Konsep Gelombang Elektromagnetik – Materi Fisika Kelas 12

Halo Sobat Zenius, di artikel Materi Fisika Kelas 12 ini, gue mau ngajak elo buat ngebahas tentang apa itu gelombang elektromagnetik, jenis, sifat dan contohnya dalam kehidupan sehari-hari. Yuk baca sampai selesai penjelasannya!

Bisa gak sih kita melihat cahaya selain cahaya tampak? Ada gak sih cahaya di luar warna mejikuhibiniu? Kenapa selama ini kita hanya kenal warna pada rentang mejikuhibiniu? Banyak sekali pertanyaan seperti itu muncul dalam pelajaran fisika. Ternyata jawabannya ada lho, guys. Di dunia ini ada cahaya lain selain cahaya tampak.

Setelah melalui proses panjang dengan berbagai penelitian oleh para ahli, akhirnya diketahui bahwa ada cahaya di luar cahaya tampak. Semua jenis cahaya itu akan masuk dalam gelombang elektromagnetik. Hmm.. apa itu gelombang elektromagnetik?

Sebelum kita bahas lebih jauh, sebagai gambaran lagi elo sudah tahu kan teknologi bluetooth? Nah, cara kerja bluetooth juga merupakan satu di antara contoh pemanfaatan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.

Apa lagi ya contoh lainnya dan apa saja jenis-jenis gelombang elektromagnetik? Langsung kita bahas aja, yuk!

Sejarah Gelombang Elektromagnetik

Sebelum abad ke-19, orang-orang hanya mengetahui cahaya yang tampak. Selain cahaya yang tampak, berarti udah gak ada lagi jenis sinar lainnya. Baru deh setelah tahun 1800, ada seorang astronom Inggris yang lahir di Jerman bernama William Herschel dengan penemuannya yang menyatakan bahwa ada sinar lain selain cahaya tampak.

Penemuan Herschel inilah yang menjadi awalan dari berkembangnya materi gelombang elektromagnetik. Nantinya temuan Herschel terus dikembangkan oleh para ilmuwan lain.

Seperti apa temuannya? Herschel melakukan percobaan dengan menggunakan prisma untuk menfraksikan berkas sinar matahari. Ternyata, ia menemukan cahaya yang gak kasat mata di luar daerah warna merah yang bisa menyebabkan termometer menjadi panas/tinggi. Sinar tersebut kemudian dinamakan sinar infrared/inframerah.

Setelah 1 tahun dari penemuan Herschel, muncul penemuan lain dari fisikawan Jerman bernama Johann Wilhelm Ritter yang menemukan berkas sinar dekat warna ungu yang tak kasat mata. Percobaan Ritter tersebut juga menggunakan prisma untuk menfraksikan berkas sinar matahari. Sinar yang ditemukan tersebut ternyata menyebabkan pelat perak klorida menjadi berwarna hitam. Kemudian, sinarnya dinamakan sinar infraungu atau ultraviolet.

Selanjutnya, pada akhir abad ke-19, fisikawan asal Jerman bernama Wilhelm Rontgen menemukan berkas sinar yang dapat menembus benda padat, yang selanjutnya dinamakan X-ray.

Beberapa tahun setelahnya, diawali oleh penemuan sinar alfa dan beta oleh Rutherford, seorang fisikawan dan kimiawan asal Perancis bernama Paul Ulrich Villard menemukan berkas sinar ketiga dari percobaan Rutherford. Sinar tersebut bersifat netral dan memiliki energi yang lebih tinggi dari sinar X, selanjutnya sinar ini disebut dengan sinar gamma.

Elo perlu tahu nih, gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi paling tinggi adalah sinar gamma.

Kembali ke tahun 1862-1864, James Clerk Maxwell mengembangkan teori yang menghubungkan erat medan listrik dengan medan magnet. Ia berpendapat bahwa perubahan medan listrik akan menyebabkan perubahan medan magnet, sehingga akan tercipta suatu gelombang.

Nah, dari percobaan itu, kemudian dibuktikan oleh Heinrich Hertz pada 25 tahun setelahnya. Hertz menemukan gelombang di luar rentang sinar inframerah yang selanjutnya disebut gelombang mikro dan radio. Dari percobaan yang dilakukan oleh Hertz tersebut, akhirnya teori Maxwell terbukti dan dibenarkan. Akhirnya, gelombang temuan Maxwell tersebut dinamakan gelombang elektromagnetik (GEM).

Gak cukup sampai di situ, ternyata ada beberapa teori Maxwell yang diperdebatkan karena kekurangannya, yang menyatakan bahwa “kecepatan cahaya pada medium tertentu adalah konstan”. Padahal, kecepatan cahaya itu berbeda-beda tergantung si pengamatnya.

Akhirnya, pada tahun 1905, Albert Einstein menemukan konsep relativitas khusus yang akhirnya menyempurnakan konsep gelombang elektromagnetik.

Panjang ya sejarah pengembangan teori energi gelombang elektromagnetik. Tenang aja, elo bisa lihat timeline singkatnya di bawah ini.

Apa Itu Gelombang Elektromagnetik?

Kalau kita ulik dari namanya, gelombang elektromagnetik adalah gabungan antara medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus, berosilasi, dan merambat melewati ruang. Gelombang tersebut membawa energi dari satu tempat ke tempat lain tanpa medium perambatan.

Penggabungan medan listrik dan medan magnet yang saling berosilasi dan merambat juga lebih dikenal dengan radiasi gelombang elektromagnetik.

Dari poin sejarah di atas, kita tau kalau gelombang ini tercipta karena adanya perubahan medan listrik yang dapat mengakibatkan berubahnya juga medan magnet. Berarti harus ada perubahan atau ada muatan yang bergerak, iya kan? 

Kalau muatannya diam atau konstan apa yang akan terjadi? Ya gak akan ada gelombang yang tercipta.

Gelombang akan tercipta kalau ada perubahan muatan, nah perubahan tersebut jika terus berlangsung akan menyebabkan perubahan medan magnet dan listrik secara sinusoidal (grafik sin). Kira-kira seperti ini bentuk dari gelombang elektromagnetik.

Sifat-Sifat Gelombang Elektromagnetik

Kalau elo sudah kenalan tentang apa itu gelombang elektromagnetik, lanjut ke pembahasan sifatnya yuk. 

Apa aja sih sifat-sifat gelombang elektromagnetik ini? Sambil gue uraikan sifat-sifatnya di bawah, elo lihat juga gambar gelombangnya di atas ya, supaya lebih tergambar.

• Perubahan medan magnet (E) dan medan listrik (B) terjadi secara bersamaan, keduanya bernilai maksimum dan minimum pada saat yang bersamaan juga.
• Medan magnet (E), medan listrik (B), dan kecepatannya (V) saling tegak lurus.
• Merupakan gelombang transversal.
• Mengalami sifat-sifat cahaya, yaitu pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, dan polarisasi.
• Besar medan listrik berbanding lurus dengan besar medan magnetnya.
• Nilai dari kecepatan GEM hanya dipengaruhi oleh sifat listrik dan magnet medium yang ditempuhnya.
• Gak bisa dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet, karena gak bermuatan. Jadi, hukum Coulomb dan Lorentz gak berlaku pada GEM.
• Kecepatan konstan pada ruang hampa (3×10^8 m/s).

Itu dia sekilas tentang gelombang elektromagnetik beserta sifat-sifatnya. Gimana, sampai sini udah paham belum? Kalau udah paham, berarti bisa nyebutin jenis-jenis gelombang elektromagnetik dong? 

Oke, kita bakal bahas jenis-jenis gelombangnya di poin selanjutnya. Tapi, elo harus paham dulu nih sama karakteristik dari GEM.

Kalau masih bingung, gue punya video materi belajar yang langsung bisa kamu akses di >> Karakteristik Gelombang Elektromagnetik. Ada latihan soalnya juga khusus buat elo, supaya makin paham sama materi fisika yang satu ini.

Jenis-Jenis Gelombang Elektromagnetik

Kalau udah paham, kita lanjut yuk ke macam-macam gelombangnya. Dari sekian banyak contoh di bawah ini, ada gak sih yang langsung bisa elo tebak, “ah gue udah tau daritadi nih kalau gelombang ini emang termasuk dalam GEM”. 

Ada nggak yang gitu? Ayo dong kasih tau hasil tebakan elo di kolom komentar!

Oke cus, langsung aja nih gue kasih daftar gelombang yang masuk dalam elektromagnetik.

Gelombang Radio

Jenis yang pertama adalah gelombang radio, yang mana gelombang ini dihasilkan dari osilasi elektron rangkaian listrik dengan panjang gelombang lebih dari 1 meter.

Yap, gelombang radio termasuk gelombang elektromagnetik terpanjang dibandingkan dengan jenis lainnya, tapi memiliki frekuensi yang paling kecil. Nah, spektrum dari gelombang radio, antara lain: low frequency (LF) 30-300 kHz, medium frequency (MF) 300 kHz – 3 mHz, high frequency (HF) 3-30 mHz, very high frequency (VHF) 30-300 mHz, dan ultra high frequency (UHF) 300 mHz – 36 Hz. 

Untuk frekuensi gelombang elektromagnetik radio yang paling panjang adalah VHF dan UHF, karena panjang gelombangnya sampai ke satelit.

Gimana sih cara kerja gelombang radio? Gelombang radio dipancarkan melalui transmitter atau antena pemancar, yang kemudian sinyal akan diterima oleh receiver atau antena penerima. Apa aja sih elektronik yang memanfaatkan gelombang radio? Gelombang radio dimanfaatkan untuk radio, televisi, dan juga telepon. Ini juga merupakan pemanfaatan gelombang elektromagnetik ya Sobat Zenius.

Gelombang Mikro

Gelombang mikro ini sebenarnya masih merupakan gelombang radio, namun dengan frekuensi yang sangat tinggi, yaitu super high frequency (SHF) dengan rentang nilai 3-30 GHz. Gelombang ini lebih tinggi dari UHF lho yaa. 

Pemanfaatan gelombang elektromagnetik jenis ini contohnya apa sih? Gelombang mikro dihasilkan oleh alat elektronik khusus seperti tabung klystron. Kita bisa menemukan gelombang ini pada microwave, yaitu alat yang digunakan untuk memanaskan makanan.

Gelombang Inframerah

Jenis gelombang elektromagnetik lainnya adalah gelombang inframerah atau infrared. Berapa sih frekuensi dari gelombang ini? Frekuensi infrared berkisar antara 10^11-10^14 Hz dengan panjang gelombangnya 700-1000 nm.

Sinar inframerah juga bisa digunakan untuk mendeteksi orang yang terkena virus atau sedang sakit lho, guys. Kok bisa, gimana cara kerjanya? Misalnya di bandara ada pendeteksian orang yang terkena virus, perbedaan orang yang terinfeksi virus dengan orang yang normal atau sehat terletak pada suhu tubuhnya. 

Suhu orang yang terinfeksi akan lebih tinggi daripada orang normal, sehingga frekuensi gelombang inframerah yang dipancarkan orang terinfeksi akan berbeda dari orang yang normal.

Contoh lain pemanfaatan gelombang elektromagnetik jenis sinar infrared adalah kamera untuk berburu di malam hari, khususnya untuk berburu ular. Cara kerjanya hampir sama kok, di mana ketika benda terkena kamera infrared, maka benda-benda tersebut akan memancarkan gelombang infrared. 

Nah, yang membedakan benda satu dengan yang lainnya, misal makhluk hidup (hewan yang akan diburu) akan memiliki frekuensi yang berbeda dengan benda-benda yang berada di sekitarnya, dan juga ada perbedaan warna antara yang satu dengan lainnya.

Cahaya Tampak

Cahaya tampak ini paling sering kita temukan lho, di mana rentang gelombangnya berkisar antara 400-700 nm. Nah, panjang gelombang pada kisaran tersebut sensitif di mata manusia, sehingga bisa tampak. Contoh cahaya tampak yaitu warna mejikuhibiniu (merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu).

Kita juga sering menemukan contoh cahaya tampak pada traffic light yang digunakan sebagai alat komunikasi. Ketika kita melihat warna merah, berarti mata kita menerima pantulan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang di kisaran 700 nm. Elo bisa melihat spektrum warna pada gambar berikut ini.

Gelombang Ultraviolet (UV)

Selanjutnya ada gelombang UV, dengan panjang gelombangnya  sekitar 1-400 nm dan frekuensi gelombang elektromagnetik 10^15-10^16 Hz.

Sinar ini dihasilkan dari transisi elektron terluar suatu atom dan radiasi termal yang dipancarkan oleh matahari, di mana suhunya lebih dari 600 K. Sebenarnya, sinar UV yang masuk ke bumi itu gak berbahaya lho. Karena, hanya sedikit saja sinar UV yang masuk ke Bumi, akibat terhalang oleh atmosfer.

Sayangnya, semakin ke sini banyak penggunaan AC, penyemprot serangga, hair sprayer, parfum, dll yang mengandung freon. Nah, kandungan tersebut bisa membuat lapisan ozon menipis dan bocor. Kalau udah gitu kan sinar UV bakal semakin banyak yang masuk ke bumi, dan akan berbahaya bagi kesehatan makhluk hidup, termasuk manusia, misalnya kanker kulit, katarak, dll. Yuk, kita kurangi penggunaan freon!

Sinar X

Sinar X atau X-ray memiliki panjang gelombang yang berkisar antara 0,01-10 nm. Makin ke sini semakin pendek kan panjang gelombangnya? Tapi, frekuensinya cukup besar lho, yaitu 10^16-10^20 Hz.

Sinar X ini dihasilkan oleh transisi elektron yang lebih dalam atau terikat pada inti atom, dan juga dihasilkan oleh partikel yang diperlambat. 

Contoh radiasi elektromagnetik sinar X ada pada bidang kesehatan, seperti CT Scan atau rontgen. Karena, sinar ini bisa melewati atau menembus jaringan tubuh.

Sinar Gamma

Lalu, ada sinar gamma, yaitu sinar yang paling pendek panjang gelombangnya (<10 pm), namun memiliki frekuensi yang paling besar dibandingkan jenis lainnya (10^20-10^25 Hz). 

Oh iya, frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang ya. Ketika frekuensinya besar, berarti panjang gelombangnya pendek. Sebaliknya, ketika frekuensinya rendah, maka gelombangnya akan semakin panjang. Semakin tinggi frekuensinya, maka daya tembusnya semakin baik.

Sudah tahu kan gelombang elektromagnetik yang menggunakan frekuensi tinggi adalah sinar gamma. Nggak heran pemanfaatannya banyak digunakan di bidang medis.

Sinar gamma dihasilkan dari inti radioaktif ketika terjadi reaksi nuklir. Aplikasi sinar gamma ini biasanya pada bidang kesehatan, seperti digunakan untuk membunuh sel-sel kanker.

Nah, udah jelas belum tentang jenis-jenis dari gelombang elektromagnetik? Elo bisa mempelajari lebih jauh tentang jenis-jenis dan aplikasinya di video materi belajar Zenius >> Jenis Gelombang Elektromagnetik yang disertai juga dengan latihan soalnya lho.

 Yuk, uji pemahaman elo, kalau udah coba latihan soalnya, lapor ke sini ya berapa score-nya! Hihihi.

Bluetooth

Nah, ternyata salah satu fitur yang berfungsi dalam mentransfer berkas dan data di ponsel dan laptop kita juga menggunakan sistem gelombang elektromagnetik lho, yaitu bluetooth.

Hmmm… lalu, gimana sih cara kerja bluetooth? Nah, gue udah merangkum cara kerja bluetooth dan infrared pada video berikut ini:

Sekarang elo udah tau kan cara kerja dari bluetooth dan infrared yang ternyata dalam pemanfaatannya menggunakan gelombang elektromagnetik.

Elo bisa lihat menyimpulkan ya contoh gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari mudah kita temui. Coba deh elo tulis di komen contoh lainnya yang elo tahu.

Nah itu tadi materi gelombang elektromagnetik kelas 12. Untuk mewujudkan generasi yang cerdas dan cerah, kira-kira elo pengen gue bahas tentang apa lagi nih? Kalau punya saran, langsung tinggalin komentar di bawah aja ya!

Baca Juga Artikel Lainnya

Kupas Tuntas Materi Gelombang Bunyi

Konsep Dasar Gelombang Mekanik

10 Rumus Fisika yang Sering Digunakan

Originally published: July 8, 2021
Updated by: Silvia Dwi