RADIASI ELEKTROMAGNETIK 

Radiasi elektromagnetik dalam bentuk  gelombang elektromagnetik,


Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat lewat ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Cahaya tampak adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Waktu kawat menghantarkan muatan sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan, panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Max Planck:




Perubahan medan listrik dan medan magnet ditimbulkan dengan cara dua bola isolator bermuatan positif dan negatif digetarkan sehingga jaraknya berubah-ubah sesuai dengan frekuensi getaran tersebut. Perubahan medan magnet tersebut juga menimbulkan medan listrik. Timbulnya medan listrik ini ditandai dengan dipancarkannya gelombang elektromagnetik. Pada gambar di bawah ditunjukkan perubahan medan listrik dan medan magnet yang menimbulkan adanya gelombang elektromagnetik.

Cahaya mempunyai kesamaan sifat dengan radiasi elektromagnetik, terutama mengenai sifat penjalarannya. Cahaya terdiri dari 2 komponen, yaitu komponen listrik dan komponen magnetik. Interaksi gelombang elektromagnetik terjadi antara medan listrik gelombang elektromagnetik dengan gerakan elektronik dari materi.

Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau energi per foton. Spektrum dari radiasi elektromagnetik dibagi menjadi tujuh daerah/bagian menurut panjang gelombang dan frekuensinya


 partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan, panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau 
Semakin pendek panjang gelombangnya (semakin besar  frekuensinya), warna radiasinya semakin besar.
hal ini ditunjukkan oleh gambar spektrum berikut ini;


 Sumber Radiasi

Sumber Radiasi Elektromagnetik berasal dari Cahaya/sinar matahari. Spektrum cahaya matahari dapat diuraiakan sebagai berikut:



 Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan dalam berbagai panjang gelombang dan frekuensi. Cahaya yang terdiri dari berbagai panjang gelombang dan frekuensi tersebut dinamakan cahaya polikromatik, salah satu contohnya adalah cahaya matahari. Sedangkan cahaya yang hanya terdiri dari satu panjang gelombang dan frekuensi dinamakan cahaya monokromatik, contoh cahaya monokromatik adalah laser.

Teori gelombang elektromagnetik diajukan oleh seorang ahli fisika Inggris, James Clerk Maxwell (1831 -1879). Hipotesis Maxwell yang melahirkan/memunculkan gagasan baru tentang gelombang elektromagnetik. Keberhasilan Maxwell dalam menentukan teori gelombang elektromagnetik membuka cakrawala baru di dunia komunikasi.
A.       Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gejala-gejala kelistrikan dan kemagnetan erat hubungannya satu sama lain. Hal ini nampak pada gejala-gejala sebagai berikut.
      1.      Hipotesis Maxwell
          a.       Muatan medan listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya, yang besarnya                          diperlihatkan oleh hukum Coulomb
          b.      Arus listrik atau muatan yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya                     yang  besar dan arahnya ditunjukan oleh hukum Bio-Savart atau hukum Ampere
       c.       Perubahan medan magnetik dapat menimbulkan GGL induksi yang dapat menghasilkan medan listrik dengan aturan yang diberikan oleh hukum Induksi Faraday.
Pada ketiga teori ini terdapat hubungan antara listrik dengan medan magnet. Muatan listrik yang diam menghasilkan medan magnet. Muatan listrik yang bergerak dapat menghasilkan medan magnetik. Perubahan medan magnetik akan menghasilkan medan listrik.
Gelombang elektromagnetik tersusun atas perambatan medan listrik E dan medan magnet B yang saling tegak lurus satu sama lain. Perhatikan gambar berikut.
Menurut Maxwell kecepatan merambat gelombang elektromagnetik bergantung dari listrik  kemagnetan dan kelistrikan medium atau tidak bergantung dari amplitudo getaran medannya.
Maxwell berhasil menunjukan bahwa cahaya tampak merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik dan juga berhasil memprediksi kelajuan cahaya denga menggunakan persamaan sebagai berikut :
Teori gelombang elektromagnetik Maxwell didukung oleh Heinrich Hertz yang berhasil membangkitkan dan mendeteksi adanya gelombang elektromagnetik dari sebuah percobaan dengan menggunakan listrik.
2.      Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Pada dasarnya radiasi gelombang elektromagnetik terdiri dari beberapa gelombang dengan frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda, tetapi mempunyai laju yang sama, yaitu kira-kira 3 x 108 m/s. Gelombang-gelombang elektromagnetik dengan frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda tersebut disebut dengan “spektrum”, yang terdiri dari gelombang radio, gelombang televisi, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma. Rentang spektrum gelombang elaktromagnetik ditunjukan oleh gambar sebagai berikut.
Gelombang-gelombang elektromagnetik yang berjalan di ruang hampa memiliki laju yang sama dengan laju cahaya , dan berlaku persamaan berikut ini.

Contoh :
Sebuah pemancar radio bekerja pada daerah frekuensi  600 kHz dan 900 kHz. Berapa panjang gelombang siaran yang diterima pesawat radio?
Jawab :
B.        Penggunaan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari
1.      Gelombang radio
Suatau rangkaian elektronika yang biasanya disebut dengan osilator dapat membangkitkan gelombang radio yang dapat dipancarkan dan diterima dengan menggunakan alat yang disebut antena. Gelombang radio dapat dibedakan berdasarkan rentang frekuensi dan panjang gelombang
Berdasarkan rentang frekuensi, gelombang radio dibedakan menjadi :
           Frekuensi rendah (30 kHz - 300 kHz)
-          Frekuensi sedang (300 kHz - 3 MHz)
-          Frekuensi tinggi (3 MHz - 30 MHz )
-          Frekuensi sangat tinggi (30 MHz - 300 MHz)
-          Frekuensi ultra tinggi (300 MHz – 3 GHz)
-           Frekuensi super tinggi (lebih dari 3 GHz)
Sedangkan, berdasarkan panjang gelombangnya, gelombang radio dibedakan menjadi :
-          Gelombang panjang (1500 m)
-          Gelombang sedang (300 m)
-          Gelombang pendek (30 m)
-          Gelombang sangat pendek (3 m)
-          Gelombang ultra pendek (30 cm)
-          Gelombang mikro (3 cm)
Gelombang radio banyak dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, seperti komunikasi   jarak jauh, radar, satelit komunikasi, dan telepon. Gelombang radio yang digunakan dalam komunikasi adalah gelombang sedang (frekuensinya sekitar 1 MHz).
Gelombang sedang dapat dipantulkan oleh lapisan atmosfer bumi yaitu pada lapisan ionosfer, sehingga informasi yang dibawa oleh gelombang medium dapat mencapai tempat-tempat yang jauh dari pemancar.

      Gelombang Radio


a      a. Gelombang radio Amplitude Modulation (AM)

Pada sistem ini gelombang suara dipancarkan oleh gelombang radio, dengan gelombang radio mengalami perubahan amplitudo sesuai dengan amplitude suara, gelombang AM mempunyai frekuensi antara 104 Hz sampai 109 Hz.
Keuntungan radio AM adalah sebagai berikut :
      1)      Sangat baik untuk membawa informasi berita
      2)      Dapat menjaga seluruh tempat di permukaan bumi, hal ini disebabkan energi gelombang yang          dipancarakan tidak mampu menembus lapisan ionosfer dan dipantulkan kembali ke perukaan              bumi Kelemahannya : mudah di pengaruhi oleh gejala kelistrikan di udara, akibatnya terdengar           suara brisik.

      b.      Gelombang radio Frequency Modultion (FM)

Pada gelmbang FM, frekuensi gelombang radio mengalami gangguan pada rapatannya sesuai               dengan amplitudo gelombang suara.
Keunggulan system FM antara laian sebagai berikut :
      1)      Digunakan untuk komunikasi antarsatelit, karena mampu menembus lapsan ionosfer
      2)      Kualitas suara lebih bagus, karena bebas dari gangguan kelistrikan
Kelemahannya : tidak dapat menjangkau tempat yang jauh, karena tidak dapat dipantulkan                  ionosfer bumi.

      Gelombang televisi

Pemancar televisi bekerja dengan menggunakan perubahan frekuensi dalam pengiriman informasi yang digabung denga sinyal audio (suara) audio (gambar). Frekuensi yang digunakan dibedakan atas Ultra High Frekuency (UHF) atau Very High Frekuency (VHF).
     

3   Gelombang mikro atau Radar


Gelombang mikro dibangkitkan oleh rangkaian elektrode  seperti rangkaianosilasi listrik. Alat-alat klyson, magketron, dan Travelling Wave Tube (TMT). Gelombang mikro adalah gelombang pendek (1 mm – 30 cm) dengan frekuensi sekitar 1010 Hz, sehingga dapat digunakan pada system radar yang difungsikan untuk navigasi pertahanan udara, untuk mempelajarai sifat atom dan molekul dari suatu zat dan untuk mengukur kedalaman laut.

4     Sinar inframerah


Sinar inframerah dibangkitkan oleh electron dalam molekul yang digetarkan, misalnya jika benda dipanaskan. Rentang panjang gelombang antara 7,8x10-4m - 103m. Frekuensi anatara 3 x 10-11m -4 x 1-43Hz. Dengan energi yang tinggi mampu menembus kabut dan awan tebal sehingga dapat digunakan untuk membuat foto jarak jauh. Dalam bidang kedokteran digunakan untuk penyianaran pada proses penyembuhan penyakit encok, dan cacar.

5.      Cahaya tampak


Cahaya tampak yang mempunyai frekuensi 1015Hz dibamgkitkan oleh molekul dan atom-atom karena electron-elektron luasnya mengalami perpindahan energi.  Cahaya tampak berfungsi sebagai alat bantu untuk penglihatan mata. Cahaya tampak terdiri dari warna, jingga, kuning, hijau, biru dan ungu.

6.      Sinar Ultraviolet


Cahaya ultraviolet yang mempunyai frekuensi 1015 Hz sampai 1016 Hz memiliki panjang gelombang 6 x 10-8m sampai 3,6x10-7m. Matahari merupakan sumber dari gelombang ultraviolet.
Kegunaannya antara lain sebagai berikut :
a.       Menghitamkan plat foto
b.      Membunuh kuman-kuman
c.       Digunakan untuk pembuatan IC

7.      Sinat-X


Sinar X memiliki panjang gelombang antara 10-18 m sampai 10-8 m. sinar X memiliki daya tembus yang kuat karena memiliki energy yang besar. Sinar X dapat diperoleh dengan cara menmbak inti atom. Sinar X digunakan sebagai lat diagnosa kesehatan, misalnya untuk Rontgen, sinar X juga digunakan untuk menganalisis struktur atom dan Kristal. Sinar X memiliki frekuensi 1016 Hz sampai 1020Hz.
Kelemahannya : pemeriksaan anggota tubuh dengan sinar tidak boleh terlalu lama, karena membahayakan.

8.      Sinar Gamma



Sinar gamma dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif karena aktivitas inti atomnya. Sinar gamma memiliki frekuensi terbesar dalam spekrum gelombang elektromagnetik, yaitu 1020 Hz – 1025 Hz dengan panjang gelombang atom 1A0 – 10-4 A0. Sinar ini memiliki daya tembus yang sangat besar, mampu menembus timah besi. Sinar ini dihasilkan oleh atom-atom yang tidak stabil.
Kelemahannya ; jika diserap pada jaringan hidup sinar gamma akan menyebabkan efek yang serius seperti mandul dan kanker

Sifat dari radiasi elektromagnetik, antara lain:

1.
Dapat merambat di ruang hampa,

2.
merupakan gelombang transversal,

3.
mengalami pemantulan (refleksi),

4.
mengalami pembiasan( refraksi),

5.
mengalami interferensi,

6.
mengalami lenturan (difraksi),

7.
arah rambatannya tidak ditentukan oleh medan listrik maupun medan magnet.



Contoh Soal:
1.
Tentukan kuanta energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 6600 Å jika kecepatan cahaya adalah 3 x 108 m/s dan tetapan Planck adalah 6,6 x 10−34 Js !



Pembahasan:



2.
Tentukan perbandingan kuanta energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 6000 Ã… dan sinar dengan panjang gelombang 4000 Ã… !



Pembahasan:

λ1 = 6000 Å
λ2 = 4000 Å

Dari E = h(c/λ), maka

E1 : E2 = λ2 : λ1 = 4000 : 6000 = 2 : 3




  partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyaienergi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Max Planck: