“Zaman Keemasan Radio” seharusnya berakhir pada tahun 50-an, dengan munculnya televisi. Tapi coba tebak? Acara TV disiarkan dengan sinyal radio. Dan sekarang? Radio ada di mana-mana. Anda punya radio di mobil, tapi mungkin Anda lebih suka streaming musik di ponsel. Bagaimana musik bisa sampai ke Anda? Ya, lewat gelombang radio dari menara seluler. GPS Anda juga bisa digunakan di radio. Dalam hal ini, begitu juga Wi-Fi dan Bluetooth di rumah Anda.
Gelombang radio adalah sejenis radiasi elektromagnetik, sama seperti cahaya tampak. Tapi mereka berada di spektrum terbawah, sehingga tidak berbahaya bagi manusia karena frekuensi rendah berarti energi rendah. (Radiasi berfrekuensi tinggi dan berenergi tinggi seperti sinar-x atau sinar gamma adalah cerita lain.) Itulah salah satu alasan mengapa gelombang radio ideal untuk komunikasi nirkabel. Mereka juga dapat melakukan perjalanan jarak jauh dan melewati rintangan seperti tembok.
Jadi radio tetap relevan seperti sebelumnya. Namun tahukah Anda bahwa Anda dapat dengan mudah membuat pemancar dan penerima radio sendiri di rumah dengan beberapa perlengkapan sederhana? Saya akan menunjukkan caranya. Ini adalah proyek yang menyenangkan dan alasan yang bagus untuk menjelajahi beberapa fisika keren.
Apa Itu Gelombang Elektromagnetik?
Sebenarnya, apa itu gelombang? Bayangkan Anda memiliki tali panjang yang salah satu ujungnya diikatkan pada pegangan pintu. Anda berdiri di seberang ruangan, memegang ujung yang lain. Sekarang, jika Anda menggoyangkan tangan Anda ke atas dan ke bawah, Anda akan menimbulkan gangguan pada senar, dan gangguan tersebut akan bergerak sepanjang senar. Itu sebuah gelombang. Pada dasarnya gelombang memindahkan energi tanpa memindahkan materi.
Bagaimana jika Anda mengambil talinya? Dalam hal ini, Anda akan terlihat seperti manusia sedih yang berjabat tangan dengan teman khayalan. Tanpa tali, tidak ada gelombang. Gelombang membutuhkan sesuatu untuk “melambainya”—mereka membutuhkan medium. Anda tidak dapat memiliki gelombang laut tanpa air. Anda tidak dapat memiliki gelombang suara di luar angkasa, karena tidak ada udara yang dapat dilaluinya.
Namun bagaimana jika, alih-alih menggunakan string, Anda mengguncang muatan listrik (seperti elektron) ke atas dan ke bawah? Muatan listrik menimbulkan medan listrik, jadi begini bergerak muatan akan menimbulkan medan listrik yang berosilasi, dan itu menghasilkan gelombang listrik. Dan di sinilah keanehannya: Ternyata perubahan medan listrik juga menimbulkan perubahan bersifat magnetis bidang. Dan sebaliknya: Perubahan medan magnet menimbulkan perubahan medan listrik. Kami mengetahui hal ini dari persamaan Maxwell.
Ini berarti kita mempunyai osilasi listrik dan magnet yang berjalan bersama-sama, dan masing-masing merupakan medium bagi yang lain. Kombinasi ini disebut radiasi elektromagnetik, juga dikenal sebagai “cahaya”. Ya, gelombang radio hanyalah cahaya dan cahaya Bisa menyebarkan diri melalui ruang kosong—pada kecepatan cahaya, sebenarnya.
Stasiun Radio Piezoelektrik
Oke, ayo buat gelombang radio! Untuk pemancar, yang Anda butuhkan hanyalah pemantik api—Anda tahu, jenis yang tabungnya panjang. Saat Anda menahan pelatuknya, gas dilepaskan melalui ujung tabung dan dinyalakan dengan percikan kecil. Ini yang saya potong menjadi dua:
Foto: Rhett Allain
Lihat kristal piezoelektrik itu? Hal-hal ini sungguh menakjubkan. Ketika Anda memukulnya, mereka akan berubah bentuk untuk sesaat, dan itu menghasilkan tegangan tinggi selama sepersekian detik. Jadi pemicu pemantik api mempunyai palu pegas yang memukul kristal, dan tegangannya menghasilkan percikan api.
Itu bagus untuk acara barbekyu, tapi untuk radio yang kita inginkan adalah voltasenya, bukan percikannya. Tegangan dari kristal tersebut menciptakan medan listrik, yang memberikan gaya pada muatan bebas di udara. (Selalu ada muatan bebas yang melayang-layang, seperti elektron dan ion.) Muatan ini dipercepat dan bertabrakan dengan molekul udara, melepaskan lebih banyak elektron bebas yang juga mempercepat dan bertabrakan, dan seterusnya, dalam reaksi berantai eksponensial. Kami menyebutnya longsoran elektron.
Dan coba tebak apa yang terjadi? Muatan yang dipercepat menciptakan medan listrik yang berubah—yang, ya, menciptakan medan magnet yang berubah, dll., dan gangguan tersebut memancar ke luar sebagai gelombang elektromagnetik. Oh, dan dalam prosesnya, atom nitrogen dan oksigen di udara menjadi tereksitasi. Ketika mereka turun kembali ke tingkat energi yang lebih rendah, mereka memancarkan cahaya. Itulah percikan yang terlihat.
Jadi mari kita praktikkan hal ini. Jika Anda memiliki radio AM, coba ini: Setel ke suatu tempat di pelat jam yang tidak ada stasiunnya. Sekarang pegang pemantik api di dekat antena dan tarik pelatuknya. Anda akan mendengar sedikit yang menyenangkan klik melalui speaker. Itu karena Anda menghasilkan gelombang radio. Keren, bukan? Pemantik api itu adalah pemancar radio. Sekarang yang kita butuhkan hanyalah receiver.
Penerima yang Koherer
Untuk mendeteksi gelombang radio, kita akan membuat rangkaian sederhana. Ini terdiri dari wadah dengan sekumpulan bola aluminium foil yang dihubungkan ke baterai sel kancing dan LED. Ini adalah tampilannya:
Foto: Rhett Allain
Anda memerlukan cangkir bukan logam (saya menggunakan gelas kimia) sehingga arus akan dipaksa mengalir melalui aluminium, dan ada selembar kertas timah di tepi cangkir untuk menghubungkan kabel ke bola. Oh, jangan lupa bahwa LED hanya bekerja satu arah. Kebanyakan dari mereka memiliki kabel yang panjang dan pendek. Kabel panjang terhubung ke terminal positif baterai.
Mengapa bola-bola aluminium foil? Ya, aluminium adalah konduktor, tetapi menghancurkannya menjadi bola berarti titik kontak antar bola menjadi kecil. Itu membatasi aliran arus. Selain itu, aluminium foil mengembangkan lapisan permukaan oksidasi saat terkena udara, yang juga meningkatkan ketahanan.
Hasilnya adalah ketika Anda menghubungkan semuanya, arus pada awalnya tidak cukup untuk menyalakan LED. Tapi ingat, pemantik api kita menciptakan gelombang elektromagnetik, dan ketika bagian medan listrik dari gelombang itu mengenai antarmuka antara dua bola, lapisan oksidasi akan terpecah dan tercipta sambungan yang lebih baik. Bingo! Lampu menyala, memberi tahu kami bahwa kami mendeteksi sinyal radio.
Foto: Rhett Allain
Penerima jenis ini disebut koherer, dan ini nyata. Faktanya, pada dasarnya itulah yang dimiliki Marconi dalam telegraf nirkabel ajaibnya pada tahun 1890-an, hanya saja dia menggunakan serutan nikel dan perak sebagai pengganti bola foil. Ketika gelombang radio mengenai arsip, mereka saling menempel (koheren), memungkinkan arus dari baterai mengalir dan memicu semacam suara.
Hari Radio
Tentu saja, seperti jalur telegraf yang ada, sistem Marconi hanya dapat mengirimkan pesan teks dengan kode Morse, mengirimkan gelombang radio dalam gelombang pendek (titik) dan gelombang panjang (garis putus-putus). Tapi bisa menempuh jarak yang sangat jauh dan melintasi lautan. Fakta sebenarnya: Sistem ini digunakan oleh Raksasa pada tahun 1912 untuk mengirim SOS ke kapal lain, yang akhirnya menyelamatkan 700 orang.
Butuh waktu lama sebelum sistem radio dapat mengirim dan menerima sinyal terus-menerus untuk membawa suara dan musik, dan baru setelah dikembangkannya tabung vakum, radio benar-benar mahir dalam hal ini dan menjadi pusat ruang keluarga modern di tahun 1920-an.
Tetap saja, sungguh gila membayangkan betapa mudahnya mengirim sinyal radio dengan alat sederhana seperti pemantik api. Jika Anda menyambungkannya ke antena, Anda dapat meningkatkan daya untuk menyiarkan ke area yang cukup luas. Hanya ada satu masalah dengan sistem ini: Sistem ini hanya memiliki satu saluran. Jika Anda memiliki banyak orang yang mencoba berkomunikasi sekaligus—anggap saja hal itu tidak akan berhasil di era telepon seluler.
