Penerapan Gelombang Bunyi dan Elektromagnetik dalam Kehidupan Sehari-Hari

A.  Penerapan Gelombang Bunyi

Dalam perkembangan dunia pengetahuan sekarang ini, gelombang bunyi dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan penelitian. Bunyi yang dapat diterima oleh telinga manusia mempunyai frekuensi 20 Hz - 20.000 Hz. Perbedaan antara gelombang ultrasonik dan gelombang bunyi biasa adalah frekuensinya. Bunyi ultrasonik mempunyai frekuensi diatas 20.000 Hz. Gelombang ultrasonik dimanfaatkan oleh para ahli dalam banyak hal.

1.    Penggunaan dalam Industri

·                         Suatu alat yang bernama reflektoskop digunakan untuk mendeteksi cacat yang terkandung dalam besi tuang. Cacat pada velg ban mobil diperiksa dengan menggunakan alat ini. Gelombang ultrasonik juga digunakan untuk mempercepat beberapa reaksi kimia.  Getaran kuat pada gelombang ultrasonik juga digunakan untuk menggugurkan ikatan antara partikel kotoran dan bahan kain serta menggetarkan debu yang melekat sehingga lepas.

·                         Kita telah mengetahui bahwa tehnik pantulan bunyi ultrasonik yang dikirim oleh kelelawar untuk menentukan navigasi di sekitar kegelapan goa tempat tinggalnya dengan menggunakan gema (bunyi pantul) ultrasonik. Pantulan bunyi untuk navigasi ini dikenal dengan istilah sonar (Sound Navigation and Ranging). Tehnik sonar  inilah yang banyak digunakan dalam bidang industri.

1)      Kacamata tunanetra

Kacamata tunanetra dilengkapi dengan pengirim dan penerima ultronik (perhatikan gambar) sehingga tunanetra dapat menduga jarak benda yang ada di dekatnya.

2)      Mendeteksi retak-retak pada struktur logam

Untuk mendeteksi retak dalam struktur logam atau beton digunakan scanning ultrasonik  inilah yang digunakan untuk memeriksa retak-retak tersembunyi pada bagian-bagian pesawat terbang, yang nanti bisa membahayakan penerbangan pesawat. Dalam pemerikasaan rutin , bagian-bagian penting dari pesawat di-scaning secara ultrasonik. Jika ada retakan dalam logam, pantulan ultrasonik dari retakan akan dapat dideteksi. Retakan ini kemudian diperiksa dan segera diatasi sebelum pesawat diperkenankan terbang.

3)      Mencuci benda denga ultrasonik

Beberapa benda seperti berlian dan bagian-bagian mesin, sangat sukar dibersihkan dengan menggunakan spon kasur atau ditergen keras. Getaran-getaran frekuensi tinggi dari ultrasonic dapat dimanfaatkan untuk merontokkan kotoran dari suatu objek. Suatu objek (berlian, komponen-komponen elektronik atau bagian-bagian mesin) dicelupkan dalam suatu cairan. Gelombang ultrasonik kemudian dikirim melalui cairan menyebabkan cairan bergetar dengan sangat kuat. Getaran cairan akan merontokkan kotoran yang menempel pada objek tanpa harus menggosok kotoran itu dengan keras.

4)      Survei geofisika

Suatu gempakan Bumi atau ledakan dasyat membangkitkan gelombang-gelombang bunyi yang dapat menempuh perjalanan yang sangat jauh melalui Bumi. Jika getaran-getaran ini dicatat oleh seismograf di berbagai tempat di permukaan Bumi, catatan-catatan ini dapat digunakan untuk mendeteksi, menemukan lokasi, dan mengklasikasikan gangguan-ganguan atau untuk memberikan informasikan tentang struktur Bumi. Pemantulan gelombang-gelombang bunyi ketika melalui lapisan-lapisan batuan Bumi dapat digunakan oleh ahli geofisika bersama ahli geologi untuk mendeteksi lapisan-lapisan batuan yang mengandung endapan-endapan minyak atau mineral-mineral berharga.

2.    Penggunaan dalam Medis

·                         Ultrasonik digunakan untuk mengamati cacat cacat dalam jaringan hidup. Sifat reflektif  jaringan normal dan jaringan abnormal cukup jelas untuk dibedakan secara ultrasonik. Alat diagnosis dengan ultrasonik digunakan untuk menemukan beberapa penyakit berbahaya didada/payudara, hati, otak, dan beberapa organ lainnya. Pengamatan ultrasonik pada seorang wanita hamil dapat memperlihatkan janin di uterus dengan menggunakan USG.

                        USG adalah suatu alat dalam dunia kedokteran yang memanfaatkan gelombang ultrasonik, yaitu gelombang suara yang memiliki frekuensi yang tinggi (250 kHz – 2000 kHz) yang kemudian hasilnya ditampilkan dalam layar monitor. Pada awalnya penemuan alat USG diawali dengan penemuan gelombang ultrasonik kemudian bertahun-tahun setelah itu, tepatnya sekira tahun 1920-an, prinsip kerja gelombang ultrasonik mulai diterapkan dalam bidang kedokteran. Teknologi transduser digital sekira tahun 1990-an memungkinkan sinyal gelombang ultrasonik yang diterima menghasilkan tampilan gambar suatu jaringan tubuh dengan lebih jelas. Penemuan komputer pada pertengahan 1990 jelas sangat membantu teknologi ini.

                        Gelombang ultrasonik akan melalui proses sebagai berikut, pertama, gelombang akan diterima transduser. Kemudian gelombang tersebut diproses sedemikian rupa dalam komputer sehingga bentuk tampilan gambar akan terlihat pada layar monitor. Transduser yang digunakan terdiri dari transduser penghasil gambar dua dimensi atau tiga dimensi. Seperti inilah hingga USG berkembang sedemikian rupa hingga saat ini.

·            Teknik scanning  ultrasonik juga digunakan untuk memeriksa hati (apakah ada indikasi kanker hati atau tidak) dan otak. Ultrasonik terutama berguna dalam diagnosa kedokteran karena beberapa hal, yaitu:
(1) Ultrasonik jauh lebih aman daripada sinar –X, yang dikenal dapat merusak sel karena ionisasi. Ultrasonik lebih aman digunakan untuk melihat janin dalam perut ibu daripada sinar –X.
(2) Ultrasonik dapat dignakan terus-menerus untuk melihat pergerakan sebuah janin atau lever seseorang, tanpa melukai atau menimbulkan resiko terhadap pasien.

(3) Ultrasonik dapat mengukur kedalaman suatu benda di bawah permukaan kulit dari selang waktu pulsa pergi-pulang, sementara gambar yang dihasilkan oleh sinar-X adalah datar, tanpa ada petunjuk tentang kedalaman.
(4) Ultrasonik dapat mendeteksi perbedaan antara jaringan-jaringan lunak dalam tubuh yang tidak dapat dilakukan oleh sinar-X. Dengan cara ini ultrasonic kadang-kadang mampu menemukan tumor atau gumpalan di dalam tubuh manusia.

3.    Menduga Kedalaman Laut

               Selain digunakan di dunia industri dan medis, gelombang ultrasonik digunakan pada dunia kelautan. Untuk menduga kedalaman laut, digunakan alat yang dinamakan sonar (sound navigation ranging). Sonar merupakan sistem yang menggunakan gelombang suara bawah air yang dipancarkan dan dipantulkan untuk mendeteksi dan menetapkan lokasi objek di bawah laut atau untuk mengukur jarak bawah laut. Prinsip kerja sonar berdasarkan prinsip pemantulan gelombang ultrasonik. Alat ini diperkenalkan pertama kali oleh Paul Langenvin, seorang ilmuwan dari Prancis pada tahun 1914. Pada saat itu Paul dan pembantunya membuat alat yang dapat mengirim pancaran kuat gelombang bunyi berfrekuensi tinggi (ultrasonik) melalui air. Sejauh ini sonar telah luas digunakan untuk mendeteksikapal selam dan ranjau, mendeteksi kedalaman, penangkapan ikan komersial, keselamatan penyelaman, dan komunikasi di laut. Pada dasarnya sonar memiliki dua bagian alat yang memancarkan gelombang ultrasonik yang disebut transmiter (emiter) dan alat yang dapat mendeteksi datangnya gelombang pantul (gema) yang disebut sensor (reciver).  Gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transmiter (pemancar) yang diarahkan ke sasaran, kemudian akan dipantulkan kembali dan ditangkap oleh pesawat penerima (reciver). Dengan mengukur waktu yang diperlukan dari gelombang dipancarkan sampai gelombang diterima lagi, maka dapat diketahui jarak yang ditentukan. Untuk mengukur kedalaman laut, sonar diletakkan di bawah kapal.  Dengan pancaran ultrasonik diarahkan lurus ke dasar laut, dalamnya air dapat dihitung dari panjang waktu antara pancaran yang turun dan naik setelah digemakan. Data suara dipancar ulang ke operator melalui pengeras suara atau ditayangkan pada monitor.

Sumber:         http://fisrai.wordpress.com/2010/10/02/seri-penerapan-gelombang-bunyi/

B.  Penerapan Gelombang Elektromagnetik

Kemajuan teknologi saat ini semakin meningkat. Gelombang elektromagnetik sebenarnya selalu ada disekitar kita, salah satu contohnya adalah sinar matahari, gelombang ini tidak memerlukan medium perantara dalam perambatannya. Contoh lain adalah gelombang radio. Tetapi spektrum gelombang elektromagnetik masih terdiri dari berbagai jenis gelombang lainnya, yang dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Untuk itu disini kita akan mempelajari tentang penerapan masing-masing gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.

1.    Microwave

Bagian utama oven mikro gelombang umumnya:

·  sebuah magnetron

·  sebuah magnetron control circuit (biasanya dengan sebuah micro controller)

·  sebuah wave guide

·  sebuah ruang pemasak

                        Oven microwave terdiri dari tabung magnetron, yang mengubah listrik menjadi gelombang mikro frekuensi tinggi. Microwave adalah bentuk energi elektromagnetik, seperti gelombang cahaya atau gelombang radio, dan menempati bagian dari spektrum elektromagnetik. Microwave menyebabkan molekul makanan bergetar cepat, menciptakan gesekan yang menghasilkan panas yang kemudian memasak makanan. Dengan kata lain, makanan yang dimasak dalam microwave microwave cukup menyerap energi mereka dan berubah menjadi energi panas, yang memasak makanan. Microwave tidak berwarna, tidak berbau, berasa, dan ini tidak radioaktif.
                        Oven mikro gelombang bekerja dengan memancarkan radiasi gelombang mikro, biasanya pada frekuensi 2.450 MHz (dengan panjang gelombang 12,24 cm), melalui makanan. Molekul air, lemak, dan gula dalam makanan akan menyerap energi dari gelombang mikro tersebut dalam sebuah proses yang disebut pemanasan dielektrik. Kebanyakan molekul adalah dipol listrik, yang berarti mereka memiliki sebuah muatan positif pada satu sisi dan sebuah muatan negatif di sisi lainnya, dan oleh karena itu mereka akan berputar pada saat mereka mencoba mensejajarkan diri mereka dengan medan listrik yang berubah-ubah yang diinduksi oleh pancaran gelombang mikro. Gerakan molekuler inilah yang menciptakan panas.

Microwave oven menggunakan berbagai kombinasi sirkuit listrik dan peralatan mekanik untuk menghasilkan dan mengendalikan output dari energi gelombang mikro untuk pemanasan dan memasak. Secara umum sistem dari oven microwave dapat dibagi menjadi dua bagian fundamental, bagian kontrol dan bagian tegangan tinggi. Bagian kontrol terdiri dari timer (elektronik atau elektromekanik), sebuah sistem untuk mengontrol atau mengatur output daya, dan berbagai interlock dan perangkat perlindungan. Komponen di bagian tegangan tinggi berfungsi untuk meningkatkan tegangan rumah untuk tegangan tinggi. Tegangan tinggi kemudian diubah energi gelombang mikro.

                        Pada dasarnya, di sini adalah cara kerjanya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, listrik dari stop kontak di dinding perjalanan melalui kabel listrik dan masuk microwave oven melalui serangkaian sirkuit sekering perlindungan dan keselamatan. Sirkuit ini termasuk berbagai sekering dan pelindung termal yang dirancang untuk menonaktifkan oven dalam hal suatu arus pendek atau jika kondisi terlalu panas terjadi. Jika semua sistem normal, listrik melewati ke sirkuit Interlock dan timer. Ketika kemudian pintu oven ditutup, jalur listrik juga dibentuk melalui serangkaian switch Interlock keselamatan.Mengatur timer oven dan memulai operasi memasak memperluas jalan ini tegangan untuk rangkaian kontrol.

                        Umumnya, sistem kontrol mencakup baik sebagai relay elektromekanis atau saklar elektronik disebut triac seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Merasa bahwa semua sistem yang "pergi," menghasilkan rangkaian kontrol sinyal yang menyebabkan relay atau triac untuk mengaktifkan, sehingga menghasilkan jalur tegangan transformator tegangan tinggi. Dengan menyesuaikan rasio on-off aktivasi sinyal ini, sistem kontrol dapat mengatur penerapan tegangan transformator tegangan tinggi, dengan demikian mengendalikan rasio on-off dari tabung magnetron dan karena itu daya output dari microwave oven. Beberapa model menggunakan relay power-kontrol cepat bertindak dalam rangkaian tegangan tinggi untuk mengontrol output daya.

                        Pada bagian tegangan tinggi (Gambar 3), transformator tegangan tinggi bersama dengan dioda khusus dan pengaturan kapasitor berfungsi untuk meningkatkan tegangan rumah tangga khas, dari sekitar 115 volt, dengan jumlah yang sangat tinggi sekitar 3000 volt. Meskipun hal ini tegangan yang kuat akan sangat tidak sehat bahkan mematikan bagi manusia, itu hanya apa yang tabung magnetron perlu melakukan tugasnya yaitu, untuk secara dinamis mengubah tegangan tinggi ke bergelombang gelombang elektromagnetik energi memasak.

                        Energi gelombang mikro ditransmisikan ke saluran logam disebut wave guide, yang feed energi menjadi area memasak dimana menemukan pisau logam perlahan-lahan bergulir dari pisau pengaduk. Beberapa model menggunakan jenis antena berputar sementara yang lain memutar makanan melalui gelombang energi pada korsel bergulir. Dalam hal apapun, efeknya adalah merata membubarkan energi gelombang mikro di seluruh wilayah di kompartemen memasak. Beberapa gelombang langsung menuju makanan, yang lain memantul dari logam dinding dan lantai, dan, berkat layar logam khusus, microwave juga mencerminkan dari pintu. Jadi, energi gelombang mikro mencapai semua permukaan makanan dari segala arah.
Semua energi gelombang mikro tetap dalam rongga memasak. Ketika pintu dibuka, atau timer mencapai nol, berhenti microwave energi  sama seperti mematikan tombol lampu berhenti cahaya lampu.

2.    Infrared

                        Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. jika kita memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah. Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda. 

                        Kondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan menyelidiki pancaran inframerah dari tubuh. Foto inframerah khusus disebut termogram digunakan untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi dan kanker. Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm pencuri. Seorang pencuri tanpa sepengetahuannya akan menghalangi sinar dan menyembunyikan alarm. Remote control berkomunikasi dengan TV melalui radiasi sinar inframerah yang dihasilkan oleh LED ( Light Emiting Diode ) yang terdapat dalam unit, sehingga kita dapat menyalakan TV dari jarak jauh dengan menggunakan remote control. 

3.    Ultraviolet

                        Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat membunuh kuman-kuman penyakit kulit. Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombagn 10-8 m 10-7 m. gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet dipermukaan bumi,lapisan ozon yang ada dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan makluk hidup di bumi.

4.    Sinar X

                        Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz . panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm sampai 10 cm. meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm.    

                        Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk memotret kedudukan tulang dalam badan terutama untuk menentukan tulang yang patah. Patah tulang, penyakit dalam dapat dideteksi dan didiagnosa oleh dokter dengan akurat dengan bantuan sinar X atau sinar Rontgen. Sejak ditemukan sinar X pada tahun 1895 oleh Wilhelm Conrad Rontgen, dunia medis mendapatkan kemajuan pesat untuk mengobati penyakit dalam atau sakit patahtulang. Dengan hasil images film sinar X tim dokter mendapat informasi jelas bagianmana yang harus mendapatkan penanganan. Akan tetapi penggunaan sinar X harus hati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat rusak akibat penggunaan sinar X yang terlalu lama.

5.    Teleskop Satelit Inframerah

                        Sebuah teleskop inframerah Space Infrared Telescope Facility (SIRTF) atau 272 Fasilitas Teleskop Infra Merah Ruang Angkasa. SIRTF adalah sistem peneroponganbintang keempat yang diluncurkan NASA. Sebelumnya badan angkasa luar AmerikaSserikat itu telah meluncurkan Teleskop Angkasa Hubble, diorbitkan pesawat ulang alik tahun 1990;Gamma Ray Observatory, diluncurkan tahun 199; dan Chandra XRayObservatory diluncurkan tahun 1999. Masing-masing sistem peneropongan itu digunakan untuk mengamati cahaya-cahaya dengan warna yang berbeda, yang tidak dapat dilihat dari permukaan bumi. Masing-masing sistem juga memiliki fungsi berbeda satu dengan lainnya.

Dengan Teleskop Hubble, para peneliti mencari obyek "paling merah" yang berarti jaraknya sangat jauh. Dengan SIRTF akan bisa melihat populasi bintang di dalam objek sangat jauh tersebut karena SIRTF akan bekerja dalam gelombang cahaya inframerah. Sebelum itu pada tahun 1983 kerja sama antara Amerika Serikat, Belanda, dan Inggris telah meluncurkan IRAS (The Infrared Astronomical Satellite) atau Satelit Astronomi inframerah, yang juga masih berfungsi sampai dengan sekarang.

6.    Radio

                        Teleskop radio untuk menangkap gelombang radio dan mendeteksi sinyal-sinyal lain (pulsar) dari angkasa luar. Penemuan gelombang radio yang datang dari angkasa luar dan berhasil dideteksi di bumi oleh Karl Jansky seorang insinyur listrik dari laboratorium Telepon Bell pada tahun 1931, telah berhasil mengembangkan astronomi radio. Deretan teleskop radio sebanyak 27 buah dibangun dekat Socorro di New Meksiko. 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. 

7.    Pemanfaatan Solar Sel untuk Menangkap Energi Cahaya Matahari

                        Gelombang elektromagnetik dari matahari dalam bentuk cahaya tampak pada siang hari dapat ditangkap oleh sel surya yang terbuat dari bahan semikonduktor misalnya silikon. Sel surya akan mengubah energi panas ini menjadi energi listrik dan dapat menghasilkan tegangan listrik. Pada siang hari tegangan listrik disimpan dalam baterei atau accumulator sehingga pada malam hari dapat dimanfaatkan untuk menyalakan peralatan listrik atau memanaskan air. Solar sel juga dikembangkan untuk menggerakkan mobil tanpa bahan bakar migas.

8.    Oscilator Penghasil Gelombang Elektromagnetik

                        Gelombang elektromagnetik telah diketahui keberadaannya. Permasalahannya dapatkah gelombang elektromagnetik diproduksi terus-menerus. Berdasarkan hukum Ampere dan hukum Faraday berhasil diketemukan bahwa rangkaian oscilasi listrik dapat menghasilkan gelombang elektromagnetik terus menerus. Frekuensi yang dihasilkan gelombang elektromagnetik disebut frekuensi resonansi, untuk rangkaian LC. Prinsip ini dipakai dalam teknologi penyiaran baik gelombang TV , gelombang radar, gelombang mikro, maupun gelombang radio.

9.    Teknologi Charger Wireless dari Fujitsu

                        Fujitsu tengah mengembangkan sebuah teknologi charging tanpa kabel. Dengan teknologi ini, proses charging atau pengisian baterai diklaim bisa 150 kali lebih cepat dari biasanya. Teknologi charger wireless buatan Fujitsu ini memanfaatkan sebuah metode yang disebut resonansi magnetik. Tak seperti metode induksi elektromagnetik kebanyakan, metode ini nantinya tak akan lagi mengharuskan adanya keselarasan antara power transmitter dan receiver. Keunggulan yang ditawarkan oleh Fujitsu lewat teknologi ini adalah kemampuan melakukan proses charging ke beberapa perangkat sekaligus lewat sebuah transmitter tunggal. Selain itu, teknologi wireless charging ini diklaim mampu mengisi ulang baterai sebuah perangkat dalam jarak beberapa meter. Laboratorium Fujitsu mengembangkan teknologi yang bisa mempersingkat waktu charging, mengembangkan sistem charging lewat metode resonansi magnetik. Metode resonansi magnetik yang dipakai Fujitsu pada teknologi wireless charging ini memanfaatkan koil dan kapasitor sebagai resonator. Resonator inilah yang nantinya mampu mentransmisikan energi listrik dalam jarak beberapa meter. Teknologi yang diklaim 85 persen lebih efisien ini rencananya akan dipasarkan mulai tahun 2012. Perangkat pertama yang menikmati teknologi ini kemungkinan besar adalah ponsel. Selain itu, nantinya Fujitsu juga berencana memanfaatkan teknologi ini untuk mengisi ulang baterai perangkat berukuran besar seperti mobil elektrik.

Sumber: http://brigittalala.wordpress.com/pesan-dan-kesan-mengikuti-pree-test-fisika/gelombang-elektromagnetik/
http://microwave-kpip.blogspot.com/2010/12/cara-kerja-open-microwave.html