Materi Fisika

Makalah Gelombang Elektromagnetik

Gelombang Elektromagnetik

Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat  walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude, kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.

Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbedabeda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik.

Keberadaan gelombang elektromagnetik didasarkan pada hipotesis Maxwell “ James Clark Maxwell ” dengan mengacu pada 3 fakta relasi antara listrik dan magnet yang sudah ditemukan:

1. Percobaan Oersted yang berhasil membuktikan : arus listrik dalam konduktor menghasilkan medan magnet disekitarnya (jarum kompas menyimpang bila di dekatkan pada kawat yang dialiri arus listrik).
2. Percobaan Faraday yang berhasil membuktikan batang konduktor yang menghasilkan GGL induksi pada kedua ujungnya bila memotong medan magnet
3. Percobaan Faraday yang menunjukkan perubahan fluks magnetik pada kumparan menghasilkan arus induksi dalam kuparan tersebut. Didasarkan pada penemuan Faraday “Perubahan Fluks magnetik dapat menimbulkan medan listrik” dan arus pergeseran yang sudah dihipotesakan Maxwell sebelumnya, maka Maxwell mengajukan suatu hipotesa baru : “Jika perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka perubahan Fluks listrik juga harus dapat menimbulkan medan magnet” Hipotesa ini dikenal dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet.

Bila Hipotesa Maxwell benar, konsekuensinya perubahan medan listrik akan mengakibatkan medan magnet yang juga berubah serta sebaliknya dan keadaan ini akan terus berulang. Medan magnet atau medan listrik yang muncul akibat perubahan medan listrik atau medan magnet sebelumnya akan bergerak (merambat) menjauhi tempat awal kejadian. Perambatan medan listrik dan medan magnet inilah yang disebut sebagai gelombang elektromagnetik.

Kebenaran Hipotesa Maxwell tentang adanya gelombang elektromagnetik pada akhirnya dibuktikan oleh “ Heinrich Hertz”.

Dengan Teori Maxwel tentang gelombang elektromagnetik menyimpulkan bahwa Sifat-sifat gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:

1. Perubahan medan listrik dan medan magnet 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 magnet saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang
3. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal
4. Mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi juga polarisasi
5. Besar medan listrik dan medan magnet (E=cB)
6. Tidak dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnet karena gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan
7. Kecepatan dalam ruang hampa sama dengan kecepatan di udara 3 x 10⁸ m/s.

 A.     SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik.

Spectrum elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan _m) mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray.

 1.    Gelombang Radio

Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya.

Proses 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 diterima oleh antena pula.

Penemuan Gelombang Radio

Orang pertama yang memberi petunjuk tentang kemungkinan adanya gelombang lain yang lebih panjang dari gelombang inframerah adalah James Clerk Maxwell, ahli lisika dari Skotlandia. Pada tahun 1864 ia menerbitkan beberapa makalah yang membahas tentang sifat cahaya dan menunjukkan secara teori bahwa sifat tersebut merupakan suatu gerakan gelombang magnet dan gelombang listrik. Maxwell berpendapat bahwa gelombang-gelombang tersebut dapat meluas jauh di luar gelombang lnframerah. la juga mengemukakan bahwa muatan listrik yang bergetar dapat menimbulkan gelornbann seperti tersebut di atas dan gelombang itu berjalan melintasi angkasa dengan kecepatan cahaya lebih dari 300.000 km/dt.

Orang yang penama kali mertemukan gelombang tersebut secara percobaan adalah Elihu Thomson. Dia adalah seorang guru di Sekolah Menengah Central Philadelpia. Pada tahun 1871, Elihu mengadakan percobaan dengan percikan listrik tegangan tinggi yang dapat meloncat melintasi celah beberapa cm. Elihu rnenyambung salah satu dari ujung yang dilewaii arus listrik ke sebuah pipa air dan uiung yang lain ke bagian atas meja logam. Pada waktu percikan-percikan timbul, ia mernbuktikan bahwa ia dapat pergi ke bagian-bagian gedung yang lebih jauh, memegang mata pisau dekat benda logam, dan menarik peicikan-percikan darinya. Setelah dilakukan beberapa percobaan lain akhirnya ia sadar bahwa ia telah mempertegas teori Maxwell. Energi yang menghasilkan percikan-percikan pada ujung pisau dipindahkan dari percikan asal oleh gelombang yang bergerak melintasi angkasa. Dengan menggunakan peralatan yang serupa pada tahun 1887, Heinrich Hertz memperoleh efek yang sama. llmuwan Jerrnan tersebut disarnbut gembira oleh dunia dan gelombang temuannya dinamakan gelombang Hertz yang akhirnya dikenal sebagai gelombang radio.

Pemanfaatan Gelombang Radio

No	Nama Band	Singkatan	Frekuensi	Panjang Gelombang	Manfaat
1.	Extremely Low Frequency	ELF	(3 – 30) Hz	(105 – 104) km	Komunikasi dengan bawah laut
2.	Super Low Frequency	SLF	(30 – 300) Hz	(104 – 103) km	Komunikasi dengan bawah laut
3.	Ultra Low Frequency	ULF	(300 – 3000) Hz	(103 – 102) km	Komunikasi di dalam pertambangan
4.	Very Low Frequency	VLF	(3 – 30) KHz	(102 – 104) km	Komunikasi di bawah laut
5.	Low Frequency	LF	(30 – 300) KHz	(10 – 1) km	Navigasi
6.	Medium Frequency	MF	(300 – 3000) KHz	(1 – 10–1) km	Siaran radio AM
7.	High Frequency	HF	(3 – 30) MHz	(10–1 – 10–2) km	Radio amatir
8.	Very High Frequency	VHF	(30 – 300) MHz	(10–2 – 10–3) km	Siaran radio FM dan televisi
9.	Ultra High Frequency	UHF	(300 – 3000) MHz	(10–3 – 10–4) km	Televisi dan handphone
10.	Super High Frequency	SHF	(3 – 30) GHz	(10–4 – 10–5) km	Wireless LAN
11.	Extremely High Frequency	EHF	(30 – 300) GHz	(10–5 – 10–6) km	Radio astronomi

Kerugian Gelombang Radio

1. Induksi gelombang elektromagnetik yang ditimbulkan dari radiasi gelombang radio
2. Induksi gelombang elektromagnetik dapat memengaruhi ion positif dan ion negatif di sekeliling pancaran radiasinya.
3. Dalam tubuh manusia, terkandung ion-ion yang bermuatan positif dan negatif. Muatan atau ion positif dan negatif di dalam tubuh mengalami keseimbangan apabila tidak mendapat pengaruh terutama dari radiasi gelombang elektromagnetik. Jika pengaruh radiasi tersebut telah melebihi batas ambang yang dapat diterima oleh tubuh manusia, akan terjadi ketidakseimbangan muatan (ion) di dalam tubuh manusia yang kemudian akan berakibat pada terganggunya fungsi-fungsi organ tubuh ataupun metabolisme yang ada di dalam tubuh manusia.
4. Jika hal ini terjadi terus menerus dalam jangka waktu yang lama, kesehatan orang tersebut akan terganggu atau sakit.

  2.    Gelombang Televisi

Gelombang televisi lebih tinggi frekuensinya dari gelombang radio FM. Sebagaimana gelombang radio FM, gelombang televisi membawa informasi gambar dan suara.

Gelombang Televisi merambat pada frekuensi 100,000 Hz sampai 100,000,000,000 Hz, sementara gelombang audio merambat pada frekuensi 20 Hz sampai 20,000 Hz. Pada siaran Televisi, gelombang audio dan video tidak ditransmisikan langsung melainkan ditumpangkan pada gelombang Televisi yang akan merambat melalui ruang angkasa.

Proses Gelombang Televisi

Gelombang ini tidak dipantulkan oleh ionosfer bumi, sehingga diperlukan penghubung dengan satelit atau di permukaan bumi untuk tempat yang sangat jauh. Misalnya di wilayah Bukittinggi dibangun sebuah stasiun penghubung (relay) yang letaknya dipuncak Gunung Marapi.

Penemu Gelombang Televisi

Penemu asal Skotlandia, John Logie Baird berhasil menunjukan cara pemancaran gambar-bayangan bergerak di London pada tahun 1925, diikuti gambar bergerak monokrom pada tahun 1926. Cakram pemindai Baird dapat menghasilkan gambar beresolusi 30 baris (cukup untuk memperlihatkan wajah manusia) dari lensa dengan spiral ganda.

Manfaat Gelombang Televisi

1. memancarkan jenis suara stereo
2. memancarkan bunyi keliling di banyak negara

Kerugian Gelombang Televisi

1. perlu adanya antenna antenna atau pemancar penghubung karena jangkauannya sempit
2. semakin tingginya risiko kanker kolorektal, endometrial, ovarium, dan prostat
3. semakin tinggi resiko terkena kardiovaskular

 3.    Gelombang mikro

Gelombang mikro disebut juga sebagai gelombang radio super high frequency. merupakan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi sekitar  Hz. Panjang gelombangnya kira-kira 3 mm.

Gelombang mikro disebut juga sebagai gelombang radio super high frequency. merupakan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi sekitar Hz. Panjang gelombangnya kira-kira 3 mm

Proses Gelombang Mikro

Gelombang elektromagnetik dilepaskan oleh pemancar. Apabila mengenai suatu benda yang terbuat dari logam, maka gelombang tersebut akan dipantulkan yang kemudian gelombang tersebut akan diterima oleh radar.

Penemuan Gelombang Mikro

Tahun 1888, Heinrich Hertz adalah orang pertama yang mendemonstrasikan kewujudan gelombang elektromagnet dengan membina sebuah alat yang menghasilkan dan mengesan gelombang mikro di kawasan UHF.

Manfaat Gelombang Mikro

1. Gelombang mikro ini dimanfaatkan pada pesawat radar (radio detection and ranging).
2. Gelombang radar diaplikasikan untuk mendeteksi suatu objek,
3. memandu pendaratan pesawat terbang,
4. membantu pengamatan di kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca kabut,
5. serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat.
6. Gelombang ini dimanfaatkan dalam alat microwave,
7. analisis struktur molekul dan atomik.

Kerugian Gelombang Mikro

• Kesehatan

mengkonsumsi makanan yang diproses dengan microwave  oven secara terus menerus menyebabkan :

1. Kerusakan otak yang menetap karena impuls listrik di otak mengalami ‘hubungan pendek’ ( kortsluiting ) melalui  de – polarisasi dan de – magnetisasi jaringan otak.
2. Tubuh manusia tidak mampu memetabolisir  ( memecah dan mengeluarkan ) produk sampingan yang tidak dikenal dalam makanan yang diproses dengan microwave.
3. Produksi hormon laki – laki dan perempuan diubah menjadi terhalang.
4. Semua mineral, vitamin dan zat gizi menjadi menurun atau berubah sifatnya sehingga tubuh tidak dapat menyerap maupun memecahnya.
5. Mineral yang terkandung dalam sayuran diubah menjadi radikal bebas yang menimbulkan kanker.
6. Efek produk sampingan yang diciptakan oleh makanan yang diproses dengan microwave bersifat menetap atau permanent dalam tubuh manusia.
7. Pertumbuhan kanker dan tumor lambung serta usus. Hal ini menjelaskan salah satu sebab peningkatan tajam kanker usus besar di Amerika serikat.
8. Terjadi peningkatan sel – sel kanker dalam darah manusia.
9. Daya tahan kekebalan tubuh menjadi berkurang akibat perubahan kelenjar getah bening dan serum darah.
10. Hilangnya daya ingat, konsentrasi, stabilitas emosi dan penurunan kecerdasan.

•  Bersifat Karsinogenik. Banyak perdebatan mengenai paparan radiasi telepon genggam dan microwave yang dipercaya dapat menyebabkan tumor otak. Beberapa ahli mengatakan bahwa radiasi yang ada di microwave cukup rendah, sehingga risiko timbulnya gangguan pada kesehatan tidak terlalu tinggi. Tetapi menurut International Agency for Research on Cancer, gelombang radio frekuensi yang rendah tetap bisa menimbulkan risiko kanker.

•  Neurologis. Orang yang pekerjaannya selalu menggunakan microwave dipercaya kerap kali mengalami gejala seperti mata lelah, sakit kepala, cepat letih dan gangguan tidur. Efek ini disebabkan oleh radiasi gelombang mikro yang mempengaruhi sistem saraf pusat tubuh, menurut Canadian Centre for Occupational Health and Safety (CCOHS). Selain itu, ada penelitian yang mengungkapkan bahwa gelombang mikro dapat mengakibatkan orang kehilangan memori, ketidakmampuan belajar, dan ADHD.

 4.    Sinar Inframerah

Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. jika kamu memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah.
Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.

Proses Sinar Inframerah

Frekuensi gelombang ini dihasilkan oleh getaran-getaran elektron pada suatu atom atau bahan yang dapat memancarkan gelombang elektromagnetik pada frekuensi khas.

Penemu Inframerah

Sir William Herschell, seorang astronom kerajaan Inggris secara tidak sengaja ketika william sedang melakukan penelitian untuk mencari bahan penyaring optik.

Manfaat Sinar Inframerah

a.      Kesehatan

• Mengaktifkan molekul air dalam tubuh. Hal ini disebabkan karena inframerah mempunyai getaran yang sama dengan molekul air. Sehingga, ketika molekul tersebut pecah maka akan terbentuk molekul tunggal yang dapat meningkatkan cairan tubuh.
• Meningkatkan sirkulasi mikro. Bergetarnya molekul air dan pengaruh inframerah akan menghasilkan panas yang menyebabkan pembuluh kapiler membesar, dan meningkatkan temperaturkulit, memperbaiki sirkulasi darah dan mengurani tekanan jantung.
• Meningkatkan metabolisme tubuh. jika sirkulasi mikro dalam tubuh meningkat, racun dapat dibuang dari tubuh kita melalui metabolisme. Hal ini dapat mengurangi beban liver dan ginjal.
• Mengembangkan Ph dalam tubuh. Sinar inframerah dapat membersihkan darah, memperbaiki tekstur kulit dan mencegah rematik karena asam urat yang tinggi.
• Pancaran panas yang berupa pancaran sinar inframerah dari organ-organ tubuh dapat dijadikan sebagai informasi kondisi kesehatan organ tersebut. Hal ini sangat bermanfaat bagi dokter dalam diagnosis kondisi pasien sehingga ia dapat membuat keputusan tindakan yang sesuai dengan kondisi pasien tersebut. Selain itu, pancaran panas dalam intensitas tertentu dipercaya dapat digunakan untuk proses penyembuhan penyakit seperti cacar.

b.      Bidang komunikasi

• Adanya sistem sensor infra merah. Sistem sensor ini pada dasarnya menggunakan inframerah sebagai media komunikasi yang menghubungkan antara dua perangkat. Penerapan sistem sensor infra ini sangat bermanfaat sebagai pengendali jarak jauh, alarm keamanan, dan otomatisasi pada sistem. Adapun pemancar pada sistem ini terdiri atas sebuah LED (Lightemitting Diode)infra merah yang telah dilengkapi dengan rangkaian yang mampu membangkitkan data untuk dikirimkan melalui sinar inframerah, sedangkan pada bagian penerima biasanya terdapatfoto transistor, fotodioda, atau modulasi infra merah yang berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan oleh pemancar.
• Adanya kamera tembus pandang yang memanfaatkan sinar inframerah. Sinar inframerah memang tidak dapat ditangkap oleh mata telanjang manusia, namun sinar inframerah tersebut dapat ditangkap oleh kamera digital atau video handycam. Dengan adanya suatu teknologi yang berupa filter iR PF yang berfungi sebagai penerus cahaya infra merah, maka kemampuan kamera atau video tersebut menjadi meningkat. Teknologi ini juga telah diaplikasikan ke kamera handphone
• Untuk pencitraan pandangan seperti nightscoop
• Inframerah digunakan untuk komunikasi jarak dekat, seperti pada remote TV. Gelombang inframerah itu mudah untuk dibuat, harganya relatif murah, tidak dapat menembus tembok atau benda gelap, serta memiliki fluktuasi daya tinggi dan dapat diinterfensi oleh cahaya matahari.
• Sebagai alat komunikasi pengontrol jarak jauh. Inframerah dapat bekerja dengan jarak yang tidak terlalu jauh (kurang lebih 10 meter dan tidak ada penghalang)
• Sebagai salah satu standardisasi komunikasi tanpa kabel. Jadi, inframerah dapat dikatakan sebagai salah satu konektivitas yang berupa perangkat nirkabel yang digunakan untuk mengubungkan atau transfer data dari suatu perangkat ke parangkat lain. Penggunaan inframerah yang seperti ini dapat kita lihat pada handphone dan laptop yang memiliki aplikasiinframerah. Ketika kita ingin mengirim file ke handphone, maka bagian infra harus dihadapkan dengan modul infra merah pada PC. Selama proses pengiriman berlangsung, tidak boleh ada benda lain yang menghalangi. Fungsi inframerah pada handphone dan laptop dijalankan melalui teknologi IrDA (Infra red Data Acquition). IrDA dibentuk dengan tujuan untuk mengembangkan sistem komunikasi via inframerah.

