1. BAB 1
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Terjadinya gelombang elektromagnetik, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi)
medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah
Oersted yang telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh
Ampere. Gejala induksi magnet dikenal sebagai Hukum Ampere. Kedua, medan magnet yang
berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan listrik dalam bentuk
arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet. Konsep induksi
elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh Michael Faraday dan dirumuskan secara
lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai
Hukum Faraday-Henry.
Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep
simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan.
Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap
waktu dapat menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan
demikian Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat
menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum
ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan. Jadi, prinsip ketiga adalah
medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip
ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari
rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-
Maxwell. Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya
suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan
listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap waktu
juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu maka akan
dihasilkan medan magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik
ini secara serempak merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan
gejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri
dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.
B. Rumusan Masalah
1. Apa pengertian gelombang elektromagnetik ?
2. Apakah kegunaan gelombang elektromagnetik ?
3. Jelaskan tentang spektrum gelombang elektromagnetik ?
4. Bagaimanakah pemanfaatan gelombang elektromagnetik ?
2. BAB II
PEMBAHASAN
1. Pengertian Gelombang Elektromagnetik
James Clerk Maxwell (1831-1879), adalah orang pertama yang menghitung besar laju rambatan
gelombang elektro-magnet dalam ruang hampa. Cahaya termasuk gelombang elektro-magnetik.
Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε ) dan permeabilitas
( µ) zat.
εr = permeabilitas relatif
εo = permeabilitas udara
Untuk medium hampa udara, Untuk medium hampa udara, εr dan µr masing-masing sama
dengan 1. Cepat rambat gelombang elektromagnetik dengan εo= 8,85 x 10-12 dan µo = 4x 10-7
diperoleh sebesar c = 3 x 108 m/s. Dengan demikian dapat dihitung cepat rambat gelombang
elektromagnetik pada suatu medium, jika diketahui permitifitas dan permeabilitas relatifnya.
Hubungan panjang gelombang () dan frekuensi gelombang (f) dinyatakan
dengan rumus
C = cepat rambat gelombang
= panjang gelombang
f = frekuensi
Hubungan antara medan listrik (E), medan magnet (B), dan arah rambatan (c) gelombang
elektromagnetik dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri.
Elektromagnetik dari kata “Elektro” dan “Magnetik” yang berarti gelombang yang terdiri dari
energy Listrik dan Magnet yang memancar dengan sumber Muatan yang bergerak bolak-balik.
System kerja elektromagnetik merambat dengan system tangan kanan manusia yaitu arah jari
keatas adalah Medan Listrik, arah telapak tangan adalah Medan Magnet, dan arah jempol adalah
arah merambat vektor gelombang.
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.
3. Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada
level yang berbeda-beda. 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.
2. Kegunaan Gelombang Elektromagnetik
Saat ini hampir semua manusia memiliki peralatan yang satu ini. Dia begitu kecil yang bisa
dengan nyaman diletakkan di dalam saku, namun dianggap memiliki fungsi yang sangat besar
terutama untuk berkomunikasi. Ya, benda itu adalah sebuah ponsel (telepon seluler). Saat ini
ponsel tidak hanya digunakan untuk menelpon saja tetapi juga untuk fungsi lain seperti mengirim
dan menerima pesan singkat (sms), mendengarkan musik, atau mengambil foto. Bagaimana
perangkat ponsel dapat terhubung dengan perangkat ponsel yang lain padahal mereka saling
berjauhan?
Konsep yang bisa menjelaskan fenomena ini adalah konsep gelombang elektromagnetik. Dan,
konsep gelombang elektromagnetik ternyata sangat luas tidak hanya berkaitan dengan TV atau
ponsel saja, melainkan banyak aplikasi lain yang bisa sering kita temukan sehari-hari di sekitar
kita. Aplikasi tersebut meliputi microwave, radio, radar, atau sinar-x.
Sebagaimana yang telah dibahas sebelumnya bahwa ada dua hukum dasar yang menghubungkan
gejala kelistrikan dan kemagnetan.
Pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai
gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini
secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet dikenal
sebagai Hukum Ampere.
Michael Faraday, penemu induksi elektromagnetik:
Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi)
medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet.
Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh Michael Faraday dan
dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi elektromagnet sendiri kemudian
dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry.
Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep simetri
yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan. Usulan yang
dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat
menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian
Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan
(menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum ketiga yang
menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.
4. James Clerk Maxwell peletak dasar teori gelombang elektromagnetik:
Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan
medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan
pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama
Hukum Ampere-Maxwell.
Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya suatu pola
dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan listrik yang
juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat
menghasilkan medan
3. Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik yang dirumuskan oleh Maxwell ternyata terbentang dalam rentang
frekuensi yang luas. Sebagai sebuah gejala gelombang, gelombang elektromagnetik dapat
diidentifikasi berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya. Cahaya merupakan gelombang
elektromagnetik sebagaimana gelombang radio atau sinar-X.
Masing-masing memiliki penggunaan yang berbeda meskipun mereka secara fisika
menggambarkan gejala yang serupa, yaitu gejala gelombang, lebih khusus lagi gelombang
elektromagnetik. Mereka dibedakan berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya. Gambar
di atas menunjukkan spektrum gelombang elektromagnetik.
Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Akan tetapi, spektrum gelombang
elektromagnetik masih terdiri dari berbagai jenis gelombang lainnya, yang dibedakan
berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Spektrum gelombang elektromagnetik,
menurut ITU berdasarkan besar frekuensinya dapat dibagi menjadi: Extramely low freguency,
Very low freguncy, low freguency, medium freguensi, high freguency, very high freguency
(VHF), ultrahigh freguency (UHF), superhigh freguency (SHF), extremely high freguency
(EHF), dan tremendously high freguency (THF).
4. Pemanfaatan Gelombang Elektromagnetik
Pemanfaatan Spektrum Gelombang Elektromagnetik dalam Kehidupan- Jauh sebelum Maxwell
meramalkan gelombang elektromagnetik, cahaya telah dipandang sebagai gelombang. Akan
tetapi, tidak seorang pun tahu jenis gelombang apakah cahaya itu. Baru setelah adanya hasil
perhitungan Maxwell tentang kecepatan gelombang elektromagnetik dan bukti eksperimen oleh
Hertz, cahaya dikategorikan sebagai gelombang elektromagnetik. Tidak hanya cahaya yang
termasuk gelombang elektromagnetik melainkan masih banyak lagi jenis-jenis yang termasuk
gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik telah dibangkitkan atau dideteksi pada
jangkauan frekuensi yang lebar. Jika diurut dari frekuensi terbesar hingga frekuensi terkecil,
yaitu sinar gamma, sinar-X, sinar ultraviolet, sinar tampak (cahaya), sinar inframerah,
5. gelombang mikro (radar), gelombang televisi, dan gelombang radio. Gelombang-gelombang ini
disebut spektrum gelombang elektromagnetik. Berikut adalah pemanfaatan gelombang
elektromagnetik pada spektrum tersebut:
Sinar Gamma
Sinar gamma merupakan salah satu spektrum gelombang elektromagnetik yang memiliki
frekuensi paling besar atau panjang gelombang terkecil. Frekuensi yang dimiliki sinar gamma
berada dalam rentang 1020 Hz sampai 1025 Hz. Sinar gamma dihasilkan dari peristiwa peluruhan
inti radioaktif. Inti atom unsur yang tidak stabil meluruh menjadi inti atom unsur lain yang stabil
dengan memancarkan sinar radioaktif, di antaranya sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma. Di
antara ketiga sinar radioaktif ini, yang termasuk gelombang elektromagnetik adalah sinar
gamma. Sementara dua lainnya merupakan berkas partikel bermuatan listrik. Jika dibandingkan
dengan sinar alfa dan sinar beta, sinar gamma memiliki daya tembus yang paling tinggi sehingga
dapat menembus pelat logam hingga beberapa sentimeter. Sekarang, sinar gamma banyak
dimanfaatkan dalam bidang kedokteran, diantaranya untuk mengobati penyakit kanker dan
mensterilkan peralatan rumah sakit. Selain itu, sinar gamma dapat digunakan untuk melihat
kerusakan pada logam.
Sinar-X
Sinar-X, dikenal juga sebagai sinar Röntgen. Nama ini diambil dari penemunya, yaitu Wilhelm
C. Röntgen (1845 – 1923). Sinar-X dihasilkan dari peristiwa tumbukan antara elektron yang
dipercepat pada beda potensial tertentu. Sinar-X digunakan dalam bidang kedokteran, seperti
untuk melihat struktur tulang yang terdapat dalam tubuh manusia. Jika Anda pernah mengalami
patah tulang, sinar ini dapat membantu dalam mencari bagian tulang yang patah tersebut. Hasil
dari sinar ini berupa sebuah film foto yang dapat menembus hingga pada bagian tubuh yang
paling dalam. Orang yang sering merokok dengan yang tidak merokok akan terlihat bedanya
dengan cara menyinari bagian tubuh, yaitu paru-paru. Paru-paru orang yang merokok terlihat
bercak-bercak berwarna hitam, sedangkan pada normalnya paru-paru manusia cenderung utuh
tanpa bercak.
Sinar Ultraviolet
Sinar ultraviolet dihasilkan dari radiasi sinar Matahari. Selain itu, dapat juga dihasilkan dari
transisi elektron dalam orbit atom. Jangkauan frekuensi sinar ultraviolet, yaitu berkisar diantara
105 hertz sampai dengan 1016 hertz. Sinar ultraviolet dapat berguna dan dapat juga berbahaya
bagi kehidupan manusia. Sinar ultraviolet dapat dimanfaatkan untuk mencegah agar bayi yang
baru lahir tidak kuning warna kulitnya. Selain itu, sinar ultraviolet yang berasal dari Matahari
dapat merangsang tubuh manusia untuk memproduksi vitamin D yang diperlukan untuk
kesehatan tulang. Sinar ultraviolet tidak selamanya bermanfaat. Lapisan ozon di atmosfer Bumi
(pada lapisan atmosfer) berfungsi untuk mencegah supaya sinar ultraviolet tidak terlalu banyak
6. sampai ke permukaan Bumi. Jika hal tersebut terjadi, akan menimbulkan berbagai penyakit pada
manusia, terutama pada kulit.
Sinar Tampak
Sinar tampak atau cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat dan sangat
membantu dalam penglihatan. Anda tidak akan dapat melihat apapun tanpa bantuan cahaya.
Sinar tampak memiliki jangkauan panjang gelombang yang sempit, mulai dari 400 nm sampai
dengan 700 nm. Sinar tampak terdiri atas tujuh spektrum warna, jika diurutkan dari frekuensi
terkecil ke frekuensi terbesar, yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu (disingkat
mejikuhibiniu). Sinar tampak atau cahaya digunakan sebagai penerangan ketika di malam hari
atau ditempat yang gelap. Selain sebagai penerangan, sinar tampak digunakan juga pada tempat-
tempat hiburan, rumah sakit, industri, dan telekomunikasi.
Sinar Inframerah
Sinar inframerah memiliki jangkauan frekuensi antara 1011 hertz sampai 1014 hertz. Sinar
inframerah dihasilkan dari transisi elektron dalam orbit atom. Benda yang memiliki temperatur
yang lebih relatif terhadap lingkungannya akan meradiasikan sinar inframerah, termasuk dari
dalam tubuh manusia. Sinar ini dimanfaatkan, di antaranya untuk pengindraan jarak jauh,
transfer data ke komputer, dan pengendali jarak jauh (remote control). Seorang tentara yang
sedang berperang dapat melihat musuhnya dalam kegelapan dengan bantuan kacamata
inframerah yang dapat melihat hawa panas dari seseorang. Dengan menggunakan kacamata ini
dengan sangat mudah seseorang dapat ditemukan dalam ruangan gelap. Sinar inframerah dapat
digunakan juga dalam bidang kedokteran, seperti diagnosa kesehatan. Sirkulasi darah dalam
tubuh Anda dapat terlihat dengan menggunakan bantuan sinar inframerah. Selain itu, penyakit
seperti kanker dapat dideteksi dengan menyelidiki pancaran sinar inframerah dalam tubuh Anda.
Gelombang Mikro
Gelombang mikro dihasilkan oleh rangkaian elektronik yang disebut osilator. Frekuensi
gelombang mikro sekitar 1010 Hz. Gelombang mikro disebut juga sebagai gelombang radio super
high frequency. Gelombang mikro digunakan, di antaranya untuk komunikasi jarak jauh, radar
(radio detection and ranging), dan memasak (oven). Di pangkalan udara, radar digunakan untuk
mendeteksi dan memandu pesawat terbang untuk mendarat dalam keadaan cuaca buruk. Antena
radar memiliki dua fungsi, yaitu sebagai pemancar gelombang dan penerima gelombang.
Gelombang mikro yang dipancarkan dilakukan secara terarah dalam bentuk pulsa. Ketika pulsa
dipancarkan dan mengenai suatu benda, seperti pesawat atau roket pulsa akan dipantulkan dan
diterima oleh antena penerima, biasanya ditampilkan dalam osiloskop. Jika diketahui selang
waktu antara pulsa yang dipancarkan dengan pulsa yang diterima Δt dan kecepatan gelombang
elektromagnetik c = 3 × 108 m/s, jarak antara radar dan benda yang dituju (pesawat atau roket),
dapat dituliskan dalam persamaan berikut
s = ½ c.Δt
7. dengan: s = jarak antara radar dan benda yang dituju (m),
c = kecepatan gelombang elektromagnetik (3 × 108 m/s), dan
Δt = selang waktu (s).
Angka 2 yang terdapat pada Persamaan muncul karena pulsa melakukan dua kali perjalanan,
yaitu saat dipancarkan dan saat diterima. Saat ini radar sangat membantu dalam pendaratan
pesawat terbang ketika terjadi cuaca buruk atau terjadi badai. Radar dapat berguna juga dalam
mendeteksi adanya pesawat terbang atau benda asing yang terbang memasuki suatu wilayah
tertentu.
Gelombang Radio
Mungkin Anda sudah tahu atau pernah mendengar gelombang ini. Gelombang radio banyak
digunakan, terutama dalam bidang telekomunikasi, seperti handphone, televisi, dan radio. Di
antara spektrum gelombang elektromagnetik, gelombang radio termasuk ke dalam spektrum
yang memiliki panjang gelombang terbesar dan memiliki frekuensi paling kecil. Gelombang
radio dihasilkan oleh elektron pada kawat penghantar yang menimbulkan arus bolak-balik pada
kawat. Kenyataannya arus bolak-balik yang terdapat pada kawat ini, dihasilkan oleh gelombang
elektromagnetik. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena pemancar (transmitter) dan
diterima oleh antena penerima (receiver). Jika dibedakan berdasarkan frekuensinya, gelombang
radio dibagi menjadi beberapa band frekuensi. Nama-nama band frekuensi beserta kegunaannya
dapat Anda lihat pada tabel berikut ini.
Rentang Frekuensi Gelombang Radio, berikut nama band, singkatan, frekuensi, panjang
gelombang, dan Contoh Penggunaan:
1. Extremely Low Frequency(ELF)=(3 – 30GHz),(105 – 104km),Komunikasi dengan bawah laut
2. Super Low Frequency(SLF)=(30 – 300GHz),(104 – 103km),Komunikasi dengan bawah laut
3. Ultra Low Frequency(ULF)=(300 – 3000Hz),(103 – 102km),Komunikasi dalam pertambangan
4. Very Low Frequency(VLF)=(3 – 30GHz),(102 – 104km),Komunikasi di bawah laut
5. Low Frequency(LF)=(30 – 300GHz),(10 – 1km) Navigasi
6. Medium Frequency(MF)=(300 – 3000GHz),(1 – 10–1km),Siaran radio AM
7. High Frequency(HF)=(3 – 30GHz),(10–1 – 10–2km),Radio amatir
8. Very High Frequency(VHF)=(30 – 300GHz),(10–2 – 10–3km),Siaran radio FM dan televisi
9. Ultra High Frequency(UHF)=(300 – 3000Hz),(10–3 – 10–4km),Televisi dan handphone
10. Super High Frequency(SHF)=(3 – 30GHz),(10–4 – 10–5km),Wireless LAN
11. ExtremelyHighFrequency(EHF)=(30 – 300GHz),(10–5 – 10–6km),Radio astronomi
Manfaat Gelombang Elektromagnetik di bidang teknologi (Fisika):
Perlu diketahui. Rentang/spektrum Gelombang Elektromagnetik (GEM). Terdiri dari beberapa
urutan, yakni sinar gamma, sinar X, ultra violet, cahaya tampak, infra merah, gelombang mikro,
gelombang TV dan gelombang radio, dst dalam urutan ini frekuensinya makin kecil, tapi panjang
gelombangnya makin besar.
8. BAB III
PENUTUP
A.Kesimpulan
Begitu besar peranan gelombang elektromagnetik yang bermanfaat dalam kehidupan kita sehari-
hari, tanpa kita sadari keberadaannya.
Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin.
Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per
foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan :
Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma
gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan
panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh
dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode deteksi.
Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam
elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk
energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (? = 0,5 mm). Istilah “spektrum
optik” juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun
sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 – 700 nm)[1].
Dan beberapa contoh spektrum elektromagnetik seperti :
1. Radar (Radio Detection And Ranging),digunakan sebagai pemancar dan penerima
gelombang)
2. Infra Merah
3. Dihasilkan dari getaran atom dalam bahan dan dimanfaatkan untuk mempelajari struktur
molekul
4. Sinar tampak
5. Mempunyai panjang gelombang 3990 Aº – 7800 Aº.
6. Ultra ungu
7. Dimanfaatkan untuk pengenalan unsur suatu bahan dengan teknik spektroskopi.
B. Saran
Dengan adanya gelombang elektromagnetik, kita dimudahkan dalam berbagai bidang
kehidupan. Seperti dibidang kesehatan, industry, bahkan teknologi. Maka dari itu, sudah
selayaknya kita menggunakannya serta memanfaatkan seefektif dan seefisien mungkin
gelombang elektromagnetik tersebut.
9. DAFTAR PUSTAKA
Tim Redaksi Pustaka Setia. 2005. Panduan SPMB Ipa 2006. Bandung: Pustaka Setia
Jones, E.R dan Chiulders, R.L. 1994. Contemporary Collage Physics, Second Edition.
New York: Addison Wesley Longman.
www.wikipedia.com
www.google.com
