Gelombang mekanik merupakan gelombang yang memerlukan medium untuk perambatannya.

Selain gelombang mekanik, terdapat gelombang yang dalam perambatannya tidak memerlukan

medium, yaitu gelombang elektromagnetik. Cahaya merupakan contoh gelombang

elektromagnetik.

Hipotesis Maxwell

Gejala-gejala kelistrikan dan kemagnetan erat hubungannya satu sama lain. Hal ini tampak

pada gejala-gejala sebagai berikut.

1. Muatan medan listrik dapat menghasilkan medan listrik disekitarnya, yang besarnya

diperlihatkan oleh hukum Coulumb.

2. Arus listrik atau muatan yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet disekitarnya

yang besar dan arahnya ditunjukkan oleh hokum Bio-Savart atau hukum Ampere.

3. 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.

Dinamo yang digerakkan dapat menghasilkan aliran listrik yang digunakan untuk menyalakan

lampu. Dinamo tersusun atas magnet dan lilitan kawat di sekelilingnya. Ketika magnet bergerak

di sekitar lilitan, maka menyebabkan arus mengalir.

Maxwell mengemukakan sebuah hipotesis bahwa perubahan medan magnet pada dinamo

dapat menimbulkan medan listrik dan sebaliknya perubahan medan listrik dapat menimbulkan

medan magnet. Adapun percobaan yang digunakan Maxwell dalam hipotesanya adalah dua

bolam isolator yang diikat pada ujung pegas. Kedua bolam diberi muatan listrik berbeda, yaitu

muatan positif dan negatif. Perubahan listrik yang diberikan pada pegas terhadap waktu akan

menghasilkan medan magnet yang berbeda pula.

Proses berantai dari perubahan medan listrik dan medan magnet yang berbentuk gelombang

menjalar ke segala arah. Gelombang ini disebut gelombang elektromagnetik. Gelombang ini

dapat berupa cahaya gelombang radio, sinar-X, sinar gamma atau yang lainnya. Hal ini dapat

diilustrasikan sebagai bak air yang tenang diberi sentuhan sedikit, maka terjadi gelombang

menyebar ke segala arah. Gelombang elektromagnetik tersusun atas perambatan medan listrik

E dan medan magnet B yang saling tegak lurus satu sama lain.

Gambar 1

Gelombang air Gambar 2Gelombang elektromagnetik

Menurut perhitungan Maxwell, kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik hanya

bergantung pada dua besaran, yaitu permitivitas listrik ( ) dan permeabilitas magnet ( ).

Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

=

Nilai sebesar 8,85 × 10–12 C2/Nm2 dan nilai sebesar 12,60 x 10–6 wb/Am. Jika kedua nilai ini

Anda masukkan ke persamaan di atas, maka diperoleh nilai kecepatan gelombang

elektromagnetik sebesar 3 × 1018 m/s. Besar kecepatan ini sama dengan besar kecepatan

perambatan cahaya di ruang hampa.

Sifat dan Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Sebagaimana gelombang mekanik, gelombang elektromagnetik juga memiliki sifat yang kurang

lebih hampir sama. Adapun sifat dari gelombang elektromagnetik, antara lain, dapat merambat

di ruang hampa, merupakan gelombang transversal, mengalami pemantulan (refleksi),

mengalami pembiasan (refraksi), mengalami interferensi, mengalami lenturan (difraksi), dan

arah rambatannya tidak ditentukan oleh medan listrik maupun medan magnet.

Cahaya, gelombang radio, sinar-X, dan sinar gamma adalah contoh dari gelombang

elektromagnetik. Berbagai jenis gelombang elektromagnetik tersebut hanya berbeda dalam

frekuensi dan panjang gelombangnya. Hubungan kecepatan perambatan gelombang, frekuensi,

dan panjang gelombang dinyatakan sebagai berikut.

Keterangan:

: kecepatan perambatan gelombang (m/s)

: frekuensi gelombang (Hz)

: panjang gelombang (m)

Perbedaan interval/jarak panjang gelombang dan frekuensi gelombang yang disusun dalam

bentuk tabel panjang gelombang dan frekuensi secara berurutan disebut spektrum gelombang

elektromagnetik. Gelombang radio memiliki frekuensi terendah, sedangkan sinar gamma

memiliki frekuensi tertinggi.

