Makalah Gelombang Elektromagnetik

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kemajuan teknologi saat ini semakin meningkat berikut dalam penggunaan gelombang elekromagnetik dalam kehidupan sehari-hari. Seperti apakah gelombang elektromagnetik, apa contoh gelombang elektromagnetik itu , dan bagaimana gelombang elektromagnetik ditemukan ?

Gelombang elektromagnetik sebenarnya selalu ada disekitar kita, salah satu contohnya adalah sinar matahari, gelombang ini tidak memerlukan medium perantara dalam perambatannya. Contoh lain adalah gelombang radio. Tetapi spektrum gelombang elektromagnetik masih terdiri dari berbagai jenis gelombang lainnya, yang dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya.

Untuk itu disini kita akan mempelajari tentang rentang spektrum gelombang elektromagnetik, karakteristik khusus masing-masing gelombang elektromagnetik di dalam spektrum dan contoh dan penerapan masing-masing gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.

B.  Rumusan Masalah

1.      Bagaimana penemuan gelombang elektromagnetik?

2.      Apa yang dimaksud dengan gelombang elektromagnetik?

3.      Bagaimana ciri-ciri gelombang elektromagnetik?

4.      Bagaimana karakteristik khusus masing-masing gelombang elektromagnetik di dalam spektrum?

C. Tujuan

1.      Mengetahui penemuan gelomban elektromagnetik

2.      Mengetahui pengertian dari gelombang elektromagnetik

3.      Mengetahui ciri-ciri gelombang elektromagnetik

4.      Mengetahui karakteristik khusus masing-masing gelombang elektromagnetik di dalam spectrum

BAB II

PEMBAHASAN

A. Penemuan Gelombang Elektromagnetik

Pada zaman Newton, orang telah mengetahui bahwa cahaya merambat lurus. Orang juga telah mengetahui bahwa ketika cahaya mengenai bidang batas antara dua medium tembus cahaya, cahaya tersebut dibiaskan ( dibelokkan ). Untuk menjelaskan kedua fenomena cahaya ini, Newton menganggap bahwa benda-benda bercahaya menembakkan sejumlah partikel ke segala arah. Partikel-partikel itu tidak bermassa sehingga tidak dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Sesuai hukum I Newton, partikel-partikel cahaya ini dihentikan oleh sebuah penghalang tak tembus cahaya, suatu bayangan tajam akan dibentuk pada penghalang tersebut.

Pada tahun 1804, Thomas Young ( 1773-1829 ), ilmuwan Inggris, berhasil mendemonstrasikan interferensi cahaya, yaitu fenomena di mana dua sumber cahaya koheren yang dihasilkan oleh celah ganda membentuk pita terang dan pita gelap secara bergantian pada layar. Fenomena interferensi cahaya tidak dapat dijelaskan oleh teori partikel cahaya Newton. 

Augustin Fresnel ( 1788-1827 ), ilmuwan Perancis, melakukan percobaan yang mirip denganpercobaan interferensi Young. Bahkan Fresnel-lah yang berjasa dalam memberikan teori matematika tentang interferensi dan difraksi cahaya. Untuk kerjanya ini, Fresnel menerima penghargaan dari Paris Academy.

Pada tahun 1818. Kegagalan teori partikel cahaya Newton menjelaskan interferensi cahaya menyebabkan Young dan Fresnel mengemukakan teori gelombang transversal cahaya. Keduanya memandang cahaya sebagai gelombang transversal yang merambat melalui suatu medium. Pada saat itu orang telah mengetahui cepatrambat cahaya dalam vakum adalah c =3x108m/s.

James Clerk Maxwell (1831-1879), ilmuwan Skotlandia, yang mengajukan teori gelombang elektromagnetik. Telah diketahui bahwa arus listrik (medan listrik) dapat menimbulkan medan magnetik (fenomenayang ditemukan oleh Oersted ). Fenomena kebalikkannya adalah perubahan medan magnetik dapat menimbulkan arus listrik ( medan listrik ), disebut arus induksi ( ditemukan oleh Faraday ).

Berdasarkan keduafenomena ini, Maxwell menyatakan bahwa suatu medan listrik yang berubah-ubah menginduksikan medan magnetic yang juga berubah-ubah. Selanjutnya, medan listrik yang berubah-ubah tersebut menginduksikan kembali medan listrik yang berubah-ubah. Demikian seterusnya sehingga diperoleh proses berantai daripembentukan medan listrik dan medan magnetik yang merambat ke segala arah. Hasilnya adalah kehadiran gelombang elektromagnetik . Bila kita melihat perambatan medan listrik dan medan magnetik pada satu arah saja, maka ukisanperubahan medan listrik dan medan magnetik yang menghasilkan gelombang elektromagnetik. Energi gelombang elektromagnetik terbagi sama dalam bentuk medan magnetik dan medan listrik.

Medan listrik danmedan magnetik selalu saling tegak lurus, dan keduanya tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang. Jadi, gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal. Lebih lanjut dari persamaannya, Maxwell menemukan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik, c , dapat dinyatakan oleh :

dengan :

c = cepat rambat gelombang elektromagnetik (m/s) = 3,0 × 108 m s-1

µₒ = permeabilitas vakum = 4π × 10-7 Wb A-1 m-1

εₒ = permitivitas vakum = 8,85418 × 10-12 C2 N-1 m-2

Bila nilai µₒ dan εₒ kita masukkan ke persamaan di atas, maka akan diperoleh :

c = 

c =3,0 × 108 m s-1

Nilai c =3,0 × 108 m s-1 tepat sama dengan cepat rambat cahaya dalam vakum. Maxwell tidk percayabahwa hasil hitungan persamaannya ini adalah kebetulan belaka. Karena itu, dengan yakin ia mengajukanhipotesis bahwa cahaya adalah suatu gelombang elektromagnetik. 

Hipotesis Maxwell akhirnya berhasil dibuktikan secara eksperimen oleh Heinrich Hertz (1857-1894), fisikawan Jerman, pada tahun 1888. Sayangnya, Maxwell tidak sempat menyaksikannya. Beliau dipanggil olehTuhan karena penyakit kanker, delapan tahun sebelumnya, yaitu pada tahun 1879, saat berumur 48 tahun.Orang yang sangat cerdas dengan keyakinan agama yang kuat dan perasaan humor yang menarik telah berpulang. Beliau dipandang setara dengan Newton. Beliau juga memiliki bakat menulis puisi. Salah satu puisiyang ditulisnya pada tahun 1867 untuk isteri yang sangat dicintainya, dikutip di bawah ini. 

Semua tenaga pikiran, semua kekuatan hasrat, mungkin saja tertinggal dalam debu ketika kita mati,tetapi cinta adalah milik kita, dan akan tetap milik kita sekalipun tanah dan laut sudah tiada.

B.     Pengertian 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, dan 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 berbeda-beda. 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.

C.                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.

D. Sumber Gelombang Elektromagnetik

1.      Osolasi listrik

2.      Sinar matahari menghasilkan sinar inframerah

3.      Lampu merkuri menghasilkan sinar ultraviolet

4.      Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen)

5.      Inti atom yang tidak stabil menghasilkan sinar gamma

E.   Spektrum Gelombang Eletromagnetik

Gambar 1.Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Semua gelombang elektromagnetik merambat dalam vakum dengan cepat rambat sama, yaitu:  c = 3 × 10⁸ m/s

Kemudian, untuk semua gelombang elektromagnetik yang merambat dalam vakum,

Persamaan dasar gelombang elektromagnetik,   c = λf

Dengan :

λ = panjang gelombang (m)

f = frekuensi gelombang (Hz)

1.   Gelombang Radio

Gelombang radio merupakan gelombang yang memiliki frekuensi paling kecil atau panjang gelombang paling panjang. Gelombang radio berada dalam rentang frekuensi yang luas meliputi beberapa Hz sampai gigahertz (GHz atau orde pangkat 9). Gelombang ini dihasilkan oleh alat-alat elektronik berupa rangkaian osilator (variasi dan gabungan dari komponen Resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C)). Oleh karena itu, gelombang radio banyak digunakan dalam sistem telekomunikasi. Siaran TV, radio, dan jaringan telepon seluler menggunakan gelombang dalam rentang gelombang radio ini.

Suatu sistem telekomunikasi yang menggunakan gelombang radio sebagai pembawa sinyal informasinya pada dasarnya terdiri dari antena pemancar dan antena penerima. Sebelum dirambatkan sebagai gelombang radio, sinyal informasi dalam berbagai bentuknya (suara pada sistem radio, suara dan data pada sistem seluler, atau suara dan gambar pada sistem TV) terlebih dahulu dimodulasi. Modulasi di sini secara sederhana dinyatakan sebagai penggabungan antara getaran listrik informasi (misalnya suara pada sistem radio) dengan gelombang pembawa frekuensi radio tersebut. Penggabungan ini menghasilkan gelombang radio termodulasi. Gelombang inilah yang dirambatkan melalui ruang dari pemancar menuju penerima. Oleh karena itu, kita mengenal adanya istilah AM dan FM. Amplitudo modulation (AM) atau modulasi amplitudo menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa berupa perubahan amplitudonya. Adapun frequency modulation (FM) atau modulasi frekuensi menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa dalam bentuk perubahan frekuensinya.

Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka frekuensinya rendah atau sebaliknya.

Lebar frekuensi	Panjang gelombang tertentu	Beberapa penggunaan
Low (LF) 30 kHz – 300 kHz	Long wave 1500 m	Radio gelombang panjang dan komunikasi melalui jarak jauh
Medium (MF) 300 kHz – 3 MHz	Medium wave 300 m	Gelombang medium lokal dan jarak jauh
High (HF) 3 MHz – 30 MHz	Short wave 30 m	Radio gelombang pendek dan komunikasi, radio amatir, dan CB
Very high (VHF) 30 MHz – 300 MHz	Very short wave 3 m	Radio FM, polisi, dan pelayanan darurat
Ultrahigh (UHF) 300 MHz – 3 GHz	Ultra short wave 30 cm	TV (jalur 4, 5)
Super high (SHF) Di atas 3 GHz	Microwaves 3 cm	Radar, komunikasi satelit, telepon, dan saluran TV

2.   Gelombang Mikro

Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis.

Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat glombang elektromagnetik c = 3 X 10⁸ m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan.

3.   Sinar Inframerah

Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 10¹¹ Hz sampai 10¹⁴ Hz atau daerah panjang gelombang 10^-4 cm sampai 10^-1 cm. 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. Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.

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. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10^-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10^-7 m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya salah satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

5.   Sinar Ultraviolet

Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 10¹⁵ Hz sampai 10¹⁶ Hz atau dalam daerah panjang gelombang 10^-8 m sampai 10^-7 m. Gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. 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.

6.   Sinar X

Sinar X mempunyai frekuensi antara 10¹⁶ Hz sampai 10²⁰ Hz. Panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10^-10 cm sampai 10^-6 cm. Meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm.

7.   Sinar Gamma

Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 10²⁰ Hz sampai 10²⁵ Hz atau panjang gelombang antara 10^-15 cm sampai 10^-10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh.

F.   Penerapan Gelombang Elektromagnetik

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.

2.      Gelombang Mikro

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.      Sinar Inframerah

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.

4.      Ultraviolet

Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat membunuh kuman-kuman penyakit kulit.

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.

6.      Sinar Gamma

Sinar ini dapat digunakan untuk membunuh sel-sel kanker dan menyeterilkan peralatan rumah sakit serta dapat memeriksa cacat-cacat pada logam.

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa begitu besar peranan gelombang elektromagnetik yang bermanfaat dalam kehidupan kita sehari-hari, tanpa kita sadari keberadaannya. Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan:

1. Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah kecepatan cahaya: 300 m/s, yaitu 300 MHz

2. Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1µeV/GHz

3. Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 µeV

B.     Saran

Supaya lebih memahami tentang gelombang, disarankan para pembaca mencari referensi lain yang menyangkut dengan materi yang ada pada makalah ini. Semoga para pembaca memahami dan mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari.