Materi radiasi elektromagnetik

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 (1831–1879). Ini berawal dari beberapa hukum dasar yang telah
dipelajari, yakni Hukum Coulomb, Hukum Biot-Savart atau Hukum Ampere, dan Hukum
Faraday.
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.
PERTEMUAN KEDUA
Kecepatan Gelombang Elektromagnetik
Secara
matematis,
Maxwell
menghitung
kecepatan
perambatan
gelombang
-12
elektromagnetik bergantung pada dua besaran, yaitu permitivitas listrik (E0=8,85x10
2
2
-7
C /N.m ) dan permitivitas magnet (m0=4π x 10 wb/A.m).
Dalam ruang hampa kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik memenuhi
persamaan berikut:
𝑐=
1
√𝜇0 𝜀0
= 2,99𝑥108 𝑚⁄𝑠
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 6,626 × 10
−34
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.
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 (1857–1894) 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
8
7. Kecepatannya di ruang hampa sebesar 3 × 10 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
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 102 cm sampai 106 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
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.
Gambar 6. Gelombang Mikro pada Radar
Sinar Inframerah
11
Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 10 Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang
gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. Sinar inframerah ini dapat menembus kabut dan
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.
Gambar 9. Cahaya tampak pada lampu senter
Sinar ultraviolet
Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 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 1016 Hz sampai 1020 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
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 10-13 Hz sampai 10-10 Hz atau panjang
gelombang antara 10-11 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
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
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.
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 UVB 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.
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).