Pengertian Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak membutuhkan medium untuk merambat. Artinya, gelombang elektromagnetik bisa merambat meskipun dalam ruang hampa seperti di luar angkasa. 

Gelombang elektromagnetik dibentuk oleh medan magnet dan medan listrik yang saling merambat tegak lurus. Sumber penghasil gelombang elektromagnetik berbeda-beda. Beberapa di antaranya dihasilkan oleh nuklir atau atomik yang di dalamnya memuat fisika kuantum. Perhatikan ilustrasi gelombang elektromagnetik berikut ini.

Untuk kelajuan gelombang elektromagnetik bisa ditentukan dengan persamaan berikut.

Keterangan:

c = kelajuan gelombang elektromagnetik (m/s);

E = besar medan listrik (N/C); dan

B = besar medan magnet (T).

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Di awal pembahasan materi ini, kamu sudah dikenalkan dengan gelombang radio yang biasa digunakan oleh astronot untuk berkomunikasi. Ternyata, gelombang elektromagnetik itu tidak hanya gelombang radio saja. Melainkan ada 7 spektrum yang wajib kamu hafalkan, yaitu sebagai berikut.

1. Gelombang radio

Gelombang radio merupakan spektrum gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang terbesar dan frekuensi terkecil. Gelombang ini dihasilkan oleh elektron pada kawat penghantar. Elektron tersebut nantinya akan menghasilkan arus bolak-balik pada kawat. Gelombang radio dipancarkan melalui transmitter (antena pemancar) dan diterima oleh receiver (antena penerima).

2. Gelombang mikro

Gelombang mikro merupakan spektrum gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi terkecil kedua setelah gelombang radio. Frekuensi gelombang mikro adalah 10¹⁰ Hz dengan panjang gelombang 3 mm. gelombang mikro biasa dimanfaatkan untuk kepentingan deteksi bawah laut menggunakan radar, membantu pendaratan pesawat, dan sebagainya.

3. Sinar inframerah

Sinar inframerah memiliki frekuensi lebih besar daripada gelombang mikro. Frekuensi sinar inframerah berada di rentang 10¹¹ Hz – 10¹⁴ Hz. Artinya, panjang gelombang sinar inframerah lebih kecil daripada gelombang radio dan gelombang mikro. 

Sinar inframerah banyak diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya di bidang kedokteran untuk terapi saraf dan penyembuhan penyakit encok, di bidang militer untuk melihat di tempat gelap atau berkabut, di bidang elektronika untuk remote control, dan masih banyak lainnya.

4. Cahaya tampak

Jika di spektrum sebelumnya kamu tidak bisa melihat wujud gelombangnya, tidak demikian dengan cahaya tampak. Warna-warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu merupakan bentuk spektrum cahaya tampak. Cahaya tampak memiliki frekuensi sekitar 10¹⁵ Hz dengan panjang gelombang 400 nm – 800 nm. 

Panjang gelombang terpendek dari cahaya tampak dimiliki oleh cahaya ungu. Artinya, cahaya ungu memiliki frekuensi dan energi terbesar dibandingkan warna lainnya. Sementara itu, panjang gelombang terpanjang dimiliki oleh cahaya merah. Aplikasi cahaya tampak bisa kamu lihat pada laser.

5. Sinar ultraviolet

Sinar ultraviolet atau biasa disingkat sinar UV merupakan spektrum gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi 10¹⁵ – 10¹⁶ Hz. Panjang gelombang sinar UV adalah 10 – 100 nm. Sinar UV dihasilkan oleh radiasi sinar Matahari.

6. Sinar X

Sinar X merupakan spektrum gelombang elektromagnetik dengan frekuensi atau energi terbesar kedua setelah sinar gamma. Frekuensi sinar X berada di kisaran 10¹⁶ – 10²⁰ Hz. Sinar ini ditemukan oleh Wilhelm Rontgen. Itulah mengapa sinar X juga biasa disebut sinar Rontgen. Sinar X dihasilkan oleh aktivitas elektron berkecepatan tinggi yang menumbuk logam. Tumbukan antara elektron dan logam disertai pelepasan energi dalam bentuk radiasi sinar X. Oleh karena energinya sangat besar, tak heran jika sinar X mampu menembus logam dan tulang manusia.

7. Sinar gamma

Sinar gamma merupakan spektrum gelombang elektromagnetik dengan energi tertinggi. Hal itu dikarenakan sinar gamma memiliki frekuensi tertinggi di antara spektrum gelombang elektromagnetik lainnya, yaitu 10²⁰ – 10²⁵ Hz. Mengingat energi sinar gamma sangat besar, tak heran jika sinar ini bisa menembus logam beberapa sentimeter. Sinar gamma dihasilkan oleh aktivitas radioaktif atau atom-atom yang tidak stabil di reaksi inti.

Untuk memudahkan kamu dalam menghfal urutan spektrum gelombang elektromagnetik, perhatikan SUPER “Solusi Quipper” berikut.

Untuk rentang frekuensinya, bisa Quipperian lihat di bagan berikut.

Sifat-Sifat Gelombang Elektromagnetik

 

Foto: pexels.com

Adapun sifat gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut.

1. Memiliki kecepatan konstan di ruang hampa, yaitu sebesar 3 × 10⁸ m/s.
2. Tidak dipengaruhi oleh medan listrik maupun medan magnet karena tidak bermuatan listrik.
3. Termasuk gelombang transversal.
4. Energinya bergantung pada besarnya frekuensi. Hal itu didasarkan pada persamaan Planck berikut.

Keterangan:

E = energi radiasi (J);

h = konstanta Planck = 6,6 × 1034 Js;

f = frekuensi (Hz);

c = kelajuan cahaya = 3 × 10⁸ m/s; dan

λ = panjang gelombang (m).

Manfaat Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik memiliki manfaat yang sangat besar dalam kehidupan. Kira-kira, apa saja ya manfaatnya? Apakah Quipperian tahu? Nah, daripada penasaran, inilah manfaat gelombang elektromagnetik.

1. Gelombang radio

Gelombang yang digunakan sebagai gelombang pembawa audio (suara). Biasanya kamu kenal sebagai radio.

2. Gelombang mikro

Adapun manfaat gelombang mikro adalah sebagai berikut.

• Pemanas makanan (microwave).
• Untuk komunikasi pada teknologi RADAR.
• Menganalisis struktur atomik dan molekul.
• Memandu pendaratan pesawat.
• Mendeteksi keberadaan suatu objek.

3. Sinar inframerah

Adapun manfaat sinar inframerah adalah sebagai berikut.

• Untuk terapi fisik, misalnya menyembuhkan penyakit cacar dan encok.
• Untuk fotografi pemetaan sumber daya alam.
• Digunakan pada remote control.
• Mengeringkan cat kendaraan dengan cepat pada industri otomotif.

4. Cahaya tampak

Untuk cahaya tampak, memiliki manfaat berikut ini.

• Sinar laser digunakan pada bidang telekomunikasi untuk menyalurkan suara, gambar, atau sinyal melalui serat optik.
• Sinar laser digunakan di bidang kedokteran sebagai alat untuk mendiagnosis penyakit.
• Di bidang industri, sinar laser digunakan untuk mengelas dan memotong lempengan baja.

5. Sinar ultraviolet

Sinar ultraviolet bisa dimanfaatkan untuk hal-hal berikut.

• Proses fotosintesis atau asimilasi pada tumbuhan.
• Pembentukan vitamin D.
• Membunuh kuman penyakit.
• Mensterilkan ruangan.
• Memeriksa keaslian tanda tangan di dunia perbankan.

6. Sinar X

Sinar X bisa dimanfaatkan untuk hal-hal berikut.

• Memotret organ-organ dalam tubuh seperti tulang, jantung, dan paru-paru.
• Menganalisis struktur bahan atau kristal.
• Mendeteksi keretakan atau cacat pada logam.
• Memeriksa barang-barang di bandara.

7. Sinar gamma

Sinar gamma bermanfaat untuk hal-hal berikut.

• Terapi kanker.
• Sterilisasi peralatan rumah sakit.
• Sterilisasi makanan kemasan.
• Pembuatan varietas tanaman unggul tahan hama.
• Mengurangi populasi hama.

Nah, agar kamu lebih paham, simak contoh soal berikut ini.

Contoh Soal 1

Perhatikan gambar berikut.

Gelombang elektromagnetik yang bermanfaat untuk memotret organ dalam tubuh ditunjukkan oleh nomor berapa?

Pembahasan:

Perhatikan kembali gambar berikut.

Gambar tersebut menunjukkan spektrum gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang terpendek ke terpanjang atau dari frekuensi tertinggi ke terendah. Artinya, urutan spektrum berdasarkan gambar di atas adalah sinar gamma, sinar X, sinar ultraviolet, cahaya tampak, sinar inframerah, gelombang mikro, dan gelombang radio.

Kamu harus ingat bahwa gelombang elektromagnetik yang bisa digunakan untuk memotret organ dalam tubuh adalah sinar X. Sinar X ditunjukkan oleh nomor 2.

Jadi, gelombang elektromagnetik yang digunakan untuk memotret organ dalam tubuh ditunjukkan oleh nomor 2.

Contoh Soal 2

Tentukan besarnya energi yang terkandung dalam suatu sinar dengan panjang gelombang 132 nm!

Pembahasan:

Diketahui:

λ = 132 nm

c = 3 × 10⁸ m/s

h = 6,6 × 10³⁴ Js

Ditanya: E =…?

Pembahasan:

Gunakan persamaan Planck berikut.

Jadi, energi yang terkandung dalam sinar tersebut adalah 1,5 × 10^-18 J.