Anatomi Gelombang Elektromagnetik

Energi, ukuran daya untuk melakukan sesuatu, berasal dari berbagai wujud dan dapat berubah dari satu jenis ke jenis lainnya. Misalnya, energi yang tersimpan atau energi potensial, termasuk baterai dan air di dalam bendungan. Benda yang bergerak adalah contoh energi kinetik. Partikel bermuatan, seperti elektron dan proton, menciptakan medan elektromagnetik ketika merambat, sembari membawa jenis energi yang kita sebut radiasi elektromagnetik atau cahaya.

Apa Itu Gelombang?

Gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik adalah dua cara utama perpindahan energi di dunia sekitar kita. Gelombang di air dan gelombang suara di udara adalah dua contoh gelombang mekanik. Gelombang mekanik disebabkan oleh gangguan atau getaran di dalam materi, baik berwujud padat, gas, cair, atau plasma. Adapun materi yang dilalui oleh gelombang disebut medium.

Gelombang air terbentuk oleh getaran pada materi berwujud cair, sedangkan gelombang suara terbentuk oleh getaran pada materi berwujud gas (udara). Gelombang-gelombang mekanik ini merambat melalui sebuah medium yang menyebabkan molekul saling bertabrakan, layaknya susunan kartu yang jatuh, mentransfer energi dari satu kartu ke kartu berikutnya. Gelombang suara tidak dapat merambat di ruang hampa karena tidak ada medium yang menstramisikan gelombang mekanik ini.

Gelombang klasik mentransfer energi tanpa memindahkan materi melalui medium. Gelombang di kolam tidak memindahkan molekul air dari satu tempat ke tempat lain, justru gelombang energi yang merambat melalui air dan air tetap berada di kolam, seperti serangga yang terombang-ambing di atas riak-riak air.

Gelombang Elektromagnetik

Listrik dapat berubah menjadi statis, misalnya energi yang membuat rambut kita berdiri tegak. Demikan pula dengan magnet, seperti magnet di lemari es. Perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik, sebaliknya, perubahan medan lisrik dapat menghasilkan medan magnet, keduanya kemudian terhubung. Perubahan medan membentuk gelombang elektromagnetik yang berbeda dari gelombang mekanik karena tidak membutuhkan medium untuk menyebar. Berarti gelombang elektromagnetik dapat berpindah melalui ruang hampa, tidak hanya melalui udara dan material padat.

Pada tahun 1860-an dan 1870-an, ilmuwan Skotlandia James Clerk Maxwell mengembangkan teori ilmiah untuk menjelaskan gelombang elektromagnetik. Dia menemukan medan listrik dan medan magnet dapat berpasangan untuk membentuk gelombang elektromagnetik. Dia meringkas hubungan antara listrik dan magnet ke dalam “Persamaan Maxwell”.

Ketika sebuah balon digosok-gosokan pada rambut di kepala, muatan listrik statis dapat menyebabkan setiap helai rambut saling tolak menolak.
Kredit: Ginger Butcher

Fisikawan Jerman Heinrich Hertz menerapkan teori Maxwell ke produksi dan penerimaan gelombang radio. Sebagai apresiasi atas jerih payahnya, satuan frekuensi gelombang radio, satu siklus per detik, disebut hertz.

Eksperimen gelombang radio Hertz memecahkan dua permasalahan. Pertama, dia telah mendemonstrasikan kecepatan gelombang radio setara dengan kecepatan cahaya, melampaui capaian Maxwell yang hanya menganggapnya sebagai sebuah teori! Eksperimen Hertz membuktikan gelombang radio adalah salah satu bentuk cahaya! Kedua, Hertz menemukan cara untuk melepaskan medan listrik dan medan magnet dari ruang lingkup kabel dan bergerak bebas seperti gelombang Maxwell, yaitu gelombang elektromagnetik.

Gelombang atau Partikel?

Cahaya terbentuk dari energi yang disebut foton. Foton membawa momentum, tidak memiliki massa dan merambat secepat cahaya. Sifat cahaya mirip partikel dan mirip gelombang. Lantas, bagaimana sebuah instrumen bisa mendeteksi pengaruh cahaya untuk mengamati sifat-sifat ini?

Instrumen memecah cahaya ke dalam spektrum untuk dianalisis adalah contoh pengamatan sifat cahaya yang mirip gelombang. Sifat cahaya mirip partikel diamati oleh detektor yang digunakan pada kamera digital, ketika foton melepaskan elektron yang dimanfaatkan untuk mendeteksi dan menyimpan data gambar.

Polarisasi

Salah satu sifat fisik cahaya adalah dapat terpolarisasi. Polarisasi adalah pengukuran dari garis arah medan elektromagnetik. Pada gambar di atas, medan listrik (merah) terpolarisasi vertikal, seperti melempar frisbee (mainan piringan plastik) ke pagar kayu. Jika orientasinya vertikal, frisbee dapat melewati celah kayu, jika horizontal frisbee akan terpental. Fenomena ini mirip dengan bagaimana kacamata hitam menghalau silau dengan menyerap bagian cahaya yang terpolarisasi.

Menggambarkan Energi Elektromagnetik

Istilah cahaya, gelombang elektromagnetik dan radiasi, mengacu pada fenomena fisik serupa, yaitu energi elektromagnetik. Energi elektromagnetik dapat dijelaskan berdasarkan frekuensi, panjang gelombang atau energi. Ketiganya terhubung secara matematis sehingga jika mengetahuinya salah satu di antaranya, kita dapat menghitung dua lainnya. Radio dan gelombang mikro biasanya diterjemahkan dalam satuan frekuensi (Hertz), cahaya kasat mata dan inframerah dalam satuan panjang gelombang (meter), sinar-X dan sinar gamma dalam satuan energi (elektron volt). Inilah konvensi ilmiah yang memudahkan penggunaan satuan dengan jumlah tidak terlalu besar atau terlalu kecil.

Frekuensi

Jumlah puncak gelombang yang melewati titik tertentu dalam satu detik digambarkan sebagai frekuensi gelombang. Satu gelombang, atau siklus per detik disebut Hertz (Hz), diambil dari nama penemu gelombang radio Heinrich Hertz. Gelombang dengan dua siklus yang melewati titik dalam satu detik memiliki frekuensi 2 Hz.

Panjang Gelombang

Gelombang elektromagnetik memiliki puncak dan lembah gelombang mirip gelombang laut. Jarak antara puncak adalah panjang gelombang. Panjang gelombang terpendek hanyalah fraksi seukuran atom, sedangkan panjang gelombang terpanjang yang dipelajari oleh para ilmuwan bisa lebih besar daripada diameter planet kita!

Energi

Gelombang elektromagnetik juga dapat digambarkan dalam wujud energinya dengan satuan elektron volt (eV). Elektron volt adalah jumlah energi kinetik yang dibutuhkan untuk memindahkan elektron melalui satu volt potensial. Merambat sepanjang spektrum dari puncak ke lembah panjang gelombang, energi meningkat seiring panjang gelombang memendek. Kita bisa membandingkan panjang gelombang dengan permainan lompat tali saat ujung tali ditarik ke atas dan ke bawah. Dibutuhkan lebih banyak energi agar tali memiliki lebih banyak gelombang.

Ditulis oleh: Staf science.nasa.gov

Sumber: Anatomy of an Electromagnetic Wave

Rangkaian Artikel Spektrum Elektromagnetik

1. Pengenalan Spektrum Elektromagnetik

2. Anatomi Gelombang Elektromagnetik

3. Sifat Gelombang

4. Visualisasi: Dari Energi ke Gambar

5. Gelombang Radio

6. Gelombang Mikro

7. Gelombang Inframerah

8. Refleksi Inframerah-Dekat

9. Cahaya Kasat Mata

10. Gelombang Ultraviolet

11. Sinar-X

12. Sinar Gamma

13. Budget Radiasi Bumi

#terimakasihgoogle