Pengenalan Dasar Spektrum Elektromagnetic

Energi Elektromagnetik

Ketika kamu menyalakan radio, menonton TV, mengirim SMS, atau memasak popcorn dalam oven microwave, kamu menggunakan energy elektromagnetik. Kamu bergantung pada energi ini setiap saat. Tanpa ini, dunia yang kamu ketahui bisa tidak ada.

Energi elektromagnetik berjalan dalam gelombang dan mencakup spektrum yang luas dari gelombang radio yang sangat panjang hingga sinar gamma yang sangat pendek. Mata manusia hanya bisa mendeteksi porsi kecil dari spektrum ini yang dinamakan "cahaya tampak". Radio mendeteksi porsi lain dari spektrum, dan mesin x-ray / rontgen juga menggunakan porsi lain. Instrumet sain NASA menggunakan cakupan penuh dari spektrum elektromagnetik untuk mempelajari Bumi, sistem tata surya, dan alam semesta luar.

spektrum_gelombang_elektromagnetik.png

Atmosfer Pelindung

Matahari adalah sumber dari energi melampaui spektrum penuh, dan radiasi elektromagnetiknya membanjiri atmosfer kita secara konstan. Tetapi, atmosfer Bumi melindungi kita dari paparan gelombang berenergi tinggi yang bisa membahayakan hidup. Gelombang sinar gamma, sinar x, dan beberapa ultraviolet bisa mengionisasi, berarti gelombang tersebut punya energi tinggi jadi mereka bisa melepaskan elektron dari sebuah atom. Paparan pada gelombang berenergi tinggi tersebut bisa merubah atom dan molekul dan menyebabkan kerusakan pada sel dalam unsur kehidupan. Pergantian pada sel tersebut terkadang bisa berguna, seperti saat radiasi digunakan untuk membunuh sel kanker, dan kadang kala tidak juga, seperti saat kita merasakan kulit terbakar matahari.

Jendela Atmosfer

Radiasi elektromagnetik dipantulkan atau diserap terutama oleh beberapa jenis gas pada atmosfer Bumi, antara uap air yang terpenting adalah, karbon dioksida, dan ozon. Beberapa radiasi, termasuk cahaya tampak, sebagian besar bisa melewati (ditransmisikan) melalui atmosfer. Cakupan dari spektrum dengan panjang gelombang yang dapat melewati atmosfer disebut sebaga "jendela atmosfer". Beberapa microwave bahkan dapat melewati awan, yang membuatnya menjadi gelombang dengan panjang gelombang terbaik untuk transmisi sinyal komunikasi satelit.

Anatomi dari Gelombang Elektromagnetik

Energi, ukuran dari kemampuan untuk melakukan pekerjaan, datang dalam berbagai bentuk dan dapat berubah dari satu jenis ke jenis yang lain. Conthnya energi tersimpan atau potensial termasuk bateri dan ait dibalik dam. Objek dalam gerakan adalah contoh dari energi kinetik. Partikel bermuatan seperti elektron dan proton membuat medan eletromagnetik ketika mereka bergerak, dan medan tersebut memindahkan tipe energi yang kita sebut sebagai radiasi elektromagnetik atau cahaya.

Apa Itu Gelombang ?

Gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik adalah dua cara terpenting untuk energy bisa berpindah di sekitar kita di dunia ini. Gelombang di air dan gelombang suara di udara adalah dua contoh dari gelombang mekanik. Gelombang mekanik disebabkan oleh tubrukan atau getaran pada unsur, tak perduli padat, gas, cair atau plasma. Unsur yang gelombang lalui untuk merambat dinamakan medium. Gelombang air terbentuk oleh getaran pada cairan dan gelombang suara terbentuk oleh getaran pada gas (udara). Gelombang mekanik tersebut berjalan melalui medium dengan cara membuat molekul menabrak satu sama lain, seperti menjatuhkan domino memindahkan energi dari yang pertama ke selanjutnya. Gelombang suara tidak bisa berjalan di ruang angkasa karena disana tidak ada medium untuk mengirimkan gelombang mekanik.

gelombang_mekanik.png

tetesan_diatas_air_contoh_gelombang_mekanik.png

Gelombang Elektromagnetik

Kelistrikan bisa jadi statik, seperti energi yang membuat rambut berdiri pada ujungnya. Kemagnetan juga bisa statik, seperti pada magnet refrigerator. Medan magnet yang berubah-ubah akan menginduksi medan listrik yang berubah-ubah dan sebaliknya keduanya saling terkait. Medan yang berubah-ubah tersebut membentuk gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik berbeda dengan gelombang mekanik pada gelombang elektromagnetik tidak membutuhkan medium untuk menyebar. Ini berarti gelombang elektromagnetik bisa berpindah tidak hanya melaui udara dan benda padat, tapi juga melalui ruang hampa udara.

arah_gelombang_elektromagnetik.png

Pada tahun 1860an dan 1870an, Ilmuan Scottish bernama James Clerk Maxwell mengembangkan teori pengetahuan untuk menjelaskan gelombang elektromagnetik. Dia mengemukakan medan kelistrikan dan medan magnet bisa berpasangan bersama untuk membuat gelombang elektromagnetik. Dia menyimpulkan hubungan ini antara kelistrikan dan kemagnetan menjadi apa yang kita kenal sekarang berasal dari "Persamaan Maxwell".

Heinrich Hertz, fisikawan Jerman, menggunakan teori Maxwell untuk produksi dan penerimaan gelombang radio. Unit dari frekuensi gelombang radio - satu putaran per detik - dinamakan hertz, untuk menghormati Heinrich Hertz.

Eksperimennya dengan gelombang radio memecahkan dua masalah. Pertama, dia mendemonstrasikan secara konkret, apa yang Maxwell hanya teorikan - bahwa kecepatan dari gelombang radio sama dengan kecepatan cahaya! Ini membuktikan bahwa gelombang radio adalah bentuk dari cahaya! Kedua, Hertz menemukan cara bagaimana membuat medan listrik dan magnet memisahkan diri mereka dari kabel dan pergi bebas seperti gelombang Maxwell - gelombang elektromagnetik.

Gelombang Atau Partikel ?

Gelombang elektromagnetik terbentuk oleh getaran dari medan listrik dan magnet. Medan tersebut tegak lurus satu dengan yang lain dalam arah dari kemana gelombang bergerak. Sekali terbentuk, energi ini bergerak pada kecepatan cahaya hingga interaksi selanjutnya dengan unsur.

Cahaya terbuat dari paket diskrit dari energi yang dinamakan photon. Photon membawa momentum, tidak punya berat, dan bergerak pada kecepatan cahaya. Semua cahaya punya kedua properti kemiripan-partikel dan kemiripan-gelombang. Bagaimana sebuah instrumen dirancang untuk merasakan pengaruh cahaya dari properti tersebut diteliti. Sebuah instrumen yang menghamburkan cahaya menjadi spektrum untuk analisa adalah contoh dari meneliti properti kemiripan-gelombang dari cahaya. Kemiripan-partikel dari cahaya alami diteliti oleh detektor yang digunakan pada kamera digital--photom individu membebaskan elektron yang digunakan untuk deteksi dan penyimpanan dari data image.

Polarisasi

Salah satu dari properti fisika dari cahaya adalah bahwa cahaya bisa dipolarisasikan. Polarisasi adalah pengukuran dari penjajaran medan elektromagnetik. Pada figur diatas, medan listrik (warna merah) dipolarisasi secara vertikal. Bayangkan dengan melemparkan sebuah piringan anjing ke tiang pagar. Pada orientasi satu ia akan bisa terlewati, pada orientasi lainnya ia tidak bisa lewat. Ini mirip dengan bagaimana kaca matahari bisa menghilangkan silau dengan cara menyerap pola terpolarisasi dari porsi cahaya.

