Spektrum
Gelombang Elektromagnetik
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.
- 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) gambar seperti berikut: 
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
oven microwave
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.
antena radar
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.
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.
lapisan ozon di atmosfer menahan
sebagian radiasi ultraviolet
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.
Propagasi
Gelombang
propagasi gelombang adalah perambatan gelombang pada media perambatan. Media
perambatan atau biasa juga disebut saluran transmisi gelombang dapat berupa
fisik yaitu sepasang kawat konduktor, kabel koaksial dan berupa non fisik yaitu
gelombang radio atau sinar laser.
·
Polarisasi
Gelombang Elektromagnetik
J, Herman (1986: 1.43) menyatakan
polarisasi gelombang didefinisikan sebagai sifat gelombang elektromagnetik yang
menjelaskan arah dan amplitudo vektor kuat medan Ada
Gambar 5.
Polarisasi gelombang elektromagnetik
· Gelombang Ruang Bebas (Free Space)Pembiasan (Refraction) oleh Atmosfir
Bumi
Pada atmosfir
bumi terjadi pembiasan gelombang sekitar 18 km dari permukaan bumi di daerah
khatulistiwa dan sampai sekitar 8 dan 11 km di daerah kutub selatan dan utara.
Untuk itu radius bumi diubah disesuaikan demikian hingga kelengkungan relatif
antara gelombang dan bumi tetap seperti yang ditunjukkan Gambar 6 Radius
kelengkungan bumi yang telah disesuaikan dengan perbandingan antara radius
efektif bumi dan radius bumi yang sesungguhnya disebut dengan faktor K. Pada
kondisi atmosfir normal, dalam perhitungan radius bumi ekuivalen biasanya
digunakan K = 4/3 (J, Herman, 1986: 3.2).
· Propagasi Line of Sight (LOS)
Propagasi gelombang pada frekuensi diatas 30 MHz
memanfaatkan gelombang langsung dan gelombang pantul oleh permukaan bumi. Pada
Gambar 8 berikut ini adalah gambaran dari propagasi Line of Sight (LOS).
· Redaman pada ruang bebas (free space loss)
Redaman LOS berharga rata-rata sama dengan redaman ruang
bebas. Dalam perhitungan redaman lintasan dianggap tetap sehingga untuk LOS
adalah (J, Herman, 1986: 3.29):
Lp = 32,5 + 20
log d (km) + 20 log f (MHz)
(2.5)
· Difraksi oleh Penghalang (Knife Edge Diffraction)
Difraksi
adalah kemampuan gelombang untuk berbelok setelah mengalami benturan dengan
penghalang. J, Herman (1986: 4.5) menyatakan difraksi oleh bukit, pohon,
bangunan dan lain-lain sulit sekali dihitung, akan tetapi perkiraan redamannya
dapat diperoleh dengan mengingat harga-harga ekstrim yang disebabkan oleh
difraksi rintangan tajam yang menyerap sempurna (Knife Edge Diffraction).
Gambar 10. Difraksi pada penghalang
· Hamburan oleh Troposfir (Troposphere Scatter)
Sistem
komunikasi radio yang mengunakan sifat hamburan gelombang elektromagnetik oleh
partikel-partikel troposfir yang disebut sistem tropo atau thin line
troposcattering system. Jaraknya berkisar 200 – 800 km dan frekuensi yang
dipakai yaitu 300 – 30.000 MHz berada di daerah UHF dan SHF (J, Herman,1986:
4.11). Pada Gambar 11, adalah mekanisme troposcattering.
1.Gelombang
Langit (Sky Wave)
· Ionosfir
Ionosfir
tersusun dari 3 (tiga) lapisan , mulai dari yang terbawah yang disebut dengan
lapisan D, E dan F. Sedangkan lapisan F dibagi menjadi dua, yaitu lapisan F1
dan F2 (yang lebih atas), seperti Gambar 12.
Gambar 12. Lapisan ionosfir
Untuk lebih jelasnya tentang fenomena masing-masing lapisan
pada ionosfir klik tombol nama-nama lapisan ionosfir.
- Lapisan
D terletak sekitar 40 km – 90 km. Ionisasi di lapisan D sangat rendah,
karena lapisan ini adalah daerah yang paling jauh dari matahari. Lapisan
ini mampu membiaskan gelombang-gelombang yang berfrekuensi rendah.
Frekuensi-frekuensi yang tinggi, terus dilewatkan tetapi mengalami
redaman. Setelah matahari terbenam, lapisan ini segera menghilang karena
ion-ionnya dengan cepat bergabung kembali menjadi molekul-molekul.
- Lapisan
E terletak sekitar 90 km – 150 km. Lapisan ini, dikenal juga dengan
lapisan Kenelly–Heaviside, karena orang-orang inilah yang pertama kali
menyebutkan keberadaan lapisan E ini. Setelah matahari terbenam, pada
lapisan ini juga terjadi penggabungan ion-ion menjadi molekul-molekul,
tetapi kecepatan penggabungannya lebih rendah dibandingkan dengan lapisan
D, dan baru bergabung seluruhnya pada tengah malam. Lapisan ini mampu
membiaskan gelombang dengan frekuensi lebih tinggi dari gelombang yang
bisa dibiaskan lapisan D. Dalam praktek, lapisan E mampu membiaskan
gelombang hingga frekuensi 20 MHz.
- Lapisan
F terdapat pada ketinggian sekitar 150 km – 400 km. Selama siang hari,
lapisan F terpecah menjadi dua, yaitu lapisan F1 dan F2. Level ionisasi
pada lapisan ini sedemikian tinggi dan berubah dengan cepat se iring
dengan pergantian siang dan malam. Pada siang hari, bagian atmosfir yang
paling dekat dengan matahari mengalami ionisasi yang paling hebat. Karena
atmosfir di daerah ini sangat renggang, maka penggabungan kembali ion-ion
menjadi molekul terjadi sangat lambat (setelah terbenam matahari). Karena
itu, lapisan ini terionisasi relatif konstan setiap saat. Lapisan F
bermanfaat sekali untuk transmisi jarak jauh pada frekuensi tinggi dan
mampu membiaskan gelombang pada frekuensi hingga 30 MHz.
· Propagasi
Gelombang dalam Ionosfir
Pada frekuensi tinggi atau daerah
HF, yang mempunyai range frekuensi 3 – 30 MHz, gelombang dapat dipropagasikan
menempuh jarak yang jauh akibat dari pembiasan dan pemantulan lintasan pada
lapisan ionospher. Gelombang yang berpropagasi melalui lapisan ionosfer ini
disebut sebagai gelombang ionosfer (ionospheric wave) (Aswoyo, 2006:
89).
Gambar 13. Propagasi
Gelombang Ionosfir
2.
Gelombang Permukaan
Bumi (Ground Wave)
· Permukaan
Bumi sebagai Penumpu Gelombang Elektromagnetik
Gelombang permukaan bumi
berpolarisasi vertikal, karena setiap komponen horisontalnya akan dihubung
singkat oleh permukaan bumi. Daerah frekuensi utama gelombang ini adalah 30 kHz
– 3 MHz yaitu band MF dan LF dan konfigurasi medannya terlihat seperti pada
gambar.
Perubahan kadar air mempunyai
pengaruh yang besar terhadap gelombang tanah. Redaman gelombang tanah
berbanding lurus terhadap impedansi permukaan tanah. Impedansi ini merupakan
fungsi dari konduktivitas dan frekuensi. Jika bumi mempunyai konduktivitas yang
tinggi, maka redaman (penyerapan energi gelombang) akan berkurang. Dengan
demikian, propagasi gelombang tanah di atas air, terutama air garam (air laut)
jauh lebih baik dari pada di tanah kering (berkonduktivitas rendah), seperti padang
3. Propagasi Gelombang
dalam Air Laut
Propagasi
gelombang permukaan merupakan satu-satunya cara untuk berkomunikasi di
dalam lautan Untuk memperkecil redaman laut, maka digunakan frekuensi yang
sangat rendah, yaitu band ELF (Extremely Low Frequency), yaitu antara 30 hingga
300 Hz. Dalam pemakaian tertentu dengan frekuensi 100 Hz, redamannya hanya
sekitar 0,3 dB per meter. Redaman ini akan meningkat drastis bila frekuensinya
makin tinggi, misalnya pada 1 GHz redamannya menjadi 1000 dB per metergas untuk
spray menyebabkan lubang di lapisan ozon.
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
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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar