Gelombang Elektromagnetik dan Pemanfaatan Dalam Kehidupan Sehari-hari

Gelombang elektromagnetik dan pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari. Dalam kehidupan sehari-hari, pasti semua orang tidak bisa lepas dari alat komunikasi misalnya telepon genggam, televisi maupun radio. Nah, ketiga alat tersebut merupakan salah satu contoh dari gelombang eletromagnetik dalam kehidupan kita. Berdasarkan medium rambatnya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang bunyi, gelombang tali dan gelombang permukaan air termasuk gelombang mekanik karena dalam perambatannya membutuhkan zat perantara. Sedangkan cahaya termasuk gelombang elektromagnetik, karena perambatannya dapat terjadi tanpa zat perantara yang berarti gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa. 

Teori Gelombang Elektromagnetik

Sebenarnya, dari abad ke-19 para fisikawan sudah banyak membicarakan tentang gelombang elektromagnetik. Mereka sudah melakukan berbagai penelitian tentang gejala-gejala  kelistrikan. Tetapi dalam memunculkan konsep gelombang elektromagnetik, ada tiga aturan penting yang mendasarinya yaitu :

1. Hukum Coulomb menyatakan bahwa muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya
2. Hukum Biot-Savart menyatakan bahwa arus listrik atau muatan listrik yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya
3. Hukum Faraday menyatakan bahwa perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik.

Kemudian James Clark Maxwell (1831-1879) melengkapi aturan-aturan tersebut karena ia menganggap bahwa aturan-aturan alam tersebut mestinya sederhana dan rapi. 

Menurut aturan Faraday, perubahan magnet B menghasilkan medan listrik E yang arahnya tegak lurus B dan besarnya bergantung pada laju perubahan B terhadap waktu. 

James Clark Maxwell 

Kemudian dengan aturan Faraday tersebut, Maxwell menyakini perubahan medan listrik E akan menghasilkan medan magnet B yang tegak lurus E dan besarnya bergantung pada laju perubahan E terhadap waktu sehingga dapat disebut dengan gelombang elektromagnetik. Jadi, gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang dapat berubah secara periodik dan serempak dengan arah getar lurus serta keduanya tegak lurus terhadap arah perambatannya. 

Maxwell juga bisa menghitung kecepatan merambat gelombang elektromagnetik. Kecepatan rambat gelombang bergantung pada permitivitas listrik ruang hampa ɛ0 dan permeabilitas

magnet ruang hampa µ0 menurut hubungan :

Berdasarkan nilai permitivitas dan permeabilitas diatas, maka dapat diperoleh cepat rambat gelombang sebesar 2,998 x 10⁸m/s atau 3 x 10⁸  m/s. jadi, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya. Sehingga menurut Maxwell cahaya juga merupakan gelombang elektromagnetik. 

Setelah Maxwell meninggal dunia, kemudian fisikawan Heinrich Hertz (1857-1894) menguji hepotesis Maxwell. Heinrich Hertz ini merupakan orang pertama kali dalam melakukan eksperimen yang mampu menunjukkan gejala perambatan gelombang elektromagnetik. Hasil percobaan Hertz yaitu :

1. Berhasil mengukur bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik frekuensi radio
2. Menunjukkan sifat-sifat gelombang dari cahaya, yaitu pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi dan polarisasi.

Untuk menghargai jasa Hertz maka hertz (Hz) ditetapkan sebagai satuan frekuensi dalam satuan internasional (SI). Sehingga dapat disimpulkan bahwa sifat gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut.

1. Dapat merambat dalam ruang hampa
2. Merupakan gelombang transversal
3. Merambat dalam arah lurus
4. Dapat mengalami pemantulan (reflaksi) 
5. Dapat mengalami pembiasan (refraksi)
6. Dapat mengalami perpaduan (interferensi)
7. Dapat mengalami lenturan (difraksi)
8. Dapat mengalami penutuban (polarisasi)

Hubungan antara frekuensi, panjang gelombang dan cepat rambat gelombang elektromagnetik  dapat dinyatakan dengan :

 

Manfaat Gelombang Elektromagnetik

Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa gelombang elektromagnetik terdiri dari berbagai gelombang yang berbeda frekuensi dan panjang gelombangnya. Dengan adanya spektrum gelombang elektromagnetik yang sangat berbeda-beda sehingga menyebabkan gelombang elektromagnetik mempunyai ciri yang sangat beragam. Berikut akan dibahas tentang spektrum gelombang elektromagnetik berdasarkan urutan kenaikan frekuensi atau penurunan panjang gelombang.

1. Gelombang Radio dan Televisi

Gelombang radio memiliki panjang gelombang sekitar 30 m hingga 30.000 m. Sedangkan gelombang televisi memiliki panjang gelombang 3 m. Pada sistem siaran radio biasanya menggunakan dua jenis sistem modulasi yaitu AM (amplitude modulation) dan FM (frequency modulation). Sistem AM memiliki jangkauan sangat luas karena dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer tetapi dapat terpengaruh oleh kelistrikan dan kemagnetan di udara. Sedangkan FM memiliki jangkauan yang sempit karena tidak dapat dipantulkan oleh ionosfer tetapi tidak terpengaruh oleh kelistrikan dan kemagnetan di udara. Pada gelombang televisi tidak dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer sehingga dalam membawa sebuah informasi jarak jauh diperlukan satelit. 

Macam-macam gelombang yang dimiliki radio:

• Long wave (LW) yaitu gelombang panjang
• Short Wave (SW) yaitu gelombang pende
• Medium Wave (MW) yaitu gelombang menengah
• Very High Frequency (VHF) yaitu gelombang frekuensi tinggi
• Ultra High Frequency (UHF) yaitu gelombang frekuensi sangat tinggi

2. Gelombang Mikro

Gelombang mikro merupakan gelombang radio yang mempunyai panjang gelombang terpendek. Gelombang ini biasanya dihasilkan oleh alat-alat elektronika. Penggunaan gelombang mikro umumnya digunakan untuk alat komunikasi, memasak dan juga radar. Jika suatu benda menyerap gelombang mikro maka benda tersebut memiliki efek yang panas. 

3. Sinar Inframerah

Inframerah mengacu pada jangkauan frekuensi yang melebar. Sinar inframerah ini dapat dihasilkan oleh electron dalam molekul-molekul yang bergetar karena sebuah benda yang dipanaskan. Menurut daerahnya, sinar inframerah dapat dibedakan menjadi 3 yaitu.

• Inframerah dekat memiliki rentang panjang gelombang sekitar 3 x 10^-6 m – 7,8 x 10⁷ m.
• Inframerah sedang memiliki rentang panjang gelombang sekitar 3 x 10^-5m –  10^-6 m
• Inframerah jauh memiliki rentang panjang gelombang sekitar 10^-3 m –10^-5 m.

4. Cahaya Tampak

Sinar tampak merupakan sinar yang dapat membantu penglihatan manusia. Berbagai warna memiliki spectrum yang berbeda-beda antara lain.

• Ungu (390 nm – 455 nm)
• Biru (455 nm – 492 nm)
• Hijau (492 nm – 577 nm)
• Kuning (577 nm – 597 nm)
• Jingga (597 nm – 622 nm)
• Merah (622 nm – 780 nm)

5. Sinar Ultraviolet

Sinar ultraviolet berada pada daerah 10¹⁵ – 10¹⁹  Hz. Matahari merupakan sumber utama dari sinar ultraviolet. Sinar ini digunakan dalam bidang industry terutama dalam proses sterilisasi, bidang medis untuk membunuh kuman dan virus.

6. Sinar – X

Sinar -  X sering disebut sinar rontgen. Sinar – X berada pada daerah 10¹⁶ – 10²¹ Hz. Sinar – X memiliki daya tembus yang besar sehingga dapat digunakan untuk memotret susunan organ-organ tubuh. 

7. Sinar Gamma

Sinar gamma berada pada daerah 10¹⁸ – 10²⁵ Hz. Sinar ini dihasilkan dari inti atom yang tidak stabil. Sinar gamma memiliki daya tembus yang sangat besar sehingga mampu menembus ketebalan beberapa centimeter suatu benda. Sinar gamma digunakan dalam bidang kedokteran untuk membunuh sel-sel kanker dan sterilisasi alat-alat kedokteran. 

Semoga artikel di atas dapat memberikan ilmu yang bermanfaat.