RADIASI ELEKTROMAGNETIK (2)

BAB II

PEMBAHASAN

2.1      Definisi Radiasi Elektromagnetik

      Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich Hertz. Gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversal. Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Ketika kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Elektromagnetik merupakan sejenis magnet yang dibuat dengan cara melilitkan kawat pada suatu logam konduktor seperti besi atau baja, kemudian mengalirinya dengan arus listrik. Ting dan Chen (2011) menyatakan gelombang elektromagnetik umumnya dihasilkan oleh arus bolak-balik (AC) dalam hal hukum induksi Faraday dan hukum rangkaian amper hukum induksi Faraday menunjukkan bahwa waktu bervariasi dalam medan magnet dan akan memiliki medan listrik yang terkait.

      Listrik dan magnet merupakan bagian dari spektrum radiasi elektromagnetik yang memanjang dari listrik dan medan magnet statis, melalui frekuensi radio dan radiasi inframerah, sinar-X. Radiasi elektromagnetik (EM radiasi, ESDM, atau cahaya) merupakan bentuk energi yang dilepaskan oleh proses elektromagnetik atau dapat pula disebut sebagai suatu kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat lewat ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Dalam ilmu fisika, semua ESDM disebut sebagai cahaya, tapi bahasa sehari-hari ringan sering merujuk secara eksklusif untuk cahaya tampak, atau secara kolektif untuk terlihat, cahaya inframerah dan ultraviolet. Radiasi elektromagnetik menurut IARC (2013) adalah proses perjalanan energi (atau "menjalar") dalam bentuk gelombang yang dibawa oleh listrik (E) dan magnetik (H) bidang yang berbeda-beda dalam pesawat tegak lurus satu sama lain dan untuk arah propagasi energi melalui ruang atau lainnya. Diagram pada gambar 1. menunjukkan pesawat terpolarisasi linier gelombang merambat EMR dari kiri ke kanan. Medan listrik pada bidang vertikal dan medan magnet pada bidang horizontal. Medan listrik dan magnet dalam gelombang ESDM selalu dalam fase dan pada 90 derajat satu sama lain.

Gambar 1. Polarisasi Linier Gelombang EMR Merambat dari Kiri ke Kanan

Sumber : Ting dan Chen (2011)

      Salah satu karakteristik utama yang mendefinisikan medan elektromagnetik (EMF) menurut WHO yaitu frekuensi atau panjang gelombang yang sesuai. Bidang frekuensi yang berbeda berinteraksi dengan tubuh dengan cara yang berbeda. Satu bisa membayangkan gelombang elektromagnetik sebagai serangkaian gelombang yang sangat biasa yang melakukan perjalanan pada kecepatan yang sangat besar, kecepatan cahaya. Frekuensi hanya menggambarkan jumlah osilasi atau siklus per detik, sedangkan panjang gelombang istilah menggambarkan jarak antara satu gelombang dan berikutnya. Oleh karena panjang gelombang dan frekuensi yang tak terpisahkan terjalin: semakin tinggi frekuensi yang lebih pendek panjang gelombang.

      Rifai dan Hakami (2014) menyatakan bahwa gelombang elektromagnetik dikategorikan menurut frekuensinya yaitu non-pengion dan pengion. WHO menyatakan Panjang gelombang dan frekuensi menentukan karakteristik penting dari medan elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik yang dibawa oleh partikel yang disebut quanta. Quanta frekuensi yang lebih tinggi (panjang gelombang lebih pendek) gelombang membawa lebih banyak energi daripada frekuensi yang lebih rendah bidang (panjang gelombang). Beberapa gelombang elektromagnetik membawa begitu banyak energi per kuantum bahwa mereka memiliki kemampuan untuk memutuskan ikatan antara molekul. Dalam spektrum elektromagnetik, sinar gamma yang dilepaskan oleh bahan radioaktif, sinar kosmik dan sinar-X membawa properti ini dan disebut 'radiasi pengion'. Gelombang elektromagnetik pengion merupakan radiasi yang memiliki potensi kerusakan sel dan DNA. Sedangkan medan yang quantanya tidak cukup untuk memutuskan ikatan molekul yang disebut 'radiasi non-pengion'. Sumber buatan dari medan elektromagnetik yang membentuk bagian utama dari kehidupan industri - listrik, microwave dan bidang frekuensi radio - ditemukan pada panjang gelombang yang relatif panjang dan akhir frekuensi rendah dari spektrum elektromagnetik dan quanta mereka tidak dapat memecahkan ikatan kimia. Gelombang elektromagnetik non-pengion merupakan radiasi tingkat rendah.

      Menurut jenisnya Rifai dan Hakami (2014) membagi gelombang elektromagnetik terdiri atas:

1.    Medan listrik statis, disebabkan oleh ion yang dilepaskan dari bahan sintetis, dapat membuat manusia merasa tidak enak badan.

2.    Magnet residual, berasal dari logam yang ada di tempat tidur dan dapat mengubah medan magnet  serta menyebabkan ketidaknyamanan tubuh.

3.    Medan energi frekuensi, berasal dari kabel dinding, outlet listrik, kabel ekstensi, pencahayaan dan peralatan listrik lainnya.

4.    Medan magnet frekuensi daya, berasal dari hubungan arus pendek listrik, kabel listrik bawah tanah yang berjalan di dekat daerah tidur, box panel listrik yang terletak di dinding yang berdekatan atau bahkan kulkas atau TV yang terletak di sisi lain dinding.

5.    Medan frekuensi komunikasi radio, yang mencakup berbagai radio dan TV, telepon nirkabel, wireless perangkat, ponsel dan menara komunikasi.

6.    Radioaktivitas, berasal dari bahan bangunan seperti granit-sepertiga dari granit di rumah adalah radioaktif, dan gas radon dipancarkan dari tanah.

2.2      Sumber Radiasi Elektromagnetik

      Radiasi elektromagnetik yang ada di lingkungan sebagian kecil berasal dari alam dan sebagian besar berasal dari buatan manusia. Rifai dan Hakami (2014) menyatakan bahwa radiasi elektromagnetik di lingkungan awalnya memang sudah ada secara alami berasal dari alam, akan tetapi paparan lingkungan saat ini berasal dari sumber buatan manusia.

2.2.1 Sumber alami

      Sumber radiasi elektromagnetik di lingkungan yang berasal dari alam merupakan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan dari bumi (sumber terestrial) dan dari luar angkasa (sumber luar bumi). Dibandingkan dengan bidang buatan manusia, bidang alam sangat kecil dan energi bidang alam cenderung memiliki frekuensi yang tersebar di rentang yang sangat luas. Ilustrasi radiasi elektromagnetik dari alam dapat dilihat pada gambar 2.

      Gambar 2. Radiasi Elektromagnetik yang Berasal dari Alam

Sumber: IARC (2013)

      Menurut Cooray dalam IARC (2013) menjelaskan berbagai model matematika mengenai sumber terkuat terkait dengan radiasi elektromagnetik yaitu petir. Rata-rata, sambaran petir bumi 40 kali per detik, atau 10 kali per kilometer persegi per tahun. Sebuah amplitudo pulsa khas 4 V/m pada 200 km sesuai dengan puncak kepadatan kekuatan 42 mW / m, dan total kepadatan energi pulsa dari 2,5 mJ / m². Kekuatan listrik bidang puncak hingga 10 kV / m yang mungkin dalam 1 km dari tempat sambaran petir. Pada jarak lebih dari 100 km, kekuatan medan menurun dengan cepat ke beberapa volt per meter, dengan puncak dE / dt sekitar 20 V/m per mikrodetik, dan kemudian lebih lanjut menurun selama beberapa puluh mikrodetik (IARC, 2013).

2.2.2. Sumber buatan manusia

      Terdapat banyak sumber yang berbeda dari bidang medan elektromagnetik buatan manusia. Menurut Rifai dan Hakami (2014) gelombang elektromagnetik yang bersumber dari buatan manusia lebih umum dan terkenal dengan radiasi dalam kisaran RF dari 30 kHz sampai 300 GHz. Radiasi elektromagnetik semakin meningkat seiring dengan penggunaan listrik dan teknologi secara berlebihan. Beberapa sumber radiasi elektromagnetik non-pengion dapat dilihat pada tabel 1, wilayah non-ionisasi dari spektrum elektromagnetik terdapat pada gambar 2.

Tabel 1. Sumber Radiasi Elektromagnetik Non-Pengion

Tipe radiasi	Definisi	Bentuk radiasi	Sumber
Non-ionisasi	Rendah radiasi pertengahan frekuensi yang "umumnya dianggap" tidak berbahaya karena kurangnya potensi.	1.    Frekuensi Sangat Rendah (ELF) 2.    Radiofrequency (RF) 3.    Microwave 4.    Lampu Visual	1.    Oven microwave 2.    Komputer 3.    Energi smart home meter 4.    Jaringan Wireless (WiFi) 5.    Telepon seluler 6.    Perangkat Bluetooth 7.    Saluran listrik 8.    MRI
Sumber : Rifai dan Hakami (2014)

Gambar 2. Spektrum elektromagnetik pengion dan nun-pengion

Sumber:  Rifai dan Hakami (2014)

      Berikut ini adalah contoh penggunaan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari hari :

1.    Radio

Gelombang energi radio merupakan bentuk level energi elektromagnetik terendah, dengan kisaran panjang gelombang dari ribuan kilometer sampai kurang dari satu meter. Menurut Syaifurrahman (2010) gelombang radio adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang lebih rendah dari 3000 GHz yang merambat dalam ruang angkasa tanpa sarana penghantar buatan. Dimana frekuensi radio merupakan jumlah getaran gelombang elektromagnetik yang terjadi dalam satu satuan waktu yang diukur dengan satuan siklus / detik atau Hertz (Hz). Penggunaan paling banyak adalah dari energi gelombang radio adalah untuk kebutuhan komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar.

Radar (radio detection and ranging) merupakan suatu sistem pendeteksi obyek yang menggunakan gelombang elektromagnetik untuk identifikasi jarak(range),arah (direction),atau kecepatan (speed) obyek. Radar merupakan perangkat dari elemen peperangan elektronika (EW: Electronic warfare) sebagai ESM (electronic warfare support measure),sangat vital dalam system pertahanan nasional(national defense system) sebagai mata dan telinga untuk mengawasi obyek yang dapat membahayakan kesematan wilayah (Rustamaji dan Djaelani, 2011). Selain itu, 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. Gelombang elektromagnetik radio berinteraksi dengan materi sebagian besar sebagai koleksi sebagian besar biaya yang tersebar di sejumlah besar atom yang terkena dampak. Dalam konduktor listrik, seperti gerakan diinduksi sebagian besar biaya (arus listrik) menghasilkan penyerapan ESDM, atau pemisahan lain biaya yang menyebabkan generasi ESDM baru (refleksi efektif ESDM). Interaksi ini menghasilkan baik arus listrik atau panas, atau keduanya. Inframerah ESDM berinteraksi dengan dipol dalam molekul tunggal, yang berubah sebagai atom bergetar di ujung ikatan kimia tunggal.

2.    Telepon Seluler

Telepon seluler merupakan radio dua arah yang memancarkan radiasi elektromagnetik. Prinsip kerja dari telepon seluler yaitu berkomunikasi dengan mengirimkan gelombang radio melalui jaringan antena tetap disebut BTS (base transverence station). Menurut WHO menyatakan bahwa telepon seluler adalah pemancar frekuensi radio bertenaga rendah, beroperasi pada frekuensi antara 450 dan 2700 MHz dengan kekuatan puncak di kisaran 0,1 hingga 2 watt.. Kekuatan (dan karenanya frekuensi radio paparan pengguna) jatuh dengan cepat dengan meningkatnya jarak dari handset. Radiasi  telepon selular  termasuk dalam kategori  radiasi nun-pengion (non- ionizing radiation). Radiasi ini tidak mampu menimbulkan ionisasi.  Dari  aspek energi,  kelompok ini  relatif

kecil  ketimbang bentuk radiasi yang mampu menimbulkan ion. Namun demikian,  dampaknya  tergantung kekuatan radiasi dan  kondisi  biologis  kelompok  target.  Beberapa  energi  yang masuk kelompok non-pengion, namun relatif memiliki kekuatan yang dahsyat pada sekelompok spesies memberikan dampak berbeda (Mandasari et al., 2014).

