MEMBANGKITKAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Cepat Rambat Elektromagnetik
Fisikawan teori dari Skotlandia, James Clerk Maxwell mempelajari perubahan medan listrik dan medan magnet untuk menyatakan hubungan antara keduanya dalam persamaan matematis. Dari telaah teori tersebut, makwell menyimpulkan beberapa hal seperti berikut:
Medan listrik memancar dari muatan listrik.
Kutub-kutub magnet tidak ada yang terpisah.
Medan listrik dihasilkan oleh perubahan medan magnet.
Medan-medan agnet melingkar dihasilkan oleh perubahan-perubahan medan listrik dan arus-arus listrik.
Berdasarkan kerikulum tersebut, Maxwell mencoba menghitung cepat rambat gelombang elektromagnetik. Ia menemukan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik bernilai
c = √μoεo
Dengan: c adalah cepat rambat gelombang-gelombang elektromagnetik (m/s),
μo adalah permeabilitas vakum 4π x 10-7 Wb/(A.m)
εo adalah permitifitas vakum 8,85 x 10 -12 C2/(N.m2).
Apabila nilai μo dan εo kita masukkan kepersamaan (8-1), kita peroleh nilai c=2,99 * m/s. Nilai c sama dengan cepat rambat cahaya. Dengan berbekal analisis marematikanya, Makwell dengan penuh keyakinan menyatakan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.
Untuk membuktikan hipotesis Makwell tersebut, Heinrich Rudolph Hertz, seorang professor di politeknik Karlsruhe, Jerman, mencoba membangkitkan dan mendeteksi gelombang elektromagnetik dengan eksperimen.
Eksperimen Hertz
Peralatan eksperimen Hertz menggunakan kumparan induksi terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder. Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan. Kumparan sekunder dihubungkan dengan elektroda yang berjarak sangat dekat yang memungkinkan terjadinya percikan listrik. Hertz berasumsi bahwa jika hipotesis Makwell benar, berarti aka nada gelombang elektromagnetik yang merambat tiap kali terjadi percikan listrik. Untuk mendeteksi adanya gelombang ini, Hertz menggunakan loop kawat yang ujungnya diberi celah sangat sempit yang memungkinkan terjadinya percikan listrik.
Kedua elektroda yang dihubungkan dengan kumparan induksi merupakan perangkan pengirim gelombang (analogi dengan rangkaian LC). Sedangkan rangkaian tertutup (loop) ditekat elektroda bola tersebut merupakan rangkaian pendeteksinya.
Saat kumparan induksi diberi tegangan, kumparan akan memberikan muatan positif pada salah satu elektroda dan dan muatan negatif pada elektroda yang lain. Saat beda potensial antar kedua elektroda mencapai nilai tertentu, di celah antara kedua elektroda akan terjadi percikan api. Udara diantar elektroda terionisasi sehingga mudah menghantarkan muatan listrik. Terjadinya pelepasan atau lucutan muatan (discharge) akan membangkitkan getaran.
Besar induktansi kumparan dan kapasitasnya kapasitor cukup kecil. Untuk rangkaian LC pada peralatan Hertz, frekuensi getaran yang dihasilkan sangat tinggi mendekati 100 MHz. Dengan percobaannya ini Hertz telah mendemonstrasikan bahwa getaran arus induksi dalam loop kawat penerima dihasilkan oleh gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh loop pengirim.
Dalam percobaannya, Hertz juga berhasil mengukur cepat rambat gelombang elektromagnetik yang sesuai dengan nilai yang diperoleh oleh Makwell. Dengan demikian, hasil percobaan Hertz mendukung sepenuhynya hipotesis Makwell tentang gelombang elektromagnetik.
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gelombang Radio
Gelombang radio mengirimkan suara music atau percakapan gambar, dan data tanpa terlihat mata manusia dalam jarak yang mungkin mencapai jutaan kilometer. Hal ini terjadi tiap hari dalam berbagai cara. Meskipun tak terlihat dan tak terdeteksi oleh manusia, gelopmbang radio benar-benar telah mengubah cara hidup masyarakat. Jika kita berbicara tentang teknologi wireless (nirkabel), semuanya menggunakan gelombang radio untuk media komunikasi. Gelombang radio dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer diatmonfer bumi sehingga memungkinkannya ditransmisikan dalam jarak jauh.
Beberapa penggunaan gelombang radio yang lain, misalnya telepon nirkabel (cordless phone), jaringan nirkabel, mainan dengan radio kontrol, telopon seluler, GPS (Gelombang Positioning Syistem), dan walkie talkie.
Dalam system pentiaran radio (radio broadcasting), gelombang radio digunakan untuk membawa sinyal suara (audio) dari stasiun pemancar radio ke pesawat penerima radio. System penelaan (tuning) pada pesawat radio di rumah-rumah penduduk akanmenyeleksi gelombang radio dari pemancar radio berdasarkan frekuensinya. Setelah gelombang radio dengan frekuensi tertentu dipilih, system rangkaian elektronik pada pesawat penerima radio akan mengambil sinyal audio yang dibawa oleh gelombang radio tersebut akan mengirimkannya ke sisem output sebagai suara pada speaker pesawat penerima radio tersebut.
Distasiun permancar radio, gelombang radio dihasilkan oleh muatan-miatan listrik yang dipercepat melalui kayat penghantar. Muatan listrik dibangkitkan oleh isolator. Sebelum dipancarkan melalui antena pemancar, gelombang radio terlebih dulu dimodulasikan (dipaketkan) dengan sinyal audio. Gelombang radio yang membawa sinyal audio ini yang akan ditransmisikan melalui antenna pemancar. Dalam hal ini gelombang radio berfunfsi sebagai gelombang pembawa (carrier wave) yang membawa sinyal audio.
Ada dua cara modulasi gelombang radio yaitu modulasi amplitude (amplitude modulation =AM) dan modulasi frekuensi (frequency modulation =FM). Dengan system AM, gelombang audio dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan amplitudo. Sedangkan dalam FM, siya audio dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan frekuensi. Perhatikan ilustrasi pada gambar 8.7
Penggunaan pemancar AM memiliki keuntungan yaitu dapat menjangkau seluruh tempat dimuka bumi karana gelombangnya dapat dipantulkan kembali kepermukaan bumi oleh laisan ionosfir , cukup baik sebagai pembawa informasi /berita. Sedangkan kerugianya adalah sinyalnya udah terganggu oleh dejala listrik dilapisan iomosfir. (misalnya ada petir dan hujan). Gangguan listrik tersebut menimbulkan drau pada suara yang diterima. Gelombang radio AM memiliki jangkauwan frekuensi sekitar 104 hingga 109 Hz
Penggunaan pemancar FM juga memiliki keuntungan, yaitu dapat digunakan untuk komunikasi antarsatelit karana gelombangnya mampu menembus lapisan ionosfir , suaranya jernih cocok ntuk meyiarkan music. Sedangkan kelemahanya adalah sulitnya menjangkau tempat yang jauh, kelemahan ini diatsi dengan penggunaan stasiun relai (penghubung).
Gelombang Mikro
Gelombang mikro merupakan gelombang radio dengan prekuensi palingtinggi sekitar 3 GHz. Gelombang mikro ini dimanfaatkan pada pesawat RADAR
(radio detection and ranging). Radar digunakan untuk mendeteksi adanya objek tertentu. Pesawar RADAR ini banyak digunakan membantu keamaan pendaratan pesawat terbang Komersial maupun untuk kepentingan militel.
Pesawat RADAR mempunyai antenna yang berfungsi sebagai pemancar dan penerima gelombang. Antenna ini terus berputar sambil memancarkan gelombang mikro. Gelombang mikro yangmengenai objek akan dipantulkan kembali dan ditangkap system antenna RADAR. Sistem RADAR biasanya dilengkapi dengan layar untuk menunjukkan lokaso objek yang terdeteksi secara visual
(gambar 8.8b) jika selang waktu antara pengiriman pulsa kesasaran / target dan diterimanya pulsa pantulan adalah ∆t arak sasaran kepusat RADAR adala maka :
s= (c x ∆t)/2
Sinar Intra Merah
Sinar intramerah ditemukan oleh William Herschel pada tahun 1800. Sinar ini memiliki jangkauan frekuensi antara 1011 Hz hingga 1014 Hz. Getaran electron-elektron dalam atom dapat memancarkan gelombang elektromagnetik pada frekuensi khas dalam daerah inframerah. Salah satu penggunaan popular dari radiasi inframerah pada saat ini adalah remote control untuk peralatan elektronik seperti TV, AC, dan VCD. Unit remote control berkomunikasi dengan peralatan elektronik melalui radiasi yang dihasilkan oleh dioda pancar cahaya (LED)
Sinar intramerah juga digunakan pada kamera untuk menangkap gambar dalam lingkungan yang gelap. Peralatan tersebut bisa digunakan untuk kepentingan militer. Dewasa ini kamera inframerah juga digunakan dalam pembuatan film ataupun program intertainment di televisi. Leser inframerah juga digunakan dalam system barcode, baik dibidang perdagangan maupun database kesehatan.
Cahaya Tampak
Cahaya tampak merupakan bentuk radiasi elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya tampak bervariasi tergantung pada warnanya, mulai dari panjang gelombang kira-kira 440 nm (cahaya ungu) hingga 700 nm (cahaya merah). Cahaya tampak digunakan dalam system komunikasi menggunakan serat optic sebagai pembawa sinyal komunikasi yang dipandu leser.
Sinar ultraviolet
Sinar ultraviolet merupakan elekromagnetik dengan rentang frekuensi antara 1015 Hz hingga1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombang 10-8sampai 10-7 Sinar ultraviolet dapat dihasilkan oleh atom dan molekul dalm nyala listrik.
Sinar matahari juga merupakan sumber sinar ultraviolet y6ang merangsang badan kita menghasilkan vitamin D yang kita perlukan untuk kesehatan tulang. Akan tetapi , jika anda terlalu dering terkena paparan sinar ultraviolet, kulit anda akan hitam terbakar dan bisa juga terkena kanker kulit.
Sinar ulotraviolet memiliki energi kimia yang dapat memandarkan bahan kimia seperti barium-platina-sianida. Karakteristik ini dimanfaatkan untuk berbagai hal, seperti misalnya didunian perbankan. Saat anda mengambil uang di bank, teller bank akan menyinari buku tabungan anda untuk memastikan kesamaan tangan anda di slip penarikan dengan tanda tangan di buku tabungan anda.Sinar ultraviolet juga dapat digunakan untuk memeriksa keaslian uang kertas.
Sinar- X
Sinar-x berada di rentang frekuensi antar 10-16 Hz hingga 1020Hz atau daerah panjang gelombang antara 10-15 cm hingga10-16 cm. karena gelombangnya pendek, sinar-x dihasilkan oleh electron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit atom. Di samping itu\, sinar-x juga dapat dihasilkan saat elektron berkecepataan tinggi menumbuk logam.
Sinar-x ini benyak digunakan dalam bidang ke dokteran untuk memotret kedudukan tulang atau organ dalam tubuh manusia . menkipun besar menfaatya, penggunaan sinar-x harus memperhatikan prosedur keadaan pasien. Karana daya tembusnya cukup besar, jaringan tubuh manusia dapat rusak terkena paparan sinar-x terlalu lama. Oleh karana itu, pemancaran sinar-x pada pasien diusahakan sesingkat mungkin.
Sinar Gamma
Sinar gamma di temukan pertama kali oleh Ernest Rutherford sinar gamma memiliki rentang frekuensi antara 1020 Hz hingga 1025 Hz atau gelombang antara antara 10-15 cm hingga 10-10 cm. Di antara anggota spektrunm elektromagnetik, sinar gamma dihasilkan oleh atom-atom yang tidak setabil yaitu pada proses reaksi inti. Tingkat rediaksinya dipantau oleh tabung Geiger-Miller sebagai detektor sinar gamma.
Di bidang kedokteran, sinar gamma digunakan untuk membunuh sel kanker, tumor, dan menangani gangguan pada tubuh manusia. Sinar gamma juga dapat digunakan untuk sterilisasi alat-alat kedokteran atau deteksi retekan pada pipa baja.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar