BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Sejarah
Inframerah
Kurang dari 200 tahun yang lalu
keberadaan infrared menjadi bagian dari spektrum elektromagnetik bahkan tidak
dicurigai. Makna asli dari spektrum infrared, atau hanya ‘infrared‘ seperti
yang sering disebut, sebagai bentuk radiasi panas mungkin kurang jelas hari ini
daripada pada waktu penemuannya oleh Herschel pada tahun 1800.
Penemuan
ini dibuat secara tidak sengaja saat mencari bahan optik baru. Sir William Herschel-Royal Astronom kepada
Raja George III dari Inggris, dan sudah terkenal dengan penemuan planet Uranus, sedang mencari bahan penyaring optik untuk mengurangi
kecerahan gambar matahari dalam tata surya teleskop selama pengamatan.
Sementara pengujian sampel berbeda dari kaca berwarna yang memberikan kecerahan
pengurangan serupa ia tertarik untuk menemukan bahwa beberapa sampel melewatkan sangat sedikit panas matahari, sementara yang lain melewatkan begitu banyak panas yang ia mengambil resiko kerusakan mata setelah beberapa detik pengamatan.
Gambar
1.1: Sir Wlliam Herschell
|
Penemuan ini dibuat secara tidak
sengaja saat mencari bahan optik baru. Sir William Herschel-Royal Astronom
kepada Raja George III dari Inggris, dan sudah terkenal dengan penemuan planet
Uranus, sedang mencari bahan penyaring optik untuk
mengurangi kecerahan gambar matahari dalam tata surya teleskop selama
pengamatan. Sementara pengujian sampel berbeda dari kaca berwarna yang
memberikan kecerahan pengurangan serupa ia tertarik untuk menemukan bahwa
beberapa sampel melewatkan sangat sedikit panas matahari, sementara
yang lain melewatkan begitu banyak panas yang ia mengambil resiko kerusakan mata setelah beberapa detik pengamatan.
Herschel segera yakin akan
perlunya mendirikan percobaan sistematis, dengan tujuan mencari satu bahan yang
akan memberikan pengurangan yang diinginkan,
kecerahan, serta pengurangan maksimum panas. Ia mulai
percobaan dengan benar-benar mengulangi percobaan prisma Newton, tetapi mencari
efek pemanasan daripada distribusi visual intensitas dalam spektrum. Pertama-tama ia menghitamkan bola lampu merkuri yang sensitif dalam kaca termometer
dengan tinta, dan dengan ini sebagai detektor radiasi, ia mulai menguji efek
pemanasan dari berbagai warna spektrum yang terbentuk di atas meja dengan sinar
matahari yang lewat melalui kaca prisma. Termometer lain, ditempatkan di luar
sinar matahari, berfungsi sebagai kontrol.
Selama
termometer hitam itu bergerak perlahan di sepanjang spektrum warna, suhu bacaan menunjukkan peningkatan yang stabil dari
ujung ungu ke ujung merah. Ini sudah dapat diduga, karena peneliti Italia, Landriani, dalam
percobaan serupa pada tahun 1777 telah melihat efek yang sama. Namun saat itu, Herschel yang pertama mengakui
bahwa harus ada suatu titik di mana efek pemanasan mencapai maksimum, dan
pengukuran mereka terbatas pada bagian yang kelihatan dari spektrum gagal untuk
menemukan titik ini.
Memindahkan termometer ke dalam
kawasan gelap di luar ujung merah spektrum, Herschel menegaskan bahwa pemanasan
terus meningkat. Ia
menemukan bahwa titik maksimumnya terletak jauh melampaui akhir merah, dalam apa yang dikenal
saat ini sebagai ‘panjang gelombang infra merah‘.
Ketika Herschel mengungkapkan
penemuannya, ia menyebut bagian dari spektrum elektromagnetik ini sebagai ‘thermometrical spectrum’.
Radiasi itu sendiri kadang-kadang disebut sebagai ‘panas gelap’, atau hanya
’sinar tak kasat mata’. Ironisnya, bertentangan dengan pendapat populer,
istilah ‘inframerah’ bukan berasal dari Herschel. Kata tersebut mulai
muncul di media cetak sekitar 75 tahun kemudian, dan belum jelas siapa yang harus menerima kredit sebagai
originator. Penggunaan kaca prisma pada percobaan Herschel menyebabkan
kontroversi dengan
orang-orang pada zamannya,
tentang keberadaan aktual gelombang inframerah.
Beberapa peneliti, dalam upaya untuk mengkonfirmasi pekerjaannya,
menggunakan berbagai jenis kaca tanpa pandang bulu, yang memiliki transparansi yang berbeda. Melalui eksperimen di
kemudian hari, Herschel menyadari bahwa terbatasnya
transparansi kaca menimbulkan
radiasi termal. Untungnya pada tahun 1830 seorang ilmuwan
Italia, Melloni, membuat penemuan besar bahwa batu alami garam atau NaCl (yang cukup besar tersedia dalam
kristal alam untuk dibuat menjadi lensa dan prisma) adalah sangat transparan terhadap
inframerah. Hasilnya adalah garam batu menjadi bahan utama optik inframerah,
dan tetap demikian selama seratus tahun, sampai kemudian ditemukan kristal sintetis yang berkembang di
tahun 1930-an.
1.2 Perkembangan Awal Inframerah
Termometer, sebagai detektor radiasi, tetap
tak tertandingi hingga tahun 1829 ketika Nobili
menemukan termokopel. Lalu sebuah terobosan terjadi ketika Melloni menghubungkan sejumlah termokopel secara seri
untuk membentuk thermopile pertama. Perangkat baru ini sekurang-kurangnya 40
kali lebih sensitif daripada termometer untuk mendeteksi radiasi panas, dan mampu mendeteksi panas dari satu tempat hingga radius tiga meter jauhnya.
Peta panas pertama kali dibuat pada 1840, yang merupakan hasil
kerja Sir John Herschel, putra dari sang penemu
inframerah dan seorang astronom terkenal. Berdasarkan penguapan diferensial
dari lapisan minyak tipis yang terkena
panas, gambar termal dapat dilihat dari
cahaya yang tercermin di mana efek interferensi dari film
minyak membuat gambar dapat terlihat oleh
mata. Sir John juga berhasil memperoleh rekaman primitif dari gambar termal tersebut di atas kertas, yang
ia sebut sebagai 'termograf'.
Penyempurnaan
sensitivitas detektor inframerah berkembang perlahan-lahan. Sebuah terobosan
besar, yang dibuat oleh oleh S.P. Langley pada tahun 1880, adalah penemuan
bolometer. Alat ini terdiri dari sebuah strip hitam tipis platina yang terhubung
pada salah satu lengan sirkuit jembatan Wheatstone, di mana radiasi inframerah
terfokus dan galvanometer yang sensitif akan memberi respons. Alat ini
dikatakan telah mampu mendeteksi panas dari seekor sapi pada jarak 400 meter.
Gambar
1.2: Samuel Pierpont Langley
|
Antara tahun 1900 dan 1920, ilmuwan dunia ‘menemukan’ inframerah. Banyak paten
dikeluarkan untuk perangkat pendeteksi personel, artileri, pesawat
terbang, kapal, dan bahkan gunung es. Sistem operasi pertama,
dalam pengertian modern, mulai dikembangkan selama perang 1914-1918, ketika kedua belah pihak menyelenggarakan program-program penelitian yang ditujukan
untuk eksploitasi militer inframerah. Program-program ini termasuk sistem
eksperimental untuk deteksi intrusi musuh, remote-sensing suhu, komunikasi, dan pengarahan torpedo. Sistem pencarian inframerah yang diuji selama periode ini mampu mendeteksi
pesawat yang mendekat pada jarak 1,5 km (0,94 mil), atau orang lebih dari 300
meter (984 ft) jauhnya.
Sistem yang paling peka sampai dengan saat ini semua
didasarkan pada variasi bolometer, tetapi periode antarperang memperlihatkan perkembangan dua detektor inframerah baru
yang revolusioner: konverter gambar dan detektor foton. Pada
awalnya, konverter gambar menerima perhatian terbesar oleh militer, karena
memungkinkan seorang pengamat untuk pertama kalinya dalam sejarah yang secara
harfiah ‘melihat dalam gelap’. Namun, kepekaan konverter gambar terbatas pada
panjang gelombang inframerah dekat. Karena ini melibatkan risiko posisi pengamat diketahui oleh musuh, maka pemakaian konverter gambar untuk kepentingan militer akhirnya memudar.
Militer merasakan banyaknya kerugian dari penggunaan thermal imaging aktif (yaitu pencarian
dilengkapi laser/
beam), oleh karena itu, militer mengadakan penelitian rahasia untuk menciptakan
sistem pasif (tidak ada berkas pencarian), yaitu detektor foton . Selama periode perang, peraturan kerahasiaan militer benar-benar
mencegah pengungkapan status teknologi pencitraan inframerah. Rahasia in mulai
terangkat di tengah 1950-an, dan sejak itu perangkat thermal imaging yang memadai
akhirnya mulai tersedia bagi sipil sains dan industri.
Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai
1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. jika memeriksa
spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang
dihubungkan pada mili ampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung
spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas
spektrum merah itu disebut radiasi inframerah. Inframerah adalah radiasi elektromagnetik
dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek
dari radiasi gelombang radio. Dari bahasa Latin infra, artinya
"bawah", dan merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan
gelombang terpanjang.
Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam
molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas
pasti memancarkan sinar inframerah. Sesungguhnya setiap benda yang bersuhu di
atas nol Kelvin pasti memancarkan radiasai inframerah. Jumlah sinar inframerah
yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda. Dengan menggunakan
pelat-pelat potret yang peka terhadap inframerah, satelit pengamat sumber Bumi
maupun mendeteksi tumbuh-tumbuhan yang tumbuh di bumi secara terinci. Ini
disebabkan tumbuh-tumbuhan yang berbeda akan memancarkan jumlah dan frekuensi
yang berbeda.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian
Inframerah
inframerah adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih
pendek dari radiasi gelombang
radio. Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah
merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang. Radiasi inframerah
memiliki jangkauan tiga "order" dan memiliki panjang gelombang antara
700 nm dan 1 mm.
Gambar 2.1: Penguraian sinar putih menjadi beberapa
warna cahaya
|
Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat lewat ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang
lain. Cahaya tampak adalah salah
satu bentuk radiasi elektromagnetik.
Gambar
2.2: Spektrum Elektromagnetik
|
Gambar 2.3: Panjang gelombang (λ)
|
Panjang gelombang λ memiliki
hubungan inverse terhadap frekuensi f,
jumlah puncak untuk melewati sebuah titik dalam sebuah waktu yang diberikan.
Panjan g gelombang sama dengan kecepatan jenis gelombang dibagi oleh frekuensi
gelombang. Ketika berhadapan dengan radiasi elektromagnetik dalam ruang hampa, kecepatan ini adalah kecepatan cahaya c,
untuk sinyal (gelombang) di udara, ini merupakan kecepatan suara di udara.
2.2 Karakteristik Inframerah
·
Tidak dapat dilihat oleh mata manusia
·
Panjang gelombang pada inframerah memiliki hubungan yang berlawanan atau
berbanding terbalik dengan suhu.
Ketika suhu mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami penurunan.
2.3 Sumber Inframerah
Sinar matahari langsung
mengandung 93 lumens per watt flux radian, yang termasuk di dalamnya infrared (47%), cahaya tampak (46%),
dan cahaya ultra violet (6%) . Sinar
infrared terdapat pada pada cahaya api,cahaya matahari, radiator kendaraan atau
pantulan jalan aspal yang terkena panas. Saraf pada kulit kita dapat menginderai
perbedaan suhu permukaan kulit ,namun kita tidak dapat merasakan sinar
infrared.
Sinar infrared dapat digunakan untuk memanaskan makanan, misalnya pada restauran cepat saji. Infrared juga dapat dimanfaatkan untuk melihat benda, yaitu dengan detektor infra red. Setiap benda akan memantulkan dan/atau menyerap
infra red sehingga detektor menangkap panjang gelombang yang berbeda sesuai
suhu yang dikeluarkan benda. Karena
sumber utama sinar infra red merupakan radiasi termal ataupun radiasi panas,
setiap benda memiliki suhu panas tertentu bahkan yang kita kira tidak cukup
panas untuk meradiasikan cahaya tampak dapat mengeluarkan energi dan terlihat
pada detektor infrared.
Semakin
panas suatu benda, maka semakin banyak
pula radiasi infrared yang dipancarkannya. Inilah yang menjadi dasar pendeteksian suhu
badan manusia dan pendeteksian sensor untuk mengidentifikasikan orang yang
terserang firus flu burung atau flu babi di bandara-bandara internasional. Manusia
pada suhu normal meradiasikan sinar infrared cukup kuat, dengan panjang gelombangnya sekitar 10 mikron.
Gambar 2.4 : Radiasi infrared dari tubuh manusia
|
·
Inframerah
jarak dekat dengan panjang gelombang 0.75 – 1.5 µm. Contoh aplikasi sederhana untuk near infra red digunakan untuk pencitraan pandangan malam
seperti pada nightscoop.
·
Inframerah
jarak menengah dengan panjang gelombang 1.50 – 10 µm. Contoh aplikasi sederhana untuk mid infrared ada pada sensor alarm.
·
Inframerah
jarak jauh dengan panjang gelombang 10 – 100 µm. Contoh
aplikasi sederhana untuk far infrared adalah alat – alat kesehatan.
2.5 Kegunaan Inframerah dalam Kehidupan
A. Bidang Kesehatan
·
Mengaktifkan molekul air
dalam tubuh. Hal ini disebabkan
karena inframerah mempunyai getaran
yang sama dengan molekul air. Sehingga, ketika molekul tersebut pecah maka akan
terbentuk molekul tunggal yang dapat
meningkatkan cairan tubuh.
·
Meningkatkan
sirkulasi mikro. Bergetarnya molekul air dan pengaruh inframerah akan menghasilkan
panas yang menyebabkan pembuluh kapiler membesar, