GEJALA ELEKTROMAGNETIK

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.

> 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).
5.    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, gambar spektrum elektromagnetik.
> Sifat dan Spektrum Gelombang ElektromagnetikSebagaimana gelombang mekanik, gelombang elektromagnetik juga memiliki sifat yang kurang lebih hampir sama. Adapun sifat dari gelombang elektromagnetik, antara lain, dapat merambat di ruang hampa, merupakan gelombang transversal, mengalami pemantulan (refleksi), mengalami pembiasan( refraksi), mengalami interferensi, mengalami lenturan (difraksi), dan arah rambatannya tidak ditentukan oleh medan listrik maupun medan magnet.Cahaya, gelombang radio, sinar-X, dan sinar gamma adalah contoh dari gelombang elektromagnetik. Berbagai jenis gelombang elektromagnetik tersebut hanya berbeda dalam frekuensi dan panjang gelombangnya. Hubungan kecepatan perambatan gelombang, frekuensi, dan panjang gelombang dinyatakan sebagai berikut.

Perbedaan interval/jarak panjang gelombang dan frekuensi gelombang yang disusun dalam bentuk tabel panjang gelombang dan frekuensi secara berurutan disebut spektrum gelombang elektromagnetik. Gelombang radio memiliki frekuensi terendah, sedangkan sinar gamma memiliki frekuensi tertinggi. Perhatikan Gambar berikut!

A.       Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Gejala-gejala kelistrikan dan kemagnetan erat hubungannya satu sama lain. Hal ini nampak pada gejala-gejala sebagai berikut.

1.      Hipotesis Maxwell

a.       Muatan medan listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya, yang besarnya diperlihatkan oleh hukum Coulomb

b.      Arus listrik atau muatan yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya yang besar dan arahnya ditunjukan oleh hukum Bio-Savart atau hukum Ampere

c.       Perubahan medan magnetik dapat menimbulkan GGL induksi yang dapat menghasilkan medan listrik dengan aturan yang diberikan oleh hukum Induksi Faraday.

Pada ketiga teori ini terdapat hubungan antara listrik dengan medan magnet. Muatan listrik yang diam menghasilkan medan magnet. Muatan listrik yang bergerak dapat menghasilkan medan magnetik. Perubahan medan magnetik akan menghasilkan medan listrik.

Gelombang elektromagnetik tersusun atas perambatan medan listrik E dan medan magnet B yang saling tegak lurus satu sama lain. Perhatikan gambar berikut.

Menurut Maxwell kecepatan merambat gelombang elektromagnetik bergantung dari listrik  kemagnetan dan kelistrikan medium atau tidak bergantung dari amplitudo getaran medannya.

Maxwell berhasil menunjukan bahwa cahaya tampak merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik dan juga berhasil memprediksi kelajuan cahaya denga menggunakan persamaan sebagai berikut :

Teori gelombang elektromagnetik Maxwell didukung oleh Heinrich Hertz yang berhasil membangkitkan dan mendeteksi adanya gelombang elektromagnetik dari sebuah percobaan dengan menggunakan listrik.

2.      Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Pada dasarnya radiasi gelombang elektromagnetik terdiri dari beberapa gelombang dengan frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda, tetapi mempunyai laju yang sama, yaitu kira-kira 3 x 10⁸ m/s. Gelombang-gelombang elektromagnetik dengan frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda tersebut disebut dengan “spektrum”, yang terdiri dari gelombang radio, gelombang televisi, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma. Rentang spektrum gelombang elaktromagnetik.

B.        Penggunaan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari

1.      Gelombang radio

Suatau rangkaian elektronika yang biasanya disebut dengan osilator dapat membangkitkan gelombang radio yang dapat dipancarkan dan diterima dengan menggunakan alat yang disebut antena. Gelombang radio dapat dibedakan berdasarkan rentang frekuensi dan panjang gelombang

Berdasarkan rentang frekuensi, gelombang radio dibedakan menjadi :

-          Frekuensi rendah (30 kHz - 300 kHz)

-          Frekuensi sedang (300 kHz - 3 MHz)

-          Frekuensi tinggi (3 MHz - 30 MHz )

-          Frekuensi sangat tinggi (30 MHz - 300 MHz)

-          Frekuensi ultra tinggi (300 MHz – 3 GHz)

-          Frekuensi super tinggi (lebih dari 3 GHz)

Sedangkan, berdasarkan panjang gelombangnya, gelombang radio dibedakan menjadi :

-          Gelombang panjang (1500 m)

-          Gelombang sedang (300 m)

-          Gelombang pendek (30 m)

-          Gelombang sangat pendek (3 m)

-          Gelombang ultra pendek (30 cm)

-          Gelombang mikro (3 cm)

Gelombang radio banyak dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, seperti komunikasi jarak jauh, radar, satelit komunikasi, dan telepon. Gelombang radio yang digunakan dalam komunikasi adalah gelombang sedang (frekuensinya sekitar 1 MHz).

Gelombang sedang dapat dipantulkan oleh lapisan atmosfer bumi yaitu pada lapisan ionosfer, sehingga informasi yang dibawa oleh gelombang medium dapat mencapai tempat-tempat yang jauh dari pemancar.

a.       Gelombang radio Amplitude Modulation (AM)

Pada sistem ini gelombang suara dipancarkan oleh gelombang radio, dengan gelombang radio mengalami perubahan amplitudo sesuai dengan amplitude suara, gelombang AM mempunyai frekuensi antara 10⁴ Hz sampai 10⁹ Hz.

Keuntungan radio AM adalah sebagai berikut :

1)      Sangat baik untuk membawa informasi berita

2)      Dapat menjaga seluruh tempat di permukaan bumi, hal ini disebabkan energi gelombang yang dipancarakan tidak mampu menembus lapisan ionosfer dan dipantulkan kembali ke perukaan bumi.

Kelemahannya : mudah di pengaruhi oleh gejala kelistrikan di udara, akibatnya terdengar suara brisik.

b.      Gelombang radio Frequency Modultion (FM)

Pada gelmbang FM, frekuensi gelombang radio mengalami gangguan pada rapatannya sesuai dengan amplitudo gelombang suara.

Keunggulan system FM antara laian sebagai berikut :

1)      Digunakan untuk komunikasi antarsatelit, karena mampu menembus lapsan ionosfer

2)      Kualitas suara lebih bagus, karena bebas dari gangguan kelistrikan

Kelemahannya : tidak dapat menjangkau tempat yang jauh, karena tidak dapat dipantulkan ionosfer bumi.

2.      Gelombang televisi

Pemancar televisi bekerja dengan menggunakan perubahan frekuensi dalam pengiriman informasi yang digabung denga sinyal audio (suara) audio (gambar). Frekuensi yang digunakan dibedakan atas Ultra High Frekuency (UHF) atau Very High Frekuency (VHF).

3.      Gelombang mikro atau Rader

Gelombang mikro dibangkitkan oleh rangkaian elektrode  seperti rangkaianosilasi listrik. Alat-alat klyson, magketron, dan Travelling Wave Tube (TMT). Gelombang mikro adalah gelombang pendek (1 mm – 30 cm) dengan frekuensi sekitar 10¹⁰ Hz, sehingga dapat digunakan pada system radar yang difungsikan untuk navigasi pertahanan udara, untuk mempelajarai sifat atom dan molekul dari suatu zat dan untuk mengukur kedalaman laut.

4.      Sinar inframerah

Sinar inframerah dibangkitkan oleh electron dalam molekul yang digetarkan, misalnya jika benda dipanaskan. Rentang panjang gelombang antara 7,8x10^-4m - 10³m. Frekuensi anatara 3 x 10^-11m -4 x 1-4³Hz. Dengan energi yang tinggi mampu menembus kabut dan awan tebal sehingga dapat digunakan untuk membuat foto jarak jauh. Dalam bidang kedokteran digunakan untuk penyianaran pada proses penyembuhan penyakit encok, dan cacar.

5.      Cahaya tampak

Cahaya tampak yang mempunyai frekuensi 10¹⁵Hzdibamgkitkan oleh molekul dan atom-atom karena electron-elektron luasnya mengalami perpindahan energi.  Cahaya tampak berfungsi sebagai alat bantu untuk penglihatan mata. Cahaya tampak terdiri dari warna, jingga, kuning, hijau, biru dan ungu.

6.      Sinar Ultraviolet

Cahaya ultraviolet yang mempunyai frekuensi 10¹⁵Hz sampai 10¹⁶ Hz memiliki panjang gelombang 6 x 10^-8m sampai 3,6x10^-7m. Matahari merupakan sumber dari gelombang ultraviolet.

Kegunaannya antara lain sebagai berikut :

a.       Menghitamkan plat foto

b.      Membunuh kuman-kuman

c.       Digunakan untuk pembuatan IC

7.      Sinat-X

Sinar X memiliki panjang gelombang antara 10^-18 msampai 10^-8 m. sinar X memiliki daya tembus yang kuat karena memiliki energy yang besar. Sinar X dapat diperoleh dengan cara menmbak inti atom. Sinar X digunakan sebagai lat diagnosa kesehatan, misalnya untuk Rontgen, sinar X juga digunakan untuk menganalisis struktur atom dan Kristal. Sinar X memiliki frekuensi 10¹⁶ Hz sampai 10²⁰Hz.

Kelemahannya : pemeriksaan anggota tubuh dengan sinar tidak boleh terlalu lama, karena membahayakan.