Sifat, Pengertian, Sumber, dan Aplikasi Gelombang Elektromagnetik

     I.         Sifat – sifat gelombang elektromagnetik

1)    Perubahan medan listrik dan medan magnetic terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki tingkat maksimum dan minimum yang sama dan tempat yang sama

2)    Arah medan listrik dan medan magnetic saling tegak lurus terhadap arah rambat gelombang

3)    Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal

4)    Gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi, dan polarisasi ( karena gelombang transversal )

5)    Besar medan listrik dan medan magnetic berbanding lurus satu sama lain

6)    Cepat rambat gelombang eletromagnetik bergantung pada sifat – sifat listrik dan magnetic medium yang dilewati

7)    Gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan listrik

II.    Pengertian dan Karakteristik Gelombang Elektromagnetik

Berdasarkan medium perambatannya, gelombang dibedakan menjadi 2 yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium dalam perambatan gelombangnya, sedangkan gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Berikut karakteristik gelombang elektromagnetik, yaitu :

1.     Dapat merambat dalam ruang hampa.

2.     Tidak bermuatan listrik.

3.     Arah perambatan lurus dan tidak dibelokkan kecuali memasuki medium yang berbeda.

4.     Termasuk gelombang transversal, maka gelombang elektromagnetik dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), interferensi (gabungan atau superposisi), difraksi (pelenturan), dan polarisasi

5.     Gelombang elektromagnetik tidak dibelokkan oleh medan magnet sehingga, gelombang elektromagnetik tidak bermassa dan tidak bermuatan karena medan magnet dan medan listrik hanya mempengaruhi partikel yang bermuatan.

Contoh dari gelombang elektromagnetik, yaitu : Cahaya matahari, Sinyal telepon seluler, gelombang radio, sinar gamma, sinar infra merah. Sedangkan manfaat dari gelombang elektromagnetik, yaitu : sebagai alat/pengantar komunikasi seperti signal ponsel, Sinar X bisa digunakan untuk pengobatan, Sinar infra merah bisa untuk komunikasi data, sinar gamma bisa digunakan untuk logging pada proses pengoboran minyak bumi.

III.  Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Spektrum gelombang elektromagnetik adalah jangkauan atau rentang dari semua radiasi gelombang elektromagnetik yang mungkin. Dalam spektrum gelombang elektromagnetik biasanya diungkapkan dalam frekuensi gelombang (f), panjang gelombang (λ) dan tenaga per foton (partikel cahaya). Spektrum gelombang elektromagnetik terdiri atas tujuh macam gelombang yang dibedakan berdasarkan frekuensi serta panjang gelombang tetapi cepat rambat di ruang hampa adalah sama, yaitu c =3 x 108 m/s. Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma dengan panjang gelombang pendek, berfrekuensi tinggi sampai pada gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang, berfrekuensi tinggi.

Berikut urutan spektrum gelombang elektromagnetik dari frekuensi terkecil sampai frekuensi terbesar atau dari panjang gelombang terpanjang sampai panjang gelombang terpendek yakni :

1)    Gelombang radio dan gelombang televisi

Gelombang radio dan televisi, memiliki frekuensi terkecil untuk semua spektrum gelombang elektromagnetik frekuensi dimulai dari 30 kHz . sumbernya adalah alat alat elektronik berupa rangkaian osilator (variasi dan gabungan dari komponen Resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C). Gelombang ini memiliki kegunaan serta dikelompokkan tergantung kepada panjang gelombangnya serta frekuensinya. Gelombang radio digunakan secara luas dalam sistem komunikasi. Gelombang radio berperan sebagai pembawa sinyal, baik sinyal suara (misalnya pada sistem penyiaran radio) maupun sinyal gambar (misalnya pada sistem penyiaran televisi). Sebagai pembawa sinyal, gelombang radio dapat dikelompokkan menjadi dua macam, gelombang AM (Amplitudo Modulation) dan gelombang FM (Frequency Modulation). Gelombang AM membawa sinyal dengan cara memodulasi amplitudo pada frekuensi yang tetap. Sedangkan gelombang FM membawa sinyal dengan cara memodulasi frekuensi pada amplitudo yang tetap. Gelombang AM dapat mencapai jarak jauh karena dapat dipantulkan oleh benda-benda yang dikenainya. Gelombang FM tidak terganggu oleh cuaca (angin, hujan, petir) sehingga banyak banyak digunakan dalam sistem telekomunikasi. Berdasarkan frekuensinya, gelombang radio terbagi menjadi beberapa bagian, yaitu frekuensi rendah (LF), frekuensi menengah (MF), frekuensi tinggi (HF), frekuensi sangat tinggi (VHF), dan frekuensi ultra tinggi (UHF). Berdasarkan panjang gelombangnya, gelombang radio dibedakan menjadi gelombang pendek (SW), gelombang menengah (MW), dan gelombang panjang (LW). Sedangkan pada gelombang televisi, frekuensinya sedikit lebih tinggi dari gelombang radio, gelombang televisi ini merambat lurus, tidak dapat dipantulkan oleh lapisan-lapisan atmosfer bumi. Untuk menangkap siaran televisi di Jakarta, maka wilayah Bandung memerlukan sebuah stasiun penghubung (relay) yang letaknya di puncak gunung Tangkuban Perahu. Untuk daerah yang lebih jauh lagi misalnya Indonesia bagian Timur, diperlukan sebuah satelit sebagai stasiun penghubung. Demikian juga bila kita ingin melihat siaran langsung dari luar negeri, kita harus menyewa sebuah satelit yang bertindak sebagai stasiun penghubung.

2)    Gelombang Mikro

Gelombang mikro merupakan gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi (SHF=Super High Frekuensi), yaitu 3 GHz (3 x 10⁹ Hz).Gelombang mikro dihasilkan oleh peralatan yang dinamakan tabung klystron. Kegunaanya adalah sebagaipenghantar energi panas yang digunakan pada oven microwave (mikrowave oven) untuk memasak makan lebih cepat serta ekonomis. Kegunaan lain adalah pada antene RADAR(Radio Detection and Ranging) pesawat radar ini bekerja menggunakan sifat pemantulan seperti halnya pada binatang kelelawar yang menggunakan ultrasonic untuk penginderaan.  Karena cepat rambat gelombang elektromagnetik c = 3 X 10⁸ m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan. Selang waktu yang diperlukan oleh gelombang dinamakan time delay.

 Radar (Radio Detection and Ranging), yaitu berarti mencari dan menentukan jarak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pantulan dari gelombang yang dipancarkan tadi digunakan untuk mendeteksi obyek.     

3)    Sinar Infra Merah

Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011 Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. Gelombang ini lebih panjang dari gelombang cahaya tampak dan tidak banyak dihamburkan oleh partikel-partikel debu dalam atmosfir sehingga mengurangi batas penglihatan manusia. Sinar infra merah dihasilkan oleh elektron dari molekul-molekul yang bergetar karena panas. Misalnya bara api, nyala api, tubuh manusia. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.

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. Sumber infra merah terbesar adalah matahari. Sinar ini memiliki sifat membawa energi panas, sehingga dengan intensitas yang tinggi bisa membakar kuli. Sifat lainnya tidak terlihat tetapi dapat menghitamkan pelat foto sehingga digunakan untuk penginderaan pada tempat gelap, kamera infra merah serta membuat foto satelit seperti yang digunakan dalam google earth.

4)    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. Spektrum cahaya tampak dimulai dari frekuensi terkecil sampai terbesar yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Cahaya merah merupakan bagian spektrum cahaya tampak yang frekuensinya paling rendah atau panjang gelombangnya paling besar. Sedangkan cahaya ungu merupakan bagian spektrum cahaya tampak yang frekuensinya paling tinggi atau panjang gelombangnya paling kecil.

Panjang gelombang tampak bervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10⁷ m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10⁷ m untuk cahaya merah. Pelangi adalah warna-warna cahaya tampak. Kegunaan cahaya tampak salah satunya adalah berguna bagi penglihatan di muka bumi dan untuk penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran. Skala panjang gelombangnya berupa ukuran hewan protozoa. Tembus pada lapisan atmosfer.

5)    Sinar Ultra Violet

Daerah frekuensi 10¹⁵ – 10¹⁶ Hz dinamakan daerah ultra ungu (ultra violet) atau dalam daerah panjang gelombang 10⁸ m sampai 10⁷ m . Dengan frekuensi ultra ungu memungkinkan kita mengenal lebih cepat dan tepat unsur-unsur yang terkandung dalam suatu bahan. Sinar ultraviolet  dihasilkan oleh atom dan molekul dalam loncatan nyala api listrik. Memiliki energi kimia sehingga bisa memendarkan barium platina sianida, menghitamkan pelat foto serta dapat membunuh bakteri juga kuman-kuman. Sebagai detektor untuk membedakan antara uang asli dan palsu.

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. Selain itu, sumber-sumber ultraviolet adalah busur karbon dan lampu mercury. Sinar ultraviolet tidak tembus lapisan atmosfer.

6)    Sinar X

Sinar X ditemukan oleh Wilhem Conrad Rontgen, sehingga sinar-X sering disebut sinar Rontgen. Daerah frekuensi 10¹⁶ – 10²⁰ Hz, disebut daerah sinar X. Sinar-X dihasilkan oleh elektron-elektron yang terletak pada bagian dalam kulit elektron dari sebuah atom. Selain itu sinar-X dapat dihasilkan oleh elektron dengan kecepatan tinggi ditumbukan pada permukaan logam. Cara inilah yang dipakai untuk mendapat sinar-X secara komersial.

Gelombang ini dapat juga dihasilkan dengan menembakkan elektron dalam tabung hampa pada kepingan logam. Meskipun panjang gelombangnya sangat pendek sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm.

7)    Sinar Gamma

Daerah frekuensi 1020 – 1025 Hz, disebut daerah sinar gamma. Gelombang ini mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar X hingga dapat menembus pelat besi, dan dihasilkan oleh inti-inti atom yang tidak stabil  dari unsur-unsur radioaktif. Perbedaan antara sinar-X dan sinar gamma terletak pada asal terbentuknya. Sinar-X muncul akibat aktivitas elektron atom, sedangkan sinar gamma muncul akibat aktivitas nuklir.

Keberadaan sinar gamma dapat dideteksi menggunakan suatu alat yaitu detektor Geiger Muller. Sinar gamma dapat mengakibatkan gangguan kesehatan pada manusia. Manusia yang berada di daerah dengan paparan sinar gamma harus mengenakan pakaian pelindung.

IV.  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).

V.    Aplikasi Gelombang Elektromagnetik

No.	Spektrum Gelombang Elektromagnetik	Penerapan dalam kehidupan
1.	Gelombang Radio	·  Sarana komunikasi dengan luar angkasa (satelit-satelit,dll). ·  Sebagai alat komunikasi, sebagai pembawa informasi dari satu tempat ke tempat lain.
2.	Gelombang Mikro	·  Gelombang mikro dimanfaatkan pada pesawat radar (radio detection and ranging) untuk mendeteksi suatu objek, memandu pendaratan pesawat terbang, membantu pengamatan di kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca kabut, serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat. ·  Gelombang mikro memiliki efek panas sehingga dengan alasan keselamatan, dipasanglah larangan mengaktifkan telepon seluler di stasiun pompa bensin. ·  Efek panas yang dimiliki gelombang mikro untuk menciptakan peralatan masak yang kita kenal sebagai oven microwave.
3.	Sinar Infra merah	·  Di bidang kedokteran, radiasi inframerah diaplikasikan sebagai terapi medis seperti penyembuhan penyakit encok dan terapi saraf. ·  Pada bidang militer, dibuat teleskop inframerah yang digunakan melihat di tempat yang gelap  atau berkabut. Hal ini mungkin karena sinar infra merah tidak banyak dihamburkan oleh partikel udara. ·  Dibidang militer, dimanfaatkan satelit untuk memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau awan. ·  Di bidang elektronika, infra merah dimanfaatkan pada remote kontrol peralatan elektronik seperti TV dan VCD. Unit kontrol berkomunikasi dengan peralatan elektronik melalui reaksi yang dihasilkan oleh dioda pancar cahaya (LED).
4.	Cahaya Tampak	· Membantu penglihatan manusia. · Penggunaan sinar laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi. · Hiasan panggung pertunjukan.
5.	Sinar Ultra Violet	· Dalam kadar tertentu dapat merangsang badan Anda menghasilkan vitamin D . · Secara khusus, sinar ultra violet juga dapat diaplikasikan untuk membunuh kuman. Lampu yang menghasilkan sinar seperti itu digunakan dalam perawatan medis. · Dalam bidang perbankan dimanfaatkan untuk mendeteksi suatu kepalsuan misal, uang palsu.
6.	Sinar - X	· Bidang kedokteran seperti untuk memotret kedudukan tulang. · Bidang industri dimanfaatkan untuk menganalisis struktur kristal.
7.	Sinar Gamma	· Menembus logam yang memiliki ketebalan beberapa sentimeter. · Untuk sterilisasi alat-alat kedokteran dan untuk membunuh sel-sel kanker. · Sebagai sistem aliran suatu fluida(misalnya aliran PDAM) untuk mendeteksi adanya kebocoran pipa.