c.       Bidang keruangan

Inframerah yang dipancarakan dalam bentuk sinar infra merah terhadap suatu objek, dapat menghasilkan foto infra merah. Foto inframerah yang bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk membuat lukisan panas dari suatu daerah atau objek. Hasil lukisan panas dapat menggambarkan daerah mana yang panas dan tidak. Suatu lukisan panas dari suatu gedung dapat digunakan untuk mengetahui dari zona bagian mana dari gedung itu yang menghasilkan panas berlebihann sehingga dapat dilakukan perbaikan-perbaikan yang diperlukan.

d.      Bidang Industri

• Lampu inframerah. Merupakan lampu pijar yang kawat pijarnya bersuhu di atas ±2500°K. hal ini menyebabkan sinar infra merah yang dipancarkannya menjadi lebih banyak daripada lampu pijar biasa. Lampu infra merah ini biasanya digunakan untuk melakukan proses pemanasan di bidang industri.
• Pemanasan inframerah. Merupakan suatu kondisi ketika energi inframerah menyerang sebuah objek dengan kekuatan energi elektromagnetik yang dipancarkan di atas -273 °C (0°K dalam suhu mutlak). Pemanasan inframerah banyak digunakan pada alat-alat seperti, pemanggang dan bola lampu (90% panas – 10% cahaya).

Kerugian Inframerah

•  Efek pada kulit

Terjadi perdebatan yang panjang mengenai IR menyebabkan thermal skin burn.

Beberapa laporan menyebutkan bahwa studi kerusakan disebabkan oleh sinar lampu putih dan lainnya oleh laser tetapi asumsi dari semua kasus tersebut yang paling dicurigai adalah karena panas. Yang sangat penting dan kritikal adalah memisahkan IR-C (dan IR-B) dari IR-A dimana IR=A menekan secara baik ke dalam jaringan kulit dan lebih dalam sampai sub-cutis. IR-B diabsorbsi ke dalam epidermis dan dermis tetapi tidak diabsorpsi sedalam radiasi IR-A. IR-C secara total diabsorpsi di dalam stratum corneum dan permukaan epidermis dan pemanasan yang dalam oleh IR-C hanya dapat dicapai dengan pertukaran panas.

• Efek pada mata

Data yang menyebutkan batas pajanan untuk pajanan kronis pada mata bagian atas terhadap radiasi IR sangat terbatas. Sliney and Freasier (1973) menyatakan bahwa rata-rata kornea terpajan dari radiasi IR dari sinar matahari pada 1mW cm^-2, mempertimbangkan bahwa mata jarang secara langsung terpajan kecuali pada saat matahari terbit dan terbenam.

Pekerja pada kaca dan baja terpajan pada lingkungan panas hingga radiasi IR dalam cakupan 80 – 400 mW cm^-2 per hari selama 10 -15 tahun (Sliney dan Wolbarsht 1980; Lydahl 1984).