Gelombang Elektromagnetik

Beberapa sifat gelombang elektromagnetik adalah :

- Dapat merambat dalam ruang hampa.
- Termasuk gelombang transversal.
- Merambat dalam arah lurus (tak terpengaruh medan magnet listrik dan medan magnet).
- Dapat mengalami pemantulan (refleksi).
- Dapat mengalami pembiasan (refraksi).
- Dapat mengalami perpaduan (interferensi).
- Dapat mengalami lenturan (difraksi).
- Dapat mengalami pengutuban (polarisasi).

Berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya, gelombang elektromagnetik terbagi menjadi tujuh jenis, yaitu :

Sinar Gamma

Sinar gamma memiliki frekuensi terbesar dan panjang gelombang terkecil, yaitu 10²⁵ Hertz dan 10^-17 m. Sinar gamma terbentuk karena transisi energi dari percepatan elektron. Sinar gamma dapat terbentuk saat terjadi ledakan supernova dan ledakan bom nuklir.

Sinar gamma digunakan untuk mengetahui struktur logam, membunuh bakteri, mengetahui bibit unggul, membuat radiosotop yang mampu memancarkan radiasi dan sebagai terapi penyembuhan tumor, kanker, serta kelainan pada otak.

Sinar X (Rontgen)

Sinar x memiliki frekuensi antara 10¹⁶ - 10²⁰ Hertz dan memiliki daya tembus yang besar karena panjang gelombangnya sangat pendek (10^-9 m – 6 x 10^-12 m). Sinar x sering dipakai untuk mengetahui kelainan organ dalam tubuh. 

Sinar Ultraviolet

Sinar ultraviolet dihasilkan oleh lampu busur, bunga api listrik, tabung lucutan, lampu air raksa dan sinar matahari. Frekuensi gelombang tersebut antara 10¹⁵-10¹⁶ Hertz. Sinar ultraviolet digunakan untuk fotosintesis dan membentuk vitamin D.

Cahaya Tampak

Cahaya tampak mempunyai frekuensi 10¹⁴-10¹⁵ Hertz. Cahaya tampak dapat dilihat oleh mata dan dihasilkan oleh benda yang berpijar. Contoh cahaya tampak adalah bohlam lampu dan matahari.

Spektrum warna cahaya berdasarkan urutan kenaikan panjang gelombang adalah sebagai berikut :

- 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)

Sinar Inframerah

Sinar inframerah mempunyai frekuensi 10¹¹-10¹⁴ Hertz. Sinar inframerah dihasilkan oleh atom-atom yang bergetar. Sinar inframerah digunakan sebagai sensor panas pada alarm dan remote kontrol.

Sinar inframerah dapat dibedakan menjadi tiga daerah, yaitu :

- Inframerah dekat dengan rentang panjang gelombang 3 x 10^-6 m sampai 7,8 x 10^-7 m

- Inframerah sedang dengan rentang panjang gelombang 3 x 10^-5 m sampai 3 x 10^-6 m

- Inframerah jauh dengan rentang panjang gelombang 10^-3 m – 3 x 10^-5 m

Gelombang Radar Dan TV

Gelombang radar mempunyai frekuensi 10¹⁰ Hertz. Gelombang tersebut memiliki sifat tidak terlihat dan memiliki panjang gelombang hanya beberapa centimeter. Adapun gelombang televisi mempunyai frekuensi sekitar 10⁸ Hertz dan tidak dipantulkan oleh lapisan ionosfer.

Sinar radar digunakan untuk mendeteksi suatu benda. Jarak benda yang dideteksi dapat dicari dengan rumus sebagai berikut :

d = c . t

        2

Keterangan :

d adalah jarak benda (satuan m)

c adalah kecepatan gelombang radar (3.10⁸ m/s)

t adalah waktu untuk bolak-balik gelombang radar (satuan s)

Gelombang Radio

Gelombang radio mempunyai frekuensi 10⁴-10⁷ Hertz, tidak dapat dilihat dan dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer. Gelombang radio digunakan pada alat telekomunikasi.

Berikut sekilas tentang lapisan ionosfer

Lapisan ionosfer disebut juga lapisan termosfer. Lapisan ini berada di atas mesopause (wilayah terdingin dari bumi yang mana suhu udaranya mencapai -100^o C atau -146^o F atau 173^o K) dengan ketinggian mencapai 75–650 km. Pada lapisan ini terjadi ionisasi berbagai gas-gas, sehingga dikatakan bahwa lapisan ionosfer terbentuk akibat reaksi kimia. Lapisan ionosfer juga berfungsi melindungi bumi dari batu meteor.

Lapisan ionosfer terbagi menjadi tiga, yaitu :

a. Lapisan ozon yang terletak 80-150 km. Lapisan ozon bersifat memantulkan gelombang radio. Suhu udara pada lapisan ozon mencapai 70^o – 50^o C ke atas.

b. Lapisan udara F atau lapisan udara appleton yang terletak 150-400 km.

c. Lapisan udara atom yang terletak 400-800 km. Lapisan ini memiliki suhu 1200^o C.

Energi gelombang elektromagnetik yang menembus tegak lurus per satuan waktu per satuan luas atau daya per satuan luas disebut intensitas.

I = ½ c.ɛ_0. E²_maks

I = c.B²_maks

      2µ₀

I = E_maks . B_maks

         2µ₀

B_maks = E_maks

                   c 

Keterangan :

I adalah intensitas atau daya tiap satuan luas (W.m^-2 atau Watt/m²)

c adalah kecepatan gelombang elektromagnetik (3.10⁸ m/s)

ɛ₀ adalah permitivitas udara (8,85 . 10^-12 Nm²/C²)

µ₀ adalah permeabilitas udara (4π . 10^-7 Wb/a.m atau 1,26. 10^-6 Wb/a.m)

B_maks adalah induksi magnet maksimum (Wb.m^-2)

E_maks adalah kuat medan listrik maksimum (N.C^-1)

Besarnya energi tiap satuan volume sebagai berikut :

E = B_maks

V       2µ₀

Keterangan :

E adalah energi (satuan Joule)

V adalah volume (satuan m³)

Rumus kecepatan gelombang elektromagnetik :

v = f . λ

Keterangan :

v adalah kecepatan gelombang (satuan m/s)

f adalah frekuensi gelombang (satuan Hz)

λ adalah panjang gelombang (satuan m)

Contoh 1:

Sebuah pesawat dilengkapi dengan radar, mendeteksi pesawat lain yang terbang sejajar. Waktu yang diperlukan gelombang radar bolak-balik 10^-5 detik. Berapa jarak kedua pesawat tersebut?

Jawab :

d = c . t

     2

  = 3.10⁸ . 10^-5

         2

  = 3.10³ = 1500 m = 1,5 km

      2

Contoh 2 :

Seberkas sinar X dengan panjang gelombang 3A, berapa frekuensi yang dimiliki sinar X tersebut ?

Jawab :

λ = 3 A (Angstrom) = 3.10^-10 m

v = f . λ

f = v/ λ

  = 3.10⁸/3.10^-10 = 10¹⁸ Hz

Contoh 3 :

Sebuah gelombang elektromagnetik dalam hampa udara mengalir energi dengan rata-rata intensitas 10 Watt/m². Berapa besar kuat medan listrik maksimumnya?

Jawab :

I = ½ c.ɛ_0. E²_maks

10 = ½ . 3.10⁸ . 8,85 . 10^-12. E²_maks

10 = ½ . 26,55 . 10^-4 . E²_maks

10 = 13,28.10^-4.E²_maks

E²_maks = 10/13,28.10^-4

E²_maks = 0,75.10^-4

E_maks = √0,75.10^-4

E_maks = 0,375.10^-2 N/C = 0,4.10^-2 N/C