Gelombang Elektromagnetik
Definisi
Gelombang Elektromagnetik
Orang yang pertama kali menguji hipotesis Maxwall mengenai
gelombang elektromagnetik adalah Heinrich Hertz, pada tahun 1887 (Foster,
2004). Percobaan-percobaan yang dilakukan oleh Hertz memberikan definisi
gelombang elektromagnetik. Supriyono (2006) menyatakan bahwa “gelombang
elektromagnetik terdiri atas medan magnetik dan medan listrik yang berubah
secara periodik dan serempak, dengan arah getar tegak lurus satu sama lain, dan
masing-masing medan tegak lurus arah rambat gelombang”.
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:
a. Dapat merambat dalam ruang hampa,
b. Merupakan gelombang transversal,
c. Dapat mengalami polarisasi,
d. Dapat mengalami pemantulan
(refleksi),
e. Dapat mengalami pembiasan
(refraksi),
f. Dapat mengalami interferensi,
g. Dapat mengalami lenturan atau
hamburan (difraksi),
h.
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 (Supriyono, 2006).
Foster
(2004) menyatakan bahwa panjang gelombang cahaya tampak mempunyai rentangan
antara 400 nm hingga 750 nm. Anonim (2009) menyatakan bahwa frekuensi cahaya
tampak dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :
c = f x λ
Keterangan:
c
= laju cahaya (3 x 108),
f
= frekuensi gelombang (Hz),
λ
= panjang gelombang (m).
Berdasarkan
persamaan tersebut, kita dapat menentukan frekuensi cahaya tampak bernilai
antara 4 x 1014 Hz hingga 7,5 x 1014 Hz.
Definisi Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Spektrum gelombang elektromagnetik adalah susunan semua
bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan
frekuensinya. Frekuensi terendah atau panjang gelombang terbesar adalah
gelombang radio dan frekuensi tertinggi atau gelombang terkecil adalah sinar
gamma.
Macam-Macam Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik terdiri atas bermacam-macam
gelombang yang berbeda frekuensi dan panjang gelombang. Tetapi, kecepatannya di
ruang hampa adalah sama (Foster, 2004). Urutan spektrum gelombang
elektromagnetik diurutkan mulai dari frekuensi terkecil hingga frekuensi
terbesar adalah a) gelombang radio, b) gelombang televisi, c) gelombang mokro
(radar), d) sinar inframerah, e) sinar tampak, f ) sinar ultraviolet, g)
sinar-X, dan h) sinar gamma.
a. Gelombang
Radio
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. Anonim (2009a) menyatakan bahwa 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).
Foster (2004) menyatakan “modulasi frekuensi sebagai pembawa
informasi lebih unggul dibandingkan dengan modulasi amplitudo (AM) sebab pada
pemancar AM akan terdengar daru akibat adanya peristiwa-peristiwa kelistrikan
dan kemagnetan di udara yang dapat mengganggu amplitudo gelombang”.
b. 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 (Foster, 2004).
c.
Gelombang Mikro
Supriyono, (2006) menyatakan bahwa 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.
d. Inframerah
Supriyono, (2006) menyatakan bahwa 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. Lala (2008) menyatakan sinar infra merah dihasilkan
oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda dipanaskan.
Jadi, setiap benda panas memancarka sinar inframerah dengan sinar yang
dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.
e. Cahaya
Tampak
Cahaya tampak merupakan spektrum gelombang elektromagnetik
yang dapat dilihat oleh mata manusia. Supriyono (2006) menyatakan bahwa 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.
i.
Sinar Ultraviolet
Matahari merupakan sinar ultraviolet yang memiliki radiasi
ultraviolet yang tinggi. Supriyono (2006) menyatakan bahwa 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.
j.
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 (Anonim, 2009c). Anonim (2009b) menyatakan bahwa
“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”. Supriyono (2006) menyimpulkan bahwa 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.
h.
Sinar Gamma
Sinar gamma memiliki pajang gelombang 10-10 meter
sampai 10-12 meter dengan frekuensi 1018 hingga 1020
(Supriyono, 2006). 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.
Peranan Gelombang Elektromagnetik dalam Kehidupan
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
televise, 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. Taufik (2009) menyebutkan bahwa 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.
Supriyono (2006) menyatakan bahwa 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 mokro 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. Merry (2009) menyatakan
bahwa “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. Lala (2008) menyatakan bahwa 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. Foster (2004) menyatakan bahwa 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 (Supriyono,
2006). Foster (2004) menyatakan sinar ultraviolet juga dapat digunakan untuk
mengetahui unsure-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
(Foster, 2004). 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 (Anonim,
2009b).
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, Supriyono (2006)
menyatakan bahwa 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.
Foster (2009) menyatakan bahwa Ground Penetrating Radar
merupakan metode geofisika dengan menggunakan teknik elektromagnetik yang
dirancang untuk mendeteksi objek yang terkubur didalam tanah dan mengevaluasi
kedalam objek tersebut.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar