Gelombang Elektromagnetik: Sejarah, Sifat, Spektrum, dan Manfaat [Lengkap + Contoh Soal]

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mengandung medan listrik dan medan magnetik serta dapat merambat tanpa memerlukan media. Di era informasi seperti saat ini, gelombang elektromagnetik menjadi semakin penting untuk dapat melaksanakan komunikasi nirkabel (tanpa kabel).


Di era informasi dan juga era Revolusi Industri 4.0 seperti saat ini, hampir setiap orang di atas usia 17 tahun memiliki handphone (HP). Tapi tahukah Anda mengapa kita dapat berkomunikasi menggunakan handphone pada jarak yang cukup jauh padahal tanpa kabel? Nah artikel ini akan menjawab pertanyaan tersebut.

Pengertian Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat tanpa memerlukan media rambat dan membawa medan listrik (elektro) serta medan magnetik, itulah mengapa disebut elektromagnetik karena terdiri dari dua kata yakni elektro dan magnetik. Tidak seperti gelombang pada umumnya yang membutuhkan media rambat seperti udara, air, dan lain sebagainya, gelombang elektromagnetik tidak memerlukan media rambat (sama seperti radiasi) sehingga dapat merambat dalam ruang hamba dan sering pula disebut sebagai radiasi eletromagnetik. Hal inilah yang menjelaskan mengapa cahaya matahari dapat sampai ke Bumi padahal melewati luar angkasa yang kondisinya hampa, karena cahaya matahari merupakan salah satu jenis gelombang elektromagnetik.

Bentuk gelombang elektromagnetik hampir sama seperti bentuk gelombang transversal pada umumnya, namun pada gelombang ini terdapat medan listrik (E) yang selalu tegak lurus terhadap medan magnet (B) dan keduanya menuju ke arah perambatan gelombang seperti yang dapat dilihat pada animasi dibawah ini.

blank
Perambatan gelombang elektromagnetik yang terdiri dari medan listrik (E) dan medan magnet (B)

Sejarah Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik lahir sebagai paduan daya imajinasi dan ketajaman akal pikiran ilmuwan berlandaskan keyakinan akan keteraturan dan kerapian aturan-aturan alam. Dasar teori dari perambatan gelombang elektromagnetik pertama kali dijelaskan pada tahun 1873 oleh James Clerk Maxwell (1831 – 1879), seorang ilmuwan berkebangsaan Skotlandia. Maxwell merumuskan teori dinamika medan elektromagnetik dan persamaan Maxwell dalam papernya yang berjudul “a dynamical theory of the electromagnetic field” berdasarkan hasil penelitiannya antara tahun 1861 hingga 1865.  Majalah Physics World, salah satu majalah fisika terbesar di dunia yang mengulas tentang seluruh bidang dalam fisika, memilih Persamaan Maxwell sebagai “the most important equations of all time” atau persamaan terpenting sepanjang masa.

Baca juga: Sang Penemu Persamaan Terpenting Sepanjang Masa, James Clerk Maxwell

blank
James Clerk Maxwell (1831 – 1879) dan empat persamaannya yang merupakan persamaan terpenting sepanjang masa versi majalah Physics World

Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:

  1. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.
  2. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik.

Percobaan-percobaan yang teliti dan telah dilakukan oleh ilmuwan sebelum Maxwell membawa kesimpulan berikut:

  1. Pola gelombang elektromagnetik sama dengan pola gelombang transversal dengan vektor perubahan medan listrik tegak lurus pada vektor perubahan medan magnet.
  2. Gelombang elektromagnetik menunjukkan gejala-gejala pemantulan, pembiasan, difraksi, polarisasi seperti halnya pada cahaya.
  3. Gelombang elektromagnetik diserap oleh konduktor dan diteruskan oleh isolator.

Hasil-hasil percobaan yang mendahuluinya telah mengungkapkan tiga aturan gejala kelistrikan, antara lain sebagai berikut :
a) Hukum Coulomb : Muatan listrik menghasilkan medan listrik yang kuat.
b) Hukum Biot-Savart : Aliran muatan (arus) listrik menghasilkan medan magnet disekitarnya.
c) Hukum Faraday : Perubahan medan magnet (B) dapat menimbulkan medan listrik (E).

