CONTOH SOAL & JAWABAN MENGENAI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Soal :

1. Jelaskan perbedaan GPR dengan Magnetotellurik ?
2. Jelaskan terjadinya arus tellurik oleh angin matahari hingga ke permukaan bumi?
3. Jelaskan prinsip dasar yang mendasari persamaan Maxwell ?

Jawaban :

1. GPR dan Megnetollurik
GPR adalah metoda geofisika yang menggunakan gelombang EM dengan frekuensi antara 10 MHz sampai 1.5 GHz untuk investigasi bawah permukaan. Mempunyai resolusi sangat tinggi dibandingkan metoda geofisika lain. Resolusi tinggi tergantung kepada jenis antenna: orde cm utk antenna 1.5 GHz dan order m untuk antenna <500 MHz. GPR terdiri dari pembangkit sinyal, antena transmiter dan receiver, fasilitas perekam data (control unit) dan media tampilan grafik (laptop). Sistem radar ini mengakibatkan antena transmiter menghasilkan gelombang periodik dari gelombang elektromagnetik yang menyebar pada sudut yang sangat lebar Pulsa tersebut kemudian akan merambat ke bawah permukaan sebagai muka gelombang (wave front) dan sebagian lagi akan dipantulkan kembali karena adanya perubahan kontras kerapatan massa dan kontras permitivitas listrik di bawah permukaan tanah.
Sedangkan Metode  magnetotellurik  (MT)  adalah  metode  sounding  elektromagnetik  (EM) untuk mengetahui struktur tahanan jenis bawah permukaan dengan cara melakukan  pengukuran  pasif  komponen  medan  listrik  ( )  dan  medan  magnet () alam yang berubah terhadap waktu. Perbandingan antara medan listrik dan medan  magnet  disebut  impedansi  yang  merupakan  sifat  listrik (konduktivitas/resistivitas) medium. Metode MT menghasilkan kurva sounding tahanan  jenis  semu  terhadap  frekuensi  yang  menggambarkan  variasi konduktivitas listrik terhadap kedalaman. Metode MT secara umum digunakan untuk  memperoleh  informasi  mengenai  struktur  tahanan  jenis  bawah permukaan. Pada eksplorasi daerah prospek geotermal, metode MT digunakan untuk  mencari  daerah  bertahanan  jenis  rendah  yang  diasosiasikan  dengan keberadaan pergerakan fluida panas atau reservoir panas bumi. Metode  magnetotellurik  memanfaatkan  variasi  medan  elektromagnetik (EM) alam. Variasi medan EM alam meliputi frekuensi yang sangat lebar yaitu antara  10-5  Hz  –  104  Hz.  Medan  EM  mempunyai  kawasan  frekuensi  dengan rentang band frekuensi panjang yang mampu untuk investigasi dari kedalaman beberapa puluh meter hingga ribuan meter di bawah muka bumi. Makin rendah frekuensi  yang dipilih makin dalam jangkauan penetrasi. Kedalaman penetrasi atau  jangkauan  gelombang  elektromagnetik  (EM)  ke  dalam  bumi,  kecepatan  kerja untuk liputan daerah yang cukup luas, serta kesederhanaan dalam akuisisi data di lapangan merupakan keunggulan utama metode MT.
2. Proses terjadinya arus telluric oleh angin matahari hingga sampai ke permukaan bumi
Dipemukaan matahari selalu terjadi letupan-letupan plasma yang akan mengeluarkan partikel, yang sebagian besar terdiri dari partikel hydrogen. Aktivitas letupan berubah-ubah terhadap waktu, karena terjadi proses ionisasi dipermukaan matahari, maka hydrogen berubah manjadi plasma yang mengandung proton dan electron. Kecepatan plasma ini relative rendah dan lebih dikenal dengan sebutan angin matahari (Solar Wind), yang mempunyai sifat acak dan berubah terhadap waktu.
Bila angin matahari bertemu dengan medan magnet bumi, maka proton dan electron akan terpisah dengan arah yang berlawanan, dan ini akan menimbulkan arus listrik dan medan EM dalam angin matahari. Medan ini akan bersifat melawan medan magnet bumi ditempat peristiwa itu terjadi, sehingga medan medan magnet ditempat itu akan berkurang secara tajam sehingga membentuk batas medan magnet bumi diatmosfer yang disebut sebagai lapisan magnetopause yang merupakan batas terluar dari atmosfer bumi.
Angin matahari yang membawa medan EM akan terus menjalar sampai lapisan ionosfer, dan akan terjadi lagi interaksi dengan lapisan tersebut. Sekali lagi, terjadi medan atau gelombang EM dan arus telluric yang mengalir dalam ionosfer tersebut. Gelombang EM ini akan  menjalar sampai permukaan bumi dan sesuai dengan sifat pembawaannya yaitu berfluktasi terhadap waktu. Bila medan ini, yang merupakan sumber medan magnet dipermukaan bumi, menembus bumi maka akan terjadi interaksi antara medan EM dengan material bumi yang dapat bersifat sebagi konduktor. Akibat interaksi ini, akan timbul arus iniduksi seperti yang terjadi pada fenomena Boit-Savart. Arus induksi ini akan menginduksi ke permukaan bumi sehingga terjadi arus eddy dilapisan permukaan bumi yang kita yang kita kenal sebagai “arus tellurik”. Arus tellurik inilah yang akan menjadi sumber medan listrik dipermukaan bumi untuk metode MT ini.
3. Prinsip persamaan Maxwell :
Besaran medan listrik E dapat diperoleh tanpa kehadiran medan magnet B, dan demikian juga sebaliknya. Kedua gejala tersebut dapat terjadi karena medan listrik dan medan magnet tidak berubah terhadap waktu. Sedangkan untuk pembahasan medan listrik dan medan magnet yang berubah terhadap waktu, keberadaan medan listrik selalu disertai dengan medan magnet, demikian pula sebaliknya. Hubungan antara keduanya dapat dinyatakan dengan persamaan Maxwell. Persamaan Maxwell merupakan sintesa hasil-hasil eksperimen mengenai
fenomena listrik-magnet yang didapat oleh Faraday, Gauss, Coulumb dan Maxwell sendiri. Respon EM dari suatu konfigurasi konduktivitas medium dapat diperoleh dari penyelesaian persamaan Maxwell menggunakan model-model yang relatif sederhana. Persamaan Maxwell dalam satuan SI dirumuskan sebagai berikut:
Dimana:
E = medan listrik (V/m)
B = induksi magnetik (Tesla )
µ0 = permeabilitas magnetik
ε0 = permitivitas listrik
Dari persamaan Maxwell 1 (Hukum Gauss) menyatakan bahwa jumlah garis gaya medan listrik yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan yang dilingkupi permukaan tersebut.
Dari persamaan 2 Maxwell (Hukum Gauss Magnetik) menyatakan bahwa medan magnet yang menembus suatu permukaan tertutup sama dengan nol karena tidak adanya sumber medan berupa muatan magnetik.
Dari persamaan 3 Maxwell (Hukum faraday-Lenz) menyatakan ggl induksi yang timbul pad suatu rangkain sebanding dengan perubahan fluks magnet yang menembus rangkaian tersebut terhadap waktu, sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa medan listrik dapat timbul karena adanya perubahan pada medan magnet, dimana medan magnet ini berubah terhadap waktu.
Dari persamaan 4 Maxwell (Hukum Ampere) menyatakan jumlah garis gaya medan magnet yang menembus lintasan tertutup sebanding dengan jumlah arus yang dilingkupinya.
Hal ini menjelaskan bahwa medan magnet dapat timbul karena perubahan medan listrik. Dimana interaksi antara kedua medan ini akan menghasilkan gelombang elektromagnetik yang dapat merambat di ruang vakum (tanpa sumber muatan) maupun dalam suatu bahan.

IV.SOAL UJI KOMPETENSI DAN KUNCI JAWABAN

1. Sifat-sifat berikut

(1) berasal dari perubahan medan listrik dan medan magnet secara periodik

(2) memerlukan medium untuk merambat

(3) memiliki kecepatan rambat 3 × 108 m/s di ruang hampa

(4) merupakan gelombang longitudinal

yang merupakan sifat-sifat gelombang elektromagnetik

adalah ….

a. (1), (2), dan (3)                                                                     d. (4)

b. (1) dan (3)                                                                            e. (1), (2), (3), (4)

c. (2) dan (4)

2. Gelombang elektromagnetik yang dapat dihasilkan oleh tumbukan antara elektron dan anode dalam

tabung sinar katode adalah ….

a. sinar-X                                                                                 d. sinar inframerah

b. sinar ultraviolet                                                                    e. sinar tampak

c. sinar gamma

3. Pernyataan berikut ini yang sesuai dengan Hipotesis Maxwell adalah ....

a. gelombang elektromagnetik adalah bagian dari cahaya

b. gelombang elektromagnetik adalah gelombang transversal

c. gelombang elektromagnetik adalah gelombang longitudinal

d. gelombang elektromagnetik dapat dipolarisasikan

e. gelombang elektromagnetik memiliki medan

listrik dan medan magnet

4. Kelompok warna cahaya berikut ini yang panjang

gelombangnya makin kecil secara berurutan adalah ....

a. biru-hijau-kuning-merah                                                    d. merah-kuning-hijau-biru

b. biru- kuning-hijau-merah                                       e. merah-hijau-kuning-biru

c. merah-biru-hijau-kuning

5. Pernyataan tentang gelombang radio berikut ini yang tidak benar adalah ....

a. merupakan gelombang transversal

b. kecepatan di ruang hampa = 3 × 108 m/s

c. frekuensinya lebih rendah daripada frekuensi gelombang mikro

d. panjang gelombangnya lebih kecil daripada inframerah

e. dipantulkan oleh lapisan ionosfer

6. Pernyataan tentang sinar-X yang benar adalah ....

a. panjang gelombangnya lebih pendek daripada ultraviolet

b. daya tembusnya sangat rendah

c. frekuensinya lebih kecil daripada cahaya tampak

d. tidak dapat dipolarisasikan

e. tidak dapat dibiaskan

7. Sinar gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi terbesar adalah ....

a. sinar γ                                                                                  d. sinar β

b. sinar inframerah                                                                  e. sinar ultraviolet

c. sinar α

8. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang ....

a. gelombang longitudinal                                                        d. gelombang bunyi

b. gelombang transversal                                                         e. gelombang tekan

c. gelombang suara

9. Gelombang elektromagnetik tidak dipengaruhi oleh medan magnetik maupun medan listrik, hal ini

disebabkan gelombang elektromagnetik ....

a. memiliki kecepatan tinggi                                                    d. tidak bermassa dan tidak bermuatan listrik

b. tidak bermassa                                                                     e. memiliki frekuensi yang tinggi

c. tidak bermuatan listrik

10. Peristiwa bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang arah getar dan arah rambatnya saling tegak lurus adalah ....

a. refraksi                                                                                d. interferensi

b. refleksi                                                                                 e. Difraksi

c. polarisasi

Kunci Jawaban : B,A,E,D,D,A,A,B,C,C.