3.    Microwave

Panjang gelombang radiasi microwave berkisar antara 0.3-300 cm. Penggunaannya terutama dalam bidang komunikasi dan pengiriman informasi melalui ruang terbuka, memasak, dan sistem PJ aktif. Pada sistem PJ aktif, pulsa microwave ditembakkan kepada sebuah target dan refleksinya diukur untuk mempelajari karakteristik target. Sebagai contoh aplikasi adalah Tropical Rainfall Measuring Mission’s (TRMM) Microwave Imager (TMI), yang mengukur radiasi microwave yang dipancarkan dari Spektrum elektromagnetik Energi elektromagnetik atmosfer bumi untuk mengukur penguapan, kandungan air di awan dan intensitas hujan.

Microwave oven dapat bekerja begitu cepat dan efisien karena gelombang elektromagnetiknya menembus makanan dan mengeksitasi molekul air dan lemak secara merata (tidak Cuma permukaannya saja). Gelombang pada frekuensi 2.500 MHz (2,5 GHz) ini diserap oleh air, lemak, dan gula. Saat diserap, atom tereksitasi dan menghasilkan panas. Proses ini tidak memerlukan konduksi panas seperti di oven biasa karena itulah prosesnya bisa dilakukan sangat cepat. Gelombang mikro pada frekuensi ini tidak diserap oleh bahan-bahan gelas, keramik, dan sebagian jenis plastik.

4.    Saluran transmisi tenaga listrik

Sistem pengiriman daya listrik melalui jaringan trasmisi saluran udara tegangan ekstra tinggi (SUTET) memberikan berbagai keuntungan seperti pengiriman daya listrik lebih besar, kerugian daya bertambah kecil, keandalan tinggi. WHO telah menetapkan batas ambang medan magnet adalah 0,3 mT, sementara PLN menetapkan 0,5 mT. Berdasarkan hasil perhitungan ditunjukkan bahwa perubahan konfigurasi sistem saluran akan mempengaruhi besarnya kerapatan medan magnet (Nugroho, 2009). Berikut ini merupakan sumber utama radiasi tegangan tinggi listrik antara lain:

1.  Saluran listrik tegangan tinggi.

2.  Jalur transmisi district.

3.  Sistem perlindungan petir.

4.  Sistem grounding.

5.  Peralatan listrik umum, termasuk oven microwave, AC, kipas angin, pemanas listrik, selimut listrik, pengering rambut, dll

6.  Peralatan dan kabel listrik pada frekuensi sangat rendah (ELF)

5.    Menara pemancar

Menara pemancar yang digunakan secara umum dapat digolongkan ke dalam tiga jenis, yaitu:

a) Self-Supporting Tower

adalah menara yang memiliki pola batang yang disusun dan disambung sehingga membentuk rangka yang berdiri sendiri tanpa adanya sokongan lainnya.

b        b)    Guyed Tower

adalah jenis menara yang disokong dengan kabel yang diangkurkan pada landasan tanah, menara ini juga disusun atas pola batang sama halnya dengan self-supporting tower, akan tetapi menara jenis guyed Tower memiliki jenis dimensi batang yang lebih kecil dari pada jenis menara self-supporting Tower

c         c)    Monopole

adalah jenis menara yang hanya terdiri dari satu batang atau satu tiang yang didirikan atau ditancapkan langsung pada tanah. Dari penampangnya menara tipe monopole ini dibagi menjadi dua jenis, yaitu cilcular-pole dan tapered-pole.

Ketinggian suatu menara pemancar biasanya mulai dari 20-120 meter ketinggian dari menara pemancar tersebut didasarkan atas kebutuhannya serta jangkauan dalam menerima sinyal, menara pemancar komunikasi mempunyai beberapa macam kegunaan yaitu menara pemancar untuk radio AM (Amplitudo Modulasi), radio FM ( Frekuensi Modulasi ), dan BTS (Base Transmite Satelite). Selain itu juga lokasi dimana menara pemancar itu berada sangat mempengaruhi terhadap terhadap struktur menara tersebut.