Didorong oleh keyakinan atas keteraturan dan kerapian hukum-hukum alam, Maxwell berpendapat bahwa masih ada kekurangan satu aturan kelistrikan yang masih belum terungkap secara empirik. Jika perubahan medan magnet dapat menimbulkan perubahan medan listrik maka perubahan medan listrik pasti dapat menimbulkan perubahan medan magnet, demikianlah keyakinan Maxwell yang mengantarkannya pada perumusan teori elektromagnetika dan persamaan Maxwell. Teori dan persamaan Maxwell kemudian divalidasi secara eksperimental oleh Heinrich Hertz pada tahun 1879 menggunakan gelombang radio yang merupakan salah satu jenis gelombang elektromagnetik.

blank

Sifat Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik memiliki sifat sebagai berikut:

  • Tidak memerlukan media rambat sehingga dapat merambat dalam ruang hampa
  • Termasuk gelombang transversal dan memiliki sifat yang sama seperti gelombang transversal sehingga dapat mengalami apat mengalami polarisasi, peristiwa pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), interferensi, dan pelenturan (difraksi).
  • Tidak membawa massa, namun membawa energi
  • Enegi yang dibawa sebanding dengan besar frekuensi gelombang
  • Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi pada saat yang bersamaan.
  • Medan listrik (E) selalu tegak lurus terhadap medan magnet (B) dan sefase
  • Besar medan listrik (E) berbanding lurus dengan besar medan magnet, dengan hubungan E = cB.
  • Memiliki momentum
  • Dibagi menjadi beberapa jenis tergantung frekuensinya (atau panjang gelombangnya).

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik meliputi cahaya, gelombang radio, sinar X, sinar gamma, mikro gelombang, dan lain-lain. Berbagai gelombang elektromagnetik hanya berbeda dalam panjang gelombang dan frekuensinya. Lihat gambar dibawah untuk memberikan gambaran mengenai jenis-jenis spektrum gelombang elektromagnetik yang biasanya berhubungan dengan berbagai interval frekuensi dan panjang gelombang. Interval spektrum ini sering tidak terdefinisikan secara pasti dan kadang-kadang tumpang-tindih sehingga digunakan perkiraan. Misalnya, gelombang elektromagnetik yang kira-kira 0,1 nm biasanya disebut sinar X, tetapi jika gelombang ini berasal dari radioaktivitas nuklir, disebut sinar gamma.

blank
Spektrum gelombang elektromagnetik

Mata manusia peka terhadap radiasi atau gelombang elektromagnetik dari kira-kira 400 hingga 700 nm (nanometer), suatu rentang yang disebut cahaya tampak. Berikut adalah penjelasan spektrum gelombang elektromagnetik secara lebih terperinci:

1. Gelombang Radio
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 ini dipancarkan dari antena dan juga diterima oleh antena. Gelombang ini dimanfaatkan untuk teknologi radio, televisi, telepon, dan radar.

2. Gelombang Mikro
Gelombang mikro (microwaves) dihasilkan oleh tabung klystron yang berfungsi sebagai penghantar energi panas. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda tersebut. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas. Gelombang ini dimanfaatkan dalam teknologi microwave.

3. Sinar inframerah
Sinar inframerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar ketika benda dipanaskan. Energi dilepaskan oleh atom dan molekul yang bergetar dalam bentuk radiasi inframerah. Sinar inframerah digunakan untuk remote TV, transfer data di ponsel, dan terapi fisik.

4. Cahaya tampak
Seperti namanya, gelombang ini dapat ditangkap langsung oleh mata manusia. Gelombang ini terdiri dari 7 macam warna. Urutan dari yang paling besar frekuensinya adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Gelombang cahaya tampak digunakan pada laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

5. Sinar Ultraviolet
Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet di permukaan bumi. Sinar ultraviolet juga dapat dihasilkan oleh transisi elektron dalam orbit atom, busur karbon, dan lampu mercury. Sinar ultraviolet dimanfaatkan untuk lampu UV dan untuk operasi mata lasik.

6. Sinar X
Sinar X memiliki panjang gelombang yang sangat pendek dan frekuensi yang tinggi. Sinar X mempunyai daya tembus kuat yang dapat menembus buku tebal, kayu setebal beberapa sentimeter, dan pelat aluminium setebal 1 cm. Gelombang sinar X dimanfaatkan dalam teknologi rontgen dan melacak isi tas penumpang di bandara.

7. Sinar Gamma
Sinar gamma mempunyai panjang gelombang antara 0,0001 nm sampai 0,01 nm. Gelombang sinar gamma dihasilkan dari peristiwa peluruhan radioaktif atau inti atom yang tidak stabil. Sinar gamma memiliki daya tembus paling besar hingga mampu menembus plat besi.

Manfaat Gelombang Elektromagnetik

Perbedaan pada panjang gelombang berbagai jenis gelombang elektromagnetik sangat penting. Seperti kita ketahui, perilaku gelombang sangat bergantung pada ukuran relatif panjang gelombang. Oleh karena perbedaan panjang gelombang yang menyebabkan perbedaan perilaku tiap jenis gelombang, gelombang elektromagnetik dimanfaatkan secara luas dengan tujuan pemanfaatan yang berbeda-beda tergantung jenis gelombangnya. Selain itu, panjang gelombang dan frekuensi juga penting  dalam menentukan jenis interaksi antara gelombang elektromagnetik dengan materi.

Berikut ini berbagai manfaat yang berasal dari berbagai jenis gelombang elektromagnetik:

  • Sinar X memiliki panjang gelombang yang sangat pendek dan frekuensi yang tinggi, dapat dengan mudah menembus banyak bahan yang tak tertembus oleh gelombang cahaya dengan frekuensi lebih rendah yang diserap oleh bahan tersebut. Sinar X dipakai dokter untuk melihat organ dalam tubuh seperti tulang untuk mendiagnosa pasien. Berkat adanya sinar X, dokter tidak dapat melihat organ dalam tubuh pasien tanpa perlu melakukan pembedahan. Selain itu, sinar X juga dipakai di Bandara penerbangan untuk melihat isi tas/koper penumpang tanpa harus membukanya sehingga proses antrian dapat berlangsung dengan cepat.
  • Gelombang mikro memiliki panjang gelombang yang berorde beberapa centimeter dan frekuensi yang mendekati frekuensi resonansi alami molekul air dalam zat padat dan cairan. Dengan demikian gelombang mikro dapat dengan mudah diserap oleh molekul air dalam makanan, yang merupakan mekanisme pemanasan dalam pemanggang gelombang mikro, contohnya adalah oven microwave.
  • Sinar inframerah tidak dapat dilihat namun dapat dideteksi diatas spektrum cahaya merah yang biasanya dipakai untuk memindahkan satu bentuk enegi yang tidak terlalu besar. Sinar inframerah dipakai pada konsol gim atau berbagai jenis remote sehingga pengguna tidak memerlukan media kabel untuk mentransmisikan data dalam bentuk energi.
  • Gelombang radio memiliki rentang yang cukup besar. Gelombang radio dimanfaatkan guna mentransmisikan sinyal untuk jarak yang sangat jauh yang tidak bisa dicapai oleh gelombang inframerah, akan tetapi besar energi yang ditransmisikan tidak sebesar yang dapat ditransmisikan oleh gelombang inframerah. Gelombang radio dipakai oleh stasiun TV, Radio, sinyal HP, dan lainnya untuk mentransmisikan sinyal komunikasi. Selain itu gelombang radio dipakai oleh radar untuk memberitahu posisi benda-benda di atas permukaan bumi. Gelombang radio juga dipakai untuk pencitraan satelit ke bumi untuk membuat peta 3 dimensi.

Kesimpulan

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat tanpa memerlukan media rambat dan membawa medan listrik (elektro) serta medan magnetik. Dasar teori dari gelombang elektromagnetik dirumuskan oleh James Clerk Maxwell kemudian dibuktikan dan divalidasi secara eksperimental oleh Heinrich Hertz. Gelombang elektromagnetik meliputi Gelombang Radio, Gelombang Mikro, Sinar inframerah, Cahaya tampak, Sinar Ultraviolet, Sinar X, dan Sinar Gamma yang memiliki manfaat berbeda-beda pada kehidupan manusia.

Contoh Soal

  1. Sinar berikut yang termasuk gelombang elektromagnetik, kecuali . . . .
    A. Sinar gamma
    B. Sinar-X
    C. Sinar alfa
    D. Sinar ultraviolet
    E. Cahaya tampak
    Jawab: C
    Yang termasuk gelombang elektromagnetik adalah sinar gamma, sinar X, sinar ultraviolet, inframerah, cahaya tampak, cahaya mikro, gelombang radio, oleh karena itu sinar alfa tidak termasuk gelombang elektromagnetik.

2. Remote Televisi (TV) menggunakan gelombang elektromagnetik untuk dapat beroperasi. Gelombang elektromagnetik tersebut merupakan spektrum gelombang ….
A. Gelombang radio
B. Gelombang blue tooth
C. Gelombang sinar infra merah
D. Gelombang sinar ultraviolet
E. Gelombang sinar merah (cahaya tampak)
Jawab: C
Sinar inframerah tidak dapat dilihat namun dapat dideteksi diatas spektrum cahaya merah yang biasanya dipakai untuk memindahkan satu bentuk enegi yang tidak terlalu besar. Sinar inframerah dipakai pada konsol gim atau berbagai jenis remote sehingga pengguna tidak memerlukan media kabel untuk mentransmisikan data dalam bentuk energi.

Referensi:

Setelah selesai membaca, yuk berikan artikel ini penilaian!

Klik berdasarkan jumlah bintang untuk menilai!

Rata-rata nilai 0 / 5. Banyaknya vote: 0

Belum ada yang menilai! Yuk jadi yang pertama kali menilai!

Baca juga:
Nur Abdillah Siddiq
Sosial Media
Artikel Berhubungan:

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *