Gelombang Elektromagnetik (GEM)

Gelombang merupakan getaran yang merambat. Dalam merambat, gelombang ada yang memerlukan medium dan ada juga gelombang yang tidak memerlukan medium. Gelombang yang merambat memerlukan medium disebut sebagai gelombang mekanik. Sedangkan gelombang yang perambatannya tidak memerlukan medium disebut sebagai gelombang elektromagnetik.

Sesuai dengan namanya, gelombang elektromagnetik (GEM) mempunyai sifat listrik (elektro) dan sifat magnet (magnetik) secara bersama-sama. Gelombang elektromagnetik ditransmisikan (merambat) secara transversal. Gelombang elektromagnetik merambat dengan kecepatan sekitar  3×10⁸ m/s pada ruang hampa. Kita kenal dengan baik nilai ini sebagai kecepatan cahaya. Hubungan antara kecepatan, frekuensi, dan panjang gelombang GEM dirumuskan sebagai berikut:

dengan:

c   = cepat rambat GEM (3×10⁸ m/s)

 λ = panjang gelombang elektromagnetik

f    = frekuensi GEM

Karakteristik GEM:

1. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang tanpa medium.
2. Merupakan gelombang transversal.
3. Tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik.
4. Dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi), pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi).
5. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersamaan, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan berbanding lurus.

Terbentuknya GEM

Terbentuknya gelombang elektromagnetik didasarkan pada penemuan Faraday yaitu “Perubahan Fluks magnetik dapat menimbulkan medan listrik”  dan arus pergeseran yang sudah dihipotesakan Maxwell sebelumnya, maka Maxwell mengajukan suatu hipotesa baru yaitu : “Jika perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka perubahan Fluks listrik juga harus dapat menimbulkan medan magnet”  Hipotesa ini dikenal dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet. Bila Hipotesa Maxwell benar, konsekuensinya perubahan medan listrik akan mengakibatkan medan magnet yang juga berubah serta sebaliknya dan keadaan ini akan terus berulang. Medan magnet atau medan listrik yang muncul akibat perubahan medan listrik atau medan magnet sebelumnya akan bergerak (merambat) menjauhi tempat awal kejadian. Perambatan medan listrik dan medan magnet inilah yang disebut sebagai gelombang elektromagnetik (GEM). Hipotesa Maxwell mengenai GEM ini kemudian dibuktikan secara eksperimen oleh Heinrich Hertz. 

Sebagaimana dijelaskan di atas bahwa gelombang elektromagnetik diproduksi oleh perubahan medan listrik dan medan magnet. Persamaan  medan listrik dan medan magnet yang menjalar membentuk GEM adalah :

dengan :

= Amplitudo medan listrik dan medan magnet

                    E = Medan Listrik (N/C)

                    B = Medan Magnet (Tesla)


Spektrum GEM

Spektrum gelombang elektromagnetik merupakan rentang semua radiasi gelombang elektromagnetik yang mungkin. Atau dapat juga kita definisikan sebagai susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya. Spektrum gelombang elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Lihat tabel dan gambar berikut:

Energi GEM 

Gelombang elektromagnetik merambat dengan kecepatan kontan yaitu 3×10⁸  m/s di ruang hampa. Nilai ini merupakan nilai pendekatan, jadi sebenarnya tidak persis 3×10⁸  m/s. Dengan menggunakan persamaan Maxwell, nilai cepat rambat gelombang elektromagnetik diperoleh:

dengan:

ε₀  = Permitivitas Hampa = 8,85 x 10^-12    C²N^-1m^-2

μ₀  = Permeabilitas Hampa = 4π x 10^-7     Wb/A

nilai c ini juga bernilai :

Selama perambatannya, tentu saja gelombang elektromagnetik membawa energi. Rapat energi (energi per satuan volume) pada gelombang elektromagnetik yang dibawa oleh medan listrik dan medan magnet masing-masing adalah:

   UE   = Rapat energi listrik 

   UB   = Rapat energi magnetik