Pendahuluan Gelombang Elektromagnetik TEKNIK FREKUENSI

(1)

Mata Kuliah

TEKNIK FREKUENSI

(2 SKS)

Akademi Meteorologi Dan Geofisika

Jurusan : Instrumentasi II

Pertemuan 1

(2)

(3)

Bagaimana alat-alat berikut bekerja?

(4)

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

(5)

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

(6)

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

(7)

Kebenaran Hipotesa Maxwell tentang adanya gelombang elektromagnetik pada akhirnya dibuktikan oleh “Heinrich Hertz”

Heinrich menemukan cara menghasilkan gelombang radio dan menentukan

(8)

(9)

Arah rambatan

Arah medan listrik

Arah medan magnet

c

(10)

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.

(11)

Kecepatan gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya yang dirumuskan :

o o

c





.

1



_o = 8.85 x 10-12 C2/Nm2

_o = 12.56 x 10-7 wb/amp.m

C = 3 . 108 m/s

(12)

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

(13)

Hubungan Frekuensi (f), Panjang

Gelombang ( ), dan cepat rambat

gelombang elektromagnetik (c)

 Hz x s m x f c f c 4 8 10 15 / 10 3 .      



.

f

c



Contoh Soal:

Sebuah gelombang radio dipancarkan pada

(14)

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

1. Gelombang Radio dan TV

2. Gelombang Mikro

3. Sinar Inframerah

4. Cahaya Tampak

5. Sinar Ultraviolet

6. Sinar – X

(15)

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik

1. Gelombang elektromagnetik dapat

merambat dalam ruang tanpa medium 2. Merupakan gelombang transversal

3. Tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik

4. Dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan

(interferensi), pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi)

5. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersamaan, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan

(16)

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Urutan spektrum gelombang electromagnetik berdasar

kenaikan frekuensi atau penurunan panjang gelombang:

1. Gelombang radio, jangkauan frekuensi cukup luas, memiliki 2 jenis modulasi, yaitu AM

(jangkauan luas) dan FM (jangkauan sempit).

2. Gelombang mikro, digunakan untuk alat-alat elektronik, alat komunikasi, alat memasak

(oven) dan radar.

3. Sinar inframerah, dihasilkan oleh molekul dan benda panas, digunakan di bidang industri,

(17)

4. Sinar tampak (cahaya), adalah sinar yang dapat

membantu penglihatan kita. Perbedaan frekuensi cahaya menimbulkan spektrum warna cahaya

5. Sinar ultraviolet, dihasilkan dalam atom-atom dan molekul-molekul dalam loncatan listrik.

Matahari adalah sumber utama sinar ini.

Dibidang industri digunakan untuk proses sterilisasi.

(18)

6. 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.

7. 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.

(19)

(20)

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

(21)

(22)

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

(23)

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}

(24)

(25)

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}

(26)

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}

(27)

(28)

Warna-warna cahaya tampak

Sinar putih

(29)

(30)

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}

(31)

• 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.

(32)

(33)

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.

(34)

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

(35)

• _{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.

(36)

(37)

(38)

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

(39)

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.

(40)

(41)

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}

(42)

(43)

• _{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

(44)

(45)

(46)

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}

(47)