Tahukah Anda apa itu sinar-x
sebenarnya?
Profesor Daniel Mittleman dari Fakultas Teknik Elektrik dan Komputer Rice University memberi penjelasan detailnya. Sinar-x merupakan bentuk radiasi elektromagnetik, seperti cahaya, radiasi inframerah, gelombang mikro, dan gelombang radio
Profesor Daniel Mittleman dari Fakultas Teknik Elektrik dan Komputer Rice University memberi penjelasan detailnya. Sinar-x merupakan bentuk radiasi elektromagnetik, seperti cahaya, radiasi inframerah, gelombang mikro, dan gelombang radio
.
Namun dibanding jenis radiasi tersebut, sinar-x lebih enerjik. Foton sinar-x seribu kali lebih enerjik dibanding foton cahaya tampak. Wilhelm Roetngent pertama kali menggambarkan sinar-x di 1895 dalam pencapaian yang membuatnya memperoleh Hadiah Nobel pertama dalam bidang Fisika.
Selama Perang Dunia I, sinar-x digunakan untuk keperluan medis. Kebanyakan sinar-x di semesta muncul ketika atom kembali ke kondisi konfigurasinya. Misalnya, jika elektron diambil dari inti atom, atom akan memancarkan foton sinar-x sebagai kesetimbangan.
Sumber umum lain sinar-x adalah, proses bremsstrahlung atau ‘radiasi rem’. Sinar-x memancar ketika cahaya enerjik elektron dengan cepat melambat. Dalam mesin medis, cahaya elektron enerjik difokuskan pada satu target yang biasanya berupa potongan tungsten.
Ketika elektron melambat, sinar-x bremsstrahlung tercipta. Perangkat semacam ini memproduksi sinar-x melalui kedua mekanisme tersebut secara terus-menerus.
Terakhir, mesin yang mengakselerasi elektron dalam orbit lingkaran dapat menghasilkan sinar-x. Ketika elektron berputar, elektron ini memancarkan sinar-x kuat.
Sinar ini bisa digunakan untuk banyak keperluan riset ilmiah. Sejumlah mesin ini sudah ada di Amerika Serikat dan seluruh dunia, termasuk Advanced Light Source di California, Advanced Photon Source di Illinois an National Sunchrotron Light Source di New York
Namun dibanding jenis radiasi tersebut, sinar-x lebih enerjik. Foton sinar-x seribu kali lebih enerjik dibanding foton cahaya tampak. Wilhelm Roetngent pertama kali menggambarkan sinar-x di 1895 dalam pencapaian yang membuatnya memperoleh Hadiah Nobel pertama dalam bidang Fisika.
Selama Perang Dunia I, sinar-x digunakan untuk keperluan medis. Kebanyakan sinar-x di semesta muncul ketika atom kembali ke kondisi konfigurasinya. Misalnya, jika elektron diambil dari inti atom, atom akan memancarkan foton sinar-x sebagai kesetimbangan.
Sumber umum lain sinar-x adalah, proses bremsstrahlung atau ‘radiasi rem’. Sinar-x memancar ketika cahaya enerjik elektron dengan cepat melambat. Dalam mesin medis, cahaya elektron enerjik difokuskan pada satu target yang biasanya berupa potongan tungsten.
Ketika elektron melambat, sinar-x bremsstrahlung tercipta. Perangkat semacam ini memproduksi sinar-x melalui kedua mekanisme tersebut secara terus-menerus.
Terakhir, mesin yang mengakselerasi elektron dalam orbit lingkaran dapat menghasilkan sinar-x. Ketika elektron berputar, elektron ini memancarkan sinar-x kuat.
Sinar ini bisa digunakan untuk banyak keperluan riset ilmiah. Sejumlah mesin ini sudah ada di Amerika Serikat dan seluruh dunia, termasuk Advanced Light Source di California, Advanced Photon Source di Illinois an National Sunchrotron Light Source di New York
Sumber : http://asp-aspectaculer.blogspot.com/2012/03/pengertian-sinar-x-dan-penjelasanya.html#ixzz270d0VKpn
SINAR-X
Sinar-X atau sinar
Röntgen adalah salah satu bentuk dari radiasi elektromagnetik dengan panjang
gelombang berkisar antara 10 nanometer ke 100 picometer (mirip dengan frekuensi dalam jangka
30 PHz to 60 EHz). Sinar-X umumnya
digunakan dalam diagnosis gambar medikal dan Kristalografi sinar-X. Sinar-X adalah
bentuk dari radiasi ion dan dapat berbahaya.
Sejarah penemuan sinar-X oleh Wilhelm
Conrad Roentgen pada 8 Nopember 1895 tidak bisa terlepas dari penelitian
sinar katoda. Sinar katoda timbul karena adanya lucutan listrik melalui gas di
dalam tabung bertekanan rendah. Untuk menimbulkan bunga api listrik antara
katoda dan anoda di udara pada tekanan 1 atmosfer (Atm) diperlukan beda
tegangan listrik yang sangat besar, kira-kira 30.000 Volt/cm.
Peristiwa-peristiwa yang terjadi di
dalam sinar katoda diselidiki oleh beberapa peneliti sekitar tahun 1870. Dengan
menggunakan tabung khusus yang disebut tabung Crookes, William Crookes
(1832-1919) memasang rintangan antara katoda dan dinding tabung yang dapat
berpendar di depan katoda itu. Meskipun dari penelitian ini diketahui sinar
katoda merambat lurus, Crookes belum berhasil mengidentifikasi apakah sinar
katoda berupa partikel atau gelombang cahaya.
Penyelidikan yang lain berhasil
mengungkapkan bahwa sinar katoda dibelokkan oleh medan magnet maupun medan
listrik. Dengan bantuan sebidang tabir yang dilapisi sulfida seng yang dapat
mengeluarkan pendar berwarna biru, akan terlihat perjalanan berkas sinar katoda
yang membelok saat didekatkan sebuah magnet batang. Pembelokan ini juga
terlihat bila sinar katoda dilewatkan di antara dua bidang kondensator bermuatan
listrik. Dari penyelidikan ini dapat disimpulkan bahwa sinar katoda terdiri
atas partikel-partikel bermuatan negatif. Inilah penelitian-penelitian awal
yang membekali Roentgen ke arah penemuan sinar-X.
Minat yang besar untuk mendalami
penelitian sinar katoda mendorong Roentgen mempersiapkan fasilitas untuk
penelitian tersebut. Dalam suatu laboratorium yang luas, Roentgen memasang
sebuah kumparan Ruhmkorff yang dilengkapi interuptor sehingga dapat
membangkitkan bunga api listrik sepanjang 10-15 cm. Roentgen juga melengkapi
peralatannya dengan tabung Hittorf-Crookes (tabung pelucutan), beberapa tabung
Lenard, dan sebuah tabung yang baru diterima dari Muller-Unkel. Peralatan lain
berupa pompa vakum Rap untuk menghampakan tabung-tabung tersebut.
Sinar-X diamati pertama kali oleh
Roentgen pada 8 Nopember 1895, pada saat ia sedang bekerja dengan tabung
Crookes di laboratoriumnya di Universitas Wurzburg. Dia mengamati nyala hijau
pada tabung yang sebelumnya menarik perhatian Crookes. Roentgen selanjutnya mencoba
menutup tabung itu dengan kertas hitam agar tidak ada cahaya tampak yang dapat
lewat. Namun, ternyata masih sinar tidak tampak yang lewat.
Saat Roentgen menyalakan sumber listrik
tabung untuk penelitian sinar katoda, ia mendapatkan ada sejenis cahaya berpendar
pada layar yang terbuat dari barium platinosianida. Jika sumber listrik
dipadamkan maka cahaya pendar pun hilang. Roentgen segera menyadari bahwa
sejenis sinar yang tidak kelihatan telah muncul dari dalam tabung sinar katoda.
Karena sebelumnya tidak pernah dikenal maka sinar ini diberi nama sinar-X.
Untuk menghargai jasanya, sinar itu dinamakan juga sinar Roentgen.
Nyala hijau yang terlihat oleh Crookes
dan Roentgen ternyata merupakan gelombang cahaya yang dipancarkan oleh dinding
kaca tabung sewaktu elektron menabrak dinding itu. Pada saat yang bersamaan,
elektron itu merangsang atom pada kaca untuk mengeluarkan gelombang
elektromagnetik yang panjang gelombangnya sangat pendek, dalam bentuk sinar-X. Sejak
saat itu, para ahli fisika mengetahui bahwa sinar-X dapat dihasilkan bila
elektron dengan kecepatan yang sangat tinggi menabrak atom.
Tergiur oleh penemuannya yang tidak
sengaja itu, Roentgen menyisihkan penyelidikan-penyelidikan lain dan memusatkan
perhatiannya pada penyelidikan sinar-X. Dalam mempelajari sinar yang baru
ditemukannya itu, Roentgen mendapatkan bahwa jika bahan yang tidak tembus oleh
cahaya ditempatkan di antara tabung dan layar pendar, maka intensitas
perpendaran pada layar itu berkurang, namun tidak hilang sama sekali. Hal ini menunjukkan
bahwa sinar itu dapat menerobos bahan yang tidak tembus oleh cahaya biasa
(cahaya tampak). Di samping itu, Roentgen juga bisa melihat bayangan tulang
tangannya pada layar yang berpendar dengan cara menempatkan tangannya di antara
tabung sinar katoda dan layar. Ia juga menemukan sinar-X dapat memendarkan
berbagai senyawa kimia lain seperti senyawa calsium, kaca uranium, kalsit,
serta batu garam. Hal lain yang dibuktikannya adalah sinar-X bukan partikel
bermuatan karena berjalan melintasi garis lurus, tidak dibelokkan oleh medan
listrik maupun medan magnet.
Percobaan lainnya yang dilakukan oleh
Roentgen adalah dengan meminta istrinya sendiri menjadi objek percobaan. Dengan
memasang film fotografi di dalam kaset dan menempatkan tangan istrinya di antara
kaset dan tabung sinar katoda, pada film akhirnya tercetak ruas-ruas tulang
telapak tangan Ny. Roentgen yang memakai cincin. Setelah berbagai percobaan
dilakukannya, pada 28 Oktober 1895, ia menyampaikan karya tulis ilmiahnya yang
pertama tentang penemuan sinar-X itu pada perkumpulan fisika kedokteran di
Wurzburg. Gambar tersebut adalah sebagai berikut:
Karya tulis ilmiah yang kedua tentang
penemuan sinar-X diserahkan kepada Komisi Redaksi Perkumpulan Fisika Kedokteran
pada 9 Maret 1896. Sebelumnya, pada 3 Maret 1896, Universitas Wurzburg
mengangkatnya menjadi doktor kehormatan dalam ilmu kedokteran, meskipun pada
waktu itu belum banyak orang yang menaruh harapan terhadap aplikasi praktis
sinar-X dalam bidang kedokteran. Pada Nopember 1896, Roentgen mempresentasikan
hasil penemuannya itu di depan perkumpulan fisika kedokteran Universitas
Wurzburg.
Sifat gelombang sinar-x mula-mula
ditegakkan oleh Barkla pada tahun 1906 yang menunjukkan polarisasinya.
Pengaturan eksperimen Barkla disketsa dalam gambar sebagai berikut:
MEMBANGKITKAN GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
Cepat Rambat Elektromagnetik
Fisikawan teori dari Skotlandia, James Clerk Maxwell mempelajari perubahan medan listrik dan medan magnet untuk menyatakan hubungan antara keduanya dalam persamaan matematis. Dari telaah teori tersebut, makwell menyimpulkan beberapa hal seperti berikut:
Medan listrik memancar dari muatan listrik.
Kutub-kutub magnet tidak ada yang terpisah.
Medan listrik dihasilkan oleh perubahan medan magnet.
Medan-medan agnet melingkar dihasilkan oleh perubahan-perubahan medan listrik dan arus-arus listrik.
Berdasarkan kerikulum tersebut, Maxwell mencoba menghitung cepat rambat gelombang elektromagnetik. Ia menemukan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik bernilai
c = √μoεo
Dengan: c adalah cepat rambat gelombang-gelombang elektromagnetik (m/s),
μo adalah permeabilitas vakum 4π x 10-7 Wb/(A.m)
εo adalah permitifitas vakum 8,85 x 10 -12 C2/(N.m2).
Apabila nilai μo dan εo kita masukkan kepersamaan (8-1), kita peroleh nilai c=2,99 * m/s. Nilai c sama dengan cepat rambat cahaya. Dengan berbekal analisis marematikanya, Makwell dengan penuh keyakinan menyatakan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.
Untuk membuktikan hipotesis Makwell tersebut, Heinrich Rudolph Hertz, seorang professor di politeknik Karlsruhe, Jerman, mencoba membangkitkan dan mendeteksi gelombang elektromagnetik dengan eksperimen.
Eksperimen Hertz
Peralatan eksperimen Hertz menggunakan kumparan induksi terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder. Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan. Kumparan sekunder dihubungkan dengan elektroda yang berjarak sangat dekat yang memungkinkan terjadinya percikan listrik. Hertz berasumsi bahwa jika hipotesis Makwell benar, berarti aka nada gelombang elektromagnetik yang merambat tiap kali terjadi percikan listrik. Untuk mendeteksi adanya gelombang ini, Hertz menggunakan loop kawat yang ujungnya diberi celah sangat sempit yang memungkinkan terjadinya percikan listrik.
Kedua elektroda yang dihubungkan dengan kumparan induksi merupakan perangkan pengirim gelombang (analogi dengan rangkaian LC). Sedangkan rangkaian tertutup (loop) ditekat elektroda bola tersebut merupakan rangkaian pendeteksinya.
Saat kumparan induksi diberi tegangan, kumparan akan memberikan muatan positif pada salah satu elektroda dan dan muatan negatif pada elektroda yang lain. Saat beda potensial antar kedua elektroda mencapai nilai tertentu, di celah antara kedua elektroda akan terjadi percikan api. Udara diantar elektroda terionisasi sehingga mudah menghantarkan muatan listrik. Terjadinya pelepasan atau lucutan muatan (discharge) akan membangkitkan getaran.
Besar induktansi kumparan dan kapasitasnya kapasitor cukup kecil. Untuk rangkaian LC pada peralatan Hertz, frekuensi getaran yang dihasilkan sangat tinggi mendekati 100 MHz. Dengan percobaannya ini Hertz telah mendemonstrasikan bahwa getaran arus induksi dalam loop kawat penerima dihasilkan oleh gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh loop pengirim.
Dalam percobaannya, Hertz juga berhasil mengukur cepat rambat gelombang elektromagnetik yang sesuai dengan nilai yang diperoleh oleh Makwell. Dengan demikian, hasil percobaan Hertz mendukung sepenuhynya hipotesis Makwell tentang gelombang elektromagnetik.
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gelombang Radio
Gelombang radio mengirimkan suara music atau percakapan gambar, dan data tanpa terlihat mata manusia dalam jarak yang mungkin mencapai jutaan kilometer. Hal ini terjadi tiap hari dalam berbagai cara. Meskipun tak terlihat dan tak terdeteksi oleh manusia, gelopmbang radio benar-benar telah mengubah cara hidup masyarakat. Jika kita berbicara tentang teknologi wireless (nirkabel), semuanya menggunakan gelombang radio untuk media komunikasi. Gelombang radio dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer diatmonfer bumi sehingga memungkinkannya ditransmisikan dalam jarak jauh.
Beberapa penggunaan gelombang radio yang lain, misalnya telepon nirkabel (cordless phone), jaringan nirkabel, mainan dengan radio kontrol, telopon seluler, GPS (Gelombang Positioning Syistem), dan walkie talkie.
Dalam system pentiaran radio (radio broadcasting), gelombang radio digunakan untuk membawa sinyal suara (audio) dari stasiun pemancar radio ke pesawat penerima radio. System penelaan (tuning) pada pesawat radio di rumah-rumah penduduk akanmenyeleksi gelombang radio dari pemancar radio berdasarkan frekuensinya. Setelah gelombang radio dengan frekuensi tertentu dipilih, system rangkaian elektronik pada pesawat penerima radio akan mengambil sinyal audio yang dibawa oleh gelombang radio tersebut akan mengirimkannya ke sisem output sebagai suara pada speaker pesawat penerima radio tersebut.
Distasiun permancar radio, gelombang radio dihasilkan oleh muatan-miatan listrik yang dipercepat melalui kayat penghantar. Muatan listrik dibangkitkan oleh isolator. Sebelum dipancarkan melalui antena pemancar, gelombang radio terlebih dulu dimodulasikan (dipaketkan) dengan sinyal audio. Gelombang radio yang membawa sinyal audio ini yang akan ditransmisikan melalui antenna pemancar. Dalam hal ini gelombang radio berfunfsi sebagai gelombang pembawa (carrier wave) yang membawa sinyal audio.
Ada dua cara modulasi gelombang radio yaitu modulasi amplitude (amplitude modulation =AM) dan modulasi frekuensi (frequency modulation =FM). Dengan system AM, gelombang audio dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan amplitudo. Sedangkan dalam FM, siya audio dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan frekuensi. Perhatikan ilustrasi pada gambar 8.7
Penggunaan pemancar AM memiliki keuntungan yaitu dapat menjangkau seluruh tempat dimuka bumi karana gelombangnya dapat dipantulkan kembali kepermukaan bumi oleh laisan ionosfir , cukup baik sebagai pembawa informasi /berita. Sedangkan kerugianya adalah sinyalnya udah terganggu oleh dejala listrik dilapisan iomosfir. (misalnya ada petir dan hujan). Gangguan listrik tersebut menimbulkan drau pada suara yang diterima. Gelombang radio AM memiliki jangkauwan frekuensi sekitar 104 hingga 109 Hz
Penggunaan pemancar FM juga memiliki keuntungan, yaitu dapat digunakan untuk komunikasi antarsatelit karana gelombangnya mampu menembus lapisan ionosfir , suaranya jernih cocok ntuk meyiarkan music. Sedangkan kelemahanya adalah sulitnya menjangkau tempat yang jauh, kelemahan ini diatsi dengan penggunaan stasiun relai (penghubung).
Gelombang Mikro
Gelombang mikro merupakan gelombang radio dengan prekuensi palingtinggi sekitar 3 GHz. Gelombang mikro ini dimanfaatkan pada pesawat RADAR
(radio detection and ranging). Radar digunakan untuk mendeteksi adanya objek tertentu. Pesawar RADAR ini banyak digunakan membantu keamaan pendaratan pesawat terbang Komersial maupun untuk kepentingan militel.
Pesawat RADAR mempunyai antenna yang berfungsi sebagai pemancar dan penerima gelombang. Antenna ini terus berputar sambil memancarkan gelombang mikro. Gelombang mikro yangmengenai objek akan dipantulkan kembali dan ditangkap system antenna RADAR. Sistem RADAR biasanya dilengkapi dengan layar untuk menunjukkan lokaso objek yang terdeteksi secara visual
(gambar 8.8b) jika selang waktu antara pengiriman pulsa kesasaran / target dan diterimanya pulsa pantulan adalah ∆t arak sasaran kepusat RADAR adala maka :
s= (c x ∆t)/2
Sinar Intra Merah
Sinar intramerah ditemukan oleh William Herschel pada tahun 1800. Sinar ini memiliki jangkauan frekuensi antara 1011 Hz hingga 1014 Hz. Getaran electron-elektron dalam atom dapat memancarkan gelombang elektromagnetik pada frekuensi khas dalam daerah inframerah. Salah satu penggunaan popular dari radiasi inframerah pada saat ini adalah remote control untuk peralatan elektronik seperti TV, AC, dan VCD. Unit remote control berkomunikasi dengan peralatan elektronik melalui radiasi yang dihasilkan oleh dioda pancar cahaya (LED)
Sinar intramerah juga digunakan pada kamera untuk menangkap gambar dalam lingkungan yang gelap. Peralatan tersebut bisa digunakan untuk kepentingan militer. Dewasa ini kamera inframerah juga digunakan dalam pembuatan film ataupun program intertainment di televisi. Leser inframerah juga digunakan dalam system barcode, baik dibidang perdagangan maupun database kesehatan.
Cahaya Tampak
Cahaya tampak merupakan bentuk radiasi elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya tampak bervariasi tergantung pada warnanya, mulai dari panjang gelombang kira-kira 440 nm (cahaya ungu) hingga 700 nm (cahaya merah). Cahaya tampak digunakan dalam system komunikasi menggunakan serat optic sebagai pembawa sinyal komunikasi yang dipandu leser.
Sinar ultraviolet
Sinar ultraviolet merupakan elekromagnetik dengan rentang frekuensi antara 1015 Hz hingga1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombang 10-8sampai 10-7 Sinar ultraviolet dapat dihasilkan oleh atom dan molekul dalm nyala listrik.
Sinar matahari juga merupakan sumber sinar ultraviolet y6ang merangsang badan kita menghasilkan vitamin D yang kita perlukan untuk kesehatan tulang. Akan tetapi , jika anda terlalu dering terkena paparan sinar ultraviolet, kulit anda akan hitam terbakar dan bisa juga terkena kanker kulit.
Sinar ulotraviolet memiliki energi kimia yang dapat memandarkan bahan kimia seperti barium-platina-sianida. Karakteristik ini dimanfaatkan untuk berbagai hal, seperti misalnya didunian perbankan. Saat anda mengambil uang di bank, teller bank akan menyinari buku tabungan anda untuk memastikan kesamaan tangan anda di slip penarikan dengan tanda tangan di buku tabungan anda.Sinar ultraviolet juga dapat digunakan untuk memeriksa keaslian uang kertas.
Sinar- X
Sinar-x berada di rentang frekuensi antar 10-16 Hz hingga 1020Hz atau daerah panjang gelombang antara 10-15 cm hingga10-16 cm. karena gelombangnya pendek, sinar-x dihasilkan oleh electron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit atom. Di samping itu\, sinar-x juga dapat dihasilkan saat elektron berkecepataan tinggi menumbuk logam.
Sinar-x ini benyak digunakan dalam bidang ke dokteran untuk memotret kedudukan tulang atau organ dalam tubuh manusia . menkipun besar menfaatya, penggunaan sinar-x harus memperhatikan prosedur keadaan pasien. Karana daya tembusnya cukup besar, jaringan tubuh manusia dapat rusak terkena paparan sinar-x terlalu lama. Oleh karana itu, pemancaran sinar-x pada pasien diusahakan sesingkat mungkin.
Sinar Gamma
Sinar gamma di temukan pertama kali oleh Ernest Rutherford sinar gamma memiliki rentang frekuensi antara 1020 Hz hingga 1025 Hz atau gelombang antara antara 10-15 cm hingga 10-10 cm. Di antara anggota spektrunm elektromagnetik, sinar gamma dihasilkan oleh atom-atom yang tidak setabil yaitu pada proses reaksi inti. Tingkat rediaksinya dipantau oleh tabung Geiger-Miller sebagai detektor sinar gamma.
Di bidang kedokteran, sinar gamma digunakan untuk membunuh sel kanker, tumor, dan menangani gangguan pada tubuh manusia. Sinar gamma juga dapat digunakan untuk sterilisasi alat-alat kedokteran atau deteksi retekan pada pipa baja.
Cepat Rambat Elektromagnetik
Fisikawan teori dari Skotlandia, James Clerk Maxwell mempelajari perubahan medan listrik dan medan magnet untuk menyatakan hubungan antara keduanya dalam persamaan matematis. Dari telaah teori tersebut, makwell menyimpulkan beberapa hal seperti berikut:
Medan listrik memancar dari muatan listrik.
Kutub-kutub magnet tidak ada yang terpisah.
Medan listrik dihasilkan oleh perubahan medan magnet.
Medan-medan agnet melingkar dihasilkan oleh perubahan-perubahan medan listrik dan arus-arus listrik.
Berdasarkan kerikulum tersebut, Maxwell mencoba menghitung cepat rambat gelombang elektromagnetik. Ia menemukan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik bernilai
c = √μoεo
Dengan: c adalah cepat rambat gelombang-gelombang elektromagnetik (m/s),
μo adalah permeabilitas vakum 4π x 10-7 Wb/(A.m)
εo adalah permitifitas vakum 8,85 x 10 -12 C2/(N.m2).
Apabila nilai μo dan εo kita masukkan kepersamaan (8-1), kita peroleh nilai c=2,99 * m/s. Nilai c sama dengan cepat rambat cahaya. Dengan berbekal analisis marematikanya, Makwell dengan penuh keyakinan menyatakan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.
Untuk membuktikan hipotesis Makwell tersebut, Heinrich Rudolph Hertz, seorang professor di politeknik Karlsruhe, Jerman, mencoba membangkitkan dan mendeteksi gelombang elektromagnetik dengan eksperimen.
Eksperimen Hertz
Peralatan eksperimen Hertz menggunakan kumparan induksi terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder. Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan. Kumparan sekunder dihubungkan dengan elektroda yang berjarak sangat dekat yang memungkinkan terjadinya percikan listrik. Hertz berasumsi bahwa jika hipotesis Makwell benar, berarti aka nada gelombang elektromagnetik yang merambat tiap kali terjadi percikan listrik. Untuk mendeteksi adanya gelombang ini, Hertz menggunakan loop kawat yang ujungnya diberi celah sangat sempit yang memungkinkan terjadinya percikan listrik.
Kedua elektroda yang dihubungkan dengan kumparan induksi merupakan perangkan pengirim gelombang (analogi dengan rangkaian LC). Sedangkan rangkaian tertutup (loop) ditekat elektroda bola tersebut merupakan rangkaian pendeteksinya.
Saat kumparan induksi diberi tegangan, kumparan akan memberikan muatan positif pada salah satu elektroda dan dan muatan negatif pada elektroda yang lain. Saat beda potensial antar kedua elektroda mencapai nilai tertentu, di celah antara kedua elektroda akan terjadi percikan api. Udara diantar elektroda terionisasi sehingga mudah menghantarkan muatan listrik. Terjadinya pelepasan atau lucutan muatan (discharge) akan membangkitkan getaran.
Besar induktansi kumparan dan kapasitasnya kapasitor cukup kecil. Untuk rangkaian LC pada peralatan Hertz, frekuensi getaran yang dihasilkan sangat tinggi mendekati 100 MHz. Dengan percobaannya ini Hertz telah mendemonstrasikan bahwa getaran arus induksi dalam loop kawat penerima dihasilkan oleh gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh loop pengirim.
Dalam percobaannya, Hertz juga berhasil mengukur cepat rambat gelombang elektromagnetik yang sesuai dengan nilai yang diperoleh oleh Makwell. Dengan demikian, hasil percobaan Hertz mendukung sepenuhynya hipotesis Makwell tentang gelombang elektromagnetik.
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gelombang Radio
Gelombang radio mengirimkan suara music atau percakapan gambar, dan data tanpa terlihat mata manusia dalam jarak yang mungkin mencapai jutaan kilometer. Hal ini terjadi tiap hari dalam berbagai cara. Meskipun tak terlihat dan tak terdeteksi oleh manusia, gelopmbang radio benar-benar telah mengubah cara hidup masyarakat. Jika kita berbicara tentang teknologi wireless (nirkabel), semuanya menggunakan gelombang radio untuk media komunikasi. Gelombang radio dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer diatmonfer bumi sehingga memungkinkannya ditransmisikan dalam jarak jauh.
Beberapa penggunaan gelombang radio yang lain, misalnya telepon nirkabel (cordless phone), jaringan nirkabel, mainan dengan radio kontrol, telopon seluler, GPS (Gelombang Positioning Syistem), dan walkie talkie.
Dalam system pentiaran radio (radio broadcasting), gelombang radio digunakan untuk membawa sinyal suara (audio) dari stasiun pemancar radio ke pesawat penerima radio. System penelaan (tuning) pada pesawat radio di rumah-rumah penduduk akanmenyeleksi gelombang radio dari pemancar radio berdasarkan frekuensinya. Setelah gelombang radio dengan frekuensi tertentu dipilih, system rangkaian elektronik pada pesawat penerima radio akan mengambil sinyal audio yang dibawa oleh gelombang radio tersebut akan mengirimkannya ke sisem output sebagai suara pada speaker pesawat penerima radio tersebut.
Distasiun permancar radio, gelombang radio dihasilkan oleh muatan-miatan listrik yang dipercepat melalui kayat penghantar. Muatan listrik dibangkitkan oleh isolator. Sebelum dipancarkan melalui antena pemancar, gelombang radio terlebih dulu dimodulasikan (dipaketkan) dengan sinyal audio. Gelombang radio yang membawa sinyal audio ini yang akan ditransmisikan melalui antenna pemancar. Dalam hal ini gelombang radio berfunfsi sebagai gelombang pembawa (carrier wave) yang membawa sinyal audio.
Ada dua cara modulasi gelombang radio yaitu modulasi amplitude (amplitude modulation =AM) dan modulasi frekuensi (frequency modulation =FM). Dengan system AM, gelombang audio dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan amplitudo. Sedangkan dalam FM, siya audio dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan frekuensi. Perhatikan ilustrasi pada gambar 8.7
Penggunaan pemancar AM memiliki keuntungan yaitu dapat menjangkau seluruh tempat dimuka bumi karana gelombangnya dapat dipantulkan kembali kepermukaan bumi oleh laisan ionosfir , cukup baik sebagai pembawa informasi /berita. Sedangkan kerugianya adalah sinyalnya udah terganggu oleh dejala listrik dilapisan iomosfir. (misalnya ada petir dan hujan). Gangguan listrik tersebut menimbulkan drau pada suara yang diterima. Gelombang radio AM memiliki jangkauwan frekuensi sekitar 104 hingga 109 Hz
Penggunaan pemancar FM juga memiliki keuntungan, yaitu dapat digunakan untuk komunikasi antarsatelit karana gelombangnya mampu menembus lapisan ionosfir , suaranya jernih cocok ntuk meyiarkan music. Sedangkan kelemahanya adalah sulitnya menjangkau tempat yang jauh, kelemahan ini diatsi dengan penggunaan stasiun relai (penghubung).
Gelombang Mikro
Gelombang mikro merupakan gelombang radio dengan prekuensi palingtinggi sekitar 3 GHz. Gelombang mikro ini dimanfaatkan pada pesawat RADAR
(radio detection and ranging). Radar digunakan untuk mendeteksi adanya objek tertentu. Pesawar RADAR ini banyak digunakan membantu keamaan pendaratan pesawat terbang Komersial maupun untuk kepentingan militel.
