Spektrum elektromagnetik

Oven gelombang mikro bekerja pada 2.45 GHz, sehingga panjang gelombangnya sekitar 12 cm. Cahaya laser merah memiliki panjang gelombang 633 nm, sekitar 190 000 kali lebih pendek.

Cahaya adalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik

Pada dekade 1860-an, James Clerk Maxwell menemukan bahwa medan listrik dan medan magnet yang berubah seharusnya menyebar sebagai gelombang, lalu menghitung cepat rambatnya. Hasilnya sama dengan cepat rambat cahaya yang telah diukur. Ia menyimpulkan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang dapat dideteksi mata. Teorinya juga memungkinkan panjang gelombang lain. OpenStax menjelaskan bahwa mulai 1887, Heinrich Hertz menghasilkan dan mendeteksi gelombang tersebut di laboratoriumnya menggunakan rangkaian yang memercikkan bunga api, mengukur panjang gelombangnya dari pola interferensi, dan menunjukkan bahwa gelombang itu merambat secepat cahaya. Radio telah ditemukan di catatan laboratorium sebelum ada yang tahu kegunaannya.

Semua gelombang elektromagnetik merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan yang sama, c = 299 792 458 m/s. NIST mencantumkan nilai ini sebagai nilai eksak karena sejak 1983 meter didefinisikan berdasarkan nilai tersebut. Untuk gelombang ini, persamaan gelombang menjadi c = fλ. OpenStax menarik kesimpulan utamanya: semakin besar frekuensi, semakin pendek panjang gelombang. Jika diurutkan berdasarkan panjang gelombang, dari gelombang radio panjang hingga sinar gama yang sangat pendek, semuanya membentuk spektrum elektromagnetik.

Dari radio hingga sinar gama

Gelombang radio memiliki panjang gelombang terbesar, dari sekitar satu meter hingga beberapa kilometer. OpenStax memberikan pita yang digunakan untuk siaran: radio AM pada 540 hingga 1600 kHz, dengan panjang gelombang ratusan meter yang melentur mengitari bukit dan bangunan, serta radio FM pada 88 hingga 108 MHz, dengan panjang gelombang sekitar 3 m. Berikutnya adalah gelombang mikro, dari sekitar satu milimeter hingga puluhan sentimeter. Gelombang ini membawa sinyal telepon seluler dan satelit. Oven gelombang mikro menggunakan gelombang 2.45 GHz yang diserap air dalam makanan. Inframerah dipancarkan oleh segala benda hangat dan ditangkap oleh kamera termal.

Cahaya tampak menempati pita sempit. NASA memberikan rentang sekitar 380 hingga 700 nanometer, dari ungu hingga merah; OpenStax menggunakan 400 hingga 750 nm. Batasnya bergantung pada orang yang melihat. Ultraviolet membentang dari 400 nm hingga sekitar 10 nm. OpenStax membagi UV Matahari menjadi UV-A (320 hingga 400 nm), UV-B (290 hingga 320 nm), dan UV-C (220 hingga 290 nm). Ozon di lapisan atmosfer tinggi menyerap sebagian besar UV-B dan seluruh UV-C, sehingga sekitar 99% UV Matahari yang mencapai tanah adalah UV-A. Sinar-X lebih pendek lagi, hingga kurang dari 0.01 nm, dan dihasilkan saat elektron cepat menumbuk sasaran. Sinar gama berasal dari peluruhan inti.

Tiga pedoman umum

OpenStax merangkum spektrum dengan tiga pedoman, masing-masing memiliki pengecualian. Frekuensi yang lebih tinggi berarti energi per foton lebih besar, tetapi daya tembus bergantung pada bahan dan panjang gelombang. Sinar-X dapat menembus jaringan lunak, sedangkan UV yang diserap kulit dapat merusaknya. Gelombang berfrekuensi tinggi dapat membawa lebih banyak informasi setiap detik, sehingga serat optik membawa jauh lebih banyak data daripada kawat tembaga. Semakin pendek panjang gelombang yang digunakan untuk menyelidiki sesuatu, semakin halus detail yang dapat diungkap. Itulah sebabnya difraksi sinar-X dapat memetakan susunan atom dalam kristal. Ada satu fakta lagi yang berlaku luas: atmosfer meneruskan beberapa pita, seperti cahaya tampak dan banyak gelombang radio, tetapi menghalangi pita lainnya. Karena itu, sebagaimana dijelaskan NASA, teleskop sinar-X dan sinar gama harus bekerja dari angkasa.