumus:
\[ \lambda = \frac{c}{f} \]
Berikut detail perhitungannya:
\[ \lambda = \frac{3 \times 10^8 \, \text{m/s}}{500 \times 10^6 \, \text{Hz}} \]
\[ \lambda = \frac{3 \times 10^8}{5 \times 10^8} \]
\[ \lambda = 0.6 \, \text{meter} \]
Jadi, panjang gelombang dari gelombang elektromagnetik tersebut adalah 0.6 meter.
Soal 2: Energi dari Sebuah Photon
Berapa energi dari sebuah photon yang memiliki frekuensi 6 x 10^14 Hz?
Pembahasan:
Energi (E) dari photon dapat dihitung dengan menggunakan rumus Planck:
\[ E = hf \]
Di mana:
– h adalah konstanta Planck = 6.626 x 10^-34 J·s
– f ialah frekuensi = 6 x 10^14 Hz
Maka,
\[ E = (6.626 \times 10^{-34} \, \text{J·s}) \times (6 \times 10^{14} \, \text{Hz}) \]
\[ E = 3.9756 \times 10^{-19} \, \text{J} \]
Jadi, energi dari photon tersebut adalah 3.9756 x 10^-19 joule.
Soal 3: Kecepatan Gelombang Elektromagnetik dalam Medium
Jika kecepatan cahaya dalam vakum adalah 3 x 10^8 m/s dan indeks bias suatu medium adalah 1.5, berapakah kecepatan cahaya dalam medium tersebut?
Pembahasan:
Kecepatan cahaya dalam medium (v) dapat dihitung dengan menggunakan indeks bias (n):
\[ n = \frac{c}{v} \]
Di mana:
– c adalah kecepatan cahaya di vakum = 3 x 10^8 m/s
– n adalah indeks bias = 1.5
Menghitung v:
\[ v = \frac{c}{n} \]
\[ v = \frac{3 \times 10^8 \, \text{m/s}}{1.5} \]
\[ v = 2 \times 10^8 \, \text{m/s} \]
Jadi, kecepatan cahaya dalam medium tersebut adalah 2 x 10^8 meter per detik.
Soal 4: Gelombang Elektromagnetik pada Frekuensi Radio
Stasiun radio X menyiarkan pada frekuensi 100 MHz. Berapakah panjang gelombang sinyal tersebut?
Pembahasan:
Frekuensi (f) = 100 MHz = 100 x 10^6 Hz
Kecepatan cahaya (c) = 3 x 10^8 m/s
Panjang gelombang (λ) bisa dihitung dengan rumus:
\[ \lambda = \frac{c}{f} \]
Maka,
\[ \lambda = \frac{3 \times 10^8 \, \text{m/s}}{100 \times 10^6 \, \text{Hz}} \]
\[ \lambda = \frac{3 \times 10^8}{1 \times 10^8} \]
\[ \lambda = 3 \, \text{meter} \]
Jadi, panjang gelombang dari sinyal radio tersebut adalah 3 meter.
Soal 5: Daya yang Diterima oleh Antena
Sebuah antena menerima sinyal gelombang elektromagnetik dengan daya 0.1 W pada frekuensi 2.4 GHz. Berapakah jumlah foton per detik yang diterima oleh antena?
Pembahasan:
Daya (P) = 0.1 W = 0.1 J/s
Frekuensi (f) = 2.4 GHz = 2.4 x 10^9 Hz
Energi dari satu foton (E) dapat dihitung dengan rumus:
\[ E = hf \]
\[ E = (6.626 \times 10^{-34} \, \text{J·s}) \times (2.4 \times 10^9 \, \text{Hz}) \]
\[ E = 1.59024 \times 10^{-24} \, \text{J} \]
Jumlah foton per detik (N) dapat dihitung dengan membagi daya dengan energi per foton:
\[ N = \frac{P}{E} \]
\[ N = \frac{0.1 \, \text{J/s}}{1.59024 \times 10^{-24} \, \text{J}} \]
\[ N = 6.29 \times 10^{22} \, \text{foton/s} \]
Jadi, antena tersebut menerima sekitar 6.29 x 10^22 foton per detik.
Kesimpulan
Pembahasan mengenai gelombang elektromagnetik sangat beragam dan mencakup banyak aspek dari perhitungan panjang gelombang, energi photon, hingga kecepatan gelombang dalam medium. Contoh soal yang disertai dengan pembahasannya di atas diharapkan mampu membantu memahami konsep gelombang elektromagnetik secara lebih mendalam dan aplikatif. Semoga artikel ini bermanfaat dan menambah wawasan pembaca mengenai gelombang elektromagnetik.
