Materi 11 : Gelombang Elektromagnetik

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan dalam berbagai panjang gelombang dan frekuensi. Cahaya yang terdiri dari berbagai panjang gelombang dan frekuensi tersebut dinamakan cahaya polikromatik, salah satu contohnya adalah cahaya matahari. Sedangkan cahaya yang hanya terdiri dari satu panjang gelombang dan frekuensi dinamakan cahaya monokromatik, contoh cahaya monokromatik adalah laser.

Teori gelombang elektromagnetik diajukan oleh seorang ahli fisika Inggris, James Clerk Maxwell (1831 -1879). Hipotesis Maxwell yang melahirkan/memunculkan gagasan baru tentang gelombang elektromagnetik. Keberhasilan Maxwell dalam menentukan teori gelombang elektromagnetik membuka cakrawala baru di dunia komunikasi.

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

 Muatan medan listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya, yang

 besarnya diperlihatkan oleh hukum Coulomb

 Arus listrik atau muatan yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya yang

 besar dan arahnya ditunjukan oleh hukum Bio-Savart atau hukum Ampere

 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.

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 ditunjukan oleh gambar sebagai berikut.

Gelombang-gelombang elektromagnetik yang berjalan di ruang hampa memiliki laju yang sama dengan laju cahaya , dan berlaku persamaan berikut ini.

Contoh :

Sebuah pemancar radio bekerja pada daerah frekuensi  600 kHz dan 900 kHz. Berapa panjang gelombang siaran yang diterima pesawat radio?

Jawab :

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 RADAR

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 antara 10¹¹Hz sampai 10¹⁴ Hz. 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.

8.      Sinar Gamma

Sinar gamma dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif karena aktivitas inti atomnya. Sinar gamma memiliki frekuensi terbesar dalam spekrum gelombang elektromagnetik, yaitu 10²⁰ Hz – 10²⁵ Hz dengan panjang gelombang atom 1A⁰ – 10^-4 A⁰. Sinar ini memiliki daya tembus yang sangat besar, mampu menembus timah besi. Sinar ini dihasilkan oleh atom-atom yang tidak stabil.

Kelemahannya ; jika diserap pada jaringan hidup sinar gamma akan menyebabkan efek yang serius seperti mandul dan kanker

MATERI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

SIFAT-SIFAT GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

1.      Dapat merambat dalam ruang hampa.

2.      Tidak bermuatan listrik.

3.      Merupakan gelombang transversal.

4.      Memiliki sifat umum gelombang yaitu dapat mengalami polarisasi, pemantulan,

pembiasan, difraksi, interferensi dan dispersi.

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

JENIS-JENIS GELOMBANG ELEKTOMAGNETIK

Jenis-jenis gelombang dari frekuensi kecil/panjang gelombang besar sampai frekuensi besar/panjang gelombang kecil.

1) Gelombang radio dan televisi (30 Hz – 3 GHz).
Gelombang ini digunakan dalam komunikasi.

2) Gelombang mikro (107 – 1012 Hz).
Gelombang ini digunakan pada pesawat RADAR dan Microwave oven.

3) Sinar inframerah (10¹¹ – 10¹⁴ Hz).
Sinar inframerah digunakan untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi, kanker, menyembuhkan penyakit cacar dan encok. Selain itu, sinar inframerah digunakan pada alat remote control dan alat pengering cat mobi dengan cepat.

4) Cahaya tampak (10¹⁵ Hz).
Cahaya tampak umumnya digunakan sebagai cahaya penerangan.

5) Sinar ultraviolet (10¹⁵ – 10¹⁸ Hz).

Sinar ultraviolet dapat mengubah pro-vitamin D menjadi vitamin D pada tulang. Selain itu sinar ultraviolet dapat membunuh bakteri dan virus. Sinar ultraviolet dapat menimbulkan kanker kulit.

6) Sinar X (10¹⁶ – 10²⁰ Hz).

Sinar X digunakan untuk memotret tulang-tulang dalam tubuh, melihat bagian dalam tubuh tanpa membedahnya. Dalam bidang industri sinar X digunakan untuk mendeteksi cacat dan retak pada logam.

7) Sinar gamma (10²⁰ – 10²⁵ Hz).
Sinar gamma digunakan untuk membunuh sel-sel tumor atau kanker, sterilisasi alat-alat rumah sakit, mensterilkan makanan dan minuman, mengetahui struktur logam, mengetahui bibit unggul dan membuat radioisotop.

Contoh soal gelombang elektromagnetik dan pembahasan

Nomor 1
Kegunaan sinar inframerah dalam kehidupan sehari-hari adalah untuk...
A.Memasak makanan.
B.Pemancar radio FM.
C.Remote control
D.Foto tempat-tempat yang mengalami polusi.
E.Menghitung luas hutan dengan bantuan foto.

Nomor 2

Kegunaan sinar ultraviolet dalam kehidupan sehari-hari adalah untuk...
A.Mengobati penyakit kanker
B.Pemancar radio FM
C.Fotosintesis pada tanaman
D.Remote control TV
E.Foto jaringan didalam tubuh

Nomor 3

Sinar gamma memiliki manfaat untuk...
A.Sterilisasi alat kedokteran
B.Mendeteksi sirkulasi darah
C.Membunuh bakteri
D.Membawa informasi
E.Diagnosis kesehatan

Nomor 4

Radar adalah gelombang elektromagnetik yang bermanfaat untuk...
A.Membunuh sel-sel kanker
B.Memeriksa cacat pada logam
C.Mendeteksi posisi keberadaan pesawat terbang
D.Mendeteksi keaslian uang kertas
E.Mensterilkan alat kedokteran

Nomor 5

Seorang siswa menyusun spektrum gelombang elektromagnetik dari panjang gelombang (λ) terbesar sebagai berikut:
(1) inframerah > (2) ultraviolet > (3) gelombang televisi > (4) cahaya tampak.
Urutan spektrum yang benar seharusnya ....
A.(1)>(4)>(3)>(2)
B.(3)>(1)>(4)>(2)
C.(3)>(2)>(1)>(4)
D.(3)>(2)>(4)>(1)
E. (4)>(1)>(2)>(3)

Nomor 6

Gelombang elektromagnetik dengan periode 10^-15 sekon (cepat rambat dalam hampa 3,0 x 10⁸ m.s^-1) merupakan.....
A. Gelombang radio dan televise
B. Gelombang mikro
C. Sinar inframerah
D. Cahaya tampak
E. Sinar ultraviolet

Nomor 7

Urutan jenis gelombang elektromagnetik dari frekuensi besar ke kecil adalah....
A.gelombang radio, inframerah, cahaya tampak, sinar x
B.sinar γ, ultraviolet, inframerah, gelombang mikro
C.sinar γ, inframerah, ultraviolet, gelombang radio
D.gelombang mikro, cahaya tampak, ultraviolet, sinar x
E.gelombang mikro, cahaya tampak, inframerah, sinar x

Nomor 8

Pernyataan dibawah ini, yang bukan sifat gelombang elektromagnetik adalah..
A. Merupakan gelombang longitudinal
B. Mengalami polarisasi
C. Dapat merambat diruang hampa
D. Merambat pada medan magnet dan medan listrik
E. Arah getar dan arah rambat tegak lurus

Nomor 9
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 10

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 11

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

Nomor 12

Urutan gelombang elektromagnetik mulai dari frekuensi kecil ke frekuensi yang besar adalah....
A.sinar γ,sinar ungu, infra merah, ultra ungu
B.sinar γ,ultra ungu, infra merah, sinar x
C.infra merah, ultra ungu, sinar x, sinar γ
D.sinar x, sinar γ, ultra ungu, infra merah
E.infra merah, sinar γ, sinar x, ultra ungu

Nomor 13

Gelombang elektromagnetik yang mempunyai daerah frekuensi (10¹⁶ – 10²⁰) Hz dan digunakan untuk teknologi kedokteran adalah....
A.gelombang radio
B.sinar γ
C.sinar x
D.sinar ultraviolet
E.inframerah