Gelombang Elektromagnetik

Ditulis oleh: Rasyid Ustman Ramadhan, Fisika UNJ, 2023

Latar Belakang

Kehidupan di muka bumi tidak terlepas adanya gelombang. Gelombang merupakan getaran yang menjalar atau merambat pada suatu medium dengan membawa sejumlah energi. Getaran yang menjalar tersebut membawa sejumlah energi dalam kecepatan tertentu. Gelombang terdiri dari gelombang transversal, gelombang longitudinal, dan gelombang elektromagnetik. Manusia, tumbuhan, dan hewan, serta makhluk hidup lainnya sangat membutuhkan adanya gelombang elektromagnetik, yaitu cahaya matahari. Cahaya matahari merupakan sumber kehidupan di bumi. Dengan adanya cahaya matahari bumi kita dapat terjaga kehangatan suhunya serta menjadikan bumi Sebagian wilayah menjadi terang.

Gelombang elektromagnetik bukan hanya cahaya matahari saja, contohnya seperti gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma. Gelombang elektromagnetik selalu ada dikehidupan bumi, contohnya dalam bidang telekomunikasi yang memanfaatkan gelombang radio, bidang kedokteran yang memanfaatkan gelombang elektromagnetik untuk mendekteksi kelainan pada organ tubuh. Banyak orang yang tidak sadar bahwa gelombang elektromagnetik memiliki banyak sekali manfaat untuk peralatan elektronik sampai saat ini.

Maka dari itu artikel ini berfokus pada penjabaran gelombang elektromagnetik serta pemanfaatannya yang berguna untuk memperolah wawasan yang lebih luas mengenai gelombang elektromagnetik.

Gelombang Elektromagnetik

Cahaya matahari, sinar-x, sinar gamma, dan radiasi gelombang pada smartphone/gawai dan laptop merupakan jenis gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang terdiri dari medan listrik dan magnet yang memancarkan tanpa media rambat, serta merambat tegak lurus terhadap amplitudo (Purwarini dkk, 2020). Gelombang elektromagnetik terjadi dikarenakan adanya perubahan medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus, berosilasi, dan menjalar melewati ruang hampa tanpa memerlukan media rambat. Gelombang ini dikategorikan sebagai gelombang transversal, yakni memiliki arah merambat yang tegak lurus terhadap arah getarannya, serta memiliki kecepatan konstan (tetap) sebesar c. Berikut persamaan fisika gelombang elektromagnetik:

Persamaan diferensial parsial medan listrik dan medan magnet

Solusi persamaan diferensial parsial di atas adalah:

Solusi persamaan

Gelombang elektromagnetik dengan medan magnet dan medan listrik yang saling tegak lurus dan berosilasi (Pain, 2005).

Cahaya matahari menyinari bumi membutuhkan waktu sekitar 8 menit. Kecepatan gelombang elektromagnetik dinyatakan dengan nilai 300.000 km/s, serta jarak matahari ke bumi adalah 150 juta kilometer. Maka perhitungan untuk waktu yang dibutuhkan matahari memancarkan gelombang radiasi ke bumi adalah menggunakan rumus gerak lurus beraturan t = s/c = 500 detik atau 8 menit 20 detik. 

Adanya spektrum gelombang elektromagnetik pada cahaya matahari (sinar UV) berkisar antara 100 nm sampai 400 nm. Sinar ultraviolet (UV) dapat diklasifikasikan menjadi UV A dengan panjang gelombang antara 320 - 400 nm, UV B dengan panjang gelombang 290 - 320 nm, dan UV C dengan panjang gelombang 10 -290 nm. Semua sinar UV A dipancarkan ke bumi, sedangkan sinar UV B sebagian dipancarkan ke bumi (terutama yang panjang gelombangnya 90% UV A). Sinar UV B memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dan sinar UV C tidak dapat dipancarkan ke bumi karena diserap oleh lapisan ozon di atmosfer bumi. Oleh karena itu jika lapisan ozon di atmosfer rusak, sinar UV B yang masuk ke bumi akan semakin banyak (Isfardiyana, 2014).

Dalam buku Tipler (2001) spektrum gelombang elektromagnetik meliputi: sinar gamma, sinar-X, sinar-UV (cahaya matahari), cahaya tampak, sinar inframerah, gelombang mikro, gelombang radar atau radio. Sinar gamma memiliki Panjang gelombang antara 10 fm sampai 0,1 nm. Sinar-X memiliki Panjang gelombang antara 10 nm sampai 1 pm. Sinar UV memiliki Panjang gelombang sekitar 10 nm < λ < 400 nm. Cahaya tampak memiliki Panjang gelombang antara 400 nm sampai 700 nm. Sinar inframerah memiliki Panjang gelombang antara 780 nm < λ < 100 μm. Gelombang mikro memiliki Panjang gelombang 0,1 mm sampai 0,3 m. Gelombang radio memiliki Panjang gelombang berkisar 0,1 mm < λ < 0,1 m. berikut tabel spektrum gelombang elektromagnetik berdasarkan frekuensinya:

Tabel spektrum gelombang elektromagnetik (Tristianti & Sudarti 2021)

Panjang dan frekuensi gelombang elektromagnetik (Pain, 2005)

Semakin tinggi nilai frekuensi gelombang, maka semakin kecil nilai Panjang gelombang, dan sebaliknya semakin kecil nilai frekuensi maka semakin besar nilai Panjang gelombang. Hal ini dikarenakan bersesuaian dengan rumus kecepatan gelombang, yakni:

c = λf

Dengan c adalah kecepatan gelombang (m/s), λ adalah Panjang gelombang (m), dan f adalah frekuensi gelombang (Hz). Gelombang elektromagnetik memiliki energi radiasi karena sifatnya dapat ditransmisikan, dikeluarkan, dan diabsorbsi. Menurut Tristianti & Sudarti (2021) Radiasi merupakan suatu pancaran energi dari suatu materi dalam bentuk panas, partikel ataupun gelombang elektromagnetik. Besarnya energi radiasi pada gelombang elektromagnetik bergantung pada persamaan Planck:

E = hf = hc/λ

Dengan keterangan:

E: Energi radiasi (J)

h: Konstanta Planck (6,63 10-34 Js)

f: frekuensi gelombang (Hz)

c: Kecepatan gelombang elektromagnetik (300.000.000 m/s)

λ: Panjang gelombang (m)

Impelementasi Gelombang Elektromagnetik dalam Teknologi

Implementasi gelombang elektromagnetik dalam teknologi adalah sebagai berikut:

• Sinar gamma: dimanfaatkan untuk mengecek keretakan hasil pengelasan logam, serta untuk membunuh sel kanker.
• Sinar-X: dimanfaatkan untuk mendeteksi organ-organ tubuh bagian dalam, program x-ray, menganalisis struktur kristal.
• Sinar ultraviolet (UV): untuk menentukan kandungan suatu bahan, vitamin D, sumber penerangan, fotosintesis, menjaga suhu bumi.
• Inframerah: dimanfaatkan untuk foto inframerah (digunakan pada ruangan gelap), sebagai remote control.
• Gelombang mikro: dimanfaatkan untuk komunikasi radar, mendeteksi kedudukan pesawat terbang, sebagai pemanas makanan (Oven).
• Gelombang radio: dimanfaatkan sebagai komunikasi radio dan teleskop
• Gelombang elektromagnetik pada gawai/laptop digunakan untuk mengirim data, internet, serta komunikasi antar pengguna.

Kesimpulan

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan menjalar melalui ruang hampa tanpa memerlukan medium rambat. Gelombang elektromagnetik memiliki beberapa variabel yang dapat diukur, seperti panjang gelombang, frekuensi, dan kecepatan. Beberapa sifat gelombang elektromagnetik antara lain dapat merambat dalam ruang hampa dan memiliki arah rambat yang tegak lurus dengan arah getaran, serta memiliki kecepatan tetap. Gelombang elektromagnetik memiliki spektrum yang terdiri dari beberapa jenis, antara lain gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma. Gelombang elektromagnetik memiliki kegunaan yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam teknologi komunikasi nirkabel, teknologi pemanas, teknologi sterilisasi dan teknologi medis.

Referensi

Isfardiyana, S. H. (2014). Pentingnya Melindungi Kulit Dari Sinar Ultraviolet Dan cara Melindungi kulit Dengan Sunblock Buatan Sendiri. Asian Journal of Innovation and Entrepreneurship (AJIE), 3(2), 126-133.

Pain, H. J. (2021). THE PHYSICS OF VIBRATIONS AND WAVES Sixth Edition.

Purwarini, D., Marjunus, R., & Syafriadi, S. (2020). Pemantulan dan Pembiasan Gelombang Elektromagnetik Terpolarisasi-p Pada Bidang Batas Kanan Bahan Antiferomagnetik FeF2 di Dalam Konfigurasi Faraday. Jurnal Fisika Indonesia, 24(1), 11-16.

Tipler, P. A. (2001). Fisika untuk Sains dan Teknik edisi ketiga jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Tristanti, D. D. T., & Sudarti, S. (2021). Analisis Kemampuan Multirepresentasi Verbal dan Tabel Tentang Konsep Spektrum Gelombang Elektromagnetik pada Mahasiswa Fisika. PSEJ (Pancasakti Science Education Journal), 6(2), 46-51.