TUGAS KOMPATIBILITAS ELEKTROMAGNETIK Pemanfaatan Gelombang Elektromagnetik
DISUSUN OLEH
Nama : Mukhlisah Yunus
NIM : D41110254
TEKNIK ELEKTRO UNIVERSIVERSITAS HASANUDDIN TAHUN AJARAN 2011/2012
A. Latar Belakang Masalah
Di abad 21 ini begitu banyak gelombang yang diceritakan, dipelajari, dan ditelaah. Sebut saja gelombang radio dan gelombang mikro ,yang merupakan jenis merupakan jenis dari gelombang elektromagnetik. Pada beberapa film fiksi ilmiah sering pula disebutkan tentang EMP yang merupakan singkatan dari Electro Magnetic Pulse atau gelombang elektromagnetik. Dikisahkan disana gelombang elektromagnetik dapat mematikan benda-benda elektronik dalam elektronik dalam radius berkilo-kilometer hasil dari ledakan nuklir. Lain lagi halnya dalam dunia kedokteran. Istilah gelombang elektromagnetik lebih dekat dengan sinar X, yaitu untuk memotret memotret kedudukan tulang dalam badan terutama untuk menentukan untuk menentukan tulang yang patah, serta mendiagnosis penyakit. Dari penjelasan di atas akan muncul pertanyaan-pertanyaan seperti apakah gelombang elektromagnetik itu? Apa sajakah manfaat yang dapat diambil dari gelombang elektromagnetik? Seperti apakah sebenarnya gelombang elektromagnetik itu? elektromagnetik itu? Karya tulis ini akan mengungkapkan manfaat dari gelombang elektromagnetik.
B. Permasalahan
Sehubungan dengan latar belakang masalah di atas, permasalahan dalam karya tulis ini adalah sebagai berikut : 1.
Apakah gelombang elektromagnetik itu?
2.
Bagaimana sejarah perkembangan gelombang elektromagnetik?
3.
Apa sajakah manfaat gelombang elektromagnetik?
C. Tujuan Penulisan Karya Tulis 1.
Mendeskripsikan gelombang elektromagnetik.
2.
Menjelaskan sejarah perkembangan gelombang elektromagnetik.
3.
Mendeskripsikan manfaat dari gelombang elektromagnetik.
E. Sistematika Penulisan
Karya tulis ini tersusun dalam tiga bab. Bab I memuat pendahuluan, yang berisi latar belakang masalah, permasalahan, tujuan, metode, kegunaan, dan sistematika penulisan. Bab II menguraikan pembahasan. Bab III berisi kesimpulan dan saran.
A. Pengertian Gelombang Elektromagnetik
Pada umumnya gelombang elektromagnetik sangat erat keterkaitannya dengan cahaya. Contohnya pada sinar inframerah, sinar gamma, sinar tampak, sinar ultraviolet, hingga sinar X. Gelombang elektromagnetik terdiri dari medan listrik dan medan magnetik yang berubah secara periodik dan serempak dengan arah getar tegak lurus satu sama lain dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambatan gelombang. Berbeda dengan gelombang mekanik yang memerlukan medium rambat, gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversal yang tidak memerlukan medium rambat sehingga dapat merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan cahaya.
B. Sejarah Perkembangan Gelombang Elektromagnetik
a. Teori Maxwell tentang Gelombang Elektromagnetik Michael Faraday telah menyelidiki hubungan kelistrikan dan kemagnetan sehingga
menemukan
bahwa
perubahan
medan
magnetik
dapat
menghasilkan medan listrik. Berdasarkan simetrisasi alami, pada tahun 1864 James Clark Maxwell mengemukakan hipotesis bahwa apabila perubahan
medan magnetik dapat menimbulkan medan listrik, maka sebaliknya perubahan medan listrik pun akan dapat menimbulkan medan magnetik .
Pemikiran Maxwell dapat dijelaskan melalui serangkaian dua bola isolator bermuatan listrik tak sejenis yang digetarkan pada pegas untuk menimbulkan perubahan medan listrik dan medan magnetik sehingga dipancarkan gelombang elektromagnetik seperti tampak pada gambar berikut.
+
-
Tampak pada gambar dua isolator tak sejenis digetarkan sehingga menghasilkan gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik terdiri dari medan listrik dan medan magnetik yang berubah secara periodik dan serempak dengan arah getar tegak lurus satu sama lain dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambatan gelombang. Dengan demikian, gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.
Kecepatan
rambat
permeabilitas vakuum hubungan :
gelombang 0
elektromagnetik
dan permitivitas vakum
ditentukan 0
oleh
yang memenuhi
Dengan memasukkan nilai
0 =
4
10-7Wb/a m dan
0
= 8,85 10-12
C/Nm2 ker Persamaan cepat rambat gelombang elektromagnetik. Nilai cepat rambat gelombang elektromagnetik ini tepat sama dengan cepat rambat cahaya dalam vakum sehingga dapat disimpulkan bahwa cahaya termasuk gelombang elektromagnetik.
b. Teori Maxwell tentang Gelombang Elektromagnetik Heinrich Hertz adalah orang yang pertama kali menguji hipotesis Maxwell
mengenai gelombang elektromagnetik dengan peralatan seperti pada gambar dibawah ini.
Diagram skematik peralatan Hertz untuk membangkitkan dan mendeteksi gelombang elektromagnetik
Dengan menggerakkan skalar S, maka kumparan Ruhmkorff akan menginduksikan pulsa tegangan pada kedua elektroda bola di sisi A sehingga terjadi percikan bunga api akibat adanya pelepasan muatan. Ternyata, percikan bunga api juga terjadi pada kedua elektroda bola di sisi
B. Hal ini berarti telah terjadi pemindahan gelombang elektromagnetik dari
sisi A sebagai loop pengirim ke sisi B sebagai loop penerima. Dalam berbagai percobaan yang dilakukan, Hertz berhasil mengukur bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik frekuensi radio sesuai dengan nilai yang diramalkan oleh Maxwell dan juga berhasil menunjukkan sifat-sifat
gelombang
dari
cahaya,
yaitu
pemantulan,
pembiasan,
interferensi, difraksi, dan polarisasi. Dengan demikian, eksperimen Hertz telah membuktikan kebenaran hipotesis Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik. Untuk menghargai jasa beliau, maka akhirnya hertz (Hz) ditetapkan sebagai satuan frekuensi dalam sistem internasional (SI). Beberapa sifat gelombang elektromagnetik dapat dituliskan sebagai berikut:
Dapat merambat pada ruang hampa,
merupakan gelombang transversal,
merambat dalam arah lurus (tak terpengaruh medan listrik dan medan magnetik),
dapat mengalami pemantulan (refleksi)
dapat mengalami pembiasan (refraksi)
dapat mengalami perpaduan (interferensi)
dapat mengalami lenturan (difraksi)
dapat mengalami pengkutuban (polarisasi).
C. Manfaat dari Gelombang Elektromagnetik
Gelombang magnetik dewasa ini telah diterapkan di berbagai bidang. Sudah ada 7 macam manfaat yang umum kita ketahui. Beragam manfaat dari gelombang elektromagnetik tersebut adalah sebagai berikut : 1. Gelombang Radio Gelombang radio memiliki jangkauan frekuensi yang cukup luas dan biasanya dihasilkan oleh rangkaian osilator dalam alat-alat elektronika. Spektrum gelombang radio dipisahkan dalam pita-pita frekuensi panjang atau gelombang. Gelombang Radio digunakan sebagai alat komunikasi dari suatu tempat ke tempat yang lain yang berjauhan karena mempunyai sifat yang mudah dipantulkan oleh lapisan ionosfer bumi. Gelombang radio dapat juga memberikan informasi tentang bintang-bintang. Pada sistem siaran radio komersial biasanya digunakan dua jenis sistem modulasi, yaitu AM ( Amplitudo Modulation) dan FM (Frequency Modulation). Sistem modulasi amplitudo (AM) memiliki jangkauan yang sempit karena tidak dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer, tetapi tidak terpengaruh gejala kelistrikan dan kemagnetin di udara sehingga akan menghasilkan suara yang jernih. Pada frekuensi radio menunjuk ke spektrum elektromagnetik di mana gelombang elektromagnetik dapat dihasilkan oleh pemberian arus bolak-balik ke sebuah antena. Frekuensi seperti ini termasuk bagian dari spektrum di bawah ini:
Nama band
Singkatan
band
Frekuensi
Panjang gelombang
< 3 Hz
> 100,000 km
ITU
Extremely low
ELF
1
3 – 30 Hz
frequency
100,000 km – 10,000 km
Super low frequency
SLF
2
30 – 300 Hz
10,000 km – 1000 km
Ultra low frequency
ULF
3
300 – 3000 Hz
1000 km – 100 km
Very low frequency
VLF
4
3 – 30 kHz
100 km – 10 km
Low frequency
LF
5
30 – 300 kHz
10 km – 1 km
Medium frequency
MF
6
300 – 3000 kHz
1 km – 100 m
High frequency
HF
7
3 – 30 MHz
100 m – 10 m
Very high frequency
VHF
8
30 – 300 MHz
10 m – 1 m
Ultra high frequency
UHF
9
300 – 3000 MHz
1 m – 100 mm
Super high frequency
SHF
10
3 – 30 GHz
100 mm – 10 mm
EHF
11
30 – 300 GHz
10 mm – 1 mm
Di atas 300
< 1 mm
Extremely high frequency
GHz
Catatan: di atas 300 GHz, penyerapan radiasi elektromagnetik oleh atmosfer Bumi begitu besar sehingga atmosfer secara efektif menjadi "opak" ke frekuensi lebih tinggi dari radiasi elektromagnetik, sampai atmosfer menjadi transparan lagi pada yang disebut jangka frekuensi infrared dan jendela optikal. Band ELF, SLF, ULF, dan VLF bertumpuk dengan spektrum AF, sekitar 20 – 20,000
Hz.
Namun,
suara
disalurkan
oleh
kompresi
atmosferik dan
pengembangan, dan bukan oleh energi elektromagnetik. Penghubung listrik didesain untuk bekerja pada frekuensi radio yang dikenal sebagai Penghubung RF. RF juga merupakan nama dari penghubung audio/video standar, yang juga disebut BNC (Bayonet Neill-Concelman). Band frekuensi yang memiliki nama Band III - 174 – 245 MHz ISM band...... frekuensi tertentu bervariasi Microwave (IEEE US) L band 1 to 2 GHz S band 2 to 4 GHz C band 4 to 8 GHz X band 8 to 12 GHz
Ku band 12 to 18 GHz K band 18 to 26 GHz Ka band 26 to 40 GHz V band 40 to 75 GHz W band 75 to 111 GHz
2. Gelombang mikro ( Radar ) Radar adalah singkatan dari Radio Detection and Ranging yang berarti mencari dan menentukan jejak dengan menggunakan gelombang mikro. Gelombang mikro ini di manfaatkan pada pesawat radar. Antena radar dapat berputar ke segala arah yang dapat berfungsi sebagai pemancar sekaligus penerima gelombang elektromagnetik. Pesawat radar ini banyak digunakan untuk membantu keamanan pendaratan pesawat terbang komersial. Gelombang mikro biasanya juga dihasilkan oleh alat-alat elektronika dan dapat digunakan untuk alat-alat komunikasi, memasak, dan radar. Apabila suatu benda menyerap gelombang mikro, maka akan timbul efek panas pada benda tersebut. Proses ini dimanfaatkan sebagai prinsip kerja oven gelombang mikro (microwave oven) yang dapat digunakan untuk memasak makanan dengan cepat dan
ekonomis.
3. Sinar Inframerah Sinar Inframerah banyak digunakan untuk penelitian struktur atom, pengindraan jarak jauh, dan pemotretan rahasia. Salah satu penggunaan populer dari radiasi inframerah pada saat ini adalah remote control untuk peralatan elektonis seperti tv, vcd. Cahaya matahari merupakan sumber energi bagi semua kehidupan di bumi. Cahaya matahari 80% nya merupakan sinar infra merah. Panjang gelombangnya 4 – 1000 mikrometer. Sinar infra merah menghasilkan panas, dan panas tersebut dapat diserap dan dimanfaatkan kembali. Manfaat sinar infra merah jauh : a. Mengaktifkan molekul air dalam tubuh Tubuh manusia terdiri dari 70% air dan 80% dari darah adalah air. Sinar infra merah memiliki getaran yang sama dengan molekul air. Molekul tersebut akan pecah menjadi molekul tunggal yang meningkatkan arus cairan tubuh, sehingga meningkatkan oksigen dalam darah. b. Meningkatkan sirkulasi mikro Bergetarnya molekul air dan sinar infra merah menghasilkan panas yang menyebabkan pembuluh darah kapiler membesar, meningkatkan temperatur kulit, memperbaiki sirkulasi darah dan mengurangi tekanan jantung. c. Meningkatkan metabolisme
Bila sirkulasi mikro meningkat, racun dapat dibuang dari tubuh melalui metabolisme. Hal ini juga akan mengurangi beban liver dan ginjal. d. Menyeimbangkan pH dalam tubuh
4. Sinar Gamma Sinar gamma mempunyai daya tembus sangat tinggi, maka sinar gamma digunakan dalam berbagai bidang antara lain: a. industri, untuk mengetahui struktur logam b. pertanian, untuk membuat bibit unggul c. teknik nuklir, untuk membuat radio isotop d. kedokteran, untuk terapi dan diagnosis e. farmasi, untuk sterilisasi
5. Sinar tampak Sinar tampak merupakan gelombang yang sangat penting bagi makhluk hidup. salah satu manfaatnya adalah penggunaan sinar laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi. Perbedaan sensasi pada mata akibat cahaya yang berbeda frekuensi atau panjang gelombangnya akan menimbulkan warna yang berbeda. Spektrum warna cahaya yang berdasarkan urutan kenaikan panjang gelombang adalah :
Ungu
(390 nm – 455 nm)
Biru
(455 nm – 492 nm)
Hijau
(492 nm – 577 nm)
Kuning
(577 nm – 597 nm)
Jingga
(597 nm – 622 nm)
Merah
(622 nm – 780 nm)
6. Sinar Ultraviolet Sinar ultraviolet atau ultraungu dihasilkan oleh atom-atom dan molekul-molekul dalam loncatan listrik. Matahari merupakan sumber utama dari sinar ultraviolet. Sinar ultraviolet dari Matahari dapat mengionasisi partikel-partikel di atmosfer yang berada pada ketinggian sekitar 80 km yang disebut lapisan ionosfer. Lapisan ozon (O3) di atmosfer dapat menyerap sinar ultraviolet sehingga tidak sampai ke permukaan Bumi. Berlubangnya lapisan ozon dapat meningkatkan sinar ultraviolet yang sampai di permukaan Bumi. Sinar ultraviolet dapat dimanfaatkan dalam bidang industri terutama dalam proses sterilisasi Sinar ultraviolet juga mempunyai daya kimia yang besar karena membentuk jasad renik. Selain sinar ultraviolet dipakai sebagai sterilisasi , sinar ini juga bermanfaat bagi Teller Bank saat menyinari buku tabungan dengan lampu ultraviolet.
Manfaat Gelombang Elektromagnetik
14
Fenomena ultraviolet juga terdapat pada lampu pendar dan lampu neon. Berikut kutipan yang diambil dari buku Aku Ingin Tahu #1
Apa yang Membuat Lampu Pendar/Neon Bekerja? Kebanyakan benda-benda yang dapat berpijar akan berpijar hanya jika bendabenda itu panas. Misalnya, pada lampu-lampu pijar biasa, ada filamen yang harus dipanaskan sampai suhu yang tinggi agar dapat menghasilkan cahaya. Tetapi juga ada banyak bahan yang dapat berpijar dalam warna-warni berbeda tanpa menjadi panas. Bahan-bahan itu mengeluarkan cahaya ini ketika sinarsinar ultraviolet yang tidak kelihatan jatuh diatasnya. Sinar-sinar yang tidak kelihatan ini “menggairahkan “ bahan-bahan itu, dan keluarnya cahaya yang dihasilkan dinamakan “fluorescence”(pendaran). Kata “fluorescence” (pendaran) berasal dari nama mineral “fluorspar,” yang dapat berpendar dalam warna-warna berbeda. Beberapa bahan akan berpendar hanya jika berbentuk gas, yang lainnya hanya jika berbentuk cairan dan yang lainnya lagi jika berbentuk padat. Bahan-bahan yang paling penting adalah bubuk-bubuk kristal padat yang dinamakan “fosfor.” Bagaimana terjadinya pendaran? Hal pertama yang pasti terjadi adalah bahwa sinar-sinar yang “menggairahkan” yang jatuh pada bahan berpendar harus diserap oleh bahan itu. Sekarang, sinar-sinar ini sebenarnya adalah suatu bentuk energi. Jadi atom-atom tertentu di dalam bahan-bahan ini menerima sebagian dari energi ini dan menjadi “bergairah.” Dalam waktu yang sangat singkat
dalam keadaan “bergairah” ini, atom-atom itu kembali ke keadaan alamiah, semula. Selama proses ini, atom-atom itu mengeluarkan energi tambahan yang telah diserap dalam bentuk cahaya. Ini dinamakan “pendaran.” Bagaimana lampu-lampu pendar bekerja? Uap air raksa dimasukkan ke dalam sebuah tabung kaca panjang. Kemudian arus listrik dialirkan ke dalam tabung ini. Ini menghasilkan sinar-sinar ultraviolet. Dinding lampu bagian dalam dilapisi dengan fosfor, dan fosfor ini menyerap semua sinar ultravioelt. Fosfor menjadi “bergairah,” sebagaimana yang baru saja kita uraikan, sehingga akan mengeluarkan cahaya! Dengan pendaran, kira-kira empat kali cahaya putih dapat dihasilkan sebagai lampu-lampu pijar biasa. Lampu-lampu pendar tahan sepuluh kali lebih lama dari lampu-lampu pijar biasa. Lampu-lampu itu juga dapat dibuat dalam berbagai bentuk. Karena keuntungan-keuntungan ini, lampu pendar lebih banyak digunakan di rumah-rumah, sekolah-sekolah, toko-toko, dan pabrikpabrik.
7. Sinar X
Sinar X ditemukan di Jerman pada tahun
1895
oleh
Wilhelm
Conrad
Röntgen, dan dengan demikian kadangkadang disebut “sinar Rontgen”. Sinar itu adalah sinar penembus yang serupa dengan sinar lampu. Sinar itu berbeda dengan sinar lampu dalam hal Wilhelm Rontgen, penemu sinar X
panjang gelombang-gelombang energinya.
Panjang gelombang yang terpendek dari sebuah tabung sinar X adalah satu per lima belas ribu sampai satu per sejuta dari panjang gelombang lampu hijau. Sinar X dapat menembus bahan-bahan yang tidak dapat ditembus oleh cahaya akibat dari panjang gelombang yang sangat pendek. Semakin panjang gelombang, semakin tajam gelombang-gelombangnya. Sinar X dihasilkan dalam sebuah tabung sinar X. Udara dipompakan dari tabung ini sampai kurang dari satu per seratus juta dari jumlah asalnya yang tertinggal. Di dalam tabung itu, yang biasanya terbuat dari kaca, ada dua elektroda. Salah satu dari elektroda-elektoda ini dinamakan “katoda”. Katoda mempunyai muatan negatif. Di dalam katoda terdapat gulungan kawat tungsten yang dapat dipanaskan oleh aliran listrik sehingga elektron-elektronnya keluar. Elektroda lainnya adalah “target,” atau “anoda.”
Elektron-elektron bergerak dari katoda ke target dengan kecepan-kecepatan yang tinggi akibat dari perbedaan antara katoda target. Elektron-elektron ini membentuk target pada kecepatan-kecepatan yang dapat bervariasi dari 60.000 sampai 175.000 mil per detik. Target juga merupakan sebuah balok tungsten atau roda tungsten, dan mengehentikan elektron-elektron secara tiba-tiba. Sebagian besar dari energi dari elektron-elektron ini diubah menjadi panas, tetapi sebagian daru energi itu menjadi radiasi X, dan keluar daru sebuah lubang yang dasarnya sebagai sinar X. Pernahkah kamu bertanya-tanya bagaimana gambar-gambar sinar X diambil dari tulang-tulang dalam tubuh kamu? “Gambar” sinar X adalah grafik bayangan atau gambar banyangan. Sinar X menembus bagian tubuh yang disinari oleh sinar X dan membuang bayangan-bayangan pada film. Film dilapisi dengan emulsi yang sensitif pada ke dua sisinya. Setelah dipakai, film itu dicuci seperti pemotretan biasa. Tulang-tulang dan obyek-obyek lain yang tidak dapat ditembus
oleh sinar X membuat bayangan-bayangan yang lebih tebal dan dengan demikian terlihat sebagai bagian – bagian yang terang pada film. Dewasa ini, sinar X memainkan peran yang penting dalam bidang kedokteran, ilmu pengetahuan, dan industri, dan merupakan salah satu dari sarana-sarana yang paling berguna bagi manusia.
1. Kesimpulan Penggunaan gelombang elektromagnetik sudah sangat baik diterapkan baik di bidang penelitian sains maupun kedokteran. Penemuan-penemuan tersebut turut membantu manusia dalam mengefisiensi kehidupan seharihari. Manfaat dari gelombang elektromagnetik antara lain : a. Gelombang Radio b. Gelombang Mikro (radar) c. Sinar Inframerah d. Sinar Gamma e. Sinar Tampak f. Sinar Ultraviolet g. Sinar X
