GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Gelombang Elektromagnetik

A.    Jenis – Jenis Gelombang Elektomagnetik

Gelombang elektromagnetik terdiri atas bermacam-macam gelombang yang berbeda frekuensi dan panjang gelombang. Tetapi, kecepatannya di ruang hampa adalah sama. Urutan spektrum gelombang elektromagnetik diurutkan mulai dari frekuensi terkecil hingga frekuensi terbesar. Berikut adalah penjelasan dari masing-masing jenis gelombang elektromagnetik.

       1.      Gelombang Radio

Gelombang radio merupakan bagian spektrum elektromagnetik yang memiliki frekuensi paling rendah atau panjang gelombang paling panjang. Panjang gelombang radio frekuensi terentang dari beberapa kilometer sampai 0,3 meter. Frekuensi gelombang radio terentang sekitar beberapa hertz dan energi foton bergerak dari sekitar 0 sampai 10 eV. Berdasarkan lebar frekuensinya, gelombang radio dibedakan menjadi Low Frequency (LF), Medium Frequency (MF), High Frequency (HF), Very High Frequency (VHG), Ultra High Frequency (UHF), dan Super High Frequency (SHF).

Modulasi frekuensi sebagai pembawa informasi lebih unggul dibandingkan dengan modulasi amplitudo (AM) sebab pada pemancar AM akan terdengar dari akibat adanya peristiwa-peristiwa kelistrikan dan kemagnetan di udara yang dapat mengganggu amplitudo gelombang.

        2.      Gelombang Televisi

Frekuensi gelombang televisi sedikit lebih tinggi dari gelombang radio. Gelombang ini merambat lurus dan tidak dapat dipantulkan oleh lapisan-lapisan atmosfer bumi sehingga untuk menangkap siaran televisi, diperlukan sebuah stasiun penghubung, misalnya stasiun Jakarta, maka di wilayah Bandung diperlukan sebuah stasiun penghubung yang terletak di puncak gunung Tangkuban Perahu sedangkan untuk Indonesia bagian timur memerlukan stasiun penghubung berupa satelit.

         3.      Gelombang Mikro

Panjang gelombang mikro terentang dari 0,3 meter hingga 0,001 meter dengan frekuensi terentang dari 10⁹ hertz hingga 3 x 10¹¹ hertz. Daerah gelombang mikro ditandai sebagai UHF yang berarti frekuensi ultra tinggi relatife terhadap frekuensi radio. Gelombang ini dihasilkan oleh peralatan elektronik khusus, misalnya dalam tabung klystron.

         4.      Inframerah

Panjang gelombang inframerah terentang dari 10^-3 meter sampai 7,8 x 10^-7 meter dengan rentang frekuensi inframereh dari 3 x 10¹¹ hertz sampai 4 x 10¹⁴ hertz. Sinar infra merah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda dipanaskan. Jadi, setiap benda panas memancarkan sinar inframerah dengan sinar yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.

         5.      Cahaya Tampak

Cahaya tampak merupakan spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya terentang dari 7,8 x 10^-7 meter (warna merah) sampai 3,8 x 10^-7 meter (warna ungu) dengan frekuensi cahaya dari 4 x 10¹⁴ hertz sampai 8 x 10¹⁴ hertz. Cahaya ini dihasilkan oleh atom dan molekul yang diakibatkan kerena adanya perubahan internal gerakan elektron.

          6.      Sinar Ultraviolet

Matahari merupakan sinar ultraviolet yang memiliki radiasi ultraviolet yang tinggi. Panjang gelombang sinar ultraviolet terentang dari 3,8 x 10^-7 meter hingga 6 x 10^-10 meter dengan rentang frekuensi dari 8 x 10¹⁴ hertz sampai sekitar 3 x 10¹⁷ hertz. Sinar ultraviolet dihasilkan oleh atom dan molekul yang bermuatan listrik.

          7.      Sinar-X

Sinar-X memiliki panjang gelombang berkisar antara 10^-11 meter sampai 10^-9 meter dengan rentang frekuensi 10¹⁶ hertz hingga 10²⁰ hertz sehingga sinar ini memiliki daya tembus yang cukup kuat yang dapat menembus buku tebal, kayu tebal, dan bahkan pelat aliminium setebal 1 cm.  “sinar-X dihasilkan oleh elektron-elektron yang berada di bagian dalam kulit elektron atom, atau pancaran yang terjadi karena elektron dengan kelajuan besar menumbuk logam”.

Sinar-X memiliki sifat-sifat, yaitu:

a. merambat menurut lurus,

b. dapat menghitamkan pelat film,

c. dapat mengionkan gas karena memiliki energi tinggi,

d. dapat menembus logam tipis,

e. tidak dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet,

f. dipancarkan ketika sinar katode menumbuk logam,

g. dapat mengeluarkan elektron-elektron foto dari permukaan logam yang ditumbukkan.

         8.      Sinar Gamma

Sinar gamma memiliki pajang gelombang 10^-10 meter sampai 10^-12 meter dengan frekuensi 10¹⁸ hingga 10²⁰. Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi terbesar dan bentuk radioaktif yang dikeluarkan inti-inti atom tertentu. Gelombang ini memiliki energi yang besar yang dapat menembus logam dan beton.

B.     Sifat – Sifat Gelombang Elektromagnetik

Dari beberapa percobaan yang telah dilakukan, Hertz berhasil mengukur bahwa radiasi gelombang elektromagnetik frekuensi radio (100 MHz) yang dibangkitkan memiliki kecepatan rambat sesuai dengan nilai yang diramalkan oleh Maxwell. Di samping itu, eksperimen Hertz ini juga menunjukkan sifat-sifat gelombang dari cahaya, yaitu pemantuan, pembiasan, interferensi, difraksi, dan polarisasi. Dengan demikian, hipotesis Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik telah terbukti kebenarannya melalui eksperimen Hertz. Dari uraian ini, dapat ditulis sifat-sifat gelombang elektromagnetik yaitu:

        1.      Dapat merambat dalam ruang hampa,

        2.      Merupakan gelombang transversal,

        3.      Dapat mengalami polarisasi,

        4.      Dapat mengalami pemantulan (refleksi),

        5.      Dapat mengalami pembiasan (refraksi),

        6.      Dapat mengalami interferensi,

        7.      Dapat mengalami lenturan atau hamburan (difraksi),

       8.    Merambat dalam arah lurus.Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan Maxwell, kecepatan gelombang elektromagnetik diruang hampa adalah sebesar 3 x 10⁸ m/s yang nilainya sama dengan laju cahaya terukur.

C.    Penggunaan Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik banyak dimanfaatkan dalam kehidupan di muka bumi. Pemanfaatan itu ada dalam berbagai bidang, yaitu bidang kedokteran, bidang industri, bidang astronomi, bidang seni, dan bidang sains fisika. Banyak sekali keuntungan yang diperoleh dari pemanfaatan gelombang elektromagnetik ini. Tetapi, gelombang elektromagnetik ini juga dapat memberikan dampak negatif yang dapat mengganggu kehidupan di muka bumi.

Gelombang radio banyak dimanfaatkan oleh manusia dalam bidang komunikasi yaitu digunakan sebagai alat komunikasi dan pembawa informasi dari suatu tempat ke tempat yang lain. Salah satunya digunakan pada sistem siaran televisi, radio dan perangkat elektronik yang menghasilkan osilasi listrik.

Peranan elektronik dalam sarana komunikasi dapat memberikan dampak negatif. Hal ini terletak pada gelombang elektromagnetik yang dihasilkan. Gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh alat elektronik dapat menyebabkan cacat mental karena saraf otak kita terganggu oleh gelombang tersebut. Selain itu, jika ada yang menghubungi pada saat mengisi bensin maka daerah SPBU itu dapat menjadi berbahaya karena gelombang elektromagnetik tersebut dapat memicu ledakan dari SPBU. Oleh karena itu, kita harus berhati-hati bila berada di derah SPBU.

Gelombang yang dipancarkan dari stasiun radio pemancar dipantulkan oleh lapisan atmosfer bumi. Lapisan atmosfer tersebut mengandung pertikel-partikel bermuatan listrik, yaitu lapisan ionosfer sehingga dapat mencapai tempat-tempat di bumi yang jaraknya jauh dari pemancar. Gelombang radio dapat menembus lapisan ionosfer pada energi foton sekitar 10⁸ Hz. Gelombang yang membawa informasi diteruskan oleh lapisan ionosfer. Informasi yang berbentuk suara dibawa oleh gelombang pendukung sebagai perubahan frekuensi dan disebut sebagai modulasi frekuensi (FM).

Gelombang mikro digunakan dalam analisis struktur atom dan molekul serta digunakan pula pada radar (radio detecting and ranging). Gelombang mikro juga digunakan dalam komunikasi antarbenua dengan menggunakan bantuan satelit sehingga walaupun komunikasi jarak jauh yang terhalang oleh gunung pun dapat dilakukan. Posisi satelit harus diperhatikan karena posisi satelit mempengaruhi hubungan komunikasi seluruh dunia. “Microwave oven menggunakan gelombang mikro dalam band frekuensi ISM sekitar 2,45 GHz. Pemanasan dengan gelombang mikro mempunyai kelebihan yaitu pemanasan lebih merata karena bukan mentrasfer panas dari luar tetapi membangkitkan panas dari dalam bahan tersebut”.

Sinar inframerah tidak dapat dideteksi oleh mata telanjang tetapi masih dapat dirasakan karena energi panas yang dihasilkan. Setiap hari manusia bisa merasakan sinar inframerah yang berasal dari matahari yang sangat bermanfaat bagi tubuh manusia. 80% cahaya matahari adalah sinar inframerah karena panjang jangkauan gelombang sinar ini (4 sampai 1000 mikron).

Sinar inframerah banyak digunakan dalam bidang industri, bidang kesehatan atau kedokteran, astronomi, dan dalam mempelajari struktur molekul. Dalam bidang kedokteran sinar inframerah dapat digunakan untuk mengurangi rasa sakit pada rematik dan menghangatkan permukaan kulit. Sinar inframerah tidak banyak dihamburkan oleh partikel-pertikel sehingga dalam bidang astronomi dengan menggunakan pelat-pelat film yang peka terhadap sinar inframerah, pemotretan permukaan bumi oleh pesawat dari satelit dapat dilakukan. Sinar inframerah dapat digunakan untuk mempelajari struktur molekul dengan menggunakan alat spektroskop inframerah.

Cahaya tampak atau sinar tampak dapat membantu penglihatan mata kita. Dengan adanya sinar tampak, mata kita dapat melihat benda-benda di sekeliling kita dan dapat dibedakan macam-macam warnanya.

Sinar ultraviolet dapat digunakan untuk membunuh mikroorganisme, yaitu dengan radiasi ultraviolet yang diserap akan menghancurkan mikroorganisme seperti hasil reaksi karena ionosasi dan dissosiasi molekul. Sinar ini dapat mengubah molekul sterol dari provitamin D menjadi vitamin D yang berguna untuk pertumbuhan tubuh manusia. Sinar ultraviolet juga dapat digunakan untuk mengetahui unsur-unsur dalam dalam suatu bahan dengan teknik spektroskopi karena rentang frekuensi sinar ini antara 10¹⁵ hertz hingga 10¹⁶ hertz.

Selain memberikan keuntungan, sinar ultraviolet juga menyebabkan kerugian yang besar dalam kehidupan. Sinar ultraviolet yang terdapat di dalam matahari dapat diserap oleh lapisan ozon di atmosfer. Apabila lapisan ozon di atmosfer berlubang maka dapat meningkatkan sinar ultraviolet yang sampai ke permukaan bumi dan dapat merusak jaringan kulit pada manusia. Sinar ultraviolet membawa lebih banyak energi daripada gelombang cahaya lain. Karena inilah gelombang ultraviolet dapat masuk dan membakar kulit sehingga kulit manusia menjadi sensitif terhadap sinar ultraviolet matahari. Hal ini, dapat menimbulkan kanker pada kulit.

Sinar-X disebut juga sinar rontgen. Dalam bidang kedokteran sinar ini digunakan untuk memotret bagian tulang yang patah, batu ginjal, paru-paru, dan bagian tubuh lainnya. Di zaman modern ini, sinar rontgen digunakan dalam operasi pembedahan sehingga dokter dapat mengetahui bagian mana yang harus dibedah. Pada bidang industri sinar ini digunakan untuk menemukan cacat las dan bungkus logam karena sinar ini dapat dapat menembus logam. Pada bidang seni, sinar-X digunakan untuk melihat bagian dalam patung yang tidak terlihat dari luar. Pada bidang sains fisika, sinar-X digunakan untuk mempelajari pola-pola difraksi pada struktur atom suatu bahan sehingga dapat digunakan untuk menentukan struktur bahan tersebut.

Sinar gamma sangat berbahaya untuk manusia karena dapat membunuh sel hidup terutama sinar gamma dengan tingkat energi yang tinggi yang dilepaskan oleh reaksi nuklir seperti ledakan bom nuklir.

Ground Penetrating Radar merupakan metode geofisika dengan menggunakan teknik elektromagnetik yang dirancang untuk mendeteksi objek yang terkubur didalam tanah dan mengevaluasi kedalam objek tersebut.

D.    Rumus Gelombang Elektormagnetik

Berdasarkan perhitungan teoritis, maxwell menyimpulkan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik itu bergantung pada dua besaran, yaitu permitivitas listrik (ε) dan permeabilitas magnet (μ). Di ruang hampa dimana nilai permitivitas listrik ε_o dan permeabilitas magnet μ_o.

Cepat Rambat Gelombang Elektromagnetik memenuhi persamaan :

c=  1/√ℇoμo

 dimana

c = cepat rambat gelombang elektromagnetik 3 x 10⁸ m/s

μo = permeabilitas magnet = 4 π × 10^-7 WbA^-1m^-1

εo = permitivitas listrik = 8,85 × 10^-12  C²N^-1m^-2

        Berbicara tentang gelombang, selain cepat rambatnya, tentu ingat tentang frekuensi dan panjang gelombang. Hubungan antara cepat rambat (c), frekuensi (f), dan panjang gelombang ( λ) adalah :

c =  λf

Share this post