Social Icons

twitterfacebookgoogle pluslinkedinrss feedemail

Selasa, 11 Maret 2014

Cahaya sebagai Gelombang Elektromagnetik


A.  Teori Gelombang Elektromagnetik
Perpaduan antara teori adanya cahaya dan elektromagnetik menghasilkan kesimpulan bahwa cahaya adalah suatu bentuk radiasi elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik diitimbulkan oleh muatan yang dipercepat, terdiri dari medan B dan medan listrik E yang bergetar saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal, karena arah getarnya tegak lurus dengan arah perambatannya.
Ciri-ciri gelombang elektromagnetik :
Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:
  1. Perubahan medan listrik dan medan magnetik 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 magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.
  3. Dari ciri no 2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.
  4. Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa polarisasi karena termasuk gelombang transversal.
  5. Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.
   Teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik
Michael Faraday telah menyelidiki hubungn kelistrikan dan kemagnetan sehingga menemukan bahwa perubahan medan magnetic dapat menghasilkan medan listrik. Berdasarkan simetrisasi alami, James Clark Maxwell mengemukakan hipoteisis bahwa apabila perubahan medan magnetik dapat menimbulkan medan listrik, maka sebaliknya perubahan medan listrik pun akan dapat menimbulkan medan magnetic.
Gelombang elektromagnetik terdiri dari medan listrik dan medan magnetic yang berubah secara periodic dan serempak dengan arah getar tegak lurus satu sama lain dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambatan gelmbang. Dengan demikian gelombang magnetic merupakan gelombang transversal.
Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik ditentukan oleh permeabilitas vakum m0 dan permitivitas vakum e0 yang memenuhi hubungan :
Dengan memasukkan nilai m0 = -7 Wb/A m dan e0 = 8,85 10-12  ke persamaan, maka diperoleh c = 2,998 x 108 m/s. Nilai cepat rambat gelombang elektromagnetik ini tepat sama dengan cepat rambat cahaya dalam vakum sehingga dapat disimpulkan bahwa cahaya termasuk gelombang elektromagnetik.

Sifat-sifat gelombang :
1.      Dapat merambat dalam ruang hampa.
2.      Merupakan gelombang transversal.
3.      Merambat dalam arah lurus.
4.      Dapat mengalami pembiasa (refraksi).
5.      Dapat mengalami pemantulan (refleksi).
6.      Dapat mengalami perpaduan (interferensi).
7.      Dapat mengalami pelenturan ( difraksi).
8.      Dapat mengalami pengkutuban ( polarisasi).

B.     Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Spektrum gelombang elektromagnetik terdiri dari bermacam-macam gelombang yang dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Urutan sspektrum gelombang elektromagnetik daro panjang gelombang terkecil sampai terbesar sebagai berikut :
1.      Sinar gamma ()
2.      Sinar-X
3.      Sinar Ultraviolet
4.      Cahaya tampak
5.      Sinar inframerah
6.      Gelombang mikro
7.      Gelombang radio.
  
 Penggunaan gelombang elektromagnetik antara lain sebagai berikut :
1.     Sinar gamma
Sinar gamma mempunyai daerh frekuensi 1020 Hz sampai  1025 Hz. Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki daya tembus sangat kuat sehingga dapat menembus pelat besi dengan ketebalan sampai beberapa sentimeter. Sinar yang dihasilkan oleh inti-inti yang tidak stabil ini banyak digunakan untuk membunuh sel-sel kanker dan sterlisasi alat-alat kedokteran. Radiasi sinar gamma dapat diketahui dengan suatu alat yang disebut dengan detektor Geiger-Muller.
2.     Sinar-X/Sinar Rontgen
Sinar-X mempunyai daerah frekuensi 1016 Hz sampai 1020 Hz. Sinar-X dihasilkan oleh electron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit electron atau juga pancaran radiasi yang keluar ketika electron yang berkecepatan tinggi menumbuk permukaan logam.
Deangan panjang gelombang yang pendek dan frekuensi yang besar, sinar-X mempunyai daya tembus yang kuat. Sinar- X dapat digunakan untuk memotret susunan tulang dalam tubuh, misalnya utuk menentukan letak tulang yang retak.
3.     Sinar Ultraviolet
Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi 1015 Hz sampai1016 Hz. Jenis gelombang elektromagnetik ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam loncatan atau nyala listrik. Dengan energy yanghampir sama pada energy yang diperlukan dalam suatu reaksi kimia, maka sinar ultraviolet dapat digunakan untuk memendarkan barium platina sianida, menghitamkan pelat foto yang berlapis perak bromide, dan memiliki daya pembnuh kuman (terutama untuk kuman-kuman penyakit kulit). Sumber-sumber sinar ultraviolet adalah busur karbon, lampu merkuri, dan sinar matahari.
Matahari merupakan sumber utama dari sinar ultraviolet. Sinar ultraviolet dari matahari dapat mengionisasi partikel-partikel di atmosfer yang berada pada ketinggian sekitar 80 km yang disebut lapisan ionosfer. Lapisan ozon (O) di atmosfer dapat menyerap sinar ultraviolet sehingga tidak sampai ke permukaan bumi. Berlubangnya lapisan ozon dapat menyebabkan meningkatnya sinar ultraviolet yang sampai ke permukaan bumi sehingga akan mengancam makhluk hidup di permukaan bumi.
4.     Cahaya atau sinar Tampak
Cahaya atau sinar tampak merupakan sinar yang dapat membantu penglihatan kita. Cahaya tampak dapat dihasilkan oleh benda yang suhunya cukup tinggi, misalnya matahari dan filament pada lampu. Cahaya tampak juga dapat dihasilkan dari perpindahan elektron dalam atom dari keadaan berenergi tinggi ke keadaan berenergi rendah. Cahaya yang berbeda frekuensi atau panjang gelombang akan menyebabkan terjadinya perbedaa sensasi pada mata, sehingga menimbulkan warna yang berbeda.
Spektrum warna cahaya berdasarkan urutan kenaikan panjang gelombang adalah sebagai berikut :
Spektrum Warna
Panjang Gelombang (nm)
Ungu
390 – 455
Biru
455 – 492
Hijau
492 – 577
Kuning
577 – 597
Jingga
597 – 622
Merah
622 – 780
5.     Sinar Inframerah
Sinar inframerah dapat dihasilkan oleh elektron dalam molekul yang bergetar karena dipanaskan. Apabila suatu benda dipanaskan akan memancarkan sinar inframerah yang jumlah sinarnya bergantung pada suhu dana warna bend. Dengan menggunakan prinsip ini, suatu satelit pengamat dapat mendeteksi tumbuh-tumbuhan (atau benda lain) yang ada di suatu daerah.
Sinar inframerah dapat dihasilkan oleh molekul-molekul dan benda panas yang dapat dimanfaatkan dalam bidang industry, medis, dan astrinomi. Pemotretan permukaan bumi dari pesawat udara maupun satelit biasanya menggunakan sinar inframerah karena tidak banyak dihamburkan oleh partikel-partikel udara.
Sinar Inframerah dapat dibedakan ke dalam tiga daerah seperti pada tabel berikut :
Daerah Inframerah
Rentang Panjang Gelombang (m)
Inframerah dekat
7,8 × 10-7 – 3 × 10-6
Inframerah sedang
3 × 10-6 – 3 × 10-5
Inframerah jauh
3 × 10-5 – 10-3
6.     Gelombang Mikro
Gelombang mikro merupakan gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi (SHF= Super High Frequency), yaitu 3 GHz. Gelombang mikrodapt dengan mudah diserap oleh molekul air dalam makanan. Apabila suatu makanan menyerap radiasi gelombnag mikro., maka makanan tersebut menjadi panas dalam waktu yang sangat singkat.
Gelombang mikro dihasilka oleh peralatan elektronika khusus, misalnya tabung klystron. Hal ini dapat dimanfaatkan dalam oven (microwave oven) untuk memasak makanan dengan cepat dan lebih ekonomis.
7.        Gelombang Radio dan Televisi
Gelombang televisi yang mempunyai frekuensi sedikit lebih tinggi dari gelombang radio dapat merambat secara lurus dan tidak dapat dipntulkan oleh lapisan ionosfer (suatu lapisan dalam atmosfer bumi). Agar dapat ditangkap atau diterima di suatu daerah yang jauh dari pemancarnya diperlukan adanya stasiun relai atau stasiun penghubung. Geelombang radio dan televisi dihasilkan dari osilsi listrikdalam rangkaian.
Frekuensi gelombang radio dimulai dari 30 Hz dan dibagi berdasarkan lebar frekuensinya sebagai berikut :
Jenis Frekuensi dan Lebar Frekuensi
Jenis Gelombang dan Panjang Gelombang
Manfaat
Low Frequency (LF)
30 kHz – 300 kHz
Long Wave
1.500 m
v Komunikasi jarak jauh
v Radio komersial gelombang panjang
Medium Frequency (MF)
300 kHz – 3MHz
Medium Wave
300 m
v Komunikasi jarak jauh
v Radio komersial gelombang medium
High Frequency (HF)
3 MHz – 30 MHz
Short Wave
30 m
v Komunikasi radio amatir dan CB
v Radio komersial gelombang pendek
Very High Frequency (VHF)
30 MHz – 300 MHz
Very Short Wave
3 m
v Radio FM
v Radio mobil polisi
v Komunikasi pesawat udara
Ultra High Frequency (UHF)
300 MHz – 3GHz
Ultra Short Wave
30 cm
v Komunikasi jarak pendek
v Sakuran televise
Super High Frequency (SHF)
Di atas 3 GHz
Micro Wave
3 cm
v Komunikasi menggunakan satelit
v Radar
v Saluran televise
v Telepon
C.   Peranan Gelombang Elektromagnetik dalam Kehidupan
Gelombang elektromagnetik banyak dimanfaatkan dalam kehidupan di muka bumi. Pemanfaatan itu ada dalam berbagai bidang, yaitu bidang kedokteran, bidang industri, bidang astronomi, bidang seni, dan bidang sains fisika. Banyak sekali keuntungan yang diperoleh dari pemanfaatan gelombang elektromagnetik ini. Tetapi, gelombang elektromagnetik ini juga dapat memberikan dampak negatif yang dapat mengganggu kehidupan di muka bumi.
Gelombang radio banyak dimanfaatkan oleh manusia dalam bidang komunikasi yaitu digunakan sebagai alat komunikasi dan pembawa informasi dari suatu tempat ke tempat yang lain. Salah satunya digunakan pada sistem siaran televise, radio dan perangkat elektronik yang menghasilkan osilasi listrik.
Peranan elektronik dalam sarana komunikasi dapat memberikan dampak negatif. Hal ini terletak pada gelombang elektromagnetik yang dihasilkan. gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh alat elektronik dapat menyebabkan cacat mental karena saraf otak kita terganggu oleh gelombang tersebut. Selain itu, jika ada yang menghubungi pada saat mengisi bensin maka daerah SPBU itu dapat menjadi berbahaya karena gelombang elektromagnetik tersebut dapat memicu ledakan dari SPBU. Oleh karena itu, kita harus berhati-hati bila berada di derah SPBU.
gelombang yang dipancarkan dari stasiun radio pemancar dipantulkan oleh lapisan atmosfer bumi. Lapisan atmosfer tersebut mengandung pertikel-partikel bermuatan listrik, yaitu lapisan ionosfer sehingga dapat mencapai tempat-tempat di bumi yang jaraknya jauh dari pemancar. Gelombang radio dapat menembus lapisan ionosfer pada energi foton sekitar 108 Hz. Gelombang yang membawa informasi diteruskan oleh lapisan ionosfer. Informasi yang berbentuk suara dibawa oleh gelombang pendukung sebagai perubahan frekuensi dan disebut sebagai modulasi frekuensi (FM).
Gelombang mikro digunakan dalam analisis struktur atom dan molekul serta digunakan pula pada radar (radio detecting and ranging). Gelombang mokro juga digunakan dalam komunikasi antarbenua dengan menggunakan bantuan satelit sehingga walaupun komunikasi jarak jauh yang terhalang oleh gunung pun dapat dilakukan. Posisi satelit harus diperhatikan karena posisi satelit mempengaruhi hubungan komunikasi seluruh dunia. “Microwave oven menggunakan gelombang mikro dalam band frekuensi ISM sekitar 2,45 GHz. … . Pemanasan dengan gelombang mikro mempunyai kelebihan yaitu pemanasan lebih merata karena bukan mentrasfer panas dari luar tetapi membangkitkan panas dari dalam bahan tersebut”.
Sinar inframerah tidak dapat dideteksi oleh mata telanjang tetapi masih dapat dirasakan karena energi panas yang dihasilkan. Setiap hari manusia bisa merasakan sinar inframerah yang berasal dari matahari yang sangat bermanfaat bagi tubuh manusia. 80% cahaya matahari adalah sinar inframerah karena panjang jangkauan gelombang sinar ini (4 sampai 1000 mikron).
Sinar inframerah banyak digunakan dalam bidang industri, bidang kesehatan atau kedokteran, astronomi, dan dalam mempelajari struktur molekul. dalam bidang kedokteran sinar inframerah dapat digunakan untuk mengurangi rasa sakit pada rematik dan menghangatkan permukaan kulit. Sinar inframerah tidak banyak dihamburkan oleh partikel-pertikel sehingga dalam bidang astronomi dengan menggunakan pelat-pelat film yang peka terhadap sinar inframerah, pemotretan permukaan bumi oleh pesawat dari satelit dapat dilakukan. Sinar inframerah dapat digunakan untuk mempelajari struktur molekul dengan menggunakan alat spektroskop inframerah.
Cahaya tampak atau sinar tampak dapat membantu penglihatan mata kita. Dengan adanya sinar tampak, mata kita dapat melihat benda-benda di sekeliling kita dan dapat dibedakan macam-macam warnanya.
Sinar ultraviolet dapat digunakan untuk membunuh mikroorganisme, yaitu dengan radiasi ultraviolet yang diserap akan menghancurkan mikroorganisme seperti hasil reaksi karena ionosasi dan dissosiasi molekul. Sinar ini dapat mengubah molekul sterol dari provitamin D menjadi vitamin D yang berguna untuk pertumbuhan tubuh manusia. sinar ultraviolet juga dapat digunakan untuk mengetahui unsure-unsur dalam dalam suatu bahan dengan teknik spektroskopi karena rentang frekuensi sinar ini antara 1015 hertz hingga 1016 hertz.
Selain memberikan keuntungan, sinar ultraviolet juga menyebabkan kerugian yang besar dalam kehidupan. Sinar ultraviolet yang terdapat di dalam matahari dapat diserap oleh lapisan ozon di atmosfer. Apabila lapisan ozon di atmosfer berlubang maka dapat meningkatkan sinar ultraviolet yang sampai ke permukaan bumi dan dapat merusak jaringan kulit pada manusia Sinar ultraviolet membawa lebih banyak energi daripada gelombang cahaya lain. Karena inilah gelombang ultraviolet dapat masuk dan membakar kulit sehingga kulit manusia menjadi sensitif terhadap sinar ultraviolet matahari. Hal ini, dapat menimbulkan kanker pada kulit . Sinar-X disebut juga sinar rontgen. Dalam bidang kedokteran sinar ini digunakan untuk memotret bagian tulang yang patah, batu ginjal, paru-paru, dan bagian tubuh lainnya. Di zaman modern ini, sinar rontgen digunakan dalam operasi pembedahan sehingga dokter dapat mengetahui bagian mana yang harus dibedah. Pada bidang industri sinar ini digunakan untuk menemukan cacat las dan bungkus logam karena sinar ini dapat dapat menembus logam. Pada bidang seni, sinar-X digunakan untuk melihat bagian dalam patung yang tidak terlihat dari luar. Pada bidang sains fisika, sinar-X digunakan untuk mempelajari pola-pola difraksi pada struktur atom suatu bahan sehingga dapat digunakan untuk menentukan struktur bahan tersebut. Sinar gamma sangat berbahaya untuk manusia karena dapat membunuh sel hidup terutama sinar gamma dengan tingkat energi yang tinggi yang dilepaskan oleh reaksi nuklir seperti ledakan bom nuklir. Ground Penetrating Radar merupakan metode geofisika dengan menggunakan teknik elektromagnetik yang dirancang untuk mendeteksi objek yang terkubur didalam tanah dan mengevaluasi kedalam objek tersebut.
Manfaat Gelombang Elektromagnetik pada Dunia Kesehatan :
Mengaktifkan dan menyeimbangkan sel-sel tubuh
Sel yang lebih aktif akan mempunyai aktifitas metabolisme lebih tinggi sehingga dengan metabolisme yang sempurna menghasilkan energi yang lebih besar
 Memecah molekul air/mengencerkan darah
Lebih dari 70% tubuh manusia terdiri dari air. Darah mengandung 80% air. Jika jarang olah raga, kurang konsumsi sayuran, budan dan susu, pH darah menjadi acidik dan kental sehingga distribusi O2, zat gizi dan air ke sel-sel tubuh menjadi lambat. Selain itu, memperberat kerja/pompa jantung.
Menghambat pertumbuhan sel kanker
Membuat kondisi yang tidak nyaman bagi pertumbuhan sel sel kanker. Panjang gelombang yang dipancarkan oleh Bio Fir 6-14u (mikron) adalah interval gelombang yang dihindari oleh sel-sel kanker. Dengan memberikan Bio Fir maka susah bagi sel-sel kanker tumbuh/berkembang.
 Menghambat pertumbuhan bakteri dan jamur
Membuat kondisi yang tidak nyaman bagi pertumbuhan bakteri dan jamur. Bau badan diakibatkan oleh aktifitas bekteri dan jamur, jika bakteri dan jamur tidak tumbuh maka akan mengurangi bau badan pada saat kita berkeringat.
Manfaat gelombang elektromagnetik banyak dipakai di dunia kedokteran dan laboratorium
Seperti,
MIR : untuk general ceck up,
USG : untuk memeriksa bayi dalam kandungan
Contoh penerapan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari : 
1.  Radio
Radio energi adalah bentuk level energi elektromagnetik terendah, dengan kisaran panjang gelombang dari ribuan kilometer sampai kurang dari satu meter. Penggunaan paling banyak adalah komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Radar berguna untuk mempelajari pola cuaca, badai, membuat peta 3D permukaan bumi, mengukur curah hujan, pergerakan es di daerah kutub dan memonitor lingkungan. Panjang gelombang radar berkisar antara 0.8 – 100 cm. 
2.  Microwave
Panjang gelombang radiasi microwave berkisar antara 0.3 – 300 cm. Penggunaannya terutama dalam bidang komunikasi dan pengiriman informasi melalui ruang terbuka, memasak, dan sistem PJ aktif. Pada sistem PJ aktif, pulsa microwave ditembakkan kepada sebuah target dan refleksinya diukur untuk mempelajari karakteristik target. Sebagai contoh aplikasi adalah Tropical Rainfall Measuring Mission’s (TRMM) Microwave Imager (TMI), yang mengukur radiasi microwave yang dipancarkan dari Spektrum elektromagnetik Energi elektromagnetik atmosfer bumi untuk mengukur penguapan, kandungan air di awan dan intensitas hujan. 
3.  Infrared
Kondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan menyelidiki pancaran inframerah dari tubuh. Foto inframerah khusus disebut termogram digunakan untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi dan kanker. Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm pencuri. Seorang pencuri tanpa sepengetahuannya akan menghalangi sinar dan menyembunyikan alarm. Remote control berkomunikasi dengan TV melalui radiasi sinar inframerah yang dihasilkan oleh LED ( Light Emiting Diode ) yang terdapat dalam unit, sehingga kita dapat menyalakan TV dari jarak jauh dengan menggunakan remote control.
4.     Sinar X 
Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk memotret kedudukan tulang dalam badan terutama untuk menentukan tulang yang patah. Akan tetapi penggunaan sinar X harus hati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat rusak akibat penggunaan sinar X yang terlalu lama. 

Submenu Section

Feature

 
 
Blogger Templates