Mata Kuliah TEKNIK FREKUENSI (2 SKS) Akademi Meteorologi Dan Geofisika Jurusan : Instrumentasi II Pertemuan 1 Jakarta, Pebruari 2013

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Bagaimana alat-alat berikut bekerja? Alat-alat tersebut bekerja menggunakan gelombang elektromagnetik.

Apakah Gelombang Elektromagnetik ? Gelombang elektromagnetik adalah : gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat, dapat merambat dalam ruang hampa. gelombang yang dihasilkan dari perubahan medan magnet dan medan listrik secara berurutan, dimana arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus.

Bagaimana Gelombang Elektromagnetik terjadi ? Keberadaan gelombang elektromagnetik didasarkan pada hipotesis Maxwell (James Clark Maxwell) : “Jika medan magnet dapat menimbulkan medan listrik, maka sebaliknya, perubahan medan listrik dapat menyebabkan medan magnet.”

Beberapa Percobaan Gelombang Elektromagnetik Percobaan Oersted yang berhasil membuktikan : arus listrik dalam konduktor menghasilkan medan magnet disekitarnya (jarum kompas menyimpang bila di dekatkan pada kawat yang dialiri arus listrik) Percobaan Faraday yang berhasil mebuktikan batang konduktor yang menghasilkan GGL induksi pada kedua ujungnya bila memotong medan magnet Percobaan Faraday yang menunjukkan perubahan fluks magnetik pada kumparan menghasilkan arus induksi dalam kuparan tersebut

Kebenaran Hipotesa Maxwell tentang adanya gelombang elektromagnetik pada akhirnya dibuktikan oleh “Heinrich Hertz” Heinrich menemukan cara menghasilkan gelombang radio dan menentukan kelajuannya

Sketsa gelombang elektromagnetik

Arah rambatan Arah medan listrik Arah medan magnet c http://www.walter-fendt/phlle/emwave.htm

TEORI MAXWELL Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah : Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas () dan permeabilitas () zat.

Kecepatan gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya yang dirumuskan : o = 8.85 x 10-12 C2/Nm2 o = 12.56 x 10-7 wb/amp.m C = 3 . 108 m/s o = permitivitas ruang hampa o = perbeabilitas ruang hampa C = cepat rambat cahaya

Cepat rambat gelombang elektromagnetik dinyatakan dengan panjang gelombang dan frekwensi : c = .f c = cepat rambat gelombang elektromagnetik (3.108 m/s)  = panjang gelombang (m) f = frekwensi (Hz) Contoh Soal: Sebuah gelombang radio dipancarkan pada frekuensi 150 MHz. Tentukan panjang gelombang yang dipancarkan! Jawab:

Hubungan Frekuensi (f), Panjang Gelombang ( ), dan cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) Contoh Soal: Sebuah gelombang radio dipancarkan pada frekuensi 150 MHz. Tentukan panjang gelombang yang dipancarkan! Jawab:

Spektrum Gelombang Elektromagnetik Gelombang Radio dan TV Gelombang Mikro Sinar Inframerah Cahaya Tampak Sinar Ultraviolet Sinar – X Sinar Gamma

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang tanpa medium Merupakan gelombang transversal Tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik Dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi), pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi) Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersamaan, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan berbanding lurus 

Spektrum Gelombang Elektromagnetik Urutan spektrum gelombang electromagnetik berdasar kenaikan frekuensi atau penurunan panjang gelombang: Gelombang radio, jangkauan frekuensi cukup luas, memiliki 2 jenis modulasi, yaitu AM (jangkauan luas) dan FM (jangkauan sempit). Gelombang mikro, digunakan untuk alat-alat elektronik, alat komunikasi, alat memasak (oven) dan radar. Sinar inframerah, dihasilkan oleh molekul dan benda panas, digunakan di bidang industri, medis, dan astronomi (pemotretan bumi dari satelit).

Spektrum Gelombang Elektromagnetik Sinar tampak (cahaya), adalah sinar yang dapat membantu penglihatan kita. Perbedaan frekuensi cahaya menimbulkan spektrum warna cahaya Sinar ultraviolet, dihasilkan dalam atom-atom dan molekul-molekul dalam loncatan listrik. Matahari adalah sumber utama sinar ini. Dibidang industri digunakan untuk proses sterilisasi.

Spektrum Gelombang Elektromagnetik Sinar X, disebut juga sinar Rontgen, sesuai nama pene - munya. Sinar ini dihasilkan akibat tumbukan elektron berkecepatan tinggi di pemukaan logam. Di bidang kedokteran digunakan untuk diagnosa dan terapi medis, sedangkan di bidang industri, sinar x digunakan untuk analisis struktur bahan. Sinar gamma, merupakan gelombang elektromagne -tik dengan panjang gelombang terpendek dan frekuensi tertinggi, dihasilkan dari inti atom yang tidak stabil ataupun sinar kosmis. Daya tembus sangat besar, mampu menembus pelat timbal.

Gelombang Radio

Gelombang Radio 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). 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.

Gelombang Mikro

Gelombang Mikro Frekuensi gelombang mikro 3 GHz ≤ f ≤ 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 sehingga dapat mematangkan makanan di dalamnya secara merata dan dalam waktu singkat (cepat).

Gelombang Mikro Dalam suatu sistem radar, gelombang mikro dipancar -kan 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.

Sinar Infra Merah

Sinar Infra merah Bagaimana remote TV dapat digunakan untuk memati-kan atau menyalakan TV ? Di sini remote menggunakan pemancar dan penerima sinar inframerah. Sinar inframerah (infrared/IR) termasuk dalam gelombang elektromagnetik dan berada dalam rentang frekuensi 300 GHz ≤ frekuensi ≤ 40.000 GHz Sinar inframerah dihasilkan oleh proses di dalam molekul dan benda panas.

Sinar Infra merah 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.

Cahaya Tampak

Warna-warna cahaya tampak Sinar putih dilewatkan pada prisma

RADAR dapat mendeteksi adanya benda

Cahaya 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. Sinar tampak : 40.000 ≤ frekuensi ≤80.000 GHz (10 exp.13) atau bersesuaian dengan panjang gelombang antara 380 dan 780 nm (10 exp. -9). Pembahasan tentang cahaya begitu luas dan memben -tuk satu disiplin ilmu fisika tersendiri, yaitu optik.

Cahaya Tampak Spektrum optik (cahaya atau spektrum terlihat) adalah bagian dari spektrum elektromagnetik yang terlihat bagi mata manusia. Tidak ada batasan yang tepat dari spektrum optik; mata normal manusia akan dapat menerima panjang gelombang dari 400 nm sampai 700 nm meskipun beberapa orang dapat menerima panjang gelombang dari 380 sampai 780 nm. Sebuah mata yang telah beradatasi-cahaya biasanya memiliki sensitivitas maksimum di sekitar 555 nm, di wilayah kuning dari spektrum optik.

Sinar Ultra Violet (UV)

Sinar Ultraviolet Rentang frekuensi sinar ultraviolet (ultraungu) 80.000 GHz ≤ frekuensi ≤ puluhan juta GHz (10^17). Sinar ultra violet atau disebut juga sinar ultra ungu datang dari matahari berupa radiasi ultra violet 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. .

Sinar Ultraviolet Lapisan ionosfer yang terisi atom-atom bermuatan listrik ini dapat memantulkan gelombang elektromagnetik frekuensi rendah (berada dalam spektrum frekuensi gelombang radio medium) dan dimanfaatkan dalam transmisi radio. Sinar UV mempunyai energi cukup kuat dan sifatnya yang dapat mengionisasi bahan, sinar UV tergolong sebagai radiasi yang berbahaya bagi manusia (terutama jika terpancar dalam intensitas yang besar). Untungnya, atmosfer bumi memiliki lapisan ozon yang dapat menahan dan menyerap radiasi ultraviolet dari matahari sehingga sinar matahari yang sampai ke bumi berada dalam taraf yang tidak berbahaya..

Sinar Ultraviolet Beberapa hewan, termasuk burung, reptil, dan serangga seperti lebah dapat melihat hingga mencapai "hampir UV". Banyak buah-buahan, bunga dan benih terlihat lebih jelas di latar belakang dalam panjang gelombang UV dibandingkan dengan penglihatan warna manusia.

Sinar – X

Sebuah foto sinar-X (radiograf) diambil oleh Rontgen

Sinar - X Sinar-X  300 juta (10 ^17) GHz ≤ frekuensi ≤ 50 miliar (10 ^ 19) GHz. 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.

Sinar - X 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.

Sinar Gamma

Sinar Gamma Sinar Gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi (dan karenanya juga energi) yang paling besar. Sinar Gamma memiliki rentang frekuensi : 10^18 Hz ≤ frekuensi ≤ 10^22 Hz. Sinar Gamma dihasilkan melalui proses di dalam inti atom (nuklir).

Radio Wave Frequencies

Keterangan : γ = Gamma rays HX = Hard X-rays SX = Soft X-Rays EUV = Extreme ultraviolet NUV = Near ultraviolet Visible light NIR = Near infrared MIR = Moderate infrared FIR = Far infrared Radio waves: EHF = Extremely high frequency (Microwaves) SHF = Super high frequency (Microwaves) UHF = Ultrahigh frequency VHF = Very high frequency HF = High frequency MF = Medium frequency LF = Low frequency VLF = Very low frequency VF = Voice frequency ELF = Extremely low frequency

Frequency Bands

Spektrum & Bandwidth Spektrum Rentang frekuensi yg termuat dlm sinyal Bandwidth absolut Lebar dari spektrum Effective bandwidth Kadang-kadang hanya bandwidth Pita sempit dari frekuensi-frekuensi berisi energi yg utama Komponen DC Komponen dari frekuensi nol

Selamat Belajar