Istilah gelombang elektromagnetik menggambarkan cara radiasi elektromagnetik (EMR) bergerak melalui ruang. Berbagai bentuk EMR dibedakan berdasarkan panjang gelombangnya, yang bervariasi dari beberapa yard (meter) hingga jarak yang lebih kecil dari diameter inti atom. Jangkauan penuh, dalam urutan panjang gelombang yang menurun, dari gelombang radio melalui gelombang mikro, cahaya tampak, ultraviolet dan sinar-X ke sinar gamma dan dikenal sebagai spektrum elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik memiliki banyak aplikasi, baik dalam ilmu pengetahuan maupun dalam kehidupan sehari-hari.
Gelombang Cahaya
Dalam banyak hal, gelombang elektromagnetik berperilaku serupa dengan riak di air, atau suara yang merambat melalui media seperti udara. Misalnya, jika seberkas cahaya disinari ke layar melalui penghalang dengan dua celah sempit, pola garis-garis terang dan gelap terlihat. Ini disebut pola interferensi: di mana puncak gelombang dari satu celah bertemu dengan yang lain, mereka memperkuat satu sama lain, membentuk garis terang, tetapi di mana puncak bertemu palung, mereka membatalkan, meninggalkan garis gelap. Cahaya juga dapat membelok di sekitar rintangan, seperti pemecah lautan di sekitar dinding pelabuhan: ini dikenal sebagai difraksi. Fenomena ini memberikan bukti sifat gelombang seperti cahaya.
Sudah lama diasumsikan bahwa, seperti suara, cahaya harus merambat melalui semacam medium. Ini diberi nama “eter,” kadang-kadang dieja “aether,” dan dianggap sebagai bahan tak terlihat yang memenuhi ruang, tetapi melaluinya benda padat bisa lewat tanpa hambatan. Eksperimen yang dirancang untuk mendeteksi eter dengan efeknya pada kecepatan cahaya di berbagai arah, semuanya gagal menemukan bukti apa pun untuk itu, dan gagasan itu akhirnya ditolak. Jelaslah bahwa cahaya, dan bentuk-bentuk ESDM lainnya, tidak memerlukan medium apa pun dan dapat merambat melalui ruang kosong.
Panjang gelombang dan Frekuensi
Sama seperti gelombang laut, gelombang elektromagnetik memiliki puncak dan palung. Panjang gelombang adalah jarak antara dua titik identik gelombang dari siklus ke siklus, misalnya, jarak antara satu puncak, atau puncak, dan berikutnya. EMR juga dapat didefinisikan dalam hal frekuensinya, yang merupakan jumlah puncak yang lewat dalam interval waktu tertentu. Semua bentuk EMR bergerak dengan kecepatan yang sama: kecepatan cahaya. Oleh karena itu, frekuensi bergantung sepenuhnya pada panjang gelombang: semakin pendek panjang gelombang, semakin tinggi frekuensinya.
Energi
Panjang gelombang yang lebih pendek, atau frekuensi yang lebih tinggi, EMR membawa lebih banyak energi daripada panjang gelombang yang lebih panjang atau frekuensi yang lebih rendah. Energi yang dibawa oleh gelombang elektromagnetik menentukan bagaimana hal itu mempengaruhi materi. Gelombang radio frekuensi rendah sedikit mengganggu atom dan molekul, sementara gelombang mikro menyebabkan mereka bergerak lebih kuat: materi memanas. Sinar-X dan sinar gamma mengemas lebih banyak pukulan: mereka dapat memutuskan ikatan kimia dan menjatuhkan elektron dari atom, membentuk ion. Untuk alasan ini, mereka digambarkan sebagai radiasi pengion.
Asal Usul Gelombang Elektromagnetik
Hubungan antara cahaya dan elektromagnetisme didirikan oleh karya fisikawan James Clerk Maxwell pada abad ke-19. Hal ini menyebabkan studi elektrodinamika, di mana gelombang elektromagnetik, seperti cahaya, dianggap sebagai gangguan, atau “riak,” dalam medan elektromagnetik, yang diciptakan oleh pergerakan partikel bermuatan listrik. Tidak seperti eter yang tidak ada, medan elektromagnetik hanyalah lingkup pengaruh partikel bermuatan, dan bukan benda material yang nyata.
Pekerjaan selanjutnya, pada awal abad ke-20, menunjukkan bahwa EMR juga memiliki sifat seperti partikel. Partikel yang membentuk radiasi elektromagnetik disebut foton. Meskipun tampak kontradiktif, EMR dapat berperilaku sebagai gelombang atau partikel, tergantung pada jenis eksperimen yang dilakukan. Ini dikenal sebagai dualitas gelombang-partikel. Ini juga berlaku untuk partikel subatom, atom utuh, dan bahkan molekul yang cukup besar, yang semuanya terkadang dapat berperilaku sebagai gelombang.
Dualitas gelombang-partikel muncul ketika teori kuantum sedang dikembangkan. Menurut teori ini, “gelombang” mewakili kemungkinan menemukan partikel, seperti foton, di lokasi tertentu. Sifat partikel yang seperti gelombang dan sifat gelombang yang seperti partikel telah memunculkan banyak perdebatan ilmiah dan beberapa gagasan yang membingungkan, tetapi tidak ada konsensus menyeluruh tentang apa artinya sebenarnya.
Dalam teori kuantum, radiasi elektromagnetik dihasilkan ketika partikel subatom melepaskan energi. Misalnya, elektron dalam atom dapat menyerap energi, tetapi pada akhirnya harus turun ke tingkat energi yang lebih rendah dan melepaskan energi sebagai ESDM. Tergantung pada bagaimana diamati, radiasi ini dapat muncul sebagai partikel atau gelombang elektromagnetik.
penggunaan
Banyak teknologi modern bergantung pada gelombang elektromagnetik. Radio, televisi, telepon seluler, dan Internet mengandalkan transmisi frekuensi radio EMR melalui udara, ruang angkasa, atau kabel serat optik. Laser yang digunakan untuk merekam dan memutar DVD dan CD audio menggunakan gelombang cahaya untuk menulis dan membaca dari disk. Mesin sinar-X adalah alat penting dalam kedokteran dan keamanan bandara. Dalam sains, pengetahuan kita tentang alam semesta sebagian besar berasal dari analisis cahaya, gelombang radio, dan sinar-X dari bintang dan galaksi yang jauh.
Bahaya
Gelombang elektromagnetik energi rendah seperti gelombang radio tidak dianggap berbahaya. Pada energi yang lebih tinggi, bagaimanapun, EMR menimbulkan risiko. Radiasi pengion, seperti sinar-X dan sinar gamma dapat membunuh atau merusak sel-sel hidup. Mereka juga dapat mengubah DNA, yang dapat menyebabkan kanker. Risiko terhadap pasien dari sinar-X medis dianggap dapat diabaikan, tetapi radiografer, yang terpapar sinar-X secara teratur, memakai celemek timbal — yang tidak dapat ditembus sinar-X — untuk melindungi diri mereka sendiri. Sinar ultraviolet, yang ada di bawah sinar matahari, dapat menyebabkan kulit terbakar dan juga dapat menyebabkan kanker kulit jika paparannya berlebihan.