Gelombang Mikro

Gelombang Mikro


Gelombang mikro atau Mikrogelombang (microwave) adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu di atas 3 GHz (3x109 Hz).
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.
 
Pemanfaatan gelombang mikro :
Gelombang mikro adalah gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang 1 meter – 1 mm atau frekuensi 300 Mhz – 300 Ghz. Seperti telah diketahui bahwa hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang adalah: Panjang gelombang = Kecepatan merambat gelombang/ frekuensi.Pemanfaatan gelombang elektromagnetik sangat luas dalam kehidupan sehari hari. Pemanfaatan gelombang elektromagnetik tersebut terutama untuk keperluan telekomunikasi. Berikut akan diuraikan secara khusus tentang pemanfaatan gelombang mikro:

1. Pemanasan
Kita tentu tidak asing dengan nama microwave oven yang sehari-hari kita pakai untuk memanaskan makanan. Microwave oven menggunakan gelombang mikro dalam band frekuensi ISM sekitar 2.45 GHz. Food processing hanyalah salah satu contoh saja yang sederhana. Gelombang mikro juga dimanfaatkan untuk pemanasan material dalam bidang industri. Pemanasan dengan gelombang mikro mempunyai kelebihan yaitu pemanasan lebih merata karena bukan mentransfer panas dari luar tetapi membangkitkan panas dari dalam bahan tersebut. Pemanasannya juga dapat bersifat selektif artinya tergantung dari dielektrik properties bahan. Hal ini akan menghemat energi untuk pemanasan. Misalkan dipakai untuk pemanasan bahan untuk body mobil maka chamber untuk pemanasan tidak akan panas tapi body mobil akan panas sesuai dengan yang kita inginkan. SIstem autoclave yang konvensional sangat boros energi karena chambernya ikut panas sehingga perlu proses pendinginan yang memakan energi juga. Dengan sifat selecting heating tersebut teknik pemanasan gelombang mikro juga dipakai untuk terapy kanker yang sering disebut dengan hyperthermia. Penngaturan daya dan perangcangan antena merupakan hal yang utama dari terapi ini. Fokus pemanasan pada volume sel kanker dapat dioptimasi ari perancangan antenna dan pengaturan daya serta jarak antena dengan sel kanker tersebut.

2. Telekomunikasi
Bagi yang senang memanfaatkan fasilitas hotspot tentunya tidak asing dengan WiFi yang menggunakan band frekuensi ISM. Begitu juga yang gemar menggunakan bluetooth untuk transfer file antara handphone atau handphone dnegan komputer. Operator telekomunikasi juga memanfaatkan gelombang mikro untuk komunikasi antara BTS ataupun antara BTS dengan pelanggannya. di Eropa khususnya di Jerman sudah jarang terlihat penggunaan gelombang mikro untuk komunikasi dengan metode WDM antara BTS dengan BSC. Jaringan backbone komunikasi sudah memakai jarinagn fiber optis. Untuk komunikasi ke end user pada sistem selular tetap menggunakan gelombang mikro. Untuk di indonesia pada tower2 operator telekomunikasi sangat sering kita jumpai antena directional untuk komunikasi antara BTS . Untuk komunikasi ke end user operator GSM di indonesia memakai frekuensi di sekitar 800 MHz, 900MHz dan 1800MHz.

3. Radar dan navigasi
Radar juga memakai gelombang mikro untuk mendeteksi suatu object. Sesuai dengan namanya radio detection and ranging, radar memanfaatkan pantulan gelombang dari object tersebut untuk pendeteksian. meskipun sinyal sangat lemah tetapi dapat dikuatkan kembali sehingga object bisa terdeteksi. Radar biasa dipergunakan untuk mendeteksi benda bergerak. Pantulan tersebut berasal dari polarisasi horizontal, vertical maupun circular. Waktu antar transmit dan receive itu yang dipergunakan untuk mengitung jarak objek tersebut. pada sistem radar, pengolahan sinyal memainkan peranan yang penting untuk mengurangi interferens. Radar memancarkan dan menerima sinyal pantulan secara bergantian dengan sistem switch.Begitu juga dengan sistem GPS. GPS mempunyai prinsip yang mirip dengan radar. setiap satelit secara periodis mengirimkan pesan yang isinya adalah waktu pengiriman pesan dan informasi orbit satelit. receiver GPS akan menghitung jarak receiver dengan setiap satelit yang mengirimkan pesan2 tersebut. Dengan membandingkan jarak antara beberapa satelit ini dapat ditentukan letak gps receiver tersebut.
Ternyata dalam kehidupan sehari-hari kita tidak lepas dari peran gelombang mikro. Lalu bagaimana dengan penelitian tentang bidang ini di Indonesia? Sangat disayangkan bahwa studi tentang gelombang mikro secara dasar maupun pemanfaaatannya masih sangat sedikit di Indonesia. Saya sebagai pengajar di Universitas juga merasa malu bahkan prasarana yang ada di universitas untuk melakukan penelitian di bidang ini sangat kurang.
Salah satu universitas yang masuk kategori paling ternama di Indonesia bahkan hanya mempunyai satu buah spektrum analyzer peninggalan jepang (hasil hibah dari Jepang). Lalu bagaimana dengan alat ukur lain seperti scalar network analyzer, vector network analyzer dan piranti-piranti komponen-komponen sistem gelombang mikro. Jangan harap tersedia di universitas, melihatnyapun belum pernah.

Membandingkan dengan Jerman tentu tidak sepantasnya, hanya saja sebagai lecutan motivasi tentu tidak ada salahnya. Studi intensif tentang gelombang mikro dilakukan oleh banyak ilmuwan di Jerman. Dimulai dari studi gelombang elektromagnetik yang merupakan induk dari gelombang mikro oleh Hermann von Helmholtz yang untuk menghormatinya didedikasikan Hemlmhotz equation. Helmhotz sendiri sebenarnya tidak terlalu berkontribusi besar tetapi mahasiswa bimbingannya Heinrich Hertz yang kemudian menjadi seorang profesor di Uni-Karlsruhe melakukan eksperimen tentang keberadaan elektromagnetik membuat perkembangan studi elektromagnetik dan pemanfaatannya menjadi sangat populer. Sekarang banyak ilmuwan-ilmuwan yang menekuni bidang ini.Penelitian dan pengembangan teknologi secara sangat profesional dikelola oleh berbagai institusi. Di institut tempatku bekerja saat ini sedang dikembangkan gyrotron pembangkit gelombang mikro frekuensi dan daya tinggi. Selain itu juga ada grup yang mengembangkan penelitian di bidang aplikasi gelombang mikro untuk pemrosesan material. Itu hanya salah satu contoh pada satu insitut, padahal suatu riset center atau suatu universitas terdiri dari banyak institut. Jadi studi gelombang mikro dan pemanfaatannya dalam bidang, komunikasi, radar dan navigasi maupun pemanasan dilakukan secara intensif diberbagai institut yang tidak saling tumpang tindih. Penelitian kerjasama dilakukan antar institut untuk mengoptimalkan sumberdaya manusia dan prasarana yang masing-masing mempunyai keunggulan tersendiri.


Cara kerja gelombang mikro :

Untuk cara kerja gelombang mikronya sendiri:Gelombang mikro atau Mikrogelombang (microwave) adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu diatas 3 GHz (3x109 Hz).
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.

Bagaimana Gelombang Mikro dapat Memanaskan Makanan

Setiap gelombang electromagnet membawa sejumlah energy yang dapat diolah untuk keperluan manusia. Panjang masing-masing jenis gelombang elektromagnetik yang berbeda-beda akan mempengaruhi perilaku gelombang jika bereaksi dengan berbagai jenis materi.
 Perpindahan gelombang elektromagnetik dilakukan secara radiasi, yaiotu perpindahan yang tidak memerlukan medium perantara. Energy yang dipancarkan matahari dapat melewati ruang angkasa yang vakum dan sampai di bumi. Contoh gelombang elektromagnetik adalah cahaya matahari dalam bentuk sinar ultraviolet (UV) yang setiap hari masuk ke bumi dalam jumlah yang tak terkira. Sinar UV pada saat melewati ruang angkasa tidak menaikkan suhu di ruang angkasa yang vakum, tetapi di bumi sinar ini menaikan suhu berbagai jenis benda yang ditemuinya. Pemahaman tentang karakteristik sifat UV dapat digunakan untuk memanfaatkan sinar UV dan menghindari efek buruk sinar UV, seperti resiko kanker kulit.
 Di dalam setiap microwave terdapat sebuah magnetron. Magnetron adalah sejenis tabung hampa penghasil gelombang mikro. Fungsi magnetron adalah memancarkan gelombang mikro ke dalam microwave. Pada awalnya magnetron dirancang untuk penggunaan radar. Memang benar gelombang mikro yang digunakan sama dengan gelombang yang digunakan di dunia telekomunikasi seperti radar, gelombang pemancar stasiun radio, gelombang pemancar stasiun televise, atau gelombang sinyal handphone. Gelombang mikro sendiri adalah salah satu gelombang radio.
 Gelombang mikro dapat digunakan sebagai pemanas makanan karena memiliki tiga buah sifat dasar yang menjadi dasar prinsip kerja microwave;
1) Gelombang mikro akan dipantulkan oleh bahan logam seperti baja atau besi.
2) Gelombang ini dapat menembus bahan non logam tanpa memanaskannya
3) Gelombang ini akan diserap oleh air.

Sebagai gelombang elektromagnetik, gelombang mikro yang menjalar membawa energi yang cukup untuk memanaskan cairan pada makanan. Gelombang mikro yang dipancarkan magnetron ke dalam ruang microwave aka terperangkap di dalamnya karena terlindung oleh dinding microwave yang terbuat dari logam. Selanjutnya apabila geloombang mikro mengenai cairan , maka energy gelombang mikro ini akan diserap oleh cairan tersebut. Pengertian penyerapan energi oleh air adalah sebuah fenomena alam yang dipelajari lebih jauh di bidang ilmu fisika, yang mungkin tidak lazm dipahami dalam kehidupan sehari-hari.

Sebagai gelombang electromagnet, gelombang mikro membawa medan listrik dan medan manet. Molekul-molekul air pada kasus ini dapat dibayangkan memiliki dua buah muatan di kedua ujungnya, yaitu positif dan negative. Gaya listrik yang diakibatkan medan listrik gelombang mikro akan memutar molkul-molekul air hingga molekul-molekul air tersebut dapat bergerak. Bergeraknya molekul-molekul air ini disebabkan karena air adalah fluida. Pergerakan ini kemudian menyebabkan molekul-molekul air saling bertubrukan. Tubrukan-tubrukan inilah yang akan meningkatkan suhu makanan secara keseluruhan. Ruangan di dalam microwave walaupun mengandung uap air akibat penguapan cairan tidak menjadi panas, karena uap air memiliki kerapatan yang jauh lebih rendah disbanding air, sehingga tidak terjadi tubrukan antara molekul air.

Bulatan merah = hidrogendengan muatan positif, berusaha mendekati muatan negative, gelombang listrik dari gelombang mikro dalam bentuk gelombang akan menyebabkan hydrogen bergerak, yang pada akhirnya molekul air saling bertabrakan.

Oleh sebab itu, dapat diakatan bahwa zat yang dapat dipanaskan oleh microwave harus mengandung air atau cairan. Namun, karena setiap makanan mengandung cairan, maka makanan dapat dipanaskan oleh microwave. Zat makanan lain yang juga akan menyerap panas microwave adalah gula, garam. Lemak. Fenomena ini menyebabkan cara memasak berbagai jenis makanan akan berbeda-beda tergantung dari kadar cairan yang berada pada setiap unsur-unsur makanan yang aka dimasak. Logam tidak dapat ditembus oleh gelombang mikro dikarenakan kerapatan molekul logam lebih rapat dibandingkan panjang gelombang dari gelombang mikro. Namun aluminium foil yang tipis masih dapat ditembus oleh gelombang mikro, hal ini dapat dimanfaatkan untuk memasak makanan yang banyak mengandung air atau lemak yang lebih mudah panas agar tidak cepat gosong.

Sifat Gelombang Mikro 

Frekuensi gelombang mikro yang digunakan pada Microwave Oven adalah 2.450 Mhz yang termasuk dalam jalur UHF yang digunakan oleh frekuensi radio dan Televisi.

Spektrum gelombang elektromagnet :


Didalam spektrum gelombang elektromagnetik, gelombang mikro mempunyai sifat yang sama dengan gelombang infra red atau gelombang cahaya.

Sifat-sifat gelombang mikro dalam kaitanya dengan Microwave Oven adalah :

1. Refleksi (Pemantulan)
Gelombang mikro lebih banyak dipantulkan bila mengenai permukaan logam atau yang berwarna cerah. Bila digunakan wadah memasak yang terbuat dari logam / metal, makanan tidak akan / lama matang karena gelombang mikro dipantulkan dan juga dapat menimbulkan bunga api (spark).



2. Transmisi
gelombang mikro dapat melalui atau melewati benda / material yang mempunyai sifat dielektrik (perlawanan arus listrik) yang kecil seperti gelas, plastik, kertas, keramik porselin; sehingga benda ini tidak dipengaruhi oleh gelombng mikro


3. Absorbsi (Penyerapan)
Gelombang mikro diserap oleh benda / material yang mempunyai sifat dielektrik yang besar seperti makanan dan benda yang mempunyai permukaan  berwarna gelap. Gelombang mikro yang diserap oleh makanan akan menghasilkan panas didalam makanan sehingga makanan dimasak / matang.