Gelombang Elektromagnetik

PENGERTIAN

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat, dapat merambat dalam ruang hampa.

Keberadaan gelombang elektromagnetik didasarkan pada :

1.      Hipotesis Maxwell (James Clark Maxwell)

“Jika medan magnet dapat menimbulkan medan listrik, maka sebaliknya, perubahan medan listrik dapat menyebabkan medan magnet.

2.      Percobaan Oersted

Arus listrik dalam konduktor menghasilkan medan magnet disekitarnya .

3.      Percobaan Faraday

Batang konduktor yang menghasilkan GGL induksi pada kedua ujungnya bila memotong medan magnet perubahan fluks magnetik pada kumparan menghasilkan arus induksi dalam kuparan tersebut .

Didasarkan pada penemuan Faraday “Perubahan Fluks magnetic dapat menimbulkan medan listrik” dan arus pergeseran yang sudah dihipotesakan Maxwell sebelumnya, maka Maxwell mengajukan suatu hipotesa baru : “Jika perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka perubahan Fluks listrik juga harus dapat menimbulkan medan magnet”Hipotesa ini dikenal dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet

Kebenaran Hipotesa Maxwell tentang adanya gelombang elektromagnetik pada akhirnya dibuktikan oleh “Heinrich Hertz”.Heinrich Hertz menemukan cara menghasilkan gelombang radio dan menentukan kelajuannya .

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik  :

• Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang tanpa medium

• Merupakan gelombang transversal

• Tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik.

• Dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi), pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi).

• Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersamaan, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan berbanding lurus

Transmisi gelombang elektromagnetik

Transmisi gelombang elektromagnetik dalam ruang adalah sebagai gelombang transversal sehingga gelombang elektromagnetik juga mempunyai karatkterisasi gelombang.

Gelombang dikarakterisasikan oleh frekuensi (f), kecepatan (c), dan panjang gelombang (λ)  yang dirumuskan :

C = λ . f                                                                            

f  =frekuensi (hz)

c  = kecepatan gelombang diruang hampa (3 x 10⁸ m/s)

λ  = panjang gelombang (m)

Spektrum Gelombang Elektromagetik

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, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray.Contoh spektrum elektromagnetik sbb :

a)      Gelombang Radio (Radio wave)

Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio inidipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula. Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi bunyi

Rentang frekuensi 30 kHz – 3 GHz dengan pembagian sebagai berikut :

NO.	LEBAR FREK.	PANJANG GEL.	BEBERAPA PENGGUNAAN
1.	Low ( LF ) 30-300 kHz	Long Wave 1.500 m	Radio gelombang panjang & komunikasi jarak jauh.
2.	Medium ( MF ) 300 kHz-3MHz	Medium Wave 300 m	Gelombang medium lokal & radio jarak jauh.
3.	High ( HF ) 3MHz-30MHz	Short Wave 30 m	Radio gelombang pendek & komunikasi, radio amatir & CB.
4.	Very High ( VHF ) 30-300MJz	Very Short Wave 3 m	Radio FM, polisi, & pelayanan darurat.
5.	Ultra High ( UHF) 300MHz-3GHz	Ultra Short Wave 30 cm	TV ( jalur 4 & 5 ).
6.	Super High (SHF) Di atas 3 GHz	Microwave 3 cm	Radar, komunikasi satelit, telepon, & saluran TV.

b)     Gelombang Mikro (Microwave)

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.

c)      Sinar Inframerah (Infrared)

Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz 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 mili ampermeter, 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 dipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.Sinar inframerah (infrared/IR) termasuk dalam gelombang elektromagnetik dan berada dalam rentang frekuensi 300GHz sampai 40.000 GHz (10 pangkat 13). Sinar inframerah dihasilkan oleh proses di dalam molekul dan benda panas. Telah lama diketahui bahwa benda panas akibat aktivitas (getaran) atomik dan molekuler di dalamnya dianggap memancarkan gelombang panas dalam bentuk sinar inframerah. Oleh karena itu, sinar inframerah sering disebut radiasi panas.

d)     Cahaya Tampak (Visible Light)

Dalam rentang spektrum gelombang elektromagnetik, cahaya atau sinar tampak hanya menempati pita sempit di atas sinar inframerah.Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Frekuensi sinar tampak membentang antara 40.000 dan 80.000 GHz ( 10¹³ ). Panjang gelombang tampak bervariasi 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 adalah penggunaan  laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

e)      Sinar ultraviolet

Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombang 10^-8 m 10^-7 m. Gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalamnyala 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 hidupdi bumi.Rentang frekuensi sinar ultraviolet (ultraungu) membentang dalam  kisaran 80.000 GHz sampai puluhan juta GHz (10¹⁷)

f)       Sinar X (X-rays)

Sinar-X berada pada rentang frekuensi 300 juta GHz (10¹⁷) dan 50 miliar GHz (10¹⁹).  Sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1cm.

g)      Sinar Gamma (Gamma-rays)

Sinar gamma memiliki rentang frekuensi dari 10¹⁸ Hz sampai 10²² Hz. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh.

 HUB. ANTARA AMPLITUDO MEDAN & AMPLITUDO MEDAN MAGNET :

     (E max)/(B max) = E/B = C

LAJU ENERGI (DAYA) TIAP SATUAN LUAS PER METER :

Vektor Penunjuk S ( Pointing Vektor ).

 S = 1/(µ0) . ( E.B ) 

atau

S = 1/(µ0) . E . B . Sin a

VEKTOR PENUNJUK RATA-RATA :

             S = (E max .B max)/(2 .μ0)                      

RAPAT ENERGI TOTAL RATA-RATA :

U = S/C = (E max) . (B max)/(2.μ0 .C)

INTENSITAS GELOMBANG (LAJU ENERGI TIAP SATUAN LUAS) :

   S = I = P/A = (Em .Bm )/(2 .μ0) = 〖Em〗²/(2.μ0 .C ) = (〖Bm〗² .C)/(2.μ0)

KETERANGAN :

• S : Laju energi (J/s.m²).
• S : Laju energi rata-rata (J/s.m²).
• B : Medan magnetik (T).
• C : Cepat rambat gelombang (3×10⁸m/s ).
• E : Medan Listrik ( N/C ).
• µ0 : 4π . 10^-7 Wb/Am