Gelombang elektromagnetik yang dirumuskan oleh Maxwell ternyata
terbentang dalam rentang frekuensi yang luas. Sebagai sebuah gejala
gelombang, gelombang elektromagnetik dapat diidentifikasi berdasarkan
frekuensi dan panjang gelombangnya. Cahaya merupakan gelombang
elektromagnetik sebagaimana gelombang radio atau sinar-X. Masing-masing
memiliki penggunaan yang berbeda meskipun mereka secara fisika
menggambarkan gejala yang serupa, yaitu gejala gelombang, lebih khusus
lagi gelombang elektromagnetik. Mereka dibedakan berdasarkan frekuensi
dan panjang gelombangnya. Gambar berikut ini menunjukkan spektrum
gelombang elektromagnetik.
Dari waktu pemancaran sinyal sampai diterima kembali oleh radar,
jarak objek yang terdeteksi dapat diketahui. Tentu kamu dapat
membayangkan rumus yang dapat dipakai untuk menghitung jarak ini, bukan?
Ya, jarak adalah kecepatan dikali waktu, dan karena kecepatan gelombang
adalah konstan, maka dengan mengetahui waktu, jarak pun dapat dihitung.
Jangan lupa bahwa pembagian dengan faktor 2 diperlukan karena sinyal
menempuh jarak pulang pergi. Coba kamu tuliskan rumusnya.
Dalam teknologi elektronik, sinar inframerah telah lama digunakan
sebagai media transfer data. Ponsel dan laptop dilengkapi dengan
inframerah sebagai salah konektivitas untuk menghubungkan atau transfer
data dari satu perangkat dengan perangkat lain. Fungsi inframerah pada
ponsel dan laptop dijalankan melalui teknologi Irda (infra red data acquitition).
Penggunaan bahan kimia baik untuk pendingin (lemari es dan AC) berupa freon maupun untuk penyemprot (parfum bentuk spray
dan pilok/penyemprot cat), dapat menyebabkan kebocoran lapisan ozon.
Hal ini menyebabkan sinar ultraviolet dapat menembus lapisan ozon dan
sampai ke permukaan bumi, suatu hal yang sangat berbahaya buat manusia.
Jika semakin banyak sinar ultraviolet yang terpapar ke permukaan bumi
dan mengenai manusia, efek yang tidak diinginkan bagi manusia dan
lingkungan dapat timbul.
Kanker kulit dan penyakit gangguan penglihatan seperti katarak dapat
ditimbulkan dari radiasi ultraviolet yang berlebihan. Ganggang hijau
sebagai sumber makanan alami dan mata rantai pertama dalam rantai
makanan dapat berkurang akibat radiasi ultraviolet ini. ini dapat
mengganggu keseimbangan alam dan merupakan sesuatu yang sangat merugikan
buat kehidupan makhluk hidup di Bumi.
Sinar Gamma
Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki
frekuensi (dan karenanya juga energi) yang paling besar. Sinar gamma
memiliki rentang frekuensi dari 10 pangkat 18 sampai 10 pangkat 22 Hz.
Sinar gamma dihasilkan melalui proses di dalam inti atom (nuklir).
Gelombang Radio
Tentu kamu sering
menonton TV, mendengarkan radio, atau menggunakan ponsel untuk
berkomunikasi, bukan? Nah, semua peralatan elektronik itu menggunakan
gelombang radio sebagai perambatan sinyalnya.
Gelombang
radio merupakan gelombang yang memiliki frekuensi paling kecil atau
panjang gelombang paling panjang. Gelombang radio berada dalam rentang
frekuensi yang luas meliputi beberapa Hz sampai gigahertz (GHz atau orde
pangkat 9). Gelombang ini dihasilkan oleh alat-alat elektronik berupa
rangkaian osilator (variasi dan gabungan dari komponen Resistor (R),
induktor (L), dan kapasitor (C)). Oleh karena itu, gelombang radio
banyak digunakan dalam sistem telekomunikasi. Siaran TV, radio, dan
jaringan telepon seluler menggunakan gelombang dalam rentang gelombang
radio ini.
Suatu sistem
telekomunikasi yang menggunakan gelombang radio sebagai pembawa sinyal
informasinya pada dasarnya terdiri dari antena pemancar dan antena
penerima. Sebelum dirambatkan sebagai gelombang radio, sinyal informasi
dalam berbagai bentuknya (suara pada sistem radio, suara dan data pada
sistem seluler, atau suara dan gambar pada sistem TV) terlebih dahulu dimodulasi. Modulasi
di sini secara sederhana dinyatakan sebagai penggabungan antara getaran
listrik informasi (misalnya suara pada sistem radio) dengan gelombang
pembawa frekuensi radio tersebut. Penggabungan ini menghasilkan
gelombang radio termodulasi. Gelombang inilah yang dirambatkan melalui
ruang dari pemancar menuju penerima.
Oleh karena itu, kita
mengenal adanya istilah AM dan FM. Amplitudo modulation (AM) atau
modulasi amplitudo menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa
berupa perubahan amplitudonya. Adapun frequency modulation (FM) atau
modulasi frekuensi menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa
dalam bentuk perubahan frekuensinya.
Gelombang Mikro
Pernahkah kamu mendengar tentang alat elektronik berupa oven microwave? Atau, kamu mungkin sudah pernah menggunakannya untuk memasak? Oven microwave menggunakan sifat-sifat gelombang mikro (microwave)
berupa efek panas untuk memasak. Selain itu, gelombang mikro juga
digunakan dalam sistem komunikasi radar dan analisis struktur atom dan
molekul.
Rentang frekuensi
gelombang mikro membentang dari 3 GHz hingga 300 GHz. Frekuensi sebesar
ini dihasilkan dari rangkaian osilator pada alat-alat elektronik.
Gelombang mikro dapat diserap oleh suatu benda dan menimbulkan efek
pemanasan pada benda tersebut. Sebuah sistem pemanas berbasis microwave
dapat memanfaatkan gejala ini untuk memasak benda. Sistem semacam ini
digunakan dalam oven microwave yang dapat mematangkan makanan di
dalamnya secara merata dan dalam waktu singkat (cepat).
Dalam suatu sistem
radar, gelombang mikro dipancarkan terus menerus ke segala arah oleh
pemancar. Jika ada objek yang terkena gelombang ini, sinyal akan
dipantulkan oleh objek dan diterima kembali oleh penerima. Sinyal
pantulan ini akan memberikan informasi bahwa ada objek yang dekat yang
akan ditampilkan oleh layar radar.
Sistem radar banyak
dimanfaatkan oleh pesawat terbang dan kapal selam. Dengan adanya radar,
pesawat terbang dan kapal selam mampu mendeteksi keberadaan objek lain
yang dekat dengan mereka. Di saat cuaca buruk di mana terjadi badai dan
gangguan cuaca yang dapat mengganggu pengelihatan, keberadaan radar
dapat membantu navigasi pesawat terbang untuk mengetahui arah dan posisi
mereka dari tempat tujuan pendaratan.
Sinar Inframerah
Bagaimana remote TV
dapat digunakan untuk mematikan atau menyalakan TV? Di sini remote
menggunakan pemancar dan penerima sinar inframerah. Tahukah kamu bahwa
ada ponsel yang dilengkapi dengan inframerah untuk transfer data dari
atau menuju ponsel?
Sinar inframerah
(infrared/IR) termasuk dalam gelombang elektromagnetik dan berada dalam
rentang frekuensi 300 GHz sampai 40.000 GHz (10 pangkat 13). Sinar
inframerah dihasilkan oleh proses di dalam molekul dan benda panas.
Telah lama diketahui bahwa benda panas akibat aktivitas (getaran) atomik
dan molekuler di dalamnya dianggap memancarkan gelombang panas dalam
bentuk sinar inframerah. Oleh karena itu, sinar inframerah sering
disebut radiasi panas.
Foto inframerah yang
bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk
membuat lukisan panas dari suatu daerah atau objek. Hasil lukisan panas
dapat menggambarkan daerah mana yang panas dan tidak. Suatu lukisan
panas dari satu gedung dapat digunakan untuk mengetahui daerah mana dari
gedung itu yang menghasilkan panas berlebihan sehingga dapat dilakukan
perbaikan-perbaikan yang diperlukan.
Dalam bidang
kesehatan, pancaran panas berupa pancaran sinar inframerah dari
organ-organ tubuh dapat dijadikan sebagai informasi kondisi kesehatan
organ tersebut. Ini sangat bermanfaat bagi dokter dalam diagnosis dan
keputusan tindakan yang sesuai buat pasien. Selain itu, pancaran panas
dalam intensitas tertentu dipercaya dapat digunakan untuk proses
penyembuhan penyakit seperti cacar dan encok.
Cahaya atau sinar tampak
Dalam rentang spektrum
gelombang elektromagnetik, cahaya atau sinar tampak hanya menempati
pita sempit di atas sinar inframerah. Spektrum frekuensi sinar tampak
berisi frekuensi dimana mata manusia peka terhadapnya. Frekuensi sinar
tampak membentang antara 40.000 dan 80.000 GHz (10 pangkat 13) atau
bersesuaian dengan panjang gelombang antara 380 dan 780 nm (10 pangkat
-9). Cahaya yang kita rasakan sehari-hari berada dalam rentang frekuensi
ini. cahaya juga dihasilkan melalui proses dalam skala atom dan molekul
berupa pengaturan internal dalam konfigurasi elektron.
Pembahasan tentang cahaya begitu luas dan membentuk satu disiplin ilmu fisika tersendiri, yaitu optik.
Sinar Ultraviolet
Rentang frekuensi sinar ultraviolet (ultraungu) membentang dalam kisaran 80.000 GHz sampai puluhan juta GHz (10 pangkat 17).
Sinar ultraungu atau
disebut juga sinar ultraviolet datang dari matahari berupa radiasi
ultraviolet memiliki energi yang cukup kuat dan dapat mengionisasi
atom-atom yang berada di lapisan atmosfer. Dari proses ionisasi
atom-atom tersebut dihasilkan ion-ion, yaitu atom yang bermuatan
listrik. Lapisan yang terdiri dari ion-ion ini membentuk lapisan khusus
dalam atmosfer yang disebut ionosfer. Lapisan ionosfer
yang terisi dengan atom-atom bermuatan listrik ini dapat memantulkan
gelombang elektromagnetik frekuensi rendah (berada dalam spektrum
frekuensi gelombang radio medium) dan dimanfaatkan dalam transmisi
radio.
Karena energinya yang
cukup kuat dan sifatnya yang dapat mengionisasi bahan, sinar ultraviolet
tergolong sebagai radiasi yang berbahaya bagi manusia (terutama jika
terpancar dalam intensitas yang besar). Untungnya, atmosfer bumi
memiliki lapisan yang dapat menahan dan menyerap radiasi ultraviolet
dari matahari sehingga sinar matahari yang sampai ke bumi berada dalam
taraf yang tidak berbahaya. Tentu kamu sudah tahu lapisan apakah itu?
ya, lapisan ozon.
Sinar ultraviolet juga
dapat dihasilkan oleh proses internal atom dan molekul. Sinar
ultraviolet juga dapat dimanfaatkan dalam proses sterilisasi makanan
dimana kuman dan bakteri berbahaya di dalam makanan dapat dimatikan.
Sinar-X
Sinar-X dikenal luas
dalam dunia kedokteran sebagai sinar Rontgen. Dipakai untuk memeriksa
organ bagian dalam tubuh. Tulang yang retak di bagian dalam tubuh dapat
terlihat menggunakan sinar-X ini.
Sinar-X berada pada
rentang frekuensi 300 juta GHz (10 pangkat 17) dan 50 miliar GHz (10
pangkat 19). Penemuan sinar-X dianggap sebagai salah satu penemuan
penting dalam fisika. Sinar-X ditemukan oleh ahli fisika Jerman bernama
Wilhelm Rontgen saat sedang mempelajari sinar katoda. Cara paling umum
untuk memproduksi sinar-X adalah melalui mekanisme yang disebut bremstrahlung
atau radiasi perlambatan. Mekanisme ini yang ditempuh oleh Rontgen saat
pertama kali menghasilkan sinar-X. Dalam teori radiasi gelombang
elektromagnetik diketahui bahwa muatan listrik yang dipercepat (atau
diperlambat) akan menghasilkan gelombang elektromagnetik. Selain melalui
radiasi perlambatan, sinar-X juga dihasilkan dari proses transisi
internal elektron di dalam atom atau molekul.
Gelombang Elektromagnetik
17 November 2008
Siapakah
Cristiano Ronaldo? Atau, siapakah vokalis band Peter Pan? Jika kamu
dihadapkan pada pertanyaan semacam itu dapat dipastikan kamu bisa
menjawabnya, bukan? Siapa yang tidak kenal CR7 (sebutan buat Cristiano
Ronaldo) atau Ariel Peter Pan? Walaupun kamu tidak pernah bertemu secara
langsung dengan keduanya, kamu pasti kenal dengan mereka, ya kan? Kok
bisa ya! Walaupun kamu tidak pernah bertemu dengan mereka kamu pasti
sering melihat mereka melalui TV, bukan begitu? Sekarang, apa yang
membuat kamu bisa menonton TV untuk melihat pertandingan sepak bola yang
sedang berlangsung di tempat lain yang sangat jauh? Tahukah kamu
prinsip dan konsep apa yang melandasi teknologi dan fenomena ini?
Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat
menghasilkan (menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik.
Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet.
Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh Michael
Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi
elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry.
Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap
waktu dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang
dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari
rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell.
Melalui eksperimennya ini Hertz berhasil membangkitkan gelombang
elektromagnetik dan terdeteksi oleh bagian penerimanya. Eksperimen ini
berhasil membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik yang awalnya hanya
berupa rumusan teoritis dari Maxwell, benar-benar ada sekaligus
mengukuhkan teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik.
Saat
ini hampir semua orang memiliki peralatan yang satu ini. Dia begitu
kecil yang bisa dengan nyaman diletakkan di dalam saku, namun dianggap
memiliki fungsi yang sangat besar terutama untuk berkomunikasi. Ya,
benda itu adalah sebuah ponsel (telepon seluler). Saat ini ponsel tidak
hanya digunakan untuk menelpon saja tetapi juga untuk fungsi lain
seperti mengirim dan menerima pesan singkat (sms), mendengarkan musik,
atau mengambil foto. Bagaimana perangkat ponsel dapat terhubung dengan
perangkat ponsel yang lain padahal mereka saling berjauhan?
Konsep yang bisa
menjelaskan fenomena ini adalah konsep gelombang elektromagnetik. Dan,
konsep gelombang elektromagnetik ternyata sangat luas tidak hanya
berkaitan dengan TV atau ponsel saja, melainkan banyak aplikasi lain
yang bisa sering kita temukan sehari-hari di sekitar kita. Aplikasi
tersebut meliputi microwave, radio, radar, atau sinar-x.
Sebagaimana yang telah dibahas sebelumnya bahwa ada dua hukum dasar yang menghubungkan gejala kelistrikan dan kemagnetan.
Pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet.
Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini
secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala
induksi magnet dikenal sebagai Hukum Ampere.
Dari kedua prinsip
dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep simetri
yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu
usulan. Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet
yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan listrik maka hal
sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian Maxwell mengusulkan
bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan
(menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum
ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.
Dari ketiga prinsip
dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya suatu
pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan
medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik
yang berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika
proses ini berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan medan magnet
dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik
ini secara serempak merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah
maka ini merupakan gejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.
Pada mulanya gelombang
elektromagnetik masih berupa ramalan dari Maxwell yang dengan
intuisinya mampu melihat adanya pola dasar dalam kelistrikan dan
kemagnetan, sebagaimana telah dibahas di atas. Kenyataan ini menjadikan J
C Maxwell dianggap sebagai penemu dan perumus dasar-dasar gelombang
elektromagnetik.
Ramalan Maxwell
tentang gelombang elektromagnetik ternyata benar-benar terbukti. Adalah
Heinrich Hertz yang membuktikan adanya gelombang elektromagnetik melalui
eksperimennya. Eksperimen Hertz sendiri berupa pembangkitan gelombang
elektromagnetik dari sebuah dipol listrik (dua kutub bermuatan listrik
dengan muatan yang berbeda, positif dan negatif yang berdekatan) sebagai
pemancar dan dipol listrik lain sebagai penerima. Antena pemancar dan
penerima yang ada saat ini menggunakan prinsip seperti ini.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar