commit to user
5
BAB II DASAR TEORI
2.1. Cahaya
Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang merambatkan medan listrik dan medan magnet yang berposisi tegak lurus satu sama lain dan bergetar tegak lurus
terhadap arah rambatan. Gelombang cahaya memiliki panjang gelombang dan frekuensi
tertentu yang
nilainya dapat
dibedakan dalam
spektrum elektromagnetiknya. Cahaya juga termasuk gelombang transversal yang berarti
cahaya merambat tegak lurus terhadap arah rambatannya. Foster, 1997.
2.2. Gelombang Elektromagnetik GEM
Keberadaan gelombang elektromagnetik didasarkan pada hipotesis Maxwell dengan mengacu pada hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan yang tampak
pada: a. Percobaan Oersted yang berhasil membuktikan bahwa arus listrik
menghasilkan medan magnet. Bila jarum kompas diletakkan di dekat kawat yang dialiri arus listrik, maka jarum kompas akan menyimpang. Jarum
kompas dibelokkan oleh medan magnet. b. Percobaan Faraday yang menunjukkan perubahan fluks magnet pada
kumparan dapat menimbulkan arus induksi yang menghasilkan medan listrik.
Berdasarkan pada penemuan Faraday bahwa “Perubahan fluks magnetik dapat menimbulkan medan listrik” maka Maxwell mengajukan suatu hipotesa baru yang
isinya bahwa “Jika perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka perubahan fluks listrik juga harus dapat menimbulkan medan magnet”. Hipotesa ini
dikaenal dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet Foster, 1997. Bila hipotesis Maxwell benar, konsekuensinya perubahan medan listrik akan
mengakibatkan perubahan medan magnet serta sebaliknya dan keadaan ini terus akan
5
commit to user
6
berulang. Medan magnet B atau medan listrik E yang muncul akibat perubahan medan listrik atau medan magnet sebelumnya akan bergerak merambat menjauhi
tempat awal kejadian. Perambatan medan listrik dan medan magnet ini yang disebut sebagai gelombang elektromagnetik sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.1 .
Gambar 2.1. Kuat medan listrik dan medan magnet pada gelombang elektromagnetik. E dan B saling tegak lurus
Giancoli, 2001 2.2.1. Sifat Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik memiliki beberapa sifat sebagai berikut: 1. Merambat di ruang vakum dengan kecepatan c = 3 x 10
8
ms. 2. Merupakan gelombang transversal sehingga dapat terpolarisasi.
3. Dapat mengalami refleksi, refraksi, interferensi dan difraksi.. 4. Bergerak lurus, tidak dibelokkan dalam medan listrik maupun medan magnet.
2.2.2. Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik yang dirumuskan oleh Maxwell terbentang dalam rentang frekuensi yang luas. Sebagai sebuah gejala gelombang, gelombang
elektromagnetik dapat diidentifikasikan berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik sebagaimana
commit to user
7
gelombang radio atau sinar-X. Gambar 2.2 menunjukkan spektrum gelombang elektromagnetik yang terdiri atas Soetrisno, 1979:
1. Gelombang Radio Gelombang radio sering disebut gelombang frekuensi radio, memiliki daerah
frekuensi dari beberapa Hz sampai 10
9
Hz atau memiliki panjang gelombang dari beberapa 10
-3
m sampai 10
3
m. 2. Gelombang Mikro
Gelombang mikro sering dikenal sebagai microwaves, yaitu gelombang elektromagnetik dengan daerah frekuensi antara 10
9
Hz sampai 3 x 10
11
Hz, atau daerah dengan panjang gelombang 1mm sampai 30 cm.
3. Sinar Infra Merah Gelombang ini mencakup daerah frekuensi 3 x 10
11
Hz sampai 4 x 10
14
Hz dan panjang gelombang 7,8 x 10
-7
m sampai 10
-3
m. 4. Cahaya Tampak
Cahaya tampak memiliki daerah spektrum yang sangat sempit dalam daerah kepekaan mata retina kita. Daerah panjang gelombang cahaya dari 7.800
Ǻ sampai 3.900
Ǻ dan frekuensi 4 x 10
14
Hz sampai 10
15
Hz dengan spektrum warna mulai dari panjang gelombang besar adalah merah, jingga, kuning, hijau,
biru, nila dan ungu. Warna ungu mempunyai panjang gelombang terkecil. 5. Sinar Ultraviolet
Sinar ultraviolet memiliki panjang gelombang dalam daerah antara 6 Ǻ
sampai 3.000 Ǻ dan frekuensi dari 8 x 10
14
Hz sampai 3 x 10
17
Hz. Matahari merupakan sumber pancaran ultraviolet yang paling kuat.
6. Sinar X Spektrum sinar X mencakup daerah panjang gelombang antara 0,06
Ǻ sampai 10
Ǻ dan frekuensi antara 10
16
Hz sampai 10
20
Hz. 7. Sinar Gamma
Sinar gamma memiliki panjang gelombang antara 10
-4
Ǻ sampai 1 Ǻ dan frekuensi antara 3 x 10
18
Hz sampai 3 x 10
22
Hz. Sinar gamma merupakan
commit to user
8
gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi paling besar dan daya tembus yang besar.
Gambar 2.2. Spektrum Gelombang Elektromagnetik Giancoli,2001
2.3. Polarisasi
Polarisasi cahaya atau pengkutuban adalah peristiwa perubahan arah getar gelombang cahaya yang acak menjadi satu arah getar. Polarisasi hanya terjadi pada
gelombang tranversal, yang berarti bahwa cahaya merambat tegak lurus terhadap arah osilasinya. Syaratnya adalah bahwa gelombang tersebut mempunyai arah osilasi
tegak lurus terhadap bidang rambatnya. Soetrisno, 1979.
2.3.1. Jenis Polarisasi 2.3.1.1. Polarisasi Linier
Cahaya terpolarisasi linier terpolarisasi bidang jika medan listriknya bergetar pada suatu garis lurus. Rambatan gelombang medan listrik bersamaan
commit to user
9
dengan gelombang medan magnet. Bila gelombang hanya mempunyai pergeseran y, maka gelombang tersebut terpolarisasi linier dan bergetar merambat dalam arah y.
Polarisasi linier ditunjukkan pada gambar 2.3. Warna merah menunjukkan medan magnet B, warna biru menunjukkan
perputaran medan listrik, warna hijau menunjukkan medan listrik E, dan warna ungu menunjukkan jenis polarisasi linier.
Gambar 2.3. Polarisasi Linier Dede Djuhana
2.3.1.2. Polarisasi Melingkar
Jika vektor medan listriknya berputar pada lingkaran, maka cahaya dikatakan terpolarisasi melingkar. Polarisasi cahaya melingkar terdiri dari dua gelombang
bidang elektromagnetik yang tegak lurus, dengan amplitudo sama dan beda fase 90°. Jika ujung vektor medan listrik pada gelombang yang menjalar berputar searah jarum
jam, maka disebut polarisasi melingkar arah kanan. Sebaliknya jika berlawanan
commit to user
10
dengan arah jarum jam, disebut polarisasi melingkar arah kiri. Polarisasi melingkar ini ditunjukkan pada gambar 2.4.
Gambar 2.4. Polarisasi Melingkar Dede Djuhana
2.3.1.3. Polarisasi Ellips
Hasil superposisi yang memberikan vektor medan listrik yang ujungnya berputar pada sebuah ellips. Cahaya yang dipolarisasikan ellips terdiri dari dua
gelombang yang tegak lurus, dengan amplitudo tidak sama dan beda fase 90°. Gelombang dengan polarisasi melingkar dan ellips dapat diuraikan menjadi dua
gelombang dengan polarisasi tegak lurus. Polarisasi ellips ini ditunjukkan pada gambar 2.5.
commit to user
11
Gambar 2.5. Polarisasi Ellips Dede Djuhana
2.3.2. Polaroid
Berbagai macam jenis kristal yang terbentuk secara alami jika dipotong menjadi bentuk yang tepat akan menyerap dan memancarkan cahaya secara berbeda
tergantung pada polarisasi cahaya tersebut.Kristal-kristal tersebut dapat digunakan untuk menghasilkan cahaya yang terpolarisasi secara linier. Polaroid merupakan film
polarisasi komersial sederhana yang ditemukan oleh E.H.Land pada tahun 1938. Material ini terdiri dari molekul-molekul hidrokarbon rantari panjang yang berjajar
seperti garis lurus ketika lembaran material direnggangkan pada satu arah selama pembuatan. Rantai-rantai tersebut melewatkan cahaya pada frekuensi optis jika
lambaran material dimasukkan dalam larutan yang berisi yodium. Saat cahaya masuk dengan vektor medan listriknya sejajar rantai-rantai tersebut, arus listrik mengalir
sepanjang rantai dan energi cahaya diserap. Jika medan listrik tegak lurus rantai maka
commit to user
12
cahaya akan ditransmisikan. Arah tegak lurus rantai-rantai tersebut disebut sumbu transmisi.
Teradapat dua buah polaroid dengan fungsi yang berbeda yaitu polarisator dan analisator. Jika kedua polaroid berada dalam keadaan bersilangan, yaitu jika sumbu-
sumbu transmisi polarisator dan analisator saling tegak lurus maka intensitas yang diteruskan nol. Polarisator adalah polaroid pertama yang berfungsi membuat cahaya
menjadi terpolarisasi linier dan arah polarisasinya tegak lurus arah sumbu polaroid kedua. Analisator adalah polaroid kedua yang dipergunakan untuk menganalisa arah
atau macam polarisasi yang dihasilkan oleh polaroid pertama polarisator. Seluruh cahaya yang datang pada polaroid kedua diserap.
Gambar 2.6. Polaroid Tipler, 2001
2.4. Efek Faraday
Cahaya mengalami sifat-sifat khusus dalam proses perambatannya antara lain interferensi, difraksi, dispersi, absorbsi, hamburan, dan polarisasi. Selain itu cahaya
juga mengalami efek-efek elektromagnetik apabila dilewatkan dalam medan magnet dan medan listrik seperti efek magneto-optik.
Efek magneto-optik magneto-optic effect yaitu perilaku cahaya yang melewati suatu bahan dipengaruhi oleh adanya medan magnet kuat. Efek magneto-
optik pertama kali dipelajari oleh Michael Faraday pada tahun 1845 yang
commit to user
13
menunjukan bahwa ketika cahaya terpolarisasi melewati sepotong kaca yang diletakkan dalam medan magnet, bidang polarisasi cahaya yang diteruskan berputar.
Efek ini dikenal dengan Efek Faraday. Efek Faraday merupakan suatu peristiwa yang terjadi apabila suatu bahan optik aktif ditempatkan pada suatu medan magnet kuat
kemudian ditransmisikan cahaya pada arah medan tersebut sehingga arah polarisasinya diputar dengan sudut
β. Sudut rotasi sebanding dengan medan magnet B dan panjang d dari medium yang dilalui dimana cahaya ditransmisikan. Efek Faraday
yang terjadi pada zat cair dan gas sama seperti yang terjadi pada zat padat. Hubungan antara sudut polarisasi rotasi dan medan magnet dalam bahan diamagnetik adalah:
β = B V d 2.3
dimana: β adalah sudut rotasi radian
B adalah densitas fluks magnetik ke arah propagasi tesla d adalah panjang jalan meter di mana cahaya dan medan magnet berinteraksi
V adalah konstanta Verdet untuk materi. Proporsionalitas empiris ini konstan radian per tesla per meter bervariasi dengan panjang gelombang dan
temperatur dan ditabulasikan untuk berbagai material. Atau persamaan tersebut dapat ditulis ulang menjadi:
V= B
d
b
1 Jika digambarkan grafik hubungan antara perputaran sudut polarisasi
b
sebagai fungsi dari medan magnet B, maka dapat diperoleh kemiringan atau gradient yang selanjutnya dapat digunakan untuk menghitung konstanta Verdet.
commit to user
14
Gambar 2.7. Peristiwa polarisasi Efek Faraday Mancuso S. dan Spangler S. R, 2000
2.5. Konstanta Verdet
Kategori