Spektrum elektromagnetik
Diperkenalkan| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ | gelombang elektromagnetik |
| spectrum/ˈspektrəm/ | spektrum |
| vacuum/ˈvækjuːm/ | ruang hampa |
| microwave/ˈmaɪkrəʊweɪv/ | mikro |
| infrared/ˌɪnfrəˈred/ | inframerah |
| ultraviolet/ˌʊltrəˈvaɪəlɪt/ | ultraviolet |
| gamma/ˈɡæmə/ | gamma |
Semua dari keluarga yang sama
- Radio, panas dari api, terbakar matahari, sinar-X rumah sakit — semuanya adalah gelombang elektromagnetik.
- Mereka berbeda hanya dalam panjang gelombang (dan sehingga frekuensi).
- Satu keluarga, satu spektrum.
Apa yang mereka miliki bersama
- Semua gelombang EM bersifat transversal.
- Dalam vakum, mereka semua merambat dengan kecepatan yang sama, $c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
Spektrum gelombang elektromagnetik
Geserkan sepanjang spektrum
Gelombang radio, cahaya tampak, dan sinar gamma semuanya merupakan gelombang yang sama — hanya panjang gelombangnya yang berubah, beserta frekuensinya, energi foton, dan penggunaannya sehari-hari.
Semua gelombang elektromagnetik bersifat transversal.
Ya — setiap gelombang EM bersifat transversal, dan semuanya merambat dengan $c$ di ruang hampa.
Di ruang hampa, gelombang EM manakah yang merambat paling cepat?
Dalam vakum, setiap gelombang EM merambat pada kecepatan $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
Apa yang dimiliki semua gelombang elektromagnetik? Pilih semua yang berlaku.
Tidak memerlukan medium adalah alasan mengapa cahaya matahari bisa menyeberangi ruang. Sifat transversal-lah yang membuat setiap gelombangnya dapat dipolarisasi, berbeda dengan suara.
Urutan spektrum
- Dari panjang ke pendek: radio · mikrogelombang · inframerah · tampak · ultraviolet · sinar-X · gamma.
- Seiring berkurangnya panjang gelombang, frekuensi meningkat.
Urutkan ini berdasarkan frekuensi meningkat (terendah pertama).
Frekuensi naik saat panjang gelombang turun: radio (terpanjang) → mikrogelombang → tampak → Sinar-X (jauh lebih pendek).
Urutkan spektrum elektromagnetik berdasarkan peningkatan panjang gelombang.
Peningkatan panjang gelombang berarti penurunan frekuensi dan penurunan energi foton, sehingga daftar yang sama dibaca dari belakang menjawab ketiga pertanyaan tersebut.
Panjang Gelombang dan hubungannya
- Hafalkan orde magnitudo: radio $> 10^{-1}\ \text{m}$; mikrogelombang $10^{-1}$ hingga $10^{-3}\ \text{m}$; inframerah $10^{-3}$ hingga $7 \times 10^{-7}\ \text{m}$; tampak $400$–$700\ \text{nm}$; ultraviolet $4 \times 10^{-7}$ hingga $10^{-8}\ \text{m}$; sinar-X $10^{-8}$ hingga $10^{-13}\ \text{m}$; gamma di bawah sekitar $10^{-10}\ \text{m}$.
- Cahaya tampak adalah pita sempit $400$–$700\ \text{nm}$ — ungu di ujung pendek, merah di ujung panjang.
- Beralih antara $\lambda$ dan $f$ dengan $c = f\lambda$.
Cahaya tampak memiliki panjang gelombang sekitar:
Sekitar $400\ \text{nm}$ (ungu) hingga $700\ \text{nm}$ (merah) — irisan kecil dari seluruh spektrum.
Sebuah gelombang radio memiliki panjang gelombang $3.0\ \text{m}$. Berapa frekuensinya, dalam MHz? (Gunakan $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.)
$f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.0 \times 10^{8}}{3.0} = 1.0 \times 10^{8}\ \text{Hz} = 100\ \text{MHz}$.
Menamakan wilayahnya
- Soal ujian memberikan panjang gelombang atau frekuensi dan meminta wilayah mana. Konversi ke panjang gelombang jika perlu, lalu tempatkan pada tangga spektrum.
- Tepat di bawah $400\ \text{nm}$ adalah ultraviolet; tepat di atas $700\ \text{nm}$ adalah inframerah.
- Sinar-X dan sinar gamma tumpang tindih dalam panjang gelombang — mereka dibedakan berdasarkan asal-usulnya (sinar-X dari elektron, gamma dari inti), jadi nama keduanya bisa benar di area tumpang tindih.
Sebuah gelombang elektromagnetik memiliki panjang gelombang 500 nm. Berapa frekuensinya, dalam satuan 1e14 Hz?
f = c/lambda = 3.00e8/5.00e-7 = 6.0e14 Hz, berada di zona hijau pita tampak. Konversi nm ke m sebelum melakukan pembagian.
Contoh terpecahkan: wilayah mana, dan berapa periodenya?
(a) Laser memancarkan gelombang dengan panjang gelombang $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m}$. (b) Koneksi satelit menggunakan $12\ \text{GHz}$. Namai masing-masing wilayah dan temukan periode gelombang satelit dalam pikodetik.
- (a) $8.1 \times 10^{-8}\ \text{m} = 81\ \text{nm}$, yang berada di bawah $400\ \text{nm}$ tetapi di atas $10^{-8}\ \text{m}$: ultraviolet. Frekuensinya adalah $f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{8.1 \times 10^{-8}} = 3.7 \times 10^{15}\ \text{Hz}$.
- (b) $\lambda = \dfrac{c}{f} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{12 \times 10^{9}} = 0.025\ \text{m}$: beberapa sentimeter, jadi mikrogelombang.
- Periode: $T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s} = 83\ \text{ps}$.
- Periksa: $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, jadi bagilah dengan $10^{-12}$ untuk mengonversi — jawaban $0.083\ \text{ps}$ berarti awalan diterapkan secara salah.
Sebuah gelombang elektromagnetik memiliki panjang gelombang $5.0 \times 10^{-9}\ \text{m}$. Wilayah spektrum manakah yang termasuk di dalamnya?
$5.0 \times 10^{-9}\ \text{m} = 5\ \text{nm}$ — lebih pendek dari $10^{-8}\ \text{m}$ (bagian bawah rentang ultraviolet), jadi Sinar-X.
Mikrogelombang dalam tautan satelit memiliki frekuensi $12\ \text{GHz}$. Berapa periode mereka, dalam ps?
$T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{12 \times 10^{9}} = 8.3 \times 10^{-11}\ \text{s}$, dan $1\ \text{ps} = 10^{-12}\ \text{s}$, sehingga $T = 83\ \text{ps}$.
$c = 3.00 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ adalah kecepatan dalam vakum (udara cukup dekat). Di kaca atau air, gelombang melambat dan panjang gelendaknya memendek, tetapi frekuensinya tetap sama — frekuensi ditentukan oleh sumber. Dan urutan spektrum berdasarkan frekuensi adalah kebalikan dari urutan berdasarkan panjang gelombang.
Ketika cahaya melewati dari udara ke kaca, kecepatannya dan panjang gelombangnya keduanya berkurang tetapi ____-nya tidak berubah.
Frekuensi ditentukan oleh sumber. Karena $v = f\lambda$, nilai $v$ yang lebih kecil dengan $f$ yang sama berarti $\lambda$ yang lebih kecil.
Kenali berdasarkan penggunaannya
- Radio: penyiaran. Mikrogelombang: telepon, koneksi satelit, oven. Inframerah: remote control, pencitraan termal, pemanasan.
- Tampak: penglihatan, sinyal serat optik. Ultraviolet: fluoresensi, sterilisasi, terbakar matahari.
- Sinar-X: pencitraan medis. Gamma: sterilisasi peralatan, pengobatan kanker.
Anda telah memahaminya
- semua gelombang EM bersifat transversal dan merambat pada $c = 3.0 \times 10^{8}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ dalam vakum
- urutkan berdasarkan panjang gelombang: radio → mikrogelombang → IR → tampak → UV → sinar-X → gamma (frekuensi berjalan sebaliknya)
- cahaya tampak adalah $400$–$700\ \text{nm}$; gunakan $c = f\lambda$ dan $T = \dfrac{1}{f}$ untuk menamai sebuah wilayah