Menjelaskan Energi Elektromagnetik

Istilah cahaya, gelombang elektromagnetik, dan radiasi semua berasal dari fenomena fisika yang sama : energi elektromagnetik. Energi ini bisa dijelaskan oleh frekuensi, panjang gelombang, atau energi. Ketiganya berhubungan secara matematis seperti jika kita mengetahui salah satunya, kita bisa menghitung dua lainnya. Radio dan microwave biasanya dijelaskan pada istilah dari frekuensi (Hertz), infrared dan cahaya tampak dalam istilah panjang gelombang (meter), dan sinar x dan sinar gamma dalam istilah energi (elektron volt). Ini adalah kaidah ilmiahyang membolehkan penggunaan mudah dari unit yang mempunyai jumlah yang tidak terlalu besar ataupun terlalu kecil.

Frekuensi

Jumlah dari puncak yang melewati point yang ditentukan dalam satu detik dijelaskan sebagai frekuensi dari gelombang. Satu gelombang--atau putaran--per detik dinamakan Hertz (Hz), setelah Heinrich Hertz siapa yang memapankan keberadaan dari gelombang radio. Gelombang dengan dua putaran yang melewati titik dalam satu detik punya frekuensi 2Hz.

Panjang Gelombang

Gelombang elektromagnetik punya puncak dan mirip dengan gelombang di laut. Jarang antara puncak adalah panjang gelombangnya. Panjang gelombang yang terpendek adalah hanya pecahan dari ukuran sebuah atom, sementara yang terpanjang yang sekarang ilmuan sedang pelajari bisa lebih panjang dari diameter dari planet kita!

Energy

Gelombang elektromagnetik bisa juga dijelaskan dalam istilah energinya - dalam unit dari perhitungan yang dinamakan elektron volt (eV). Elektron vold adalah jumlah dari energi kinetik yang dibutuhkan untuk menggerakan sebuah elektron melalui satu volt potensial. Bergerak sepanjang spektrum dari panjang gelombang yang panjang ke pendek, energi bertambah sebagaimana panjang gelombangnya diperpendek. Bayangkan dengan lompat tali dengan ujungnya ditarik ke atas dan ke bawah. Lebih banyak energi dibutuhkan untuk membuat talinya punya lebih hanyak gelombang.

banyak_energi_dan_sedikit_energi.png

frekuensi_dan_panjang_gelombang.png

Gelombang Radio

panjang_gelombang_radio.png

Apa Itu Gelombang Radio

Gelombang radio punya panjang gelombang terpanjang dalam spektrum elektromagnetik. Mulai dari seukuran lapangan sepak bola hingga lebih panjang dari planet kita. Heinrich Hertz membuktikan keberadaan gelombang radio pada akhir tahun 1880an. Dia menggunakan celak elektroda yang melekat pada sebuah kumparan induksi dan celah elektroda terpisah pada antena penerima. Saat gelombang tercipta oleh elektroda dari kumparan transmiter selanjutnya ditangkap oleh antena penerima, percikan api listrik akan melompati celahnya juga. Hertz menunjukan pada percobaannya bahwa sinyal memiliki semua sifat-sifat gelombang elektromagnetik.

Kita bisa menyetel radio dengan panjang gelombang atau frekuensi spesifik sesuai station favorit kita. Radio "menerima" gelombang radio elektromagnetik dan mengubahnya ke getaran mekanik dalam speaker untuk menciptakan gelombang suara yang bisa kita dengar.

Emisi Radio Di Sistem Tata Surya

Objek astronomi yang mempunyai medan magnet yang berubah-ubah bisa memproduksi gelombang radio. Instrumen radio astronomi yang bernama WAVE on the WIND Spacecraft merekam hari semburan gelombang radio dari korona Matahari dan planet di sistem tata surya kita.

Data yang difoto dibawah memperlihatkan emisi dari sumber yang bervariasi termasuk semburan gelombang radio dari Matahari, Bumi, dan bahkan dari ionosfer Jupiter yang mana ukuran panjang gelombangnya kira-kira 15 meter. Disebelah ujung kanan gambar dibawah, memperlihatkan semburan radio dari Matahari disebabkan oleh elektron yang telah terlempar ke ruang angkasa selama solar flare yang bergerak secepat 20% dari kecepatan cahaya.

Teleskop Radio

Teleskop radio melihat ke surga untuk melihat planet, komet, awan raksasa dari gas dan debu, bintang, dan galaksi. Dengan mempelajari gelombang radio yang berasal dari sumber tersebut, para astronom dapat keuntungan yaitu cahaya matahari, awan, dan hujan tidak mempengaruhi penelitian.

Mengingat gelombang radio lebih panjang dari gelombang optik, teleskop radio dibuat berbeda dari teleskop yang digunakan untuk cahaya tampak. Teleskop radio harus secara fisik lebih besar dari pada teleskop optik untuk bisa membuat pencitraan dengam resolusi yang bisa dibandingkan. Tapi teleskop tersebut bisa juga dibuat lebih ringan dengan menambahkan jutaan lubang kecil yang memotong melalui piringannya, mengingat gelombang radio yang panjang terlalui besar untuk "melihat" piringanya. Radio teleskop terparkir, yang mempunyai lebar 64 meter, tidak bisa menghasilkan pencitraaan yang lebih jernih dari teleskop optik kecil di halaman belakang rumah.

Teleskop Yang Sangat Besar

Very Large Array Radio.png

Untuk membuat pencitraan radio yang lebih jernih dan beresolusi lebih besar, para astronom radio bahkan mengkombinasikan beberapa teleskop yang lebih kecil, atau piringan penerima, menjadi sebuah array. Bersama, piringan tersebut bisa menjadi satu kesatuan sebuah teleskop besar dimana resolusinya terset oleh luas maksimum areanya. Radio teleskop National Radio Astronomy Observatory's Very Large Array (VLA) di New Mexico adalah salah satu dari tempat penelitian radio astronomi primer dunia. VLA dibangung oleh 27 antena yang dijajarkan membentuk pola huruf "Y" yang sangat besar lebih dari 36 km luasnya (kira-kira satu setengah kali ukuran Washington, DC).

Teknik yang digunakan dalam astronomi radio pada gelombang panjang kadang-kandang bisa di pakai pada spektrum terpendek pada spektrum radio - porsi mikrowave. Gambar VLA disamping, pada kanan bawahnya menangkap 21 sentimeter emisi energi di sekitar lubang hitang dan di kiri atasnya garis medan magnetik menarik gas di sekitarnya.

Gelombang Radio Di Langit

Jika kita melihat ke langit dengan teleskop radio yang disetel ke 408 Mhz, langit akan terlihat secara rasikal berbeda dari apa yang kita lihat dalam cahaya tampak. Alih-alih melihat titik-seperti bintang, kita akan melihat pulsar jauh, daerah pembentuk bintang, dan sisa-sisa supernova akan mendominasi langit malam.

Teleskop radio bisa juga mendeteksi kuasar. Istilah kuasar adalah singkatan dari quasi-stellar-radio source. Namanya berasal dari fakta kuasar pertama teridentifikasi sebagian besar memancarkan energi radio dan terlhat seperti bintang. Kuasar sangat berenergi, beberapa memancarkan banyak energi 1.000 kali dari keseluruhan luas Milky Way. Akan tetapi, kebanyakan kuasar tertahan dari pengelihatan dalam cahaya tampak oleh debu di galaksi yang mengelilinginya.

Para astronom mengidentifikasi kuasar dengan pertolongan data radio dari teleskop radio VLA karena banyak galaksi dengan kuasar terlihat terang ketika dilihat menggunakan teleskop radio. Pada gambar warna-palsu (false-color) disamping, data infrared dari teleskop luar angkasa Spitzer keduanya diwarnai biru dan hijau, dan data radio dari teleskop VLA diperlihatkan dalam warna merah. Galaxy quasar-bearing terlihat menonjol kuning karena memancarkan cahaya infrared dan radio.