Pesawat RADAR mempunyai antenna yang berfungsi sebagai pemancar dan penerima gelombang. Antenna ini terus berputar sambil memancarkan gelombang mikro. Gelombang mikro yangmengenai objek akan dipantulkan kembali dan ditangkap system antenna RADAR. Sistem RADAR biasanya dilengkapi dengan layar untuk menunjukkan lokaso objek yang terdeteksi secara visual
(gambar 8.8b) jika selang waktu antara pengiriman pulsa kesasaran / target dan diterimanya pulsa pantulan adalah ∆t arak sasaran kepusat RADAR adala maka :
s= (c x ∆t)/2
Sinar Intra Merah
Sinar intramerah ditemukan oleh William Herschel pada tahun 1800. Sinar ini memiliki jangkauan frekuensi antara 1011 Hz hingga 1014 Hz. Getaran electron-elektron dalam atom dapat memancarkan gelombang elektromagnetik pada frekuensi khas dalam daerah inframerah. Salah satu penggunaan popular dari radiasi inframerah pada saat ini adalah remote control untuk peralatan elektronik seperti TV, AC, dan VCD. Unit remote control berkomunikasi dengan peralatan elektronik melalui radiasi yang dihasilkan oleh dioda pancar cahaya (LED)
Sinar intramerah juga digunakan pada kamera untuk menangkap gambar dalam lingkungan yang gelap. Peralatan tersebut bisa digunakan untuk kepentingan militer. Dewasa ini kamera inframerah juga digunakan dalam pembuatan film ataupun program intertainment di televisi. Leser inframerah juga digunakan dalam system barcode, baik dibidang perdagangan maupun database kesehatan.
Cahaya Tampak
Cahaya tampak merupakan bentuk radiasi elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya tampak bervariasi tergantung pada warnanya, mulai dari panjang gelombang kira-kira 440 nm (cahaya ungu) hingga 700 nm (cahaya merah). Cahaya tampak digunakan dalam system komunikasi menggunakan serat optic sebagai pembawa sinyal komunikasi yang dipandu leser.
Sinar ultraviolet
Sinar ultraviolet merupakan elekromagnetik dengan rentang frekuensi antara 1015 Hz hingga1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombang 10-8sampai 10-7 Sinar ultraviolet dapat dihasilkan oleh atom dan molekul dalm nyala listrik.
Sinar matahari juga merupakan sumber sinar ultraviolet y6ang merangsang badan kita menghasilkan vitamin D yang kita perlukan untuk kesehatan tulang. Akan tetapi , jika anda terlalu dering terkena paparan sinar ultraviolet, kulit anda akan hitam terbakar dan bisa juga terkena kanker kulit.
Sinar ulotraviolet memiliki energi kimia yang dapat memandarkan bahan kimia seperti barium-platina-sianida. Karakteristik ini dimanfaatkan untuk berbagai hal, seperti misalnya didunian perbankan. Saat anda mengambil uang di bank, teller bank akan menyinari buku tabungan anda untuk memastikan kesamaan tangan anda di slip penarikan dengan tanda tangan di buku tabungan anda.Sinar ultraviolet juga dapat digunakan untuk memeriksa keaslian uang kertas.
Sinar- X
Sinar-x berada di rentang frekuensi antar 10-16 Hz hingga 1020Hz atau daerah panjang gelombang antara 10-15 cm hingga10-16 cm. karena gelombangnya pendek, sinar-x dihasilkan oleh electron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit atom. Di samping itu\, sinar-x juga dapat dihasilkan saat elektron berkecepataan tinggi menumbuk logam.
Sinar-x ini benyak digunakan dalam bidang ke dokteran untuk memotret kedudukan tulang atau organ dalam tubuh manusia . menkipun besar menfaatya, penggunaan sinar-x harus memperhatikan prosedur keadaan pasien. Karana daya tembusnya cukup besar, jaringan tubuh manusia dapat rusak terkena paparan sinar-x terlalu lama. Oleh karana itu, pemancaran sinar-x pada pasien diusahakan sesingkat mungkin.
Sinar Gamma
Sinar gamma di temukan pertama kali oleh Ernest Rutherford sinar gamma memiliki rentang frekuensi antara 1020 Hz hingga 1025 Hz atau gelombang antara antara 10-15 cm hingga 10-10 cm. Di antara anggota spektrunm elektromagnetik, sinar gamma dihasilkan oleh atom-atom yang tidak setabil yaitu pada proses reaksi inti. Tingkat rediaksinya dipantau oleh tabung Geiger-Miller sebagai detektor sinar gamma.
Di bidang kedokteran, sinar gamma digunakan untuk membunuh sel kanker, tumor, dan menangani gangguan pada tubuh manusia. Sinar gamma juga dapat digunakan untuk sterilisasi alat-alat kedokteran atau deteksi retekan pada pipa baja.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar