Gelombang Elektromagnetik

              I.      PENDAHULUAN

Kemajuan teknologi saat ini semakin meningkat berikut dalam penggunaan gelombang elekromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.

Seperti apakah gelombang elektromagnetik, apa contoh gelombang elektromagnetik itu?
Gelombang elektromagnetik sebenarnya selalu ada disekitar kita, salah satu contohnya adalah sinar matahari, gelombang ini tidak memerlukan medium perantara dalam perambatannya. Contoh lain adalah gelombang radio. Tetapi spektrum gelombang elektromagnetik masih terdiri dari berbagai jenis gelombang lainnya, yang dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Untuk itu disini kita akan mempelajari tentang rentang spektrum gelombang elektromagnetik, karakteristik khusus masing-masing gelombang elektromagnetik di dalam spectrum dan contoh dan penerapan masing-masing gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.

            II.      KAJIAN PUSTAKA

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat  walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude, kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.

Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbedabeda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik.

Ciri-ciri gelombang elektromagnetik :
Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:

1.      Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.

2.      Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

3.      Dari ciri no 2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.

4.      Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa polarisasi karena termasuk gelombang transversal.

5.      Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.

Cahaya yang tampak oleh mata bukan semata jenis yang memungkinkan radiasi elektromagnetik. Pendapat James Clerk Maxwell menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik lain, berbeda dengan cahaya yang tampak oleh mata dalam dia punya panjang gelombang dan frekuensi, bisa saja ada. Kesimpulan teoritis ini secara mengagumkan diperkuat oleh Heinrich Hertz, yang sanggup menghasilkan dan menemui kedua gelombang yang tampak oleh mata yang diramalkan oleh Maxwell itu. Beberapa tahun kemudian Guglielmo Marconi memperagakan bahwa gelombang yang tak terlihat mata itu dapat digunakan buat komunikasi tanpa kawat sehingga menjelmalah apa yang namanya radio itu. Kini, kita gunakan juga buat televisi, sinar X, sinar gamma, sinar infra, sinar ultraviolet adalah contoh-contoh dari radiasi elektromagnetik. Semuanya bisa dipelajari lewat hasil pemikiran Maxwell.

 SUMBER GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

1. Osilasi listrik.
2. Sinar matahari ® menghasilkan sinar infra merah.
3. Lampu merkuri ® menghasilkan ultra violet.
4. Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam ® menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen).

Inti atom yang tidak stabil  menghasilkan sinar gamma.

SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar spectrum elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan _m) mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray.

Contoh spektrum elektromagnetik

Gelombang Radio

Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula. Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi bunyi.

  

Gelombang mikro

Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis.

Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat glombang elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan.

Sinar Inframerah

Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. jika kamu memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah.
Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda. 

Cahaya tampak

Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya salah satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

Sinar ultraviolet 

Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombagn 10-8 m 10-7 m. gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet dipermukaan bumi,lapisan ozon yang ada dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan makluk hidup di bumi.

Sinar X 

Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz . panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm sampai 10 cm. meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm.    

Sinar Gamma

Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz atau panjang gelombang antara 10 cm sampai 10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh. 

Contoh penerapan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari :

1.  
1. Radio

Radio energi adalah bentuk level energi elektromagnetik terendah, dengan kisaran panjang gelombang dari ribuan kilometer sampai kurang dari satu meter. Penggunaan paling banyak adalah komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Radar berguna untuk mempelajari pola cuaca, badai, membuat peta 3D permukaan bumi, mengukur curah hujan, pergerakan es di daerah kutub dan memonitor lingkungan. Panjang gelombang radar berkisar antara 0.8 – 100 cm.

1.  
1. Microwave

Panjang gelombang radiasi microwave berkisar antara 0.3 – 300 cm. Penggunaannya terutama dalam bidang komunikasi dan pengiriman informasi melalui ruang terbuka, memasak, dan sistem PJ aktif. Pada sistem PJ aktif, pulsa microwave ditembakkan kepada sebuah target dan refleksinya diukur untuk mempelajari karakteristik target. Sebagai contoh aplikasi adalah Tropical Rainfall Measuring Mission’s (TRMM) Microwave Imager (TMI), yang mengukur radiasi microwave yang dipancarkan dari Spektrum elektromagnetik Energi elektromagnetik atmosfer bumi untuk mengukur penguapan, kandungan air di awan dan intensitas hujan.

1.  
1. Infrared

Kondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan menyelidiki pancaran inframerah dari tubuh. Foto inframerah khusus disebut termogram digunakan untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi dan kanker. Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm pencuri. Seorang pencuri tanpa sepengetahuannya akan menghalangi sinar dan menyembunyikan alarm. Remote control berkomunikasi dengan TV melalui radiasi sinar inframerah yang dihasilkan oleh LED ( Light Emiting Diode ) yang terdapat dalam unit, sehingga kita dapat menyalakan TV dari jarak jauh dengan menggunakan remote control.

d.      Ultraviolet

Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat membunuh kuman-kuman penyakit kulit.

e.      Sinar X

Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk memotret kedudukan tulang dalam badan terutama untuk menentukan tulang yang patah. Akan tetapi penggunaan sinar X harus hati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat rusak akibat penggunaan sinar X yang terlalu lama.

   

          III.      KESIMPULAN

Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa begitu besar peranan gelombang elektromagnetik yang bermanfaat dalam kehidupan kita sehari-hari, tanpa kita sadari keberadaannya.

Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan :

    * Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz

    * Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1µeV/GHz

    * Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 µeVm

Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (? = 0,5 mm). Istilah “spektrum optik” juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 – 700 nm)[1].

Dan beberapa contoh spektrum elektromagnetik seperti :

Radar

(Radio Detection And Ranging),digunakan sebagai pemancar dan penerima gelombang.

Infra Merah

Dihasilkan dari getaran atom dalam bahan dan dimanfaatkan untuk mempelajari struktur molekul

Sinar tampak

mempunyai panjang gelombang 3990 Aº – 7800 Aº.

Ultra ungu

dimanfaatkan untuk pengenalan unsur suatu bahan dengan teknik spektroskopi.

Gelombang Elektromagnetik

A.    SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Penemuan Gelombang Elektromagnetik

-Thomas Young (1773-1829)

Ilmuwan Inggris, pada tahun 1804, ia berhasil mendemonstrasikan interferensi cahaya, yaitu fenomena di mana dua sumber cahaya koheren yang dihasilkan oleh celah ganda membentuk pita terang dan pita gelap secara bergantian pada layar.

-Augustin Fresnel (1788-1827)

Ilmuwan Perancis, berjasa dalam memberikan teori matematika tentang interferensi dan difraksi cahaya.

-James Clerk Maxwell (1831-1879)

Ilmuwan Skotlandia, yang mengajukan teori gelombang elektromagnetik.

Hipotesisnya : cahaya adalah suatu gelombang elektromagnetik.

Cepat rambat gelombang elektromagnetik

c = cepat rambat gelombang elektromagnetik (m/s) = 3,0 × 10⁸ m s^-1

µₒ = permeabilitas vakum = 4π × 10^-7 Wb A^-1 m^-1

εₒ = permitivitas vakum = 8,85418 × 10^-12 C² N^-1 m^-2

-Heinrich Hertz (1857-1894)

Fisikawan Jerman, pada tahun 1888 berhasil membuktikan hipotesis Maxwell secara eksperimen.

                                                                        

 Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Semua gelombang elektromagnetik merambat dalam vakum dengan cepat rambat sama, yaitu:                                     c = 3 × 10⁸ m/s

Kemudian, untuk semua gelombang elektromagnetik yang merambat dalam vakum,

Persamaan dasar gelombang elektromagnetik

c = λf

λ = panjang gelombang (m)

f = frekuensi gelombang (Hz)

B.     KARAKTERISTIK DAN PENERAPAN TIAP GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

1.      Gelombang Radio

Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka frekuensinya rendah atau sebaliknya.

Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar dan dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. 

Lebar frekuensi	Panjang gelombang tertentu	Beberapa penggunaan
Low (LF) 30 kHz – 300 kHz	Long wave 1500 m	Radio gelombang panjang dan komunikasi melalui jarak jauh
Medium (MF) 300 kHz – 3 MHz	Medium wave 300 m	Gelombang medium lokal dan jarak jauh
High (HF) 3 MHz – 30 MHz	Short wave 30 m	Radio gelombang pendek dan komunikasi, radio amatir, dan CB
Very high (VHF) 30 MHz – 300 MHz	Very short wave 3 m	Radio FM, polisi, dan pelayanan darurat
Ultrahigh (UHF) 300 MHz – 3 GHz	Ultra short wave 30 cm	TV (jalur 4, 5)
Super high (SHF) Di atas 3 GHz	Microwaves 3 cm	Radar, komunikasi satelit, telepon, dan saluran TV

·   Gelombang medium, digunakan sebagai alat komunikasi, mudah dipantulkan oleh ionosfer sehingga pemancar dapat mencapai tempat jauh. Informasi bunyi yang dibawa adalah dalam bentuk perubahan amplitudo atau modulasi amplitudo.

·   Gelombang televisi (UHF) dan radio (VHF) tidak dipantulkan oleh ionosfer, tapi menembusnya sehingga luas daerah jangkauannya sempit, dan digunakan sebagai alat komunikasi dengan satelit-satelit.

·   Jika yang diproses dalam modulator adalah amplitudo dari getaran-getaran pembawa dan getaran listrik suara, gelombang radio yang dihasilkan disebut gelombang AM (Amplitude Modulation). Amplitudo berubah-ubah, frekuensi tetap. Gelombang AM dapat mencapai tempat yang jauh.

·   Jika yang diproses dalam modulator adalah frekuensi dari getaran-getaran gelombang pembawa dan getaran listrik suara, gelombang radio yang dihasilkan disebut gelombang FM (Frequency Modulation). Frekuensi berubah-ubah, amplitudo tetap. Gelombang FM dapat menghasilkan suara musik yang lebih merdu (bebas dari interfensi listrik).

·   Gelombang mikro (microwaves) => gelombang radio dengan frekuensi tertinggi (SHF). Co: microwave oven, RADAR, closed-circuit television.

RADAR ( Radio Detection and Ranging )

s                         = jarak benda yang ditangkap radar

c                        = cepat rambat gelombang elektromagnetik

∆t                      = selang waktu antara pemancaran dan penerimaan

2.      Sinar Inframerah

·   Adalah sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah.

·   Dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda dipanaskan.

·   Frekuensi 10¹¹ Hz – 10¹⁴ Hz, panjang gelombang 10^-6 m – 10^-3 m

·   Pemanfaatan: menyembuhkan cacar dan encok, remote control, alarm pencuri

·   Pemanfaatan dengan deteksi inframerah: satelit pengamat sumber Bumi, termogram,, pemanas listrik rumah tangga (pemantulan inframerah)

3.      Cahaya Tampak

·   Bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi (dikenal) mata manusia.

·   Panjang gelombang cahaya bervariasi, 4 × 10^-7 m (violet/ungu) – 7 × 10^-7 m (merah)

·   Co: penggunaan cahaya (sinar laser) dalam serat optic pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

4.      Sinar Ultraviolet

·   Frekuensi 10¹⁵ Hz – 10¹⁶ Hz, panjang gelombang 10^-8 m – 10^-7 m.

·   Dihasilkan oleh atom dalam molekul nyala listrik.

·   Kegunaan: merangsang badan untuk menghasilkan vitamin D (dari matahari), membunuh bakteri dan virus, menyucihamakan ruangan operasi dan instrumen-instrumen pembedahan.

5.      Sinar-X

·   Frekuensi 10¹⁶ Hz – 10²⁰ Hz, panjang gelombang 10^-10 m – 10^-6 m.

·   Daya tembus kuat, makin tinggi frekuensi makin kuat daya tembusnya

·   Ditemukan oleh Wilhelm K. Rontgen pada November 1895

·   Dihasilkan oleh elektron-elektron yang terletak di dalam kulit elektron atom, sumber lainnya adalah pancaran yang keluar karena elektron dengan kecepatan tinggi ditumbukkan pada logam.

·   Penggunaan: memotret kedudukan tulang-tulang dalam badan, analisis struktur bahan, menyingkap cacat dan retak tersembunyi dari bagian-bagian logam (industri)

6.      Sinar Gamma

·   Frekuensi 10²⁰ Hz – 10²⁵ Hz, panjang gelombang 10^-15 m – 10^-10 m

·   Daya tembus sangat besar

·   Penggunaan: membunuh sel kanker, menyeterilkan peralatan rumah sakit, memeriksa cacat-cacat pada logam.