Senin, 03 September 2012

gelombang elektromagnetik



GELOMBANG  ELEKTROMAGNETIK 
 
Spektrum elektromagnetik adalah tentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan (lihat juga tabel dan awalan SI):
  • Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz
  • Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1μeV/GHz
  • Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 μeVm
Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (λ ≥ 0,5 mm). Istilah "spektrum optik" juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 - 700 nm).
EM Spectrum Properties id.svg


1.    Terjadinya Gelombang Elektromagnetik

Faraday menyatakan bahwa perubahan medan magnetik menyebabkan muatan listrik mengalir dalam loop kawat atau ekuivalen dengan bangkitnya medan listrik. Maxwell mengusulkan proses kebalikan bahwa suatu perubahan medan listrik akan membangkitkan medan magnetik.
Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah:
1.    Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.
2.    Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε) dan permeabilitas (µ) zat.
Jika perubahan medan magnetiknya sinusoida maka dibangkitkan medan listrik yang juga berubah secara sinusoida. Selanjutnya perubahan medan listrik secara sinusoida ini membangkitkan medan magnetik yang berubah secara sinusoida. Demikian seterusnya terjadi proses berantai pembentukan medan listrik dan medan magnetik yang merambat kesegala arah. Merambatnya medan listrik dan medan magnetik ke segala arah inilah yang disebut gelombang elektromagnetik.

Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat lewat ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Cahaya tampak adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich Hertz.
Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Waktu kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Planck E = hν, di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta Planck — 6.626 × 10 −34 J•s — dan ν adalah frekuensi gelombang. Einstein kemudian memperbarui rumus ini menjadi Ephoton = hν.

2.    Bentuk  Gelombang  Elektromagnetik.
Gambar dibawah menunjukkan perubahan medan listrik E dan perubahan medan magnetik B yang menghasilkan gelombang elektromagnetik.
                


3.    Perhitungan Cepat Rambat Gelombang Eletromagnetik

     Persamaan yang barhasilkan diturunkan  maxwell untuk menghitung cepat rambat gelombang elektromagnetik dalam vakum c adalah :

Dengan :    c = cepat rambat gelombang elektromagnetik (m/s)
µ0 = permeabilitas vakum = 4π x 10-7 Wb A-1 m-1
ε0  = permitivitas vakum = 8,85418 x 10-12 C2 N-1 m-2
Jika nilai µ0 dan ε0 dimasukkan ke rumus di atas maka dihasilkan nilai c = 3 x 108  m/s.


4.    Persaman dasar gelombang
Rumus kecepatan cahaya :
v = λf
Dimana λ adalah panjang gelombang, f adalah frekuensi, v adalah kecepatan cahaya.
Kalau cahaya bergerak di dalam vakum, jadi v = c, c = kecepatan cahaya jadi :
c = λf
5.    Sumber gelombang elektromagnetik
  1.    Osilasi listrik.
  2.    Sinar matahari menghasilkan sinar infra merah.
  3.    Lampu merkuri menghasilkan ultra violet.
  4.    Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen).
  5.    Inti atom yang tidak stabil menghasilkan sinar gamma.
6.    Sifat-sifat gelombang elektromagnetik.
  1.    Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan.
  2.    Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.
  3.    Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal.
  4.    Gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan , interferensi dan difraksi. Juga dapat mengalami polarisasi karena termasuk gelombang transversal.
  5.    Besar medan listrik dan medan magnetik berbanding lurus satu sama lain.
  6.    Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya  bergantung  pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.
  7.    Tidak disimpangkan dalam medan  listrik maupun medan magnetik karena gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan listrik.

7.    Spektrum gelombang elektromagnetik
Spektrum elektromagnetik dibagi dalam berbagai klasifikasi antara lain : Low Frekuensi (LF), Medium Frekuensi (MF), High Frekuensi (HF), Very High Frekuensi (VHF), Ultra High Frekuensi (UHF), Super High Frekuensi (SHF), EHF, THF. Dimana untuk frekuensi dari 10 Khz – 10 Ghz merupakan batas yangdapat dilewati oleh gelombang radio, microwave, infra red ,dan ultraviolet. kemajuan teknologi telah mewujudkan beberapa media rangkaian yang melakukan proses transmisi data tanpa menggunakan wire atau lebih dikenal "wireless trasnmission". media tersebut adalah Spektrum Elektromagnetik (Electromagnetic Spectrum), Pemindahan Radio (Radio Transmission), Pemindahan Gelombang Mikro (Microwave Transmission), Pemindahan Gelombang Ringan (Lightwave Transmission) dan Gelombang Infra Merah serta Milimeter (Infrared and Milimeter Waves).Setelah melebihi batas tersebut hanya dapat dilewati oleh sinar-x dan sinar gamma, seperti yang tampak pada gambar di bawah ini :





 Media Spektrum Elektromagnetik merupakan teknologi media menggunakan teori pergerakan elektron . Gelombang elektrognetik dapat merambat dalam udara bebas, atmosfere bumi dan ruang hampa udara. Dengan memasang sebuah antena yang sesuai pada litar elektrik, gelombang elektromagnetik disebarkan dan dapat diterima pada jarak tertentu. Melalui teknologi terkini, bit-bit data ditransmisikan melalui gelombang elektromagnetik berdasar frekuensi yang digunakan. Semakin kecil lebar frekuensi yang digunakan maka proses pemindahan data dapat dilakukan dengan lebih baik

  Pemindahan data melalui gelombang radio sering digunakan. Di samping itu, penyebaran media dalam bangunan akan lebih mudah dilakukan dengan menggunakan gelombang radio. Kelebihan penggunaan gelombang radio terletak kepada kemapmpuannya melalui jarak yang sangat jauh. Gelombang radio disebar dan diterima tanpa menetapkan lokasi penyebaran atau penerimaan. Dengan itu, penyaluran data dapat dilakukan pada lokasi manapun.

  Salah satu media wireless yang efektif ialah Gelombang Mikro yang kini digunakan secara luas dalam sistem komunikasi telepon jarak jauh, telepon selular, saluran televisi dan banyak lagi. Proses pemasangan media hanya memerlukan suatu kawasan untuk mendirikan sebuah bangunan sebagai pusat pemancar gelombang mikro. Dari pusat pemancar ini, gelombang akan disalurkan kepada pengguna yang berada di sekitar perluasan media. Penggunaan media ini juga tidak memerlukan biaya yang banyak.
Pemindahan Gelombang lightwave lebih mudah dipasang daripada media pemindahan gelombang mikro. Media pemindahan gelombang rlightwave menawarkan skema jalur asas (bandwidth) yang lebih tinggi dan biaya adalah lebih mahal. Melalui pemindahan gelombang lightwave, pemindahan data akan sangat baik ketika cuaca cerah

  Selain daripada media-media yang telah dijelaskan di atas, satu lagi media wireless yangsering digunakan ialah Gelombang Infra Merah dan Milimeter. Gelombang Infra Merah dan Milimeter digunakan sebagai saluran komunikasi jarak dekat seperti penggunaan alat jarak jauh (remote control) bagi televisi, radio dan sebagainya. Kemudahan media gelombang infra merah dan milimeter ini seing digunakan dalam sebuah local area network (LAN). Dengan pemasangan pemancar dan penerima gelombang infra merah penyambungan komputer dalam sebuah LAN dilakukan tanpa menyambung secara fisik terhadap komputer-komputer. penggunatidak memerlukan 'plug in' untuk pelaksanaan. Kelebihan media gelombang jenis ini adalah mudah untuk dipasang dan harganya yang rendah










Frekuensi seperti di atas termasuk bagian dari spektrum di bawah ini :
Nama band
Singkatan
Band
Frekuensi
Panjang gelombang



< 3 Hz
> 100,000 km
ELF
1
3–30 Hz
100,000 km – 10,000 km
SLF
2
30–300 Hz
10,000 km – 1000 km
ULF
3
300–3000 Hz
1000 km – 100 km
VLF
4
3–30 kHz
100 km – 10 km
LF
5
30–300 kHz
10 km – 1 km
MF
6
300–3000 kHz
1 km – 100 m
HF
7
3–30 MHz
100 m – 10 m
VHF
8
30–300 MHz
10 m – 1 m
UHF
9
300–3000 MHz
1 m – 100 mm
SHF
10
3–30 GHz
100 mm – 10 mm
EHF
11
30–300 GHz
10 mm – 1 mm



Di atas 300 GHz
< 1 mm

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).

a.    Gelombang Radio
Radio energi adalah bentuk level energi elektromagnetik terendah, dengan kisaran panjang gelombang dari ribuan kilometer sampai kurang dari satu meter. Penggunaan paling banyak adalah komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Radar berguna untuk mempelajari pola cuaca, badai, membuat peta 3D permukaan bumi, mengukur curah hujan, pergerakan es di daerah kutub dan memonitor lingkungan. Panjang gelombang radar berkisar antara 0.8 – 100 cm.

Berdasarkan lebar frekuensinya, gelombang radio di bagi menjadi lima kelompok, yaitu :

Lebar frekuensi
Panjang gelombang tertentu
Beberapa penggunaan
Low LF
30 kHz – 300 kHz
Long wave
1500 m
Radio gelombang panjang dan komunikasi melalui jarak jauh
Medium (MF)
300 kHz – 30 MHz
Medium wave
300 m
Gelombang medium lokal dan radio  jarak jauh
High (HF)
3 MHZ – 30 MHz
Short wave
30 m
Radio gelombang pendek dan komunikasi, radio amatir dan CB
Very high (VHF)
30 MHZ – 300 MHz
Very short wave
30 cm
Radio FM, polisi, dan pelayanan darurat
Ultrahigh (UHF)
300 MHz – 3 GHz
Ultra short wave
30 cm
TV (jalur 4, 5)
Super high (SHF)
Di atas 3 GHz
Microwaves
3 cm
Radar, komunikasi satelit, telepon, dan saluran TV

Media Transmisi Non Fisik Terestrial adalah media transmisi dalam bentuk gelombang radio yang perambatannya tidak jauh atau seolah-olah sejajar dengan bumi (tidak termasuk transmisi satelit)
Pemakaian gelombang radio sebagai media transmisi biasanya ditentukan berdasarkan frekuensi/panjang gelombang
Frekuensi adalah banyaknya getaran yang melewati titik tertentu dalam suatu interval waktu yang berlainan
Satuan frekuensi disebut : Hertz sesuai penemu gelombang elektromagnetik : Heinrich Hertz ( Jerman)

Jenis Frekuensi :
Middle Frekuensi (MF) : 300 – 3.000 KHz
High Frekuensi (HF) : 3 – 30 MHz
Very High Frekeunsi (VHF) : 30 - 300 MHz
Ultra High Frekuensi (UHF) : 300 – 3.000 MHz
Super High Frekuensi (SFH) : 3 – 30 GHz
Extremely High Frekuensi (EHF) : 30 – 300 GHz
Besaran masing-masing jenis frekeunsi radio disebut Spektrum Frekuensi Radio
MF (Middle Frekuensi) disebut dengan radio dengan panjang gelombang sedang. Banyak digunakan dalam radio siaran swasta niaga
HF (High Frekuensi) disebut sistem radio gelombang pendek, yang banyak dipakai untuk hubungan ke tempat yang jauh/ terpencil.
VHF dan UHF disebut sistem gelombang sangat pendek, banyak digunakan untuk kepentingan hubungan jarak dekat.
SHF dan EHF disebut dengan sistem gelombang mikro. Di Indonesia dipakai oleh Telkom untuk tererstrial dan satelit
Sistem Transmisi Radio HF
Gelombang Radio HF biasanya digunakan untuk hubungan jarak jauh misalnya hubungan antar pulau. Dengan sistem ini satu saluraan dapat digunakan untuk 4 percakapan sekaligus tanpa saling mengganggu.
Gelombang radio HF merambat melalui udara dan kemudian dipantulkan kembali ke bumi melalui lapisan ionosfer. Jarak dua terminal bisa mencapai lebih dari 1500 Km untuk satu hop.
Sistem ini daya jangkauannya sangat jauh tetapi membutuhkan daya pancar yang kuat sehingga dibutuhkan sumberdaya listrik yang banyak. Oleh karena itu biasanya tidak beroperasi 24 jam
Sistem Radio Transmisi VHF/UHF
Sistem VHF bekerja pada frekuensi 30 – 300 MHz, dan untuk UHF dengan frekuensi 300 – 3000 MHz.
Sistem VHF ini berhubungan dengan cara line of sight (saling bercermin), artinya kedua tempat dimaksud harus saling melihat sesamanya tanpa ada penghalang.
Sistem UHF mempunyai kapasitas salur yang lebih besar dibanding VHF. Di negara kita sistem ini dipakai untuk menghubungkan Surabaya dengan Banjarmasin melalui jalur tropocaster. Disebut tropocaster karena pancaran gelombangnya dipancarkan oleh saluran troposfer (atmosfer terbawah bumi kita).
Sistem Radio Transmisi SHF
Sistem ini biasa disebut juga sistem Gelombang Mikro (Microwave). Disebut gelombang mikro karena menggunakan panjang gelombang yang sangat pendek. Sistem ini hanya menjangkau 50 – 70 Km, sehingga diperlukan repeater-repeater untuk menghubungkannya.
Contoh : Terminal Gelombang Mikro Jakarta - Medan dengan jarak 2.300 Km memerlukan repeater sebanyak 56 buah.
Di Indonesia dikenal memiliki Sistem Gelombang Mikro Nusantara, yang meliputi :
Gelombang Mikro Trans Sumatera
Gelombang Mikro Jawa – Bali
Gelombang Mikro Indonesia bagian Timur
Kelebihan dan Kekurangan
Gelombang Radio HF
Kelebihan
Dapat menjangkau jarak yang kauh
Dapat melewati laut, gurun, tandus, hutan belantara,
Dapat melintasi daerah rawan
Kapasitas lebih besar dibanding saluran fisik
Kekurangan
Tidak dapat beroperasi selama 24 jam
Mudah terganggu oleh keadaan cuaca
Kualitas percakapan kurang bisa diandalkan
Kapasitas Kecil
Gelombang Mikro
Kelebihan
Kemampuan salur yang besar dibanding HF
Keandalan Tinggi tidak terpengaruh oleh cuaca
Memungkinkan disalurkannya percakapan SLJJ
Fleksibilitas Tinggi
Repeater dapat dikendalikan tidak perlu dijaga oleh tenaga teknis
Kekurangan
Jarak jangkau lebih pendek dibanding HF
Membutuhkan saluran repeater yang banyak
Lokasi repeater sering terpencil dan sukar dicapai
Membutuhkan penelitian site yang tepat lama dan sukar
Perambatan gelombangnya mudah terpengaruh oleh gunung
Ada 2 macam cara membawa gelombang bunyi:
1. Modulasi Amplitudo (AM)
Amplitudo gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang bunyi dengan frekuensi tetap.
2. Modulasi Frekuensi (FM)
Frekuensi gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang bunyi dengan amplitudo tetap.
Sistem FM lebih unggul daripada AM karena FM dapat mengurangi desau akibat kelistrikan diudara, walaupun jangkauannya terbatas sekali.

 Gelombang mikroÿ
Gelombang mikro (microwave) adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu diatas 3 GHz (3x109 Hz).
Panjang gelombang radiasi microwave berkisar antara 0.3 – 300 cm. Penggunaannya terutama dalam bidang komunikasi dan pengiriman informasi melalui ruang terbuka, memasak, dan sistem PJ aktif. Pada sistem PJ aktif, pulsa microwave ditembakkan kepada sebuah target dan refleksinya diukur untuk mempelajari karakteristik target. Sebagai contoh aplikasi adalah Tropical Rainfall Measuring Mission’s (TRMM) Microwave Imager (TMI), yang mengukur radiasi microwave yang dipancarkan dari Spektrum elektromagnetik Energi elektromagnetik atmosfer bumi untuk mengukur penguapan, kandungan air di awan dan intensitas hujan.
Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, akan muncul efek pemanasan pada benda tersebut. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, makanan menjadi panas dan masak dalam waktu singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam oven microwave.
Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada RADAR (Radio Detection and Ranging). RADAR digunakan untuk mencari dan menentukan jejak suatu benda dengan gelombang mikro dengan frekuensi sekitar 1010 Hz.
b. Sinar Inframerah.
Inframerah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang. Radiasi inframerah memiliki jangkauan tiga "order" dan memiliki panjang gelombang antara 700 nm dan 1 mm.

Sinar inframerah memiliki rentang frekuensi 1011-1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm – 10-1 cm. Sinar ini dibangkitkan oleh getaran elektron dalam molekul karena benda dipanaskan. Pemanfaatan antara lain : terapi fisik (physical therapy), fotografi inframerah untuk keperluan pemetaan sumber alam dan diagnosa penyakit.

Radiasi infrared (IR) bisa dipancarkan dari sebuah obyek ataupun dipantulkan dari sebuah permukaan. Pancaran infrared dideteksi sebagai energi panas dan disebut thermal infrared. Energi yang dipantulkan hampir sama dengan energi sinar nampak dan disebut dengan reflected IR atau near IR karena posisinya pada spektrum elektromagnetik berada di dekat sinar nampak. Panjang gelombang radiasi infrared berkisar antara 0.7 – 300 _m, dengan spesifikasi: near IR atau reflected IR: 0.7 – 3 _m, dan thermal IR: 3 –15 _m Untuk aplikasi PJ untuk lingkungan hidup menggunakan citra Landsat, Reflected IR pada band 4 (near IR), band 5,7 (Mid IR) dan thermal IR pada band 6, merupakan karakteristik utama untuk interpretasi citra. Sebagai contoh, gambar berikut menunjukkan suhu permukaan laut global (dengan thermal IR) dan sebaran vegetasi (dengan near IR).

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar