A. Teori
Gelombang Elektromagnetik
Perpaduan antara teori
adanya cahaya dan elektromagnetik menghasilkan kesimpulan bahwa cahaya adalah
suatu bentuk radiasi elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik diitimbulkan
oleh muatan yang dipercepat, terdiri dari medan B dan medan listrik E yang
bergetar saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah perambatan
gelombang. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal, karena
arah getarnya tegak lurus dengan arah perambatannya.
Ciri-ciri gelombang elektromagnetik :
Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:
Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:
1.
Perubahan
medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga
kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada
tempat yang sama.
2. Arah medan listrik dan medan magnetik
saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.
3.
Dari ciri no
2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.
4.
Seperti
halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa
pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa polarisasi
karena termasuk gelombang transversal.
5.
Cepat rambat
gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik
dan magnetik medium yang ditempuhnya.
Teori
Maxwell tentang gelombang elektromagnetik
Michael Faraday telah
menyelidiki hubungn kelistrikan dan kemagnetan sehingga menemukan bahwa
perubahan medan magnetic dapat menghasilkan medan listrik. Berdasarkan
simetrisasi alami, James Clark Maxwell mengemukakan hipoteisis bahwa apabila
perubahan medan magnetik dapat menimbulkan medan listrik, maka sebaliknya
perubahan medan listrik pun akan dapat menimbulkan medan magnetic.
Gelombang
elektromagnetik terdiri dari medan listrik dan medan magnetic yang berubah
secara periodic dan serempak dengan arah getar tegak lurus satu sama lain dan
keduanya tegak lurus terhadap arah rambatan gelmbang. Dengan demikian gelombang
magnetic merupakan gelombang transversal.
Kecepatan rambat
gelombang elektromagnetik ditentukan oleh permeabilitas vakum m0
dan
permitivitas vakum e0 yang memenuhi
hubungan :
Dengan
memasukkan nilai m0 = 4π -7 Wb/A
m dan e0
=
8,85
10-12 ke persamaan, maka
diperoleh c = 2,998 x 108 m/s. Nilai cepat rambat gelombang
elektromagnetik ini tepat sama dengan cepat rambat cahaya dalam vakum sehingga
dapat disimpulkan bahwa cahaya termasuk gelombang elektromagnetik.
Sifat-sifat gelombang :
1. Dapat
merambat dalam ruang hampa.
2. Merupakan
gelombang transversal.
3. Merambat
dalam arah lurus.
4. Dapat
mengalami pembiasa (refraksi).
5. Dapat
mengalami pemantulan (refleksi).
6. Dapat
mengalami perpaduan (interferensi).
7. Dapat
mengalami pelenturan ( difraksi).
8. Dapat
mengalami pengkutuban ( polarisasi).
B.
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Spektrum
gelombang elektromagnetik terdiri dari bermacam-macam gelombang yang dibedakan
berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Urutan sspektrum gelombang
elektromagnetik daro panjang gelombang terkecil sampai terbesar sebagai berikut
:
1. Sinar
gamma (ᵧ)
2. Sinar-X
3. Sinar
Ultraviolet
4. Cahaya
tampak
5. Sinar
inframerah
6. Gelombang
mikro
7. Gelombang
radio.
Penggunaan
gelombang elektromagnetik antara lain sebagai berikut :
1.
Sinar
gamma
Sinar gamma mempunyai daerh
frekuensi 1020 Hz sampai
1025 Hz. Sinar gamma merupakan gelombang
elektromagnetik yang memiliki daya tembus sangat kuat sehingga dapat menembus
pelat besi dengan ketebalan sampai beberapa sentimeter. Sinar yang dihasilkan
oleh inti-inti yang tidak stabil ini banyak digunakan untuk membunuh sel-sel
kanker dan sterlisasi alat-alat kedokteran. Radiasi sinar gamma dapat diketahui
dengan suatu alat yang disebut dengan detektor Geiger-Muller.
2.
Sinar-X/Sinar
Rontgen
Sinar-X mempunyai daerah frekuensi 1016
Hz sampai 1020 Hz. Sinar-X dihasilkan oleh electron-elektron yang
terletak di bagian dalam kulit electron atau juga pancaran radiasi yang keluar
ketika electron yang berkecepatan tinggi menumbuk permukaan logam.
Deangan panjang gelombang yang
pendek dan frekuensi yang besar, sinar-X mempunyai daya tembus yang kuat.
Sinar- X dapat digunakan untuk memotret susunan tulang dalam tubuh, misalnya
utuk menentukan letak tulang yang retak.
3. Sinar Ultraviolet
Sinar ultraviolet mempunyai
frekuensi 1015 Hz sampai1016 Hz. Jenis gelombang
elektromagnetik ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam loncatan atau nyala
listrik. Dengan energy yanghampir sama pada energy yang diperlukan dalam suatu
reaksi kimia, maka sinar ultraviolet dapat digunakan untuk memendarkan barium
platina sianida, menghitamkan pelat foto yang berlapis perak bromide, dan
memiliki daya pembnuh kuman (terutama untuk kuman-kuman penyakit kulit).
Sumber-sumber sinar ultraviolet adalah busur karbon, lampu merkuri, dan sinar
matahari.
Matahari merupakan sumber utama
dari sinar ultraviolet. Sinar ultraviolet dari matahari dapat mengionisasi
partikel-partikel di atmosfer yang berada pada ketinggian sekitar 80 km yang
disebut lapisan ionosfer. Lapisan ozon (O) di atmosfer dapat menyerap sinar
ultraviolet sehingga tidak sampai ke permukaan bumi. Berlubangnya lapisan ozon
dapat menyebabkan meningkatnya sinar ultraviolet yang sampai ke permukaan bumi
sehingga akan mengancam makhluk hidup di permukaan bumi.
4.
Cahaya
atau sinar Tampak
Cahaya atau sinar tampak merupakan
sinar yang dapat membantu penglihatan kita. Cahaya tampak dapat dihasilkan oleh
benda yang suhunya cukup tinggi, misalnya matahari dan filament pada lampu.
Cahaya tampak juga dapat dihasilkan dari perpindahan elektron dalam atom dari
keadaan berenergi tinggi ke keadaan berenergi rendah. Cahaya yang berbeda
frekuensi atau panjang gelombang akan menyebabkan terjadinya perbedaa sensasi
pada mata, sehingga menimbulkan warna yang berbeda.
Spektrum warna cahaya berdasarkan
urutan kenaikan panjang gelombang adalah sebagai berikut :
|
Spektrum Warna
|
Panjang Gelombang (nm)
|
|
Ungu
|
390 – 455
|
|
Biru
|
455 – 492
|
|
Hijau
|
492 – 577
|
|
Kuning
|
577 – 597
|
|
Jingga
|
597 – 622
|
|
Merah
|
622 – 780
|
5.
Sinar
Inframerah
Sinar
inframerah dapat dihasilkan oleh elektron dalam molekul yang bergetar karena
dipanaskan. Apabila suatu benda dipanaskan akan memancarkan sinar inframerah
yang jumlah sinarnya bergantung pada suhu dana warna bend. Dengan menggunakan
prinsip ini, suatu satelit pengamat dapat mendeteksi tumbuh-tumbuhan (atau
benda lain) yang ada di suatu daerah.
Sinar
inframerah dapat dihasilkan oleh molekul-molekul dan benda panas yang dapat
dimanfaatkan dalam bidang industry, medis, dan astrinomi. Pemotretan permukaan
bumi dari pesawat udara maupun satelit biasanya menggunakan sinar inframerah
karena tidak banyak dihamburkan oleh partikel-partikel udara.
Sinar
Inframerah dapat dibedakan ke dalam tiga daerah seperti pada tabel berikut :
|
Daerah Inframerah
|
Rentang Panjang Gelombang (m)
|
|
Inframerah dekat
|
7,8 × 10-7 – 3 × 10-6
|
|
Inframerah sedang
|
3 × 10-6 – 3 × 10-5
|
|
Inframerah jauh
|
3 × 10-5 – 10-3
|
6.
Gelombang
Mikro
Gelombang mikro merupakan gelombang
radio dengan frekuensi paling tinggi (SHF= Super High Frequency), yaitu 3 GHz.
Gelombang mikrodapt dengan mudah diserap oleh molekul air dalam makanan.
Apabila suatu makanan menyerap radiasi gelombnag mikro., maka makanan tersebut
menjadi panas dalam waktu yang sangat singkat.
Gelombang mikro dihasilka oleh
peralatan elektronika khusus, misalnya tabung klystron. Hal ini dapat
dimanfaatkan dalam oven (microwave oven) untuk memasak makanan dengan cepat dan
lebih ekonomis.
7.
Gelombang
Radio dan Televisi
Gelombang televisi yang mempunyai
frekuensi sedikit lebih tinggi dari gelombang radio dapat merambat secara lurus
dan tidak dapat dipntulkan oleh lapisan ionosfer (suatu lapisan dalam atmosfer
bumi). Agar dapat ditangkap atau diterima di suatu daerah yang jauh dari
pemancarnya diperlukan adanya stasiun relai atau stasiun penghubung. Geelombang
radio dan televisi dihasilkan dari osilsi listrikdalam rangkaian.
Frekuensi
gelombang radio dimulai dari 30 Hz dan dibagi berdasarkan lebar frekuensinya
sebagai berikut :
|
Jenis
Frekuensi dan Lebar Frekuensi
|
Jenis
Gelombang dan Panjang Gelombang
|
Manfaat
|
|
Low Frequency
(LF)
30 kHz – 300
kHz
|
Long Wave
1.500 m
|
v Komunikasi
jarak jauh
v Radio
komersial gelombang panjang
|
|
Medium
Frequency (MF)
300 kHz – 3MHz
|
Medium Wave
300 m
|
v Komunikasi
jarak jauh
v Radio
komersial gelombang medium
|
|
High Frequency
(HF)
3 MHz – 30 MHz
|
Short Wave
30 m
|
v Komunikasi
radio amatir dan CB
v Radio
komersial gelombang pendek
|
|
Very High
Frequency (VHF)
30 MHz – 300
MHz
|
Very Short
Wave
3 m
|
v Radio FM
v
Radio mobil polisi
v Komunikasi
pesawat udara
|
|
Ultra High
Frequency (UHF)
300 MHz – 3GHz
|
Ultra Short
Wave
30 cm
|
v Komunikasi
jarak pendek
v Sakuran
televise
|
|
Super High
Frequency (SHF)
Di atas 3 GHz
|
Micro Wave
3 cm
|
v Komunikasi
menggunakan satelit
v
Radar
v
Saluran televise
v Telepon
|
C.
Peranan
Gelombang Elektromagnetik dalam Kehidupan
Gelombang elektromagnetik
banyak dimanfaatkan dalam kehidupan di muka bumi. Pemanfaatan itu ada dalam
berbagai bidang, yaitu bidang kedokteran, bidang industri, bidang astronomi,
bidang seni, dan bidang sains fisika. Banyak sekali keuntungan yang diperoleh
dari pemanfaatan gelombang elektromagnetik ini. Tetapi, gelombang
elektromagnetik ini juga dapat memberikan dampak negatif yang dapat mengganggu
kehidupan di muka bumi.
Gelombang radio
banyak dimanfaatkan oleh manusia dalam bidang komunikasi yaitu digunakan
sebagai alat komunikasi dan pembawa informasi dari suatu tempat ke tempat yang
lain. Salah satunya digunakan pada sistem siaran televise, radio dan perangkat
elektronik yang menghasilkan osilasi listrik.
Peranan elektronik
dalam sarana komunikasi dapat memberikan dampak negatif. Hal ini terletak pada
gelombang elektromagnetik yang dihasilkan. gelombang elektromagnetik yang
dihasilkan oleh alat elektronik dapat menyebabkan cacat mental karena saraf
otak kita terganggu oleh gelombang tersebut. Selain itu, jika ada yang
menghubungi pada saat mengisi bensin maka daerah SPBU itu dapat menjadi
berbahaya karena gelombang elektromagnetik tersebut dapat memicu ledakan dari
SPBU. Oleh karena itu, kita harus berhati-hati bila berada di derah SPBU.
gelombang yang
dipancarkan dari stasiun radio pemancar dipantulkan oleh lapisan atmosfer bumi.
Lapisan atmosfer tersebut mengandung pertikel-partikel bermuatan listrik, yaitu
lapisan ionosfer sehingga dapat mencapai tempat-tempat di bumi yang jaraknya
jauh dari pemancar. Gelombang radio dapat menembus lapisan ionosfer pada energi
foton sekitar 108 Hz. Gelombang yang membawa informasi diteruskan oleh lapisan
ionosfer. Informasi yang berbentuk suara dibawa oleh gelombang pendukung
sebagai perubahan frekuensi dan disebut sebagai modulasi frekuensi (FM).
Gelombang mikro
digunakan dalam analisis struktur atom dan molekul serta digunakan pula pada
radar (radio detecting and ranging). Gelombang mokro juga digunakan
dalam komunikasi antarbenua dengan menggunakan bantuan satelit sehingga walaupun
komunikasi jarak jauh yang terhalang oleh gunung pun dapat dilakukan. Posisi
satelit harus diperhatikan karena posisi satelit mempengaruhi hubungan
komunikasi seluruh dunia. “Microwave oven menggunakan gelombang mikro
dalam band frekuensi ISM sekitar 2,45 GHz. … . Pemanasan dengan gelombang mikro
mempunyai kelebihan yaitu pemanasan lebih merata karena bukan mentrasfer panas
dari luar tetapi membangkitkan panas dari dalam bahan tersebut”.
Sinar inframerah
tidak dapat dideteksi oleh mata telanjang tetapi masih dapat dirasakan karena
energi panas yang dihasilkan. Setiap hari manusia bisa merasakan sinar
inframerah yang berasal dari matahari yang sangat bermanfaat bagi tubuh
manusia. 80% cahaya matahari adalah sinar inframerah karena panjang jangkauan
gelombang sinar ini (4 sampai 1000 mikron).
Sinar inframerah
banyak digunakan dalam bidang industri, bidang kesehatan atau kedokteran,
astronomi, dan dalam mempelajari struktur molekul. dalam bidang kedokteran
sinar inframerah dapat digunakan untuk mengurangi rasa sakit pada rematik dan
menghangatkan permukaan kulit. Sinar inframerah tidak banyak dihamburkan oleh
partikel-pertikel sehingga dalam bidang astronomi dengan menggunakan
pelat-pelat film yang peka terhadap sinar inframerah, pemotretan permukaan bumi
oleh pesawat dari satelit dapat dilakukan. Sinar inframerah dapat digunakan
untuk mempelajari struktur molekul dengan menggunakan alat spektroskop
inframerah.
Cahaya tampak atau
sinar tampak dapat membantu penglihatan mata kita. Dengan adanya sinar tampak, mata
kita dapat melihat benda-benda di sekeliling kita dan dapat dibedakan
macam-macam warnanya.
Sinar ultraviolet
dapat digunakan untuk membunuh mikroorganisme, yaitu dengan radiasi ultraviolet
yang diserap akan menghancurkan mikroorganisme seperti hasil reaksi karena
ionosasi dan dissosiasi molekul. Sinar ini dapat mengubah molekul sterol dari
provitamin D menjadi vitamin D yang berguna untuk pertumbuhan tubuh manusia.
sinar ultraviolet juga dapat digunakan untuk mengetahui unsure-unsur dalam
dalam suatu bahan dengan teknik spektroskopi karena rentang frekuensi sinar ini
antara 1015 hertz hingga 1016 hertz.
Selain memberikan
keuntungan, sinar ultraviolet juga menyebabkan kerugian yang besar dalam
kehidupan. Sinar ultraviolet yang terdapat di dalam matahari dapat diserap oleh
lapisan ozon di atmosfer. Apabila lapisan ozon di atmosfer berlubang maka dapat
meningkatkan sinar ultraviolet yang sampai ke permukaan bumi dan dapat merusak
jaringan kulit pada manusia Sinar ultraviolet membawa lebih banyak energi daripada
gelombang cahaya lain. Karena inilah gelombang ultraviolet dapat masuk dan
membakar kulit sehingga kulit manusia menjadi sensitif terhadap sinar
ultraviolet matahari. Hal ini, dapat menimbulkan kanker pada kulit . Sinar-X
disebut juga sinar rontgen. Dalam bidang kedokteran sinar ini digunakan untuk
memotret bagian tulang yang patah, batu ginjal, paru-paru, dan bagian tubuh
lainnya. Di zaman modern ini, sinar rontgen digunakan dalam operasi pembedahan
sehingga dokter dapat mengetahui bagian mana yang harus dibedah. Pada bidang
industri sinar ini digunakan untuk menemukan cacat las dan bungkus logam karena
sinar ini dapat dapat menembus logam. Pada bidang seni, sinar-X digunakan untuk
melihat bagian dalam patung yang tidak terlihat dari luar. Pada bidang sains
fisika, sinar-X digunakan untuk mempelajari pola-pola difraksi pada struktur
atom suatu bahan sehingga dapat digunakan untuk menentukan struktur bahan
tersebut. Sinar gamma sangat berbahaya untuk
manusia karena dapat membunuh sel hidup terutama sinar gamma dengan tingkat
energi yang tinggi yang dilepaskan oleh reaksi nuklir seperti ledakan bom
nuklir. Ground Penetrating Radar merupakan metode
geofisika dengan menggunakan teknik elektromagnetik yang dirancang untuk
mendeteksi objek yang terkubur didalam tanah dan mengevaluasi kedalam objek
tersebut.
Manfaat
Gelombang Elektromagnetik pada Dunia Kesehatan :
Mengaktifkan dan menyeimbangkan
sel-sel tubuh
Sel yang lebih aktif akan mempunyai aktifitas metabolisme lebih tinggi sehingga dengan metabolisme yang sempurna menghasilkan energi yang lebih besar
Sel yang lebih aktif akan mempunyai aktifitas metabolisme lebih tinggi sehingga dengan metabolisme yang sempurna menghasilkan energi yang lebih besar
Memecah molekul
air/mengencerkan darah
Lebih dari 70% tubuh manusia terdiri dari air. Darah mengandung 80% air. Jika jarang olah raga, kurang konsumsi sayuran, budan dan susu, pH darah menjadi acidik dan kental sehingga distribusi O2, zat gizi dan air ke sel-sel tubuh menjadi lambat. Selain itu, memperberat kerja/pompa jantung.
Lebih dari 70% tubuh manusia terdiri dari air. Darah mengandung 80% air. Jika jarang olah raga, kurang konsumsi sayuran, budan dan susu, pH darah menjadi acidik dan kental sehingga distribusi O2, zat gizi dan air ke sel-sel tubuh menjadi lambat. Selain itu, memperberat kerja/pompa jantung.
Menghambat pertumbuhan
sel kanker
Membuat kondisi yang tidak nyaman bagi pertumbuhan sel sel kanker. Panjang gelombang yang dipancarkan oleh Bio Fir 6-14u (mikron) adalah interval gelombang yang dihindari oleh sel-sel kanker. Dengan memberikan Bio Fir maka susah bagi sel-sel kanker tumbuh/berkembang.
Membuat kondisi yang tidak nyaman bagi pertumbuhan sel sel kanker. Panjang gelombang yang dipancarkan oleh Bio Fir 6-14u (mikron) adalah interval gelombang yang dihindari oleh sel-sel kanker. Dengan memberikan Bio Fir maka susah bagi sel-sel kanker tumbuh/berkembang.
Menghambat
pertumbuhan bakteri dan jamur
Membuat kondisi yang tidak nyaman bagi pertumbuhan bakteri dan jamur. Bau badan diakibatkan oleh aktifitas bekteri dan jamur, jika bakteri dan jamur tidak tumbuh maka akan mengurangi bau badan pada saat kita berkeringat.
Membuat kondisi yang tidak nyaman bagi pertumbuhan bakteri dan jamur. Bau badan diakibatkan oleh aktifitas bekteri dan jamur, jika bakteri dan jamur tidak tumbuh maka akan mengurangi bau badan pada saat kita berkeringat.
Manfaat
gelombang elektromagnetik banyak dipakai di dunia kedokteran dan laboratorium
Seperti,
MIR : untuk general ceck up,
USG : untuk memeriksa bayi dalam kandungan
Seperti,
MIR : untuk general ceck up,
USG : untuk memeriksa bayi dalam kandungan
Contoh penerapan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari :
1. Radio
Radio energi
adalah bentuk level energi elektromagnetik terendah, dengan kisaran panjang
gelombang dari ribuan kilometer sampai kurang dari satu meter. Penggunaan
paling banyak adalah komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar.
Radar berguna untuk mempelajari pola cuaca, badai, membuat peta 3D permukaan
bumi, mengukur curah hujan, pergerakan es di daerah kutub dan memonitor
lingkungan. Panjang
gelombang radar berkisar antara 0.8 – 100 cm.
2. Microwave
Panjang
gelombang radiasi microwave berkisar antara 0.3 – 300 cm. Penggunaannya
terutama dalam bidang komunikasi dan pengiriman informasi melalui ruang
terbuka, memasak, dan sistem PJ aktif. Pada sistem PJ aktif, pulsa microwave
ditembakkan kepada sebuah target dan refleksinya diukur untuk mempelajari
karakteristik target. Sebagai contoh aplikasi adalah Tropical Rainfall
Measuring Mission’s (TRMM) Microwave Imager (TMI), yang mengukur radiasi
microwave yang dipancarkan dari Spektrum elektromagnetik Energi elektromagnetik
atmosfer bumi untuk mengukur penguapan, kandungan air di awan dan intensitas
hujan.
3. Infrared
Kondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan
menyelidiki pancaran inframerah dari tubuh. Foto inframerah khusus disebut
termogram digunakan untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi dan
kanker. Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm pencuri. Seorang pencuri
tanpa sepengetahuannya akan menghalangi sinar dan menyembunyikan alarm. Remote
control berkomunikasi dengan TV melalui radiasi sinar inframerah yang
dihasilkan oleh LED ( Light Emiting Diode ) yang terdapat dalam unit, sehingga
kita dapat menyalakan TV dari jarak jauh dengan menggunakan remote control.
4.
Sinar X
Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk
memotret kedudukan tulang dalam badan terutama untuk menentukan tulang yang
patah. Akan tetapi penggunaan sinar X harus hati-hati sebab jaringan sel-sel
manusia dapat rusak akibat penggunaan sinar X yang terlalu lama.
