BAGIAN 16: BAHAN PENYERAP SINAR ULTRAVIOLET

      Dengan ditemukannya bahan penyerap sinar ultraviolet, kita tidak perlu khawatir lagi dengan bahaya sinar ultraviolet. Bahan tersebut diciptakan melalui teknologi elektromagnetik. Bahan tersebut terdiri dari tujuh lapisan. Lapisan terluar berupa kaca atau plastik yang berfungsi sebagai pelindung. lapisan di bawahnya (kedua) merupakan lapisan oksida yang transparan (bening) bersifat sebagai konduktor. Lapisan ketiga berupa lapisan bahan yang bersifat elektrokromik. Lapisan keempat yaitu lapisan elektrolit dan kelima berupa larutan tempat berkumpulnya ion-ion. Lapisan terakhir kemudian ditutup dengan lapisan oksida dan lapisan kaca yang sama dengan lapisan pertama dan kedua.
      Cara kerja bahan ini yaitu, adanya beda tegangan yang rendah antara kedua lapisan oksida yang membungkus tiga lapisan dalam menyebabkan terjadinya transfer ion positif (anion) menuju lapisan elektrokromatik. Anion ini didorong melalui lapisan elektrolit sehingga sampai dilapisan elektrokromatik. Kegiatan ini menyebabkan terjadinya perubahan karakteristik optis dan sifat termal bahan sehingga bahan dapat menyerap gelombang cahaya tampak sekaligus panas matahari yang menyertainya.
      Penyerapan gelombang cahaya ini menyebabkan kaca jendela menjadi terlihat gelap. Saat aliran listrik dihentikan, anion yang ada di lapisan elektrokromik terdorong keluar melalui elektrolit dan kembali ke tempat  menyimpan ion (tempat semula). Hal itu mengakibatkan kaca kembali menjadi transparan.

BAGIAN 15: SINAR ULTRAVIOLET

      Sinar ultraviolet atau ultraungu berarti diatas ungu. Sinar Ultraviolet dihasilkan dari radiasi sinar matahari. Selain itu, juga dihasilkan dari transisi elektron dalam orbital atom. Rentang frekuensi sinar ultraviolet membentang dalam kisaran 80.000 GHz sampai puluhan juta GHz (10 pangkat 17). Sinar ultraviolet datang dari matahari berupa radiasi ultraviolet memiliki energi yang cukup kuat dan dapat mengionisasi atom-atom yang berada di lapisan atmosfer. Dari proses ionisasi atom-atom tersebut dihasilkan ion-ion, yaitu atom yang bermuatan listrik. Lapisan yang terdiri dari ion-ion ini membentuk lapisan khusus dalam atmosfer yang disebut ionosfer. Lapisan ionosfer yang terisi dengan atom-atom bermuatan listrik ini dapat memantulkan gelombang elektromagnetik frekuensi rendah (berada dalam spektrum frekuensi gelombang radio medium) dan dimanfaatkan dalam transmisi radio. 

      Sinar ultraviolet dapat berguna dan dapat juga berbahaya bagi kehidupan manusia. Sinar ultraviolet dapat dimanfaatkan untuk mencegah agar bayi yang baru lahir tidak kuning kulitnya. Selain itu, sinar ultraviolet yang berasal dari matahari dapat merangsang tubuh manusia untuk memproduksi vitamin D yang diperlukan untuk kesehatan tulang dan juga dapat dimanfaatkan dalam proses sterilisasi makanan dimana kuman dan bakteri berbahaya di dalam makanan dapat dimatikan. Karena energinya yang cukup kuat dan sifatnya yang dapat mengionisasi bahan, sinar ultraviolet tergolong sebagai radiasi yang berbahaya bagi manusia (terutama jika terpancar dalam intensitas yang besar). Untungnya, atmosfer bumi memiliki lapisan yang dapat menahan dan menyerap radiasi ultraviolet dari matahari sehingga sinar matahari yang sampai ke bumi berada dalam taraf yang tidak berbahaya, lapisan tersebut ialah lapisan ozon. 

lapisan ozon di atmosfer menahan sebagian radiasi ultraviolet.

      Penggunaan bahan kimia untuk pendingin (lemari es dan AC) berupa freon maupun untuk penyemprot (parfum bentuk spray dan pilok/penyemprot cat), dapat menyebabkan kebocoran lapisan ozon. Hal ini menyebabkan sinar ultraviolet dapat menembus lapisan ozon dan sampai kepermukaan bumi, suatu hal yang sangat berbahaya bagi manusia. Jika semakin banyak sinar ultraviolet yang terpapar ke permukaan bumi dan mengenai manusia, efek yang tidak diinginkan bagi manusia dan lingkungan dapat timbul.

      Kanker kulit dan penyakit gangguan penglihatan seperti katarak dapat ditimbulkan dari radiasi ultraviolet yang berlebihan. Ganggang hijau sebagai sumber makanan alami dan mata rantai pertama dalam rantai makanan dapat berkurang akibat radiasi ultraviolet ini. Hal ini dapat menggangu keseimbangan alam dan merupakan sesuatu yang sangat merugikan bagi kehidupan makhluk hidup di Bumi.   

BAGIAN 14: SINAR-X

      Sinar-X dikenal luas dalam dunia kedokteran sebagai sinar Rontgen. Dipakai untuk memeriksa organ bagian dalam tubuh. Tulang yang retak di bagian dalam tubuh dapat terlihat menggunakan sinar-X ini. Penemuan sinar-X dianggap sebagai salah satu penemuan penting dalam fisika. Sinar-X ditemukan oleh ahli fisika Jerman bernama Wilhelm Rontgen (1845-1923) saat sedang mempelajari sinar katoda. Saat itu, ia mendapatkan suatu sinar yang tidak tampak tetapi dapat menembus beberapa zat. Selain itu, sinar tersebut dapat menghitamkan pelat potret seperti halnya cahaya . Karena tidak tahu namanya, sinar tersebut dinamai sinar-X. Untuk menghormati Wilhelm K. Rontgen, sinar tersebut juga disebut sinar Rongent.  

      Sinar-X berada pada rentang frekuensi 300 juta GHz ( 10 pangkat 17) dan 50 miliar GHz (10 pangkat 19). Sinar-X memiliki daya tembus yang kuat, besarnya daya tembus sinar-X bergantung pada frekuensi sinar-X dan jenis bahan yang ditembusnya. Sinar-X dapat menembus buku tebal, kayu setebal beberapa centimeter, dan pelat aluminium setebal 1 cm. Meskipun demikian, suatu lapisan besi, tembaga, dan terutama timbal dengan ketebalan beberapa milimeter tidak dapat ditembus sinar-X sama sekali. Cara paling umum untuk memproduksi sinar-X adalah melalui mekanisme yang disebut bremstrahlung atau radiasi perlambatan. Mekanisme ini yang ditempuh oleh Rontgen saat pertama kali menghasilkan sinar-X. Dalam teori radiasi gelombang elektromagnetik diketahui bahwa muatan listrik yang dipercepat (atau diperlambat) akan menghasilkan gelombang elektromagnetik. Selain melalui radiasi perlambatan, Sinar-X juga dihasilkan dari proses transisi internal elektron di dalam atom atau molekul.
      Sinar-X terjadi ketika elektron yang bergerak dengan kecepatan tinggi, mengalami perlambatan saat menumbuk suatu benda. Maka dari itu, monitor TV dan komputer menghasilkan sinar-X karena elektron dari bagian belakang tabung monitor TV atau komputer menabrak layar monitor. Sinar-X juga dihasilkan oleh elektron-elektron yang mengisi kekosongan tempat pada kulit atom bagian dalam. Adapun kegunaan sinar-X adalah sebagai berikut:

1. Untuk memotret kedudukan tulang-tulang dalam badan, khususnya dalam menentukan letak tulang yang patah atau menemukan benda asing di dalam tubuh.
2. Untuk menganalisis struktur bahan. Sinar-X dapat menunjukkan gejala-gejala interferensi jika dijatuhkan pada kristal zat padat. Dari pola interferensi yang dihasilkan, kita dapat mengetahui letak-letak atom dalam kristal.  
3. Untuk mengetahui isi container tanpa membukanya. Sifat sinar-X yang memiliki daya tembus kuat dapat digunakan untuk melihat bagian dalam benda tanpa harus membelahnya.
4. Untuk memeriksa barang bawaan penumpang, khususnya barang-barang yang dilarang.

BAGIAN 13: SINAR INFRAMERAH

   Inframerah (infrared) berarti di bawah merah. Gelombang inframerah termasuk dalam gelombang elektromagnetik dan berada dalam rentang frekuensi 300 GHz sampai 40.000 GHz (10 pangkat 13). Sinar inframaerah dihasilkan oleh proses di dalam molekul dan benda panas. Getaran atom dalam molekul-molekul benda yang dipanaskan merupakan sumber gelombang inframerah. Oleh karena itu, sinar inframerah sering disebut radiasi panas.Energi matahari yang sampai ke bumi sebagian besar berupa sinar inframerah. Adapun intensitas sinar inframerah bergantung pada suhu dan warna benda. 

      Foto inframerah yang bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk membuat lukisan panas dari suatu daerah atau objek. Hasil lukisan panas dapat menggambarkan daerah mana yang panas dan tidak. Suatu lukisan panas dari satu gedung dapat digunakan untuk mengetahui daerah mana dari gedung itu yang menghasilkan panas berlebihan sehingga dapat dilakukan perbaikan-perbaikan yang diperlukan. Kegunaan inframerah antara lain sebagaimana berikut:

1. Untuk mempelajari struktur molekul suatu bahan. Radiasi inframerah yang dihasilkan oleh setiap atom dalam molekul adalah khas, sehingga spektroskopi inframerah dapat digunakan untuk mempelajari struktur molekul.
2. Untuk mendeteksi tumbuhan di muka bumi. Setiap tumbuhan dan makhluk hidup, bahkan benda mati memancarkan inframerah dengan intensitas dan frekuensi berbeda. Melalui satelit yang dilengkapi dengan film dan bersifat peka terhadap sinar inframerah, maka dapat dideteksi spesies tumbuhan di bumi secara rinci.
3. Untuk mendiagnosis kesehatan. Kesehatan seseorang dapat didiagnosis melalui penyelidikan radiasi inframerah pada kulit organ tersebut.
4. Untuk mengeringkan mobil sehabis dicuci atau dicat. Sifat panas sinar inframerah digunakan untuk mengeringkan cat mobil atau mobil yang telah dicuci. 

Suhu kulit manusia tidak merata difoto dengan Sinar infrared

BAGIAN 12: SEL SURYA

      Sel surya digunakan manusia untuk menampung gelombang sinar matahari sehingga manusia memperoleh bentuk energi baru. Kita pasti telah mengetahui bahwa sinar matahari juga merupakan gelombang. Sinar matahari ini dapat digunakan sebagai sumber energi baru, misalnya, pada pembangkit listrik digunakan untuk mobil bertenaga surya, bahkan digunakan sebagai sumber energi pesawat bertenaga surya. Para ahli telah benyak yang meneliti pemanfaatan energi matahari ini. Bahkan telah dibuat mobil-mobil bertenaga surya yang menggunakan energi matahari untuk menggerakkannya.

Sel Surya

 Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan  saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala  milliampere per cm². Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. 

Modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk memperbesar total daya output.

Struktur Sel Surya

       Seiring dengan berkembangnya teknologi dan sains, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula (Jenis-jenis teknologi surya akan dibahas di tulisan “Sel Surya : Jenis-jenis teknologi”). Dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini yaitu sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sel surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis).  

 Struktur dari sel surya komersial yang menggunakan material silikon sebagai semikonduktor.

Prinsip Kerja Sel Surya
      Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar.  Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif)  sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya.  Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.

 Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada  semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana  ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah.

Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction.

BAGIAN 11: LANJUTAN APLIKASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

B. Satelit Buatan

         Satelit buatan adalah seperangkat alat elektronik yang diorbitkan pada orbit tertentu di luar angkasa. Satelit buatan ini mengorbit mengelilingi bumi seperti halnya bulan. Satelit digunakan manusia khususnya dalam bidang telekomunikasi dam meteorologi. Dalam bidang telekomunikasi yaitu digunakan untuk menerima dan menyebarkan gelombang televisi dari suatu tempat di bumi kemudian menyebarkannya kebahagian bumi yang lain sehingga informasi dapat disampaikan saat itu juga. Misalnya, kita dapat melihat tayangan sepak bola liga itali secara langsung. Rekaman pertandingan tersebut diubah menjadi gelombang gelombang elektromagnetik dan dipancarkan. Gelombang ini diterima oleh satelit dan disebarkan kembali ke bumi sehingga belahan bumi lain dapat menerima gelombang ini. Di belahan bumi tersebut gelombang elektromagnetik di ubah kembali menjadi bentuk gambar dan suara. Penjalaran gelombang dari bumi ke satelit terlihat pada gambar dibawah ini.

Penjalaran gelombang dari bumi ke satelit dan sebaliknya

Dari gambar di atas terlihat bahwa sebuah satelit memancarkan gelombang dalam segala arah. Gelombang langit menjalar ke atas dan dipantulkan oleh ionosfer kembali ke bumi karena gelombang-gelombang ini dapat diterima dari seluruh horizon. Beberapa gelombang dapat mengenai tanah dan di pantulkankan kembali. Gelombang mikro tidak dipantulkan ionosfer melainkan diteruskan ke satelit. Gelombang yang diterima oleh satelit ini digunakan untuk mentransmisikan informasi ke stasiun-stasiun penerima di bumi.

 

BAGIAN 8: SIFAT-SIFAT GELOMBANG

Setiap gelombang elektromagnetik mempunyai sifat khas, misalnya gelombang radio mudah dipantulkan, sinar X dapat menembus benda-benda lunak dan ultraviolet dapat memicu terjadinya reaksi kimia. Namun secara umum semua jenis gelombang tersebut memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

1. Perambatannya tidak memerlukan medium sehingga dapat merambat diruang hampa.
2. Dapat mengalami polarisasi karena gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal
3. Diudara atau ruang hampa, kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya. Cepat rambat gelombang diudara adalah sebagai berikut: 

 

 

                                            c = Cepat rambat cahaya (m/s)

      
4. Arah perambatannya tidak dipengaruhi medan listrik dan medan magnet dan gelombang       elektromagnetik tidak bermuatan listrik

5. Dapat mengalami pemantulan, pembiasan, interferensi dan difraksi

 

BAGIAN 10: APLIKASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

A. Gelombang Radio

     Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Pada tabel ini juga diberikan panjang gelombang tertentu untuk tiap lebar frekuensi berikut pemakaiannya.

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. Luas daerah yang hendak dicakup dan panjang gelombang yang akan dihasilkan dapat ditentukan dengan tinggi rendahnya antena. Kita tidak dapat mendengar gelombang radio secara langsung, penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi gelombang bunyi. Ukuran pemancar radio dan penerima sangatlah berbeda. Sebuah pemancar radio dapat berukuran sangat kecil sehingga radio itu dapat ditanam dalam tubuh binatang, sedangkan sebuah antena penerima dapat berukuran sangat besar (kira-kira sepanjang 400 m) sehingga mampu mendeteksi gelombang-gelombang radio dari jarak sangat jauh. Gelombang radio ini juga dapat memberi informasi tentang bintang-bintang. 

BAGIAN 9: GELOMBANG TSUNAMI

Proses terjadinya gelombang tsunami

Tsunami biasanya berhubungan dengan kejadian gempa bumi. Gempa bumi ini merupakan proses terjadinya getaran tanah yang merupakan akibat dari sebuah gelombang elastis yang menjalar melalui massa bumi. Gelombang ini dapat bersumber dari ledakan dahsyat gunung merapi (gempa vulkanik), runtuhan, atau dari pergerakan lempengan bumi (gempa tektonik). Yang menjadi fokus kita saat ini adalah gempa dari jenis tektonik, oleh karena dari berbagai peristiwa yang ada, gempa inilah yang paling banyak menjadi penyebab dari timbulnya gelombang tsunami.

Gambar: Gelombang Tsunami

Gempa tektonik adalah terjadinya pergeseran massa bumi akibat tumbukan yang terjadi pada lempengan bumi. 

Patut diketahui bahwa lempengan bumi selalu bergerak dan berdesakan satu sama lain. Pada saat dua lempengan bumi bertemu, saat itu terjadi penimbunan energi , kemudian terlepas dan menimbulkan getaran yang bisa dirasakan di permukaan bumi. Peristiwa ini sering terjadi pada lempeng samudra karena bentuknya yang lebih tipis dari lempeng benua yang selanjutnya menimbulkan gangguan terhadap massa air laut yang ada di atasnya. Akibat dari gangguang ini salah satunya ialah terjadinya gelombang tsunami.

Sesuai dengan yang diuraikan diatas, tsunami adalah rangkaian gelombang laut dengan panjang gelombang yang sangat besar yang disebabkan oleh terjadinya gangguan laut. Gangguan ini biasanya disebabkan oleh berbagai hal, diantaranya adalah:

1. Gempa Bumi
2. Tanah longsor
3. Letusan gunung merapi
4. Jatuhan meteorit

Gelombang tsunami biasanya memiliki  kecepatan yang dapat mencapai ratusan kilometer per jam. Kecepatan ini berhubungan dengan kedalaman laut ditempat terjadinya gelombang tersebut. Kecepatan dari gelombang ini kemudian akan berkurang ketika mendekati pantai,  dan diringi dengan peningkatan tinggi gelombang yang dapat mencapai puluhan meter serta membawa energi yang sangat dahsyat karena terjadi penumpukan massa air laut.

BAGIAN 7. SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

       Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik.

Gambar spektrum elektromagnetik disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan m) yaitu mencakup kisaran :

1. Energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang      radio

2. Energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray

                                                                                                                                                                                             

                                            

                                                         Gambar: Sketsa Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Spektrum gelombang elektromagnetik terdiri atas tujuh macam gelombang yang dibedakan berdasarkan frekuensi serta panjang gelombang tetapi cepat rambat di ruang hampa adalah sama, yaitu c =3 x 10⁸ m/s. Seperti yang sudah dibahas dalam teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik. Frekuensi gelombang terkecil adalah gelombang cahaya serta panjang gelombang terbesar sedangkan frekuensi terbesar adalah sinar gamma serta panjang gelombang terpendek.

         

      Spektrum gelombang elektromagnetik terdiri dari urutan:  

• gelombang radio dan televisi
• gelombang mikr
• infra merah
• cahaya tampak
• ultraviolet
• siar x
• sinar gamma

Urutan dari atas ke bawah adalah frekuensi makin besar serta panjang gelombang makin pendek karena frekuensi dan panjang gelombang berbanding terbalik.

BAGIAN 6: PENGERTIAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

1. Pengertian Gelombang Elektromagnetik

      Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat tanpa memerlukan medium dan merupakan gelombang transversal. Namun gelombang elektromagnetik merupakan gelombang medan, bukan gelombang mekanik (materi). Pada gelombang elektromagnetik, medan listrik E selalu tegak lurus arah medan magnetik B dan keduanya tegak lurus arah rambat gelombang. Gangguan gelombang elektromagnetik terjadi karena medan listik dan medan magnet, oleh karena itu gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang vakum.

Medan listrik dan medan magnet pada gelombang elektromagnetik

   Gelombang elektromagnetik berasal dari matahari dan angkasa; peralatan elektronik, pemancar radio/TV, satelit, monitor TV, komputer, kilat, bahan radioaktif, alat Rontgen, bara api dan blok mesin yang panas. Secara umum dapat dikatakan gelombang elektromagnetik muncul dari partikel bermuatan yang dipercepat (bergetar, perputar, diperlambat dan dipercepat).

      Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude dan 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.

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.

         

BAGIAN 5: GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

A. Teori Gelombang Elektromagnetik Maxwell

    Sebelum mempelajari lebih lanjut tentang gelombang elektromagnetik, kita perlu terlebih dahulu mengetahui apakah cahaya itu ?. Ini menjadi suatu pertanyaan yang besar bagi manusia beberapa abad yang lalu, sebelum teori persamaan Maxwel dikemukakan. 

Prediksi awal tentang gelombang elektromagnetik dilakukan oleh James Clerk Maxwell (1831-1879). Maxwell membuat suatu teori yang menyatukan fenomena kelistrikan dan kemagnetan. Dalam mengungkapkan hipotesisnya Maxwell menggunakan kaidah tentang kemagnetan dan kelistrikan yang sebelumnya telah ada, kaidah-kaidah tersebut antara lain:

a. Hukum Gauss yang menyatakan bahwa muatan listrik statis dapat menghasilkan medan listrik. 

b. Hukum Bio-savart yang menyatakan bahwa aliran muatan listrik (arus listrik) dapat menghasilkan medan  magnet.

c. Hukum Faraday yang menyatakan bahwa perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik.

      Berdasrkan Hukum Faraday, Maxwell mengemukakan hipotesa yaitu perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet, selain itu Maxwell juga mengemukakan kesimpulan lain yaitu jika perubahan-perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik, maka medan listrik yang dihasilkan itu juga berubah-ubah. Perubahan medan listrik ini juga juga menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah dan seterusnya. Dari pernyataan-pernyataan inilah Maxwell membuktikan hipotesisnya dengan menggunakan persamaan-persamaan yang disebut persamaan Maxwell. Dari hasil persamaannya, ia menemukan bahwa perubahan medan-medan yang saling berinteraksi dapat menghasilkan gelombang medan listrik dan medan magnet yang dapat merambat melalui ruang. 

BAGIAN 4: PERSAMAAN GELOMBANG

 A. Persamaan Kecepatan Perambatan Gelombang

      Kecepatan perambatan gelombang adalah satu panjang gelombang dibagi periode. Secara matematis kecepatan perambatan gelombang V dapat ditulis sebagai berikut :

 Karena f = 1/T maka kecepatan perambatan gelombang juga dapat ditulis sebagai berikut :

dengan :

v = kecepatan perambatan gelombang (m)

T = Periode gelombang (s)

f = Frekuensi gelombang (Hz)

λ = panjang gelombang (m)

B. Persamaan Gelombang

    Jika seutas tali yang cukup panjang digetarkan sehingga pada tali terbentuk gelombang transversal berjalan. Gelombang merambat dari titik A sebagai pusat koordinat menuju arah sumbu x positif. Perhatikan gambar dibawah ini.

 

Jika titik A telah bergetar secara periodik selama t sekon. Simpangan gelombang di titik A akan memenuhi simpangan getaran harmonik, yang memenuhi persamaan berikut:

dengan:
          y = Simpangan gelombang (m)
         A = Amplitudo atau simpangan maksimum (m)
         ω = Kecepatan sudut (rad/s)
          t = Lamanya getaran (s)
Oleh karena :

maka persamaan simpangan diatasdapat ditulis menjadi :

y = A sin 2π φ

Contoh soal:

1. Pada permukaan sebuah kolam terdapat dua helai daun yang terpisah satu dengan yang lainnya sejauh 60 cm. Keduanya turun naik bersama permukaan air dengan frekuensi 2 Hz. Bila salah satu berada di puncak bukit gelombang, yang lainnya berada di dasar gelombang. Sedangkan di antara kedua daun itu terdapat satu bukit gelombang, tentukan cepat rambat gelombang pada permukaan kolam ?

  Dik : f = 2 Hz
  Dit : v...... ? 

Penyelesaian :

     Panjang gelombang yang terbentuk dari bukit pertama ke lembah gelombang kedua pada jarak 60 cm

adalah :   3/2 λ = 60 cm, sehingga

                    λ = 2 x 60/3 cm

                    λ = 40 cm

Dengan demikian,

                   v = λf 

                   v = (40 cm) (2 Hz)

                   v = 80 cm/s

2.  Sebuah gelombang berjalan mempunyai persamaan simpangan Y = 0,5 sin π (40t + 8x) m. Cepat rambat gelombang tersebut adalah ?

Penyelesaian :

      Y = 0,5 sin π (40t + 8x) m

      Y = 0,5 sin (40 πt + 8 πx) m

• ω = 40π , dimana ω = 2πf

         2πf  = 40π
             f = 40π/2π
             f = 20 Hz

•    k = 2πx / λ 

        8 πx = 2πx / λ 
            λ =  8π / 2π
            λ = 4π 
            λ = 0,25 m

• v = f x λ 

          v = 20 Hz x 0,25 m
          v = 5 m/s
       

 

BAGIAN 3: LANJUTAN JENIS-JENIS GELOMBANG

Berdasarkan dimensinya gelombang dapat dibagi lagi menjadi tiga yaitu:

1. Gelombang satu dimensi yaitu gelombang yang merambat dalam satu arah, contohnya gelombang tali, gelombang pada dawai dan sejenisnya. Pemantulan gelombang satu dimensi dapat kita buktikan dengan cara melakukan suatu percobaan sederhana. Ikat salah satu ujung tali pada sebuah tiang, pegang salah satu ujung tali, kemudian sentakkan ujung tali tersebut. Setelah ujung tali di sentakkan, akan terbentuk pulsa-pulsa gelombang yang merambat sepanjang ujung tali tersebut. Ketika pulsa mencapai tiang, bagian tali yang dekat dengan tiang memberikan gaya tarik pada siang, sesuai dengan Hukum III Newton yang menyatakan bahwa jika terdapat gaya aksi maka juga terdapat gaya reaksi. Hal inilah yang menyebabkan pulsa-pulsa gelombang yang merambat sepanjang tali bergerak naik- turun ke atas dan ke bawah.
2. Gelombang dua dimensi yaitu gelombang yang merambat dalam bentuk bidang, contohnya gelombang pada permukaan air. Dalam hal ini merambatnya dalam bentuk persegi panjang.
3. Gelombang tiga dimensi yaitu gelombang yang merambat dalam ruang atau kesegala arah, contohnya gelombang radio, gelombang micro, gelombang cahaya.

       Pemantulan gelombang dua dimensi dan tiga dimensi berhubungan dengan muka gelombang. Muka gelombang dapat kita amati, ketika sebuah batu di jatuhkan pada permukaan air. Batu yang jatuh menyebabkan munculnya riak atau gelombang air yang berbentuk lingkaran dan menyebar keluar dari pusat lingkaran. Selain gelombang bidang juga ada istilah gelombang bidang, gelombang bidang merupakan muka gelombang yang bentuknya hampir lurus.

 Gambar: Gelombang satu dimensi pada tali

Setelah kita mengenal jenis-jenis gelombang, untuk selanjutnya mari kita mengenal lebih jauh lagi tentang istilah-istilah dalam gelombang :

• Panjang Gelombang (lamda) adalah jarak antara dua puncak yang berdekatan atau dari rapatan yang satu ke rapatan berikutnya.
• Frekuensi Gelombang (f) adalah banyaknya gelombang yang terbentukdalam waktu satu sekon.
• Periode Gelombang (T) adalah waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang.
• Amplitudo Gelombang (A) adalah besar simpangan maksimum dari suatu gelombang. 

 

BAGIAN 2: JENIS-JENIS GELOMBANG

B. Jenis-Jenis Gelombang

         Ditinjau dari zat penghantar atau medium yang dilalui oleh gelombang, kita dapat membedakan dua macam gelombang, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

1. Gelombang Mekanik

      Gelombang mekanik adalah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium atau penghantar untuk dapat merambat. Medium gelombang mekanik dapat berupa zat padat, zat cair, atau gas. Suara atau bunyi merupakan salah satu contoh gelombang mekanik yang dapat merambat melalui zat padat, cair atau gas. Contoh lain dari gelombang mekanik yaitu gelombang pada tali, gelombang pada pegas, gelombang pada permukaan air.

         Berdasarkan arah perambatan dan arah getarnya, gelombang mekanik dapat dibagi lagi menjadi dua macam, yaitu :

• Gelombang Transversal

          Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getar dari tiap titik partikel dalam medium, tegak lurus dengan arah perambatan gelombang. Contohnya gelombang cahaya, gelombang permukaan air, dan gelombang pada tali. Untuk melihat arah getar dari gelombang transversal dapat kita gunakan tali dengan cara salah satu ujung tali diikat sedangkan ujung yang lain dibiarkan bebas.

Pada kasus gelombang tali, gerakan tangan naik turun mengakibatkan energi pada tali. Energi tersebut menggetarkan daerah di sekitarnya sehingga daerah disekitarnya ikut pula bergetar naik turun, demikian seterusnya sampai ujung tali. Pada gelombang transversal, satu panjang gelombang adalah jarak yang sama dengan satu bukit gelombang ditambah satu lembah gelombang. Ciri yang dimiliki gelombang transversal, terdapat satu bukit gelombang dan lembah gelombang dan satu panjang gelombang (lamda) adalah jarak yang sama dengan satu bukit gelombang dengan satu lembah gelombang. 

• Gelombang Longitudinal

          Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya searah (paralel) dengan arah rambatannya. Contohnya gelombang pada pegas (slinki) dan gelombang cahaya. Ketika slinki di gerakkan kedepan dan kebelakang, maka pada slinki akan terbentuk rapatan-rapatan dan renggangan-renggangan seperti yang ditunjukkan pada gambar. Pada gelombang longitudinal, satu panjang gelombang adalah jarak yang sama dengan satu rapatan dan ditambah satu renggangan. Ciri yang dimiliki gelombang longitudinal, terdapat rapatan dan renggangan dan satu panjang gelombang adalah jarak yang sama dengan satu rapatan ditambah satu renggangan.

BAGIAN 1: PENGERTIAN GELOMBANG

A. Pengertian Gelombang

         Terbentuknya sebuah gelombang karena adanya sumber yang berupa getaran dan adanya getaran yang merambat. Jadi, gelombang merupakan getaran yang merambat. Dalam perambatannya gelombang memindahkan energi dan tidak menyertakan perambatan mediumnya. Kita perhatikan bentuk permukaan air setelah batu di jatuhkan diatasnya. Getaran merambat dari sumber getaran ke segala arah di atas permukaan air, dalam perambatanya tersebut getaran memerlukan waktu atau dengan kata lain getaran mempunyai periode, dan getaran juga mempunyai kecepatan yang disebut kecepatan gelombang. Permukaan air yang mendapat gangguan berupa getaran mempunyai bentuk gelombang berupa lingkaran. Pusat lingkaran tersebut adalah titik P. Lingkaran tempat kedudukan titik yang mendapat gangguan getaran dengan simpangan yang sama dalam waktu yang bersamaan disebut muka gelombang. 

Gambar muka gelombang berbentuk lingkaran

         Ada juga muka gelombang berbentuk bola yang disebut muka gelombang sferis, misalnya muka gelombang bunyi di udara. Muka gelombang cahaya di dalam kristal transparan anisotropis, bentuknya ellipsoidal. Kristal anisotropis merupakan kristal yang besar, mempunyai kecepatan merambat gelombang ke segala arah tidak sama, kecuali sepanjang suatu arah tertentu.

        

Gambar muka gelombang ellipsoidal

         Bentuk yang lain ialah muka gelombang paralel yaitu muka gelombangnya sejajar satu sama lain. Hal ini akan terjadi apabila sebuah batang yang lurus, jatuh terentang diatas permukaan air.

Muka gelombang cahaya dari matahari dapat di katakan paralel, karena cahaya datang dari tempat yang sangat jauh, sehingga bidang bolanya hampir datar. Arah kecepatan merambat gelombang selalu tegak lurus pada muka gelombang. Didalam cahaya garis lurus yang melukiskan suatu sinar adalah arah kecepatan merambat gelombang cahaya yang selalu tegak lurus pada muka gelombangnya.