Apa Itu Gelombang Elektromagnetik? Penjelasan Lengkap dan Sifat-Sifatnya

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan oleh osilasi medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus serta tegak lurus dengan arah perambatan. Berbeda dengan gelombang mekanik, gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium untuk merambat, sehingga dapat bergerak melalui ruang hampa dengan kecepatan konstan, yaitu kecepatan cahaya.

Gelombang elektromagnetik memiliki cepat rambat yang nilainya tetap yaitu sebesar 3 x 108 m/s. Nilai ini diperoleh dari besaran.

Hal ini berarti cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada permitivitas listrik dan permeabilitas magnet.

Secara umum, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik memenuhi persamaan : c = λ .v

Karena cepat rambat (c) bernilai tetap, maka panjang gelombang (λ) dan frekuensi (ν) nilainya berubah.

A. Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik meliputi berbagai jenis gelombang yang masing-masing memiliki panjang gelombang ($\lambda$) dan frekuensi ($f$) yang berbeda-beda. Spektrum ini mencakup:

1. Gelombang radio - Digunakan untuk komunikasi radio dan televisi.
2. Gelombang mikro - Digunakan dalam radar dan oven microwave.
3. Inframerah - Dapat dirasakan sebagai panas dan digunakan dalam perangkat penglihatan malam.
4. Cahaya tampak - Bagian dari spektrum yang dapat dilihat oleh mata manusia.
5. Sinar ultraviolet - Dapat menyebabkan kulit terbakar dan digunakan dalam sterilisasi.
6. Sinar-X - Digunakan dalam pencitraan medis.
7. Sinar gamma - Digunakan dalam radioterapi untuk pengobatan kanker.
   
   

   B. Sifat-Sifat Gelombang Elektromagnetik

   1. Dapat Merambat di Ruang Hampa: Gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium untuk merambat, sehingga dapat melintasi ruang angkasa.
   2. Kecepatan Konstan di Ruang Hampa: Kecepatan gelombang elektromagnetik di ruang hampa adalah sekitar $3 \times 10^8$ m/s, atau kecepatan cahaya.
   3. Terbentuk dari Osilasi Medan Listrik dan Medan Magnet: Medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus dan berosilasi secara bersamaan.
   4. Dipengaruhi oleh Panjang Gelombang dan Frekuensi: Frekuensi dan panjang gelombang menentukan jenis gelombang elektromagnetik dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari.
      
      

      C. Rumus-Rumus Dasar dalam Gelombang Elektromagnetik

      1. Kecepatan Gelombang Elektromagnetik

      Hubungan antara kecepatan gelombang elektromagnetik ($c$), frekuensi ($f$), dan panjang gelombang ($\lambda$) adalah:

      $$c = f \cdot \lambda$$
      

      di mana:

      • $c$= kecepatan gelombang elektromagnetik (m/s)
      • $f$= frekuensi gelombang (Hz)
      • $\lambda$ = panjang gelombang (m)

      2. Energi Gelombang Elektromagnetik

      Energi dari foton gelombang elektromagnetik dihitung dengan:

      $$E = h \cdot f$$
      

      di mana:

      • $E$ = energi foton (Joule, J)
      • $h$ = konstanta Planck ($6,626 \times 10^{-34} \, \text{J} \cdot \text{s}$)
      • $f$ = frekuensi gelombang (Hz)
        
        

        Contoh Soal dan Pembahasan

        Contoh Soal 1:

        Sebuah gelombang elektromagnetik memiliki panjang gelombang 500 nm (nanometer). Berapakah frekuensi gelombang tersebut?

        Penyelesaian: Diketahui:

        • Panjang gelombang, $\lambda = 500 \, \text{nm} = 500 \times 10^{-9} \, \text{m}$
          
        • Kecepatan cahaya, $c = 3 \times 10^8 \, \text{m/s}$
          

        Gunakan rumus $c = f \cdot \lambda$
        

        $$f = \frac{c}{\lambda}$$
        $$f = \frac{3 \times 10^8}{500 \times 10^{-9}} = 6 \times 10^{14} \, \text{Hz}$$
        

        Jadi, frekuensi gelombang tersebut adalah $6 \times 10^{14} \, \text{Hz}$.

        Contoh Soal 2:

        Berapakah energi foton dari sebuah gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi $5 \times 10^{15} \, \text{Hz}$?

        Penyelesaian: Diketahui:

        • Frekuensi, $f=5\times 10^{15}\text{Hz}$
        • Konstanta Planck, $h=6,626\times 10^{-34}\text{J}\cdot \text{s}$

        Gunakan rumus $E = h \cdot f$:

        $$E = 6,626 \times 10^{-34} \cdot 5 \times 10^{15} = 3,313 \times 10^{-18} \, \text{J}$$
        

        Jadi, energi foton tersebut adalah $3,313 \times 10^{-18} \, \text{J}$.
        
        D. Kesimpulan

              Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang memiliki kemampuan untuk merambat tanpa medium dan dapat bergerak melalui ruang hampa dengan kecepatan konstan, yaitu kecepatan cahaya. Spektrum elektromagnetik terdiri dari berbagai jenis gelombang dengan panjang gelombang dan frekuensi yang berbeda, yang memungkinkan mereka untuk memiliki aplikasi luas dalam kehidupan sehari-hari. Rumus dasar seperti hubungan antara kecepatan, frekuensi, dan panjang gelombang serta energi foton membantu kita memahami karakteristik dan kegunaan gelombang elektromagnetik.
        
        

        E. Referensi

        1. Serway, R.A., & Jewett, J.W. (2014). Physics for Scientists and Engineers (9th Edition). Cengage Learning.

        2. Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2013). Fundamentals of Physics (10th Edition). Wiley.

        3. Tipler, P.A., & Mosca, G. (2007). Physics for Scientists and Engineers (6th Edition). W.H. Freeman.

        4. Giancoli, D.C. (2008). Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics (4th Edition). Pearson.