Contoh Soal

1. Sebuah pemancar radio bekerja pada daerah frekuensi 600 kHz dan 90 MHz. Berapa

panjang gelombang siaran yang diterima pesawat radio?

Diketahui : a. = 600 kHz = 6 × 105 Hz

= 90 MHz = 9 × 107 Hz

Ditanyakan : a. 1= ...?

b. 2 = ...?

Jawab :

a. 1

b. 2

2. Sebuah gelombang elektromagnetik merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan

3 × 108 m/s. Jika panjang gelombangnya 30 m, maka tentukan frekuensi gelombang

tersebut?

Diketahui: a. c = 3 × 108 m/s

b. = 30 m/s

Ditanyakan : = ... ?

Jawab :

Karakteristik dan Aplikasi Gelombang Elektromagnetik

Spektrum gelombang elektromagnetik tampak memiliki warna yang berbeda-beda. Warna ini

disebabkan perbedaan frekuensi gelombang. Berdasarkan frekuensi gelombang inilah dapat

diketahui sifat/karakteristik gelombang. Rentang frekuensi tertinggi (sinar gamma) hingga

frekuensi rendah (radio) serta aplikasi setiap spektrum gelombang elektronik adalah sebagai

berikut.

1. Gelombang Sinar Gamma

Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang

mempunyai frekuensi tertinggi dalam spektrum gelombang

elektromagnetik, yaitu antara 1020Hz sampai 1025 Hz. Panjang

Gambar 3Bom atom memancarkan sinar gamma

gelombangnya berkisar antara 10–5 nm sampai 0,1 nm. Sinar gamma berasal dari

radioaktivitas nuklir atau atom-atom yang tidak stabil dalam waktu reaksi inti. Sinar gamma

memiliki daya tembus yang sangat kuat, sehingga mampu menembus logam yang memiliki

ketebalan beberapa sentimeter. Jika diserap pada jaringan hidup, sinar gamma akan

menyebabkan efek yang serius seperti mandul dan kanker.

2. Sinar-X

Sinar-X mempunyai frekuensi antara 1016Hz sampai 1020 Hz. Panjang gelombangnya 10–11

sampai 10–8 m. Sinar –X ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun 1895. Untuk

menghormatinya sinar-X juga disebut sinar rontgen. Sinar-X dihasilkan dari elektron-elektron

yang terletak di bagian dalam kulit elektron atom atau dapat dihasilkan dari elektron dengan

kecepatan tinggi yang menumbuk logam. Sinar-X banyak dimanfaatkan dalam bidang

kedokteran seperti untuk memotret kedudukan tulang, dan bidang industri dimanfaatkan untuk

menganalisis struktur kristal.

Sinar-X mempunyai daya tembus yang sangat kuat. Sinar ini mampu menembus zat padat

seperti kayu, kertas, dan daging manusia. Pemeriksaan anggota tubuh dengan sinar-X tidak

boleh terlalu lama, karena membahayakan.

3. Sinar Ultraviolet

Sinar ultraviolet merupakan gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi antara 1015

Hz sampai dengan 1016 Hz. Panjang gelombangnya antara 10 nm sampai 100 nm. Sinar

ultraviolet dihasilkan dari atom dan molekul dalam nyala listrik. Sinar ini juga dapat dihasilkan

dari reaksi sinar matahari.

Gambar 4Cara kerja sinar-X

Gambar 5Sinar-X digunakan untuk memotret tulang

Sinar ultraviolet dari matahari dalam kadar tertentu dapat merangsang badan Anda

menghasilkan vitamin D . Secara khusus, sinar ultra violet juga dapat diaplikasikan untuk

membunuh kuman. Lampu yang menghasilkan sinar seperti itu digunakan dalam perawatan

medis. Sinar ultraviolet juga dimanfaatkan dalam bidang perbankan, yaitu untuk memeriksa

apakah tanda tangan Anda di slip penarikan uang sama dengan tanda tangan dalam buku

tabungan.

4. Cahaya atau Sinar Tampak

Cahaya atau sinar tampak mempunyai frekuensi sekitar 1015 Hz.

Panjang gelombangnya antara 400 nm sampai 800 nm. Mata

manusia sangat peka terhadap radiasi sinar tersebut, sehingga

cahaya atau sinar tampak sangat membantu penglihatan

manusia.

