Gelombang Radio

Di bidang telekomunikasi, Hertz bukan lagi barang baru. Tapi, siapakah tokoh ini sebetulnya?

SATUAN frekuensi gelombang radio yang sering diucapkan oleh para penyiar radio adalah hertz. Karena ukurannya besar, maka mereka sering menyebutnya dalam satuan kilohertz atau megahertz. Satuan hertz ini berasal dari nama cendekiawan yang bernama Heindrich Rudolf Hertz yang hidup pada abad ke-19. Para cendekiawan mengabadikan namanya dalam satuan gelombang radio, karena ia merupakan orang pertama yang membuktikan bahwa gelombang radio itu ada.

Sebelumnya, pada tahun 1864, secara teoretik di atas kertas, James Clerk Maxwell telah menunjukkan di dalam rumusnya, bahwa medan elektromagnetika dapat merambat dalam bentuk gelombang. Bahkan, rumus Maxwell pun telah menunjukkan, bahwa medan elektromagnetika dapat merambat dalam bentuk gelombang; juga ditunjukkan pada rumusnya itu, bahwa cahaya pun merupakan salah satu bagian dari rentangan gelombang elektromangnetika. Gelombang elektromagnetika inilah yang dibuktikan adanya oleh Hertz melalui percobaan di dalam laboratorium. Ketika ditemukan pada tahun 1887, gelombang itu dikenal sebagai gelombang Hertz.

Kemudian, Marchese Guglielmo Marconi menggunakan gelombang Hertz ini dalam komunikasi tanpa kawat. Dengan demikian, sejak saat itu, dunia telekomunikasi mengenal dua macam komunikasi. Macam pertama adalah komunikasi telegrafi melalui kawat serta macam kedua adalah komunikasi telegrafi tanpa kawat. Telegrafi melalui kawat ini dikenal sebagai telegrafi melalui arus listrik. Dan telegrafi tanpa kawat dikenal juga sebagai telegrafi melalui radiasi. Kemudian, kata telegrafi melalui radiasi dikenal juga sebagai radiotelegrafi. Dan kata ini pun disingkat lagi menjadi kata radio seperti yang sering kita kenal sekarang.

Dengan munculnya kata radiotelegrafi atau kata radio, maka gelombang Hertz pun dikenal juga sebagai gelombang radio. Pada dasarnya, gelombang radio ini adalah rambatan medan elektromagnetika yang telah diperkirakan oleh Maxwell melalui rumusnya yang terkenal.

Heinrich Rudolf Hertz
HEINDRICH Rudolf Hertz lahir di Hamburg, Jerman, pada tahun 1857, sebagai anak dari seorang pengacara Yahudi. Mula-mula, ia berminat mempelajari bidang teknik. Namun, pada tahun 1878, menyimpang dari minatnya itu, Hertz mempelajari fisika di Universitas Berlin. Di situ, ia menjadi asisten dari dua orang cendekiawan tenar yakni Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz dan Gustav Robert Kirchhoff.

Pada tahun 1880, Hertz sudah berhasil menulis makalah yang meraih hadiah. Makalah itu berjudul Tenaga Kinetik Listrik Dalam Gerak. Pada tahun yang sama, ia merampungkan disertasinya yang berjudul Induksi Dalam Bola Berotasi. Pada ujian doktornya itu, ia lulus dengan imbuhan magna cum laude. Setelah itu, selama dua tahun lamanya ia menetap di Universitas Berlin sebagai asisten Helmholtz.

Pada tahun 1883, Hertz pindah menjadi dosen di Universitas Kiel. Di situ, ia mulai tertarik kepada persamaan Maxwell yang mengatur ciri medan elektromagnetika. Pada tahun 1885, ia diangkat menjadi guru besar fisika di Institut Politeknik Karlsruhe. Pada saat itu pula, Akademi Ilmu Berlin mengumumkan pemberian hadiah untuk karya di bidang elektromagnetika. Helmholtz segera pula mendesak Hertz untuk menyambut pengumuman akademi itu. Sekalipun tidak secara antusias, Hertz mencoba juga.

Dari tahun 1886 sampai 1889, Hertz melakukan sejumlah percobaan untuk membuktikan rumus Maxwell. Ia berusaha membuktikan bahwa medan elektromagnetika itu dapat merambat sebagai gelombang. Dalam percobaannya itu, ia berusaha menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetika dan gelombang cahaya itu adalah gelombang yang sama. Pembuktian itu dilakukannya melalui percobaan yang menunjukkan kesamaan ciri dari kedua jenis gelombang itu.

Gagasan Maxwell itu, kata Hertz, memerlukan dua tonggak penunjang. Tonggak pertama adalah pembuktian “bahwa efek listrik atau magnet dapat dihasilkan langsung oleh cahaya.” Tonggak kedua adalah pembuktian, “bahwa beradanya gelombang gaya listrik atau magnet dapat dirambatkan menurut ciri yang dimiliki cahaya.” Kedua tonggak itu perlu dibangun, kata Hertz lebih lanjut. Namun pada zamannya itu, Hertz sudah merasa cukup kalau kita sudah dapat memulai dari satu di antaranya. Dengan harapan itu, melalui berbagai percobaan, Hertz membangun tonggak kedua.

Pada tahun 1889, Hertz menggantikan Rudolf Julius Emmanuel Clausius sebagai guru besar fisika di Universitas Bonn. Di situ, ia mempelajari lepasan listrik pada gas bertekanan rendah (tabung hampir hampa). Ia mempelajari sinar katoda yang muncul pada lepasan listrik itu. Aneh juga bahwa pada percobaan demikian, sinar-X lolos dari studi Hertz itu.

Hertz meninggal pada usia muda karena penyakit peracunan darah yang kronis. la tidak sempat melihat bagaimana gelombang radio menjadi alat penting di dalam telekomunikasi. Ia juga tidak sempat menyaksikan penemuan elektron sebagai partikel yang nnampu menembusi zat. Selama hidupnya, Hertz terpaku pada gelombang dan tidak pernah membayangkan kemungkinan pancaran partikel pada peristiwa cahaya. Karena itu, Hertz juga terpaku pada konsep eter yang dianggap sebagai media pembawa gelombang.

Gelombang Radio
UNTUK dapat membuktikan teori Maxwell, Hertz harus dapat membangkitkan medan elektromagnetika (EM) yang berubah-ubah. Ini berarti, bahwa ia harus membuat suatu rangkaian osilator. Dalam hal ini, rangkaian osilator Hertz terdiri atas dua keping bola logam yang terpisah oleh celah udara. Kemudian secara bergantian bola logam itu memperoleh potensial. Setiap kali salah satu bola logam mencapai potensial puncak, maka pada celah udara itu melompat bunga api.

Menurut rumus Maxwell, bunga api yang berosilasi ini akan menimbulkan radiasi EM. Setiap satu osilasi menghasilkan satu gelombang. Karena frekuensi osilasi itu sangat rendah, maka panjang gelombang EM itu akan sangat panjang. Guna mendeteksi ada tidaknya radiasi gelombang panjang demikian, Hertz menggunakan simpal (loop) kawat yang mempunyai celah udara. Kita namakan saja simpal kawat ini sebagai kumparan. Dengan demikian, Hertz telah menggunakan dua kumparan. Satu kumparan sebagai pembangkit dan pemancar gelombang serta kumparan lainnya sebagai detektor gelombang itu.

Menurut pikiran Hertz, kalau arus listrik membangkitkan radiasi pada kumparan pertama, maka radiasi itu harus dapat membangkitkan arus listrik pada kumparan kedua. Arus listrik pada kumparan kedua ini dapat dideteksi melalui bunga api pada celah udara kumparan deteksi itu. Perkiraan Hertz itu ternyata benar. Ia menemukan bunga api melompat di celah udara pada kumparan detektor.

Hertz kemudian memindah-mindahkan kumparan detektornya ke berbagai tempat di ruangan. Gelombang itu masih terus ditemukan. Namun, kuat bunga api ikut berubah. Dari kenyataan ini, Hertz dapat menunjukkan bentuk gelombang, dan dapat menghitung panjangnya. Pada percobaan itu ia menemukan, bahwa panjang gelombang adalah 66 cm.

Hertz menunjukkan melalui percobaannya, bahwa gelombang itu, menyangkut medan listrik dan medan magnet. Dengan demikian, gelombang itu memiliki ciri gelombang EM. Atau dengan kata lain, Hertz sampai kepada kesimpulan bahwa gelombang itu adalah sesungguhnya gelombang EM.

Hertz juga mencatat bahwa jika cahaya ultralembayung menyinari terminal negatif dari celah udara itu, maka bunga api lebih mudah teriadi. Namun, ia berhenti sampai di situ, sehingga ia tidak sampai menemukan gejala fotoelektrik. Ia juga menunjukkan, bahwa kecepatan rambatan gelombang EM adalah dua pertiga kecepatan rambatan cahaya. Namun, ia segera tahu bahwa itu keliru, lalu meralatnya. Kecepatan rambatan gelombaang EM adalah sama dengan kecepatan rambatan cahaya.

Hertz menggantungkan lembaran seng pada satu dinding di dalam laboratoriumnya. Dengan cara ini, ia menemukan bahwa medan EM diperkuat pada letak tertentu serta diperlemah pada letak tertentu lainnya. Ini menunjukkan bahwa lembaran seng itu memantulkan gelombang EM. Percobaan Hertz selanjutnya memperlihatkan, bahwa gelbmbang EM itu merupakan gelombang transversal, seperti halnya gelombang cahaya. Dan, sama halnya dengan gelombang cahaya, gelombang EM inipun mematuhi hukum refraksi dan polarisasi.

Melalui berbagai percobaan, Hertz menemukan, bahwa gelombang EM yang dipancarkan oleh osilator itu memiliki semua ciri yang dimiliki cahaya. Dengan demikian, apabila terdapat perbedaan di antara gelombang EM dan gelombang cahaya, maka perbedaan itu hanya terletak pada panjang gelombang atau frekuensi mereka. Dan itu menunjukkan pula bahwa, pada dasarnya, gelombang cahaya adalah gelombang EM juga. Seperti telah dikemukakan di depan, gelombang EM yang dapat dipancarkan dan diterima ini, segera pula dikenal sebagai gelombang Hertz.

Dengan cepat, percobaan Hertz ini dipastikan oleh percobaan Oliver Joseph Lodge di Inggris dan percobaan Augusto Righi di Italia. Dengan demikian, Hertz telah berhasil memverifikasi teori Maxwell atau persamaan Maxwell. Terhadap persamaan Maxwell itu, Hertz pernah berkata, Anda mengetahui makalah yang dipublikasikannya (Maxwell) pada tahun 1865 tentang teori cahaya elektromagnetika. Adalah tidak mungkin untuk mempelajari teori hebat itu tanpa merasa seolah-olah persamaan matematika itu mempunyai kehidupan tersendiri serta inteligensi tersendiri, seolah-olah mereka lebih arif dari kita, bahkan lebih arif dari penemuannya, seolah-olah mereka memberi lebih banyak daripada yang ia (Maxwell) masukkan ke dalamnya.

Hertz tidak sekedar melakukan percobaan untuk membuktikan teori Maxwell. Ia juga berusaha memberi arti kepada teori Maxwell dan kepada penemuannya itu. Ia terutama berusaha mengaitkan listrik dan magnet dengan cahaya. Sesuai dengan keadaan pada zaman itu, maka di dalam penjelasannya, Hertz menerima teori eter yakni teori yang mengatakan bahwa gelombang cahaya merambat pada media eter itu. Dan bersama itu, seluruh antariksa berisikan eter yakni sesuatu yang sangat halus sehingga tidak dapat kita lihat, ukur, atau timbang.

Penjelasan Hertz
PADA bulan September 1889, Hertz berbicara di Heidelberg, di depan pertemuan ke —62 Asosiasi Jerman untuk Kemajuan Ilmu Alam dan Pengobatan. Ia mencoba untuk menguraikan arti dari penemuannya itu, Uraiannya itu menyinggung listrik dan cahaya, dan kisahnya beranjak dari percobaan Faraday sampai ke persamaan Maxwell.

“Saya berdiri di sini untuk mendukung kepastian,” kata Hertz, “bahwa semua jenis cahaya adalah gejala listrik —cahaya matahari, cahaya lilin, cahaya cacing— bercahaya…. Hilangkan listrik dari dunia, dan cahaya pun akan lenyap.”

Pada pembicaraannya itu, Hertz membahas tentang ciri cahaya. Sesuai dengan perkembangan pengetahuan pada zaman itu, cahaya dianggap sebagai gerakan gelombang di dalam eter. “Kita mengetahui secara lengkap hubungan geometri dari gerakan itu,” kata Hertz, “… namun konsep kita tentang ciri fisika dari proses ini masih kabur, serta anggapan yang kita buat tentang sifat benda itu sendiri masih tidak selalu konsisten.”

Melalui kata itu, Hertz menunjukkan, bagaimana para cendekiawan masih simpang siur dalam hal ciri gelombang cahaya. Kalau cahaya merambat di dalam fluida seperti di dalam eter, maka gelombang cahaya seharusnya berupa gelombang longitudinal. Tidak pernah ada gelombang transversal di dalam fluida. Namun, mereka menemukan bahwa gelombang cahaya adalah gelombang transversal. Dengan demikian, ciri gelombang pada cahaya menjadi tidak konsisten.

Hal kedua yang dikemukakan oleh Hertz adalah medan listrik. Untuk memberi penjelasan kepada aksi berjarak pada listrik dan magnet, para cendekiawan telah mengemukakan konsep medan gaya. Pada saat itu, Hertz bertanya, apakah aksi gaya listrik dan gaya magnet itu memerlukan waktu untuk ke tujuannya. Kalau ya, maka pada suatu saat, keberadaan medan gaya listrik dan medan gaya magnet akan terlepas dan independen dari listrik itu. Hal ini bertentangan dengan teori listrik yang telah diterima sampai pada zaman itu.

Dari kedua hal ini saja, kita sudah menemukan beberapa kesulitan. Teori optika tidak dapat menerima kalau cahaya bukan gelombang elastik (gelombang longitudinal dalam fluida). Teori listrik tidak memungkinkan medan gaya mereka terlepas bebas dari muatan listriknya. Sebaliknya, gelombang cahaya adalah gelombang yang terlepas bebas dari sumbernya, Dengan demikian, teori semacam ini tidak dapat menghubungkan listrik dengan cahaya.

Di sini, kata Hertz, terletak kegeniusan Maxwell. Melalui persamaannya, Maxwell dapat menghubungkan listrik dan magnet dengan cahaya. Menurut teori Maxwell, kata Hertz,

Listrik bergerak menghasilkan gaya magnet, dan magnet bergerak menghasilkan gaya listrik; tetapi kedua efek ini hanya tampak pada kecepatan tinggi. Jadi, kecepatan muncul di dalam hubungan di antara listrik dan magnet, serta konstanta yang mengatur hubungan ini dan secara senantiasa terus menerus berulang di dalamnya, adalah kecepatan yang sangat besar.

Melalui berbagai cara, konstanta itu telah ditentukan oleh berbagai cendekiawan. Percobaan mereka menunjukkan, bahwa konstanta itu sama dengan suatu kecepatan penting di dalam fisika, yakni kecepatan rambatan cahaya. Bersama itu, Hertz menguraikan secara rinci, hasil percobaan para cendekiawan, terutama yang berkaitan dengan konstanta dan kecepatan rambatan cahaya. Setelah itu, Hertz juga membahas bentuk osilator yang terbaik untuk memancarkan dan menerima gelombang EM itu.

Hertz menutup uraian di depan Asosiasi itu dengan mengemukakan, bahwa “secara sendiri, semua percobaan itu adalah sangat sederhana, namun menjurus ke kesimpulan yang sangat penting. Percobaan itu melindas setiap teori yang beranggapan bahwa gaya listrik beraksi melintasi ruang secara terpisah dari waktu. Percobaan itu menandakan kemenangan gemilang bagi teori Maxwell.”

Penutup
TELAH dikemukakan, bahwa menurut Hertz, kita memerlukan dua tonggak untuk membuktikan teori Maxwell. Tonggak pertama perlu menunjukkan bahwa cahaya dapat membangkitkan listrik dan magnet. Tonggak kedua perlu menunjukkan bahwa listrik dan magnet mepunyai ciri cahaya. Hertz telah berhasil menunjukkan tonggak kedua. Tonggak pertama ditunjukkan kemudian oleh orang lain yakni melalui teori fotoelektrik.

Melalui kedua tonggak itu, para cendekiawan berhasil menunjukkan bahwa cahaya pun adalah gelombang EM. Dan bersama itu, gelombang EM menjadi penting. Gelombang EM itu pun dikembangkan lagi di bidang teknik listrik sehingga berguna bagi berbagai komunikasi pada zaman sekarang. Komunikasi melalui gelombang EM atau gelombang radio itu tidak hanya terbatas di bumi. Komunikasi itu sudah menjamah sampai ke wilayah antariksa.

Dalam hidupnya yang cukup singkat itu, Herts sempat juga menulis buku. Pada tahun 1890, ia menerbitkan buku tentang Gelombang Listrik. Setelah ia meninggal, pada tahun 1894, terbit buku tentang Asas Mekanika. Dan pada tahun 1895, terbit buku tentang aneka Makalah.

oleh Dali S. Naga

Sumber: Majalah AKU TAHU/ JANUARI 1988