PERTEMUAN PERTAMA. Apa itu Elektromagnetik?

Transkripsi

1 PERTEMUAN PERTAMA Apa itu Elektromagnetik? Setiap orang pada umumnya memiliki telepon genggam (handphone) disingkat HP. Namun, apakah kita menyadari bahwa setiap HP memiliki radiasi gelombang, yakni Gelombang Elektromagnetik. Elektromagnetik merupakan jenis gelombang yang dapat merambat tanpa melalui medium, gelombang yang dihasilkan berasal dari perubahan magnet dan medan listrik secara berurutan dimana arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Sehingga radiasi gelombang yang terpancar dari HP merupakan gelombang elektromagnetik. Tak hanya HP, gelombang elektromagnetik juga terdapat dalam penggunaan radio, tape, televisi, cahaya tampak dan masih banyak lagi. Gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversal yang ditemukan oleh Heinrich Hertz. Gambar 1. Seseorang sedang menerima telepon menggunakan HP Tahukah Anda, siapakah yang kali pertama mengemukakan teori gelombang elektromagnetik? Teori gelombang elektromagnetik kali pertama dikemukakan oleh James Clerk Maxwell ( ). Ini berawal dari beberapa hukum dasar yang telah dipelajari, yakni Hukum Coulomb, Hukum Biot-Savart atau Hukum Ampere, dan Hukum Faraday.

2 Ketiga hokum tersebut adalah sebagai berikut. 1. Hukum Coulomb memperlihatkan bagaimana muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik. 2. Hukum Biot-Savart atau Hukum Ampere menjelaskan bagaimana arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. 3. Hukum Faraday menyatakan bahwa perubahan medan listrik dapat menghasilkan gaya gerak listrik (GGL) induksi. Maxwell melihat adanya keterkaitan yang sangat erat antara gejala kelistrikan dan kemagnetan. Ia mengemukakan bahwa jika perubahan medan magnetik menghasilkan medan listrik, seperti yang dikemukakan oleh hukum Faraday, dan hal sebaliknya dapat terjadi, yakni perubahan medan listrik dapat menimbulkan perubahan medan magnet. Gambar 2. Medan listrik dan medan magnet dalam gelombang elektromagnetik Menurut Maxwell, ketika terdapat perubahan medan listrik (E), akan terjadi perubahan medan magnetik (B). Perubahan medan magnetik ini akan menimbulkan kembali perubahan medan listrik dan seterusnya. Maxwell menemukan bahwa perubahan medan listrik dan perubahan medan magnetik ini menghasilkan gelombang medan listrik dan gelombang medan magnetik yang dapat merambat di ruang hampa. Gelombang medan listrik (E) dan medan magnetik (B) inilah yang kemudian dikenal dengan nama gelombang elektromagnetik.

3 PERTEMUAN KEDUA Kecepatan Gelombang Elektromagnetik Secara matematis, Maxwell menghitung kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik bergantung pada dua besaran, yaitu permitivitas listrik (E 0= 8,85x10-12 C 2 /N.m 2 ) dan permitivitas magnet (m 0 =4π x 10-7 wb/a.m). Dalam ruang hampa kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik memenuhi persamaan berikut: c = 1 = 2,99x10 8 m s μ 0 ε 0 Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Waktu kawat menghantarkan sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan, panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Planck E = Hf, di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta Planck 6, J s, dan f adalah frekuensi gelombang. Untuk menentukan hipotesis dan perhitungan Maxwell, Heinrich Rudolph Hertz membangkitkan dan mendeteksi gelombang elektromagnetik dengan menggunakan sumber-sumber listrik. Hasil percobaan Hertz mendukung hipotesis Maxwell tentang gelombang elektromagnetik. Selain itu Hertz juga menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik memiliki sifat cahaya, yaitu pemantulan, pembiasan, polarisasi, difraksi, dan merambat dalam ruang hampa. Dengan demikian terbukti bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.

4 Laju dan kecepatan gelombang elektromagnetik sama dengan laju cahaya diruang hampa. Akan tetapi, panjang gelombang dan frekuensi gelombang elektromagnetik tidak sama dengan panjang gelombang dan frekuensi cahaya. Hubungan frekuensi dan panjang gelombang, yaitu sebagai berikut: c = fλ Kenali Sifat dan Sumber Radiasi Elektromagnetik Sifat-sifat gelombang elektromagnetik yang didasarkan dari eksperimen yang dilakukan oleh Heinrich Hertz ( ) pada tahun 1887, yaitu sebagai berikut: 1. Merupakan perambatan getaran medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus terhadap arah rambatnya dan termasuk gelombang transversal. 2. Tidak bermuatan listrik sehingga tidak dipengaruhi atau tidak dibelokkan oleh medan listrik atau medan magnet. 3. Tidak bermassa dan tidak dipengaruhi medan gravitasi. 4. Merambat dalam lintasan garis lurus. 5. Dapat merambat di ruang hampa. 6. Dapat mengalami pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, serta polarisasi, dan 7. Kecepatannya di ruang hampa sebesar m/s. Sumber Gelombang Elektromagnetik 1. Osilasi listrik. 2. Sinar matahari menghasilkan sinar ultraviolet. 3. Lampu merkuri menghasilkan infra merah. 4. Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen). 5. Inti atom yang tidak stabil menghasilkan sinar gamma

5 PERTEMUAN KETIGA Apa itu spektrum Elektromagnetik? Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar spektrum elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan _m) mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray. Contoh spektrum elektromagnetik adalah sebagai berikut. Gambar 3. Spektrum gelombang elektromagnetik Gelombang Radio Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 khz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Panjang gelombang antara 10 2 cm sampai 10 6 cm. Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula. Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelomban menjadi energi bunyi. Gambar 4. Gelombang Radio

6 Gelombang mikro Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis. Gambar 5. Gelombang Mikro pada Oven Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging). RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Sinar Inframerah Gambar 6. Gelombang Mikro pada Radar Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi Hz sampai Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. Sinar inframerah ini dapat menembus kabut dan

7 awan tebal. Karena itu, sinar inframerah dapat digunakan untuk memotret benda yang letaknya jauh dan tertutup kabut atau awan. Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Foton yang dipancarkan pada daerah inframerah dapat dipergunakan untuk mempelajari struktur molekul. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda. Gambar 7. Sinar Inframerah pada Remote Cahaya tampak Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak bervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Gambar 8. Spektrum cahaya tampak Kegunaan cahaya salah satunya adalah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran, cahaya lampu senter pada saat gelap dan cahaya lampu bioskop. Dengan adanya cahaya tampak tersebut akan terlihat debu-debu beterbangan. Hal ini dikarenakan debu terkena cahaya dan memantulkannya ke mata kita sehingga mata kita dapat menangkap pantulan tersebut.

8 Gambar 9. Cahaya tampak pada lampu senter Sinar ultraviolet Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah Hz sampai Hz atau dalam daerah panjang gelombagn 10-8 m sampai 10-7 m. Gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet dipermukaan bumi, lapisan ozon yang ada dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan makluk hidup di bumi. Dengan demikian jika lapisan ozon ini rusak, akan dapat merugikan makhluk hidup. Gambar 10. Sinar Ultraviolet pada Matahari Sinar X Sinar X mempunyai frekuensi antara Hz sampai Hz. Panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10-9 cm sampai 10-6 cm. Meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan

9 pelat aluminium setebal 1 cm. Akan tetapi, tidak dapat menembus logam dan tulang sehingga dapat dimanfaatkan manusia untuk melihat susunan tulang manusia. Gambar 11. Sinar X pada Alat Ronseng Sinar Gamma Sinar gamma mempunyai frekuensi antara Hz sampai Hz atau panjang gelombang antara cm sampai 10-8 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh. Sinar itu dihasilkan oleh atom-atom yang tidak stabil. Perbedaan sinar-x dan sinar gamma adalah tentang asal terjadinya. Sinar-X dari aktifitas elektron atom, sedangkan sinar gamma berasal dari aktifitas inti atom. Gambar 12. Sinar Gamma pada radioaktif

10 PERTEMUAN KEEMPAT Manfaat Radiasi Elektromagnetik pada Kehidupan Berikut beberapa pemanfaatan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan dan teknologi: Gelombang Radio Gelombang radio digunakan dalam sistem pembicaraan jarak jauh yang tidak menggunakan kawat penghantar. Gelombang elektromagnetik bertindak sebagai pembawa gelombang audio (suara). Ada dua macam cara untuk membawa gelombang bunyi ke penerimanya, yaitu dengan sistem amplitiudo modulasi dan sistem frekuensi modulasi (AM dan FM). Gelombang radio terdiri atas: Gelombang radio (MF dan HF). Untuk komunikasi radio (memanfaatkan sifat gelombang MF dan HF yang dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer, hingga dapat mencapai tempat yang jauh). Gelombang radio (UHF dan VHF). Untuk komunikasi satelit (memanfaatkan sifat gelombang UHF dan VHF yang dapat menembus lapisan atmosfer (ionosfer), hingga dapat mencapai satelit). Gelombang Mikro Beberapa pemanfaatan gelombang mikro dalam kehidupan, diantaranya: (1) untuk pemanas microwave; (2) untuk komunikasi RADAR (Radio Detection and Ranging); (3) untuk menganalisa struktur atomik dan molekul; (4) dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut; (5) digunakan pada rangkaian Televisi; dan (6) 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. Sinar Inframerah Kondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan menyelidiki pancaran inframerah dari tubuh. Foto inframerah khusus disebut termogram digunakan untuk mendeteksi

11 masalah sirkulasi darah, radang sendi dan kanker. Untuk terapi fisik, menyembuhkan penyakit cacar dan encok. Beberapa pemanfaatan sinar inframerah adalah sebagai berikut: (1) untuk fotografi pemetaan sumber daya alam, mendeteksi tanaman yang tumbuh di bumi dengan detail; (2) untuk fotografi diagnosa penyakit; (3) digunakan pada remote control berbagai peralatan elektronik (alarm pencuri); (4) mengeringkan cat kendaraan dengan cepat pada industri otomotif; (5) pada bidang militer,dibuat teleskop inframerah yang digunakan melihat di tempat yang gelap atau berkabut; dan (6) sinar infra merah dibidang militer dimanfaatkan satelit untuk memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau awan. Remote control untuk 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. Sinar tampak Berikut beberapa pemanfaatan sinar tampak dalam kehidupan dan teknologi: (1) membantu penglihatan mata manusia; (2) penggunaan sinar laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi; dan (3) lampu senter. Sinar Ultraviolet Beberapa pemanfaatan sinar ultraviolet sebagai suatu gelombang elektromagnetik dalam kehidupan dan teknologi adalah: (1) untuk proses fotosintesis/asimilasi pada tumbuhan; (2) membantu pembentukan vitamin D pada tubuh manusia; (3) dengan peralatan khusus dapat digunakan untuk membunuh kuman penyakit, menyuci hamakan ruangan operasi rumah sakit berikut instrumen-instrumen pembedahan; dan (4) untuk memeriksa keaslian tanda tangan di bank-bank.

12 Sinar X (Sinar Rontgen) Berikut beberapa pemanfaatan sinar x dalam kehidupan dan teknologi: (1) dimanfaatkan di bidang kesehatan kedokteran untuk memotret organ-organ dalam tubuh (tulang), jantung, paru-paru, melihat organ dalam tanpa pembedahan, foto Rontgen; (2) untuk analisa struktur bahan/kristal; (3) mendeteksi keretakan/cacat pada logam; dan (4) memeriksa barang-barang di bandara udara/pelabuhan. Sinar Gamma Berikut beberapa pemanfaatan sinar gamma sebagai suatu gelombang elektromagnetik dalam kehidupan dan teknologi adalah: (1) dimanfaatkan dunia kedokteran untuk terapi kanker; (2) dimanfaatkan untuk sterilisasi peralatan rumah sakit; (3) untuk sterilisasi makanan, bahan makanan kaleng; (4) untuk pembuatan varietas tanaman unggul tahan penyakit dengan produktivitas tinggi; dan (5) untuk mengurangi populasi hama tananaman (serangga). Dampak Radiasi Elektromagnetik pada Kehidupan Paparan radiasi ultraviolet-b yang berlebih terhadap manusia, hewan, tanaman dan bahan-bahan bangunan dapat menimbulkan dampak negatif. Pada manusia, radiasi UV- B berlebih dapat menimbulkan penyakit kanker kulit, katarak mata serta mengurangi daya tahan tubuh terhadap penyakit infeksi. Selain itu, peningkatan radiasi gelombang pendek UV-B juga dapat memicu reaksi kimiawi di atmosfer bagian bawah, yang mengakibatkan penambahan jumlah reaksi fotokimia yang menghasilkan asap beracun, terjadinya hujan asam serta peningkatan gangguan saluran pernapasan. 1. Pada tumbuhan, radiasi UV-B dapat menyebabkan pertumbuhan berbagai jenis tanaman menjadi lambat dan beberapa bahkan menjadi kerdil. Sebagai akibatnya, hasil panen sejumlah tanaman budidaya akan menurun serta tanaman hutan menjadi rusak. 2. Pulsa microwave dapat menimbulkan efek stres pada kimia syaraf otak.

13 3. Apabila terjadi lubang ozon, maka sinar UV, khususnya yang jenis UV tipe B yang memiliki panjang gelombang 290 nm, yang menembus ke permukaan bumi dan kemudian mengenai orang, dapat menyebabkan kulit manusia tersengat, merubah molekul DNA, dan bahkan bila berlangsung menerus dalam jangka lama dapat memicu kanker kulit, termasuk terhadap mahluk hidup lainnya. 4. Radiasi HP dapat mengacaukan gelombang otak, menyebabkan sakit kepala karena adanya kerusakan sel saraf, kelelahan karena menurunnya sistem kekebalan tubuh, gangguan tidur dan hilangnya konsentrasi, serta pemakaian HP bisa menyebabkan kanker otak. 5. Sebagian besar garis-garis wajah dan kerut/keriput disebabkan oleh pemaparan berlebihan terhadap sinar UV, baik UVA yang bertanggung jawab atas noda gelap, kerut/keriput, dan melanoma maupun UVB yang bertanggung jawab atas kulit terbakar dan karsinoma. 6. Dampak negatif wifi sehubungan dengan radiasi elektromagnetik: keluhan nyeri di bagian kepala, telinga, tenggorokan dan beberapa bagian tubuh lain bila berada dekat dengan peralatan elektronik atau menara pemancar. 7. Dapat menyebabkan kanker kulit (Sinar ultraviolet). 8. Dapat menyebabkan katarak mata(sinar ultraviolet). 9. Dapat menghitamkan warna kulit (Sinar ultraviolet). 10. Dapat melemahkan sistem kekebalan tubuh (Sinar ultraviolet). 11. Dapat menyebabkan kemandulan (Sinar gamma). 12. Dapat menyebabkan kerusakan sel/jaringan hidup manusia (Sinar X dan terutama sinar gamma).