Panjang gelombang sinar tampak yang terpendek dalam spektrum bersesuaian dengan cahaya

violet (ungu) dan yang terpanjang bersesuaian dengan cahaya merah. Semua warna pelangi

terletak di antara kedua batas tersebut.

Salah satu aplikasi dari sinar tampak adalah penggunaan sinar laser dalam serat optik pada

bidang telekomunikasi.

5. Sinar Infra Merah

Sinar infra merah mempunyai frekuensi antara 1011 Hz sampai 1014 Hz. Panjang gelombangnya

lebih panjang/besar dari pada sinar tampak. Frekuensi gelombang ini dihasilkan oleh getaran-

getaran electron pada suatu atom atau bahan yang dapat memancarkan gelombang

elektromagnetik pada frekuensi khas.

Di bidang kedokteran, radiasi inframerah diaplikasikan

sebagai terapi medis seperti penyembuhan penyakit encok

dan terapi saraf. Pada bidang militer, dibuat teleskop

inframerah yang digunakan melihat di tempat yang gelap

atau berkabut. Hal ini mungkin karena sinar infra merah

tidak banyak dihamburkan oleh partikel udara. Selain itu,

sinar infra merah dibidang militer dimanfaatkan satelit

untuk memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau awan. Di bidang

elektronika, infra merah dimanfaatkan pada remote kontrol peralatan elektronik seperti TV dan

VCD. Unit kontrol berkomunikasi dengan peralatan elektronik melalui reaksi yang dihasilkan

oleh dioda pancar cahaya (LED).

Gambar 6Pelangi merupakan cahaya tampak

Gambar 7Remote control menggunakan sinar infra merah

6. Radar atau Gelombang Mikro

Gelombang mikro merupakan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi sekitar 1010 Hz.

Panjang gelombangnya kira-kira 3 mm. Gelombang mikro ini dimanfaatkan pada pesawat radar

(radio detection and ranging).

Gelombang radar diaplikasikan untuk mendeteksi

suatu objek, memandu pendaratan pesawat terbang,

membantu pengamatan di kapal laut dan pesawat

terbang pada malam hari atau cuaca kabut, serta

untuk menentukan arah dan posisi yang tepat.

Misalnya, jika radar memancarkan gelombang mikro

mengenai benda, maka gelombang mikro akan

memantul kembali ke radar. Selang waktu antara

pemancaran dan penerimaan radar adalah ∆t, kecepatan perambatan radar c, maka jarak

sasaran dari pemancar radar dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

Keterangan:

s : jarak sasaran dari pemancar radar (m)

c : kecepatan perambatan radar (m/s)

∆t : selang waktu dipancarkan dan diterima radar(s)

Contoh Soal

Melalui antena sebuah radar pesawat terbang, dipancarkan pulsa gelombang radar. Pulsa

gelombang yang pertama dipancarkan, diterima kembali oleh antena pesawat setelah 2 × 10-4

s. Berapa jarak objek dari pesawat?

Diketahui : a. ∆t = 2 × 10–4 s

b. c = 3 . 108 m/s

Ditanyakan : s = .... ?

Jawab :

Gambar 8Radar

7. Gelombang Radio dan Televisi

Gelombang radio mempunyai frekuensi antara 104 Hz sampai 109 Hz. Gelombang televisi

frekuensinya sedikit lebih tinggi dari gelombang radio. Gelombang ini diaplikasikan sebagai alat

komunikasi, sebagai pembawa informasi dari satu tempat ke tempat lain.

a. Gelombang Radio AM

Informasi yang dipancarkan oleh antena yang berupa suara dibawa gelombang radio berupa

perubahan amplitudo yang disebut amplitude modulasi (AM). Gelombang AM mempunyai

frekuensi antara 10 4 Hz sampai 10 7 Hz. Gelombang tersebut memiliki sifat mudah dipantulkan

oleh lapisan ionosfer bumi, sehingga mampu mencapai jangkauan yang sangat jauh dari

stasiun pemancar radio. Kelemahan gelombang radio AM adalah sering terganggu oleh gejala

kelistrikan di udara, sehingga gelombang yang ditangkap pesawat radio kadang terdengar

berisik.

b. Gelombang Radio FM

Gelombang radio FM dan mempunyai frekuensi sekitar 108 Hz. Radio FM menggunakan

gelombang ini sebagai pembawa berita/informasi. Informasi dibawa dengan cara frekuensi

modulasi (FM).

Pemancar FM lebih jernih jika dibandingkan dengan pemancar AM. Hal ini dikarenakan

gelombang radio FM tidak terpengaruh oleh gejala kelistrikan di udara. Gelombang radio FM

tidak dapat dipantulkan oleh ionosfer bumi, sehingga tidak dapat menjangkau tempat-tempat

yang jauh di permukaan bumi. Supaya jangkauan gelombang jauh diperlukan stasiun

penghubung (relai), yang ditempatkan di satelit atau di permukaan bumi.

c. Gelombang Televisi

Gelombang televisi lebih tinggi frekuensinya dari gelombang radio FM. Sebagaimana

gelombang radio FM, gelombang televisi membawa informasi gambar dan suara. Gelombang

ini tidak dipantulkan oleh ionosfer bumi, sehingga diperlukan penghubung dengan satelit atau di

permukaan bumi untuk tempat yang sangat jauh.

Soal pilihan ganda :

1. Pernyataan berikut yang bukan termasuk sifat

gelombang elektromagnetik adalah ….

a. merupakan gelombang transversal

b. dapat merambat diruang hampa

c. arah perambatannya tegaklurus

d. dapat mengalami pembiasan

e. dapat mengalami polalisasi

2. Gelombang elektromagnetik merambat dalam

ruang hampa dengan kecepatan 3×108 ms-1.

Apabila frekuensi gelombang tersebut 20MHz,

maka panajang gelombangnya adalah ….

a. 5m

b. 10m

c. 15m

d. 20m

e. 25m

3. Gelombang elektromagnetik yang

6. Gelombang elektromagnetik yang

mempunyai frekuensi paling tinggi adalah ….

a. gelombang mikro

b. gelombang radio

c. cahaya tampak

d. sinar inframerah

e. sinar gamma

7. Spektrum elektromagnetik yang mempunyai

panjang gelombang 10-3 m sampai 10-6m adalah

….

a. gelombang mikro

b. gelombang radio

c. cahaya tampak

d. sinar inframerah

d. sinar gamma

8. Sinar yang dapat membantu penglihatan kita

mempunyai daerah frekuensi 104 sampai 107Hz

adalah ….

a. gelombang mikro

b. gelombang radio

c. gelombang tampak

d. sinar inframerah

e. sinar gamma

4. Rentang frekuensi medium wave pada

gelombang radio adalah ….

a. 30MHz – 300HHz

b. 300MHz – 3GHz

c. 30kHZ – 300kHz

d. 300kHz – 3MHz

e. 13MHz – 30MHz

5. Rentang panjang gelombang radio VHF

adalah ….

a. 30.000m – 3.000m

b. 3.000m – 300m

c. 300m – 30 m

d. 3m – 0,3m

e. 30m – 3m

 

adalah ….

a. gelombang mikro

b. gelombang radio

c. cahaya tampak

d. sinar inframerah

e. sinar gamma

9. Spektrum warna sinar tampak yang memiliki

panjang gelombang terpendek adalah ….

a. kuning

b. merah

c. ungu

d. hijau

e. biru

10. Matahari merupakan sumber utama dari ….

a. gelombang radio

b. sinar ultraviolet

c. cahaya tampak

d. sinar inframerah

e. sinar gam

Kunci Jawaban

1. A

Sifat-sifat Gelombang elektromagnetik adalah :

1. Merupakan gelombang transversal

2. Mengalami pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, dan polanisasi

3. Tidak dapat dibelokkan medan magnet maupun medan listrik

4. Mempunyai kecepatan 3.108 m/s2

2. C

C = 3.108 M/S2

= 20 MHz

= ?

Jawab :

m

3. A

Sudah Jelas

4. B

Frekuensi medium wave adalah 300 KHz-3 MHz dengan panjang gelombang 300 m, digunakan

untuk gelombang medoium local dan radio jarak jauh

5. E

Sudah jelas

6. E

Sudah jelas

7. D

Sudah jelas

8. C

Sudah Jelas

9. C

Sudah jelas

10. B

Matahari adalah sumber sinar ultraviolet