Gelombang Elektromagnetik

Gelombang Elektromagnetik Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat. Gelombang radio dan Sinar X atau Rontgen merupakan salah satu contoh gelombang elektromagnetik. Manfaat gelombang elektromagnetik sangat banyak diantaranya sebagai media komunikasi dan dimanfaatkan dalam bidang kesehatan seperti sinar X tersebut. Teori Gelombang Elektromagnetik Faraday menemukan bahwa perubahan medan magnet dapat menghasilkan gaya gerak listrik terinduksi atau medan listrik. Maxwell berpendapat bahwa perubahan medan listrik akan menimbulkan medan magnet. Perubahan medan magnet dijelaskan pada gambar berikut.

Perubahan medan magnet yang dapat menghasilkan gelombang elektromagnetik Perubahan magnet listrik dan medan magnet ditimbulkan dengan cara dua bola isolator bermuatan positif dan negatif digetarkan sehingga jaraknya berubah-ubah sesuai dengan frekuensi getaran tersebut. Perubahan medan magnet tersebut juga menimbulkan medan listrik. Timbulnya medan listrik ini ditandai dengan dipancarkannya gelombang elektromagnetik. Pada gambar dibawah ditunjukkan perubahan medan listrik dan medan magnet yang menimbulkan adanya gelombang elektromagnetik.

Perambatan gelombang elektromagnetik yang tegak lurus arah medan listrik dan magnet Dari gambar diatas dijelaskan bahwa arah medan magnet selalu saling tegak lurus terhadap arah medan listrik, sedang arah rambat gelombang elektromagnetik selalu tegak lurus baik terhadap medan listrik mampu terhadap medan magnet sehingga gelombang elektromagnetik ini termasuk gelombang transversal. Kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik ini ditentukan oleh mediumnya yaitu :

dengan: μo = permeabilitas ruang hampa, εo = permitivitas ruang hampa, c = laju perambatan gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa. Sebagai contoh perhitungan kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik ini diperoleh dengan memasukkan nilai μo = 4 x 10-7 Wb/Am (tetapan yang sering muncul pada hukum Gauss) dan nilai εo = 8,85 x 10-12 C/Nm2 (tetapan yang sering muncul pada hukum Biot-Savart dan hukum Ampere) ke persamaan diatas sehingga diperoleh nilai: c = 2,998 x 108 m/s atau sering didekati dengan 3 x 108 m/s. Nilai kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik ini ternyata sama dengan nilai kecepatan perambatan cahaya dalam ruang hampa, dan menerka dengan benar bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Percobaan Gelombang Elektromagnetik Sampai akhir hayatnya ternyata Maxwell belum bisa membuktikan hipotesa tentang teori gelombang elektromagnetiknya. Pada tahun 1887, Heinrich Hertz ilmuwan fisika yang pertama kali menguji hipotesa Maxwell ini dengan kumparan Ruhmkorf seperti ditunjuk-kan pada gambar berikut.

Kumparan Ruhmkorf untuk membangkitkan dan mendeteksi gelombang elektromagnetik Jika sakelar S digetarkan maka kumparan Ruhmkorf akan menginduksikan pulsa tegangan pada kedua elektrode bola di sisi A sehingga terjadi percikan api karena adanya pelepasan muatan. Percikan bunga api di sisi A diikuti percikan bunga api pada kedua elektrode bola di sisi B. Berdasarkan pengamatan ini, disimpulkan terjadi pengiriman tenaga gelombang elektromagnetik dari sisi A (loop pengirim) ke sisi B (loop penerima).

Dalam percobaan-percobaan selanjutnya, Hertz berhasil mengukur bagian gelombang elektromagnetik yang lain, seperti gelombang elektromagnetik frekuensi radio dengan nilai frekuensi 100 MHz. Dengan nilai kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik ini seperti yang diramalkan oleh Maxwell. Sifat-sifat cahaya seperti pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi dan polarisasi telah dibuktikan oleh Hertz terjadi juga pada gelombang elektromagnetik. Untuk menghargai jasa-jasa Hertz maka nama Hertz dipakai sebagai satuan frekuensi dalam sistem SI. Berdasarkan pada uraian di atas, dapat disimpulkan beberapa sifat gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut: 

Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi pada saat yang bersamaan. Arah medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus.



Kuat medan listrik dan magnet besarnya berbanding lurus satu dengan yang lain, yaitu menurut hubungan E = c.B.



Arah perambatan gelombang elektromagnetik selalu tegak lurus arah medan listrik dan medan magnet.



Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa.



Gelombang elektromagnetik merambat dengan laju yang hanya bergantung pada sifatsifat listrik dan magnet medium.



Laju rambat gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa merupakan tetapan umum dan nilainya c = 3 x 108 m/s.



Gelombang elektromagnetik adalah berupa gelombang transversal.



Gelombang elektromagnetik dapat mengalami proses pemantulan, pembiasan, polarisasi, interferensi, dan difraksi (lenturan).



Gelombang elektromagnetik merambat dalam arah garis lurus.



Gelombang elektromagnetik tidak disimpangkan oleh medan listrik maupun medan magnet karena tidak bermuatan listrik.

Spektrum Gelombang Elektromagnet

Gelombang elektromagnet terdiri atas bermacam-macam gelombang yang frekuensi dan panjang gelombangnya berbeda, tetapi semua gelombang-gelombang penyusun ini mempunyai kecepatan rambat yang sama yaitu : c = 3 x 108 m/s. Hubungan antara frekuensi gelombang f atau u, panjang gelombang λ dan kecepatan perambatan c adalah sebagai berikut : c=f.λ Spektrum gelombang elektromagnetik diurutkan mulai panjang gelombang paling pendek sampai paling panjang adalah sebagai berikut : 

Sinar gamma (γ)



Sinar (rontgen)



Sinar ultra violet (UV)



Sinar tampak (cahaya tampak)



Sinar infra merah (IR)



Gelombang radar (gelombang mikro)



Gelombang televisi



Gelombang radio

Spektrum gelombang elektromagnetik ditunjukkan pada gambar berikut.

Spektrum gelombang elektromagnetik Energi Gelombang Elektromagnetik Kalau kita berada di tepi pantai, kita melihat ombak air laut menghantam karang di pantai dan mendengar deburan ombak. Kita mengetahui bagaimana bencana alam, tsunami (gelombang air

laut) merobohkan bangunan-bangunan yang diterjangnya. Kita kena cahaya matahari, kita merasakan kepanasan artinya kita menerima energi panas. Hal ini menunjukkan bahwa gelombang laut membawa energi. Bagaimana halnya dengan gelombang elektromagnetik ini? Gelombang elektromagnetik ini juga membawa energi yaitu dalam bentuk medan listrik dan medan magnet, seperti ditunjukkan pada gambar perambatan gelombang elektromagnetik diatas. Kita tinjau suatu gelombang elektromagnetik yang menjalar ke arah sumbu x maka medan listrik dan medan magnet sesaatnya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. E = Em sin (kx – ωt) B = Bm sin (kx – ωt) dengan: Em = amplitudo medan listrik, Bm = amplitudo medan magnet, k = tetapan angka gelombang, ω = frekuensi sudut, ω = 2 πf Maxwell berhasil menemukan hubungan antara amplitudo medan listrik dan amplitudo medan magnet yaitu:

dengan: c = laju perambatan gelombang elektromagnetik di ruang hampa. (c = 3 x 108 m/s). Perbandingan antara amplitudo medan listrik dengan amplitudo medan magnetik dari suatu gelombang elektromagnetik selalu sama dengan laju perambatan cahaya dalam ruang hampa. Soal latihan gelombang elektromagnetik Nomor 1 Yang termasuk gelombang elektromagnetik adalah... A.Dapat didefraksikan tetapi tidak dapat dipolarisasikan B.Dapat dipolarisasikan tetapi tidak dapat berinterferensi C.Dapat berinterferensi dan difraksi D.Dapat dibelokkan dalam medan magnet maupun medan listrik

E.Memerlukan medium dalam perambatannya Nomor 2 Yang bukan merupakan sifat gelombang elektromagnetik adalah... A.Memerlukan medium B.Tidak menyimpang dalam medan magnet C.Arah getarannya tegak lurus arah rambatan D.Dapat dipantulkan dan dibiaskan E.Dapat menunjukkan gejala polarisasi Nomor 3 Urutan spektrum gelombang elektromagnetik mulai dari frekuensi terbesar adalah... A.Inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar X B.Sinar gamma, sinar X, ultraviolet, inframerah C.Gelombang mikro, inframerah, ultraviolet, sinar tampak D.Gelombang TV, ultraviolet, sinar gamma, sinar X E.Ultraviolet, sinar X, sinar gamma, inframerah

Contoh penerapan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari : 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. 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.

3.

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. Benda yang memiliki temperatur yang lebih relatif terhadap lingkungannya akan meradiasikan sinar inframerah, termasuk dari dalam tubuh manusia. -Untuk terapi fisik, menyembuhkan penyakit cacar dan encok (physical therapy) -Untuk fotografi pemetaan sumber daya alam, mendeteksi tanaman yang tumbuh di bumi dengan detail -Untuk fotografi diagnosa penyakit -Digunakan pada remote control berbagai peralatan elektronik, alarm pencuri -Mengeringkan cat kendaraan dengan cepat pada industri otomotif -Pada bidang militer,dibuat teleskop inframerah yang digunakan melihat di tempat yang gelap atau berkabut. -Sinar infra merah dibidang militer dimanfaatkan satelit untuk memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau awan.

4.

Ultraviolet Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat membunuh kuman-kuman penyakit kulit. -Untuk proses fotosintesis pada tumbuhan -Membantu pembentukan vitamin D pada tubuh manusia -Dengan peralatan khusus dapat digunakan untuk membunuh kuman penyakit, menyucihamakan ruangan operasi rumah sakit berikut instrumen-instrumen pembedahan -Untuk memeriksa keaslian tanda tangan di bank-bank

5.

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. -Dimanfaatkan di bidang kesehatan kedokteran untuk memotret organ-organ dalam tubuh (tulang), jantung, paru-paru, melihat organ dalam tanpa pembedahan, foto Rontgen -Untuk analisa struktur bahan / kristal -Mendeteksi keretakan / cacat pada logam -Memeriksa barang-barang di bandara udara / pelabuhan

6.

Gelombang Mikro Gelombang mikro dihasilkan oleh rangkaian elektronik yang disebut osilator. Frekuensi gelombang mikro sekitar 1010 Hz. Gelombang mikro disebut juga sebagai gelombang radio super high frequency. -Untuk pemanas microwave -Untuk komunikasi RADAR (Radio Detection and Ranging) -Untuk menganalisa struktur atomik dan molekul -Dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut -Digunakan pada rangkaian Televisi