GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
A.
INDEKS BIAS
Indeks bias pada medium didefinisikan sebagai
perbandingan antara kecepatan cahaya
dalam ruang hampa udara
dengan cepat
rambat cahaya pada suatu medium.
Secara matematis, indeks bias dapat ditulis:
dimana:
n = indeks bias
c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa (299,792,458 meter/detik)
= cepat rambat cahaya pada
suatu medium
Indeks bias tidak
pernah lebih kecil dari 1 atau (n ≥ 1).
Pembiasan
Jika seberkas cahaya
datang dan membentuk sudut terhadap permukaan, maka berkas cahaya tersebut ada
yang dibelokkan sewaktu memasuki medium baru tersebut, dimana pembelokan itu
disebut dengan pembiasan.
B.
PEMANTULAN CAHAYA
Sebagaimana
yang telah saya poting sebelumnya tentang kenapa kita bisa melihat benda,
baiklah kita akan bercerita lebih jauh tentang seperti apa sih pemantulan
cahaya itu?.
Coba
kita amati, manakala cahaya matahari menerobos celah-celah pentilasi atau
ketika cahaya Matahari meneroboh rindangnya pepohonan, ternyata cahaya selalu
merambat lurus. Dengan demikian, cahaya yang merambat dapat kita gambarkan
sebagai garis lurus berarah yang disebut sinar cahaya,
sedangkan berkas cahaya terdiri dari beberapa garis berarah,
ada yang divergen (menyebar) atau konvergen (mengumpul).
Jika
kita amati, pemantulan cahaya terbagi menjadi dua yaitu pemantulan
teratur dan pemantulan baur (pemantulan difus). Pemantulan teratur
terjadi jika berkas sinar sejajar jatuh pada permukaan halus sehingga berkas
sinar tersebut akan dipantulkan sejajar dan searah, sedangkan pemantulan baur
terjadi jika sinar sejajar jatuh pada permukaan yang kasar sehingga sinar
tersebut akan dipantulkan ke segala arah dengan berkas sinar pantul yang
menyebar. Hikmahnya adalah manusia dapat melihat benda di sekitar benda yang
terkena cahaya.
Begitulah
alam mengajari kita, yang jika kita gali ilmunya akan memberi manfaat yang luar
biasa.
 |
Dari
penelitian tentang pemantulan cahaya ini, Seorang ahli matematika berkebangsaan
belanda yang bernama Willebrod Snellius (1591 – 1626) dalam penelitiannya ia
berhasil menemukan hukum pemantulan cahaya yang berbunyi :
- Sinar datang, sinar pantul dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
- Sudut sinar datang sama dengan sudut sinar pantul ( i = r )
Hukum
pemantulan di atas, sebaiknya difahami dari peristiwa pemantulan sebagaimana
dilihat pada gambar. Dengan sendirinya hukum pemantulan ini akan hapal.
Berdasarkan teori elektromagnetika klasik, kenyataan-kenyataan
yang diperoleh dari berbagai eksperimen dapat dijelaskan sebagai berikut.
1.
Bertitik tolak pada pandangan tentang hakekat gelombang
cahaya yang malar, energi yang diterima oleh permukaan sebanding dengan
intensitas cahaya, luas permukaan logam yang disinari dan lamanya penyinaran.
lni berarti bahwa apabila intensitas cahaya kecil, diperlukan waktu yang lebih
lama agar energi yang diserap elektron cukup besar untuk melepaskan dirinya
dari permukaan logam. Berdasarkan perhitungan klasik, bila intensitas cahaya
sebesar 10-10 W/m2, dalam selang waktu 10-9 sekon belum ada elektron yang dapat
ke luar. Untuk intensitas sekecil itu dibutuhkan waktu sekurang-kurangnya
beberapa ratus jam agar elektron dapat terlepas.
2.
Menurut teori klasik, makin tinggi intensitas cahaya
makin banyak pula energi yang diserap oleh elektron pada permukaan logam. Oleh
karena itu diharapkan arus elektron semakin tinggi sesuai kenaikan intensitas.
Dalam batas – batas tertentu anggapan ini sesuai dengan hasil eksperimen. Tetapi
jika frekuensi cahaya lebih kecil dari frekuensi ambang fo, tidak akan ada arus
elektron, betapa pun besarnya intensitas cahaya.
3.
Seperti halnya dengan butir (1) di atas, besarnya
energi yang diterima elektron, secara klasik ditentukan oleh intensitas cahaya
dan bukan oleh frekuensinya. Sebab itu adanya potensial henti yang berbeda
untuk setiap logam, benar-benar di luar dugaan teori klasik.
4.
Adanya energi kinetik maksimum bagi fotoelektron untuk
setiap frekuensi, sama sekali tidak dapat dijelaskan oleh teori klasik, karena
sekali lagi menurut teori klasik energi efektron seharusnya tidak bergantung
pada frekuensi. Dari interpretasi di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa
berdasarkan teori elektromagnetika klasik, peristiwa efek fotolistrik sama
sekali tidak dapat diterangkan dengan baik.
Gelombang elektromagnetik merupakan perpaduan antara
gelombang yang dihasilkan oleh sinergis dua energi, yaitu energi listrik dan
energi magnet, yang saling tegak lurus. Gelombang elektromagnetiknik ini dapat
merambat tanpa melalui medium karena dapat menembus ruang hampa dan memiliki arah
getar yang tegak lurus dengan arah rambatannya. Karena memiliki arah getar yang
tegak lurus dengan arah rambatannya, gelombang elektromegnetik tergolong
sebagai gelombang transversal. Salah satu bukti bahwa gelombang elektromagnetik
dapat menembus ruang hampa adalah terjadinya komunikasi antara orang di bumi
dan astronot yang ada di bulan.
Setiap gelombang memiliki besaran-besaran, termasuk
gelombang elektromagnetik. Besaran pertama adalah panjang gelombang (λ), yaitu
panjang satu gelombang yang lengkap. Gelombang yang lengkap itu sendiri terdiri
atas satu bukit dan satu lembah. Besaran selanjutnya adalah frekuensi (f),
yaitu ukuran seberapa sering jumlah gelombang lengkap yang melewati suatu titik
selama satu satuan waktu yang dinyatakan dengan Herzt (Hz) atau sekon. Adapun
kebalikan dari frekuensi adalah periode (T), yaitu waktu yang diperlukan satu
gelombang lengkap untuk melewati satu titik.
Karena gelombang elektromagnetik bergerak merambat,
seperti halnya motor yang bergerak, gelombang memiliki besaran yang disebut
sebagai laju fase gelombang atau cepat rambat gelombang (v). Besaran lain yang
terkait dengan gelombang adalah amplitudo (A), yaitu simpangan maksimum dari
getaran yang dirambatkan. Hubungan antara besaran-besaran tersebut dapat dituliskan
dengan rumus berikut.
v=λ.f dan f=1/T
Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa frekuensi
gelombang berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya. Artinya, jika
frekuensi suatu gelombang besar, maka panjang gelombangnya semakin kecil dan
begitupun sebaliknya. Gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi paling
besar adalah sinar gamma, selanjutnya berturut-turut adalah sinar X, ultra ungu
(violet), cahaya tampak, infra merah, gelombang mikro (radar), gelombang
televisi, dan gelombang radio. Dengan demikian, sinar gamma memiliki panjang
gelombang paling pendek dan gelombang radio memiliki panjang gelombang yang
paling panjang.
Energi yang dikeluarkan oleh sebuah gelombang
elektromagnetik tergantung pada besar kecilnya frekuensi yang dimilikinya.
Gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang besar juga memiliki energi yang
besar. Misalnya sinar gamma dengan frekuensi 1019-1025 Herzt dapat menembus
sebuah tembok bahkan menghancurkannya. Sementara sinar X dengan frekuensi
1016-1020 Herzt pada umumnya digunakan dalam dunia kedokteran untuk melakukan
rontgen pada pasien yang menderita penyakit dalam untuk mendeteksi virus atau
gangguan lainnya. Akan tetapi, pasien diberi obat-obatan setelah melakukan
rontgen untuk memulihkan kembali sel-sel yang kemungkinan rusak.
Penemuan gelombang elektromagnetik merupakan salah
satu pemicu perkembangan ilmu pengetahuan yang berdampak pula pada perkembangan
teknologi canggih (Iptek), terutama teknologi komunikasi. Salah satu teknologi
komunikasi terkini yang memanfaatkan gelombang elektromagnetik adalah
telepon selular atau handphone. Handphone menggunakan gelombang elektromagnetik
mikro, yaitu radar, untuk menghubungkan antara handphone yang satu dengan yang
lainnya. Gelombang radar (Radio Detection and Ranging) mempunyai frekuensi 108-1012
Herzt. Dengan menggunkan rumus temuan Planck, berikut.
E=h.v
Dimana E adalah energi yang dipancarkan gelombang
elektromagnetik dengan satuan Joule, h adalah tetapan Planck yang besarnya 6,62
x 10-34 Js, dan v adalah cepat rambat gelombang (v = λ.f) dengan satuan m/s.
Sehingga diperoleh bahwa energi yang dipancarkan gelombang radar berkisar pada
rentang 2,98 x 10-25 Joule sampai 1,25 x 10-24 Joule.
Jika dibandingkan dengan energi yang dipancarkan sinar
gamma dan sinar X, energi gelombang radar secara kuantitatif relatif masih
kecil. Oleh karena itu, penggunaan gelombang radar pada handphone masih
diizinkan. Akan tetapi, terdapat tipe-tipe handphone tertentu yang memiliki
frekuensi besar yang masih beredar di kalangan masyarakat, baik yang legal
maupun tidak legal.
Kalau kita berpikir dengan menggunakan logika, energi
yang kecilpun bisa menjadi besar jika energi-energi kecil tersebut menyatu
dalam jumlah banyak. Sementara persebaran handphone di sekitar kita, terutama
di daerah perkotaan yang padat penduduk, sangat padat. Energi-energi handphone
tersebut tentu dapat merusak benda-benda atau materi-materi di sekitarnya,
apalagi jika jumlahnya sangat banyak. Energi tersebut akan menyebabkan
terjadinya radiasi gelombang elektromagnetik.
Selain jumlah atau frekuensi yang besar, efek
radiasi gelombang elektromagnetik juga dipengaruhi oleh jarak dan waktu.
Intensitas energi yang diradiasikan oleh gelombang diperoleh dengan menggunakan
persamaan berikut.
I=P/A
Dimana I adalah besar intensitas radiasi dengan satuan
W/m2, P adalah besar daya yang diterima dengan satuan W, dan A adalah luas
permukaan yang ditembus oleh suatu radiasi dengan satuan m2. Apabila radiasi
gelombang tersebut bersifat omnidirectional, besar intensitas radiasi yang
diterima berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara sumber radiasi dan
materi.
Jadi, semakin dekat jarak antara sumber radiasi dengan
suatu materi, maka intensitas radiasi yang diterima semakin besar, sebaliknya
semakin jauh jarak antara sumber radiasi dengan suatu materi, maka intensitas
radiasi yang diterima semakin kecil.
Sementara itu, waktu atau lama radiasi gelombang
terhadap suatu materi yang cukup lama mengakibatkan intensitas energi yang
terpancar semakin banyak. Dengan demikian, akumulasi energi radiasi gelombang
semakin besar sehingga dapat merusak materi di sekitarnya.
Gelombang radar telah terbukti dapat mengagitasi
molekul air yang berada dalam tubuh manusia. Di sisi lain, air merupakan
komponen penyusun tubuh manusia yang sangat penting dan jumlahnya mencapai kurang
lebih 90% dari tubuh manusia. Jika intensitas radiasi elektromagnetiknya cukup
kuat, molekul-molekul air akan terionisasi karena agitasi bisa menaikkan suhu
molekul air yang ada di dalam sel-sel tubuh manusia dengan daya yang
dimilikinya, yaitu berkisar antara 4 mW/cm2-40 mW/cm2. Dengan demikian, hal
tersebut bisa mempengaruhi kerja susunan saraf, kelenjar dan hormon, serta
berpengauh pula pada psikologis manusia.
Lebih spesifik lagi, organ reproduksi manusia
ditunjang oleh kerja berbagai macam kelenjar dan hormon. Pada organ reproduksi
pria, hormon yang membantu dalam spermatogenesisi (proses pembentukan sperma)
adalah hormon testoteron, luteinizing hormone (LH), follicle stimulating
hormone (FSH), hormon estrogen, dan hormon pertumbuhan. Sedangkan kelenjar-kelenjar
yang ada pada organ reproduksi pria adalah kelenjar hipofisis, vesikula
seminalis, dan kelenjar prostat.
Pada organ reproduksi wanita, hormon yang membantu
dalam oogenesis (proses pembentukan/pemasakan sel telur) adalah, hormon
progesteron, luteinizing hormone (LH), follicle stimulating hormone (FSH), dan
hormon estrogen. Sedangkan kelenjar yang ada pada organ reproduksi wanita
adalah kelenjar rahim yang berfungsi mengeluarkan cairan sehingga vagina tetap
dalam keaadaan lembab.
Selain itu, organ reproduksi manusia terdapat
ujung-ujung saraf yang berfungsi menerima rangsangan dari luar sehingga organ
reproduksi pria dan wanita bisa menjalankan fungsinya masing-masing. Ujung
saraf pada organ reproduksi pria terdapat pada bagian kepala penis sehingga
rangsangan yang diterima dikirim ke otak kemudian diolah dan menyebabakan
terjadinya ereksi. Sedangkan pada organ reproduksi wanita, ujung saraf terdapat
pada bagian klitoris dan labia minora atau bibir vagina bagian dalam. Fungsinya
sama pada pria, yaitu untuk menerima rangsangan dari luar yang akan memicu
kinerja kelenjar rahim.
Bisa kita bayangkan, jika terjadi gangguan fungsi atau
bahkan disfungsi pada kelenjar, hormon, dan ujung sel saraf organ reproduksi
manusia, tentu akan menghambat proses spermatogenesis dan oogenesis.
Terhambatnya proses pembentukan sperma dan pematangan sel telur akan
menyebabkan kualitas sperma dan sel telur yang dihasilkan menurun. Oleh karena
itu, kemungkinan terjadinya pembuahan sperma terhadap sel telur atau kehamilan
sangat kecil. Hal inilah yang menjadi salah satu penyebab terjadinya kemandulan
pada pasangan suami-istri. Meskipun sperma bisa masuk dan membuahi sel telur,
terdapat kemungkinan anak yang dikandung akan gugur atau lahir tapi mengalami
kelainan pada tubuhnya.
Selain itu, gangguan pada ketiga komponen penunjang
kinerja organ reproduksi manusia tersebut di atas dapat menyebabkan penyakit
yang ditakutkan oleh semua kaum hawa, yaitu kanker rahim. Pada pria, gangguan
pada organ reproduksi akan membuat sperma yang dihasilkan menjadi lebih sedikit
dan tidak dapat bergerak secara aktif (loyo) dan dapat pula mengurangi
kemampuan ereksi yang berujung pada impotensi.
Jika intensitas energi gelombang elektromagnetik
(handphone) yang dipancarkan oleh radiasi gelombang radar besar terhadap organ
tubuh manusia, maka akan menyebabkan gangguan pada hormon, kelenjar, dan sel
saraf manusia.
Jika terjadi gangguan terhadap hormon, kelenjar, dan
sel saraf organ reproduksi manusia, maka akan menghambat proses pembentukan sel
sperma dan sel telur.
Jika proses pembentukan sel sperma dan sel telur
terhambat, maka akan terjadi gangguan pada kesehatan organ reproduksi manusia.
Dengan menggunakan konsep silogisme dan penalaran
deduktif didapatkan bahwa jika intensitas energi gelombang elektromagnetik
(handphone) yang dipancarkan oleh radiasi gelombang radar besar terhadap organ
tubuh manusia, maka akan terjadi gangguan pada kesehatan organ reproduksi
manusia.
E.
SPEKTRUM
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik
berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum
elektromagnetik. Gambar spectrum 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
- 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. 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
gelombang menjadi energi bunyi.
- 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.
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. Karena cepat rambat glombang
elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara
pemancaran dengan penerimaan.
- Sinar Inframerah
Sinar inframerah meliputi daerah
frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai
10-1 cm. jika kamu memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar
dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter
sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat
dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah.
Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron
dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda
panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang
dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.
- 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 nervariasi 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. Kegunaan cahaya salah satunya adlah penggunaan laser dalam
serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.
- Sinar ultraviolet
Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi
dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombagn 10-8 m
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.
- Sinar X
Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz
sampai 10 Hz . panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm sampai 10 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.
- Sinar Gamma
Sinar gamma mempunyai frekuensi antara
10 Hz sampai 10 Hz atau panjang gelombang antara 10 cm sampai 10 cm. Daya
tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh
jaringan tubuh.
