Home / Fisika / gelombang elektromagnetik

Gelombang Elektromagnetik (GEM)

  • 11 min read
Loading...

Penulis : Deyan Prashna, Departemen Fisika, Universitas Indonesia 2016

Kalian sudah pernah mendengar kan kata listrik dan magnet? Bagaimana jika keduanya itu disatukan dan saling mempengaruhi, apa jadinya? Nah, kalo gelombang kalian sudah pernah dengar juga kan? Lalu, jika medan magnet dan listrik merambat membentuk gelombang, bagaimana jadinya? Tentu, gelombang tersebut memiliki frekuensi dan panjang gelombang yang diklasifikasikan kedalam spektrum gelombang. Dalam artikel ini kita akan membahas mengenai gelombang elektromagnetik, apa itu gelombang elektromagnetik? Kalian akan menemukan jawabannya setelah membaca artikel ini.

Pengertian Gelombang

Gelombang adalah getaran yang merambat dan dapat melalui medium maupun tidak dalam perambatannya. Gelombang merambat ke arah tertentu dan membawa energi dalam perambatannya tanpa menyebabkan partikel mediumnya berpindah (ikut bersama aliran gelombang secara kontinu).

Sedangkan getaran merupakan gerak bolak-balik melalui titik keseimbangan. Getaran juga disebut sebagai gerak periodik. Getaran dikatakan melakukan gerakan satu periodik jika dimulai dan berakhir di tempat (titik) yang sama.

Waktu yang diperlukan untuk melakukan gerak periodik

Loading...
atau satu getaran penuh dinamakan sebagai periode. Jika gerakan ini terus dilakukan berulang-ulang, maka terdapat beberapa gerak periodik atau getaran.

Jumlah dari banyaknya getaran tersebut per satuan waktu dinamakan sebagai frekuensi. Untuk memudahkan pemahaman perhatikan persamaan berikut:

1

2

dimana T merupakan periode (s), t merupakan waktu getar (s), dan f merupakan frekuensi, Hertz, (Hz).

Waktu getar diperlukan untuk melakukan getaran selama periode tertentu dan dari situ didapatkan frekuensi tertentu dari getaran tersebut. Dalam kehidupan ini tidak lepas dari getaran, getaran yang besar (skala makro) akan menghasilkan bunyi karena berada pada rentang frekuensi audiosonik (diantara 20 Hz – 20 kHz).

Tentu setiap getaran akan menghasilkan bunyi namun, jika diluar frekuensi audiosonik maka suaranya tidak akan terdengar oleh telinga manusia. Hal tersebut bersesuaian dengan gelombang.

Gelombang dalam perambatannya ada yang memerlukan medium dan juga tidak. Medium gelombang memiliki berbagai sifat yaitu:

  • Linear, dimana gelombangnya berbeda di semua titik tertentu pada mediumnya.
  • Terbatas, mediumnya hanya terbatas untuk rentang frekuensi gelombang tertentu.
  • Seragam, dimana ciri fisik gelombang tidak berubah pada titik yang berbeda.
  • Isotropik, dimana ciri fisik gelombang sama pada arah yang berbeda.

Gelombang memiliki panjang gelombang dan frekuensi dalam setiap perambatannya dan agar memudahkan pemahaman bentuk gelombang diumpamakan saja berbentuk sinusoidal. Perhatikan gambar berikut:

bentuk gelombang sinusoidal

Berdasarkan gambar tersebut dapat diketahui bagian-bagian dari gelombang yaitu bukit dan lembah gelombang, puncak gelombang dan amplitudo. Definisi dari 4 adalah 1 bukit dan 1 lembah gelombang.

Jenis Gelombang

Gelombang memiliki berbagai macam bentuk dengan penjelasan sebagai berikut:

Menurut arah, gelombang terbagi menjadi dua yaitu:

  • Gelombang transversal : Merupakan gelombang yang arah getarannya tegak lurus terhadap arah rambatnya, contoh gelombang pada tali.
  • Gelombang longitudinal : Merupakan gelombang yang arah getarannya sejajar/berhimpit dengan arah rambatnya, contoh gelombang pada pegas.

Menurut amplitudo dan fase, gelombang terbagi menjadi dua yaitu:

  • Gelombang berjalan : Merupakan gelombang yang amplitudo dan fasenya sama di setiap titik yang dilaluinya. Contoh: gelombang suara yang melewati medium lentur (busa, spons, dll).
  • Gelombang diam : Merupakan gelombang yang amplitudo dan fasenya berbeda di setiap titik yang dilaluinya. Contoh: gelombang tali senar gitar.

Menurut medium perambatan, gelombang terbagi menjadi dua yaitu:

  • Gelombang mekanik : Merupakan gelombang yang memerlukan medium dalam perambatannya. Contoh: gelombang laut, gelombang suara.
  • Gelombang Elektromagnetik: Merupakan gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Contoh: sinar gamma, sinar X, sinar UV, cahaya tampak, sinar inframerah, gelombang radar, gelombang TV dan gelombang radio.

Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik (GEM) merupakan gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Gelombang ini dapat merambat melalui ruang hampa udara.

Semakin besar frekuensi gelombang maka panjang gelombangnya akan semakin pendek dan energinya pun semakin tinggi. Energi dari GEM merambat/dihantarkan melalui karakter dari gelombang itu sendiri, yang terdiri dari panjang gelombang, amplitudo, frekuensi dan kecepatan gelombang (cepat rambat gelombang).

Cepat rambat gelombang dalam ruang hampa dapat mendekati 6 . GEM dapat dibedakan menjadi beberapa jenis yang disebabkan oleh tingkatan frekuensi/panjang gelombang dimana kedua karakteristik tersebut sangat bergantung pada energi yang dipancarkan sumber.

Pancaran dari gelombang itu bersifat radial/ke segala arah. Untuk lebih jelasnya kalian bisa membaca artikel sifat-sifat cahaya.

GEM memiliki sifat/ciri khas, yaitu:

  • Merupakan gelombang transveral.
  • Dapat merambat pada ruang hampa udara.
  • Mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), interferensi, difraksi dan polarisasi.
  • Arah perambatannya selalu lurus (tegak lurus terhadap sumber), kecuali ada faktor eksternal yang membuatnya mengalami refleksi atau interferensi atau difraksi atau bahkan polarisasi (arah rambatnya menjadi tidak lurus).
  • Arah perambatannya tidak dipengaruhi oleh medan magnet dan listrik.
  • Terjadi perubahan medan magnet dan listrik secara bersamaan.

Terdapat spektrum gelombang elektromagnetik (GEM) yang merupakan susunan GEM berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya. GEM memiliki beberapa jenis yang dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombang atau pun energinya, yaitu gelombang radio, gelombang radar, gelombang mikro, sinar inframerah, cahaya tampak, sinar ultraviolet (UV), sinar-X, dan sinar gamma.

Berikut penjelasan mengenai GEM:

Gelombang radio

Gelombang radio memiliki frekuensi sekitar 30 kHz. Gelombang ini dihasilkan dari muatan listrik yang dipercepat melalui kawat penghantar yang disebut sebagai antena. Muatan listrik tersebut dibangkitkan melalui osilator. Gelombang ini dipancarkan melalui antena pemancar dan diterima oleh antena penerima.

Gelombang radio diubah oleh perangkat elektronik menjadi gelombang suara audiosonik. Gelombang ini digunakan untuk mentransmisikan sinyal pada jarak yang sangat jauh.

Gelombang ini digunakan pada stasiun TV dan radio untuk mentransmisikan sinyal komunikasi, cintra satelit, dsb.

Gelombang mikro

Merupakan gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi (lebih dari 3 GHz). Gelombang ini jika diserap pada suatu benda maka benda tersebut akan mengalami peningkatan suhu (menjadi panas).

Gelombang mikro dimanfaatkan dalam teknologi RADAR (Radio Detection and Ranging) untuk menentukan atau mencari jejak sebuah benda. Selain itu, juga dimanfaatkan pada microwave oven untuk memanaskan makanan.

Sinar Inframerah

Sinar ini berada dalam rentang frekuensi 1011 Hz – 1014 Hz. Sinar inframerah dihasilkan dari elektron-elektron dalam molekul yang bergetar karena menerima peningkatan suhu (energi kinetik pun menjadi meningkat).

Setiap benda memancarkan sinar inframerah dengan warna dan suhu yang berbeda-beda. Semakin cerah warnanya, maka frekuensinya semakin tinggi dan suhunya pun semakin tinggi.

Loading...

Sinar ini tidak terlihat tetapi dapat dideteksi diatas spektrum cahaya merah dan digunakan untuk memindahkan energi yang tidak terlalu besar. Contohnya pada remote control untuk memindahkan data dalam bentuk energi.

Cahaya tampak

Cahaya ini menjadi satu-satunya gelombang yang dapat dilihat oleh mata kita karena berada dalam rentang frekuensi yang sama dengan penglihatan kita. Panjang gelombang cahaya tampak sekitar 6 . Contohnya pada penggunaan laser dalam serat optik yang digunakan dalam dunia telekomunikasi dan kedokteran.

Sinar Ultraviolet (UV)

Sinar ini memiliki frekuensi dalam rentang 1015 Hz – 1016 Hz. Sinar ini dihasilkan dari atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari menjadi sumber utama dalam menghasilkan sinar UV.

Sinar X

Sinar ini memiliki frekuensi antara 10 nm – 100 pm. Sinar ini memiliki daya tembus yang kuat, yaitu dapat menembus kulit, kertas dan alumunium (dengan ketebalan 1 cm). Sinar ini digunakan dalam dunia medis untuk melihat organ dalam tanpa perlu melakukan operasi seperti yang diterapkan pada teknologi Rontgen.

Sinar Gamma

Sinar ini memiliki frekuensi paling tertinggi dalam spektrum GEM, yaitu antara 1017 Hz – 1025 Hz dan daya tembus paling kuat. Sinar ini memiliki efek yang membahayakan bila terserap oleh jaringan tubuh dimana dapat memutuskan ikatan sel manusia.

Contoh penggunaannya untuk mensterilkan alat kedokteran, gamma knife surgery, dsb.

Berikut ilsutrasi spektrum dari GEM:

spektrum dari GEM

Persmaan dari kecepatan rambat GEM, yaitu:

dimana c merupakan kecepatan rambat gelombang dalam ruang hampa 14 , 16 permeabilitas ruang hampa 10 , dan 11 merupakan permitivitas ruang hampa 12 .

Kecepatan perambatan gelombang bergantung pada permitivitas listrik dan permeabilitas magnetik medium. Sehingga kecepatan rambat gelombang dapat dinyatakan dengan:

13

dimana 15 merupakan permeabilitas medium dan 15 merupakan permitivitas medium.

GEM juga memiliki rumus berikut:

16

dimana c merupakan cepat rambat gelombang dalam ruang hampa ( ), 16 merupakan panjang gelombang (m), dan f merupakan frekuensi (Hz).

Jarak pantulan gelombang dari pemancar ke penerima, dapat dinyatakan sebagai berikut:

17

dimana s merupakan jarak dari pemancar ke penerima (m), dan 19 merupakan selisih waktu yang diperlukan gelombang untuk kembali ke pemancar (s).

Dengan demikian, GEM tidak lepas kaitannya dengan medan magnet dan medan listrik. Keduanya disatukan dan membentuk suatu penjalaran berupa rambatan gelombang. Maksud disatukan disini adalah dalam perambatannya medan magnet dan listrik keluar dari sumbu rambat dimana kedua bidangnya saling tegak lurus. Untuk lebih jelasnya perhatikan ilustrasi berikut!

gelombang elektromagnetik

Sehingga dari gambar 2 kita dapat mengetahui bahwa dalam setiap penjalaran gelombang medan magnet dan listrik saling berhimpit dan bersatu namun arah dari keduanya saling tegak lurus (arah rambat keduanya sama).

Hal ini yang menjadi alasan bahwa GEM tidak dipengaruhi oleh medan magnet dan listrik dalam perambatannya dan juga jika GEM bertemu dengan medan magnet dan listrik eksternal maka kedua medan tersebut akan saling bertolakan terhadap GEM sehingga arah perambatan GEM akan tetap merambat lurus sampai ada pengganggu yang menyebabkan arah rambatnya berubah.

Pertanyaan Umum

Apa yang kalian ketahui tentang getaran dan gelombang?

Getaran adalah gerakan bolak-balik melalui titik keseimbangan. Sedangkan gelombang adalah getaran yang merambat baik melalui medium atau bahkan tanpa medium.

Sebutkan jenis-jenis gelombang?

Gelombang dapat dibedakan menjadi:
– Berdasarkan arah: gelombang transversal dan longitudinal.
– Berdasarkan amplitudo dan fase: gelombang berjalan dan diam.
– Berdasarkan medium perambatan: gelombang mekanik dan elektromagnetik.

Apa itu gelombang elektromagnetik?

Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Sehingga dapat merambat melalui ruang hampa udara. Jenis dari gelombang ini yaitu gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, UV, sinar X dan sinar gamma.

Contoh Soal Latihan

  1. Suatu gelombang mekanik berjalan dengan frekuensi sebesar 50 Hz. Berapa waktu getar yang diperlukan oleh gelombang tersebut?

Jawab:

21

2. Sebuah GEM merambat melalui ruang hampa udara dengan panjang gelombang 100 nm. Tentukan frekuensinya!

Jawab:

22

3. Sebuah alat RADAR memancarkan sinyal ke suatu objek yang jauh dan berhasil ditangkap 3 s kemudian. Berapa jarak objek tersebut dari alat RADAR?

Jawab:

Daftar Pustaka

  • Adistiana, Karina Dwi. 2018. Fisika Kelas 12 | Konsep Gelombang Elektromagnetik. Diperoleh dari https://blog.ruangguru.com/konsep-gelombang-elektromagnetik (diakses pada 08 Mei 2020).
  • Bitar. 2019. Materi Getaran. Diperoleh dari https://www.gurupendidikan.co.id/getaran/ (diakses pada 07 Mei 2020).
  • Bitar. 2020. Gelombang Elektromagnetik: Pengertian, Sifat, Macam, Rumus, Beserta Contoh Soal Lengkap. Diperoleh dari https://www.gurupendidikan.co.id/gelombang-elektromagnetik/ (diakses pada 08 Mei 2020).
  • Evitasari. 2020. Definisi Gelombang. Diperoleh dari https://guruakuntansi.co.id/definisi-gelombang/ (diakses pada 07 Mei 2020).
  • Prastya, Ilham. 2020. Diperoleh dari https://www.ayoksinau.com/pengertian-gelombang/ (diakses pada 07 Mei 2020).
  • Setiawan, Parta. 2020. Diperoleh dari https://www.gurupendidikan.co.id/pengertian-gelombang/#ftoc-heading-2 (diakses pada 07 Mei 2020).
  • Tsadmin. 2019. Soal dan Pembahasan Bab 9 Gelombang Elektromagnetik – Fisika SMA 1. Diperoleh dari http://www.tigaserangkai.com/id/?p=3873 (diakses pada 08 Mei 2020).

Baca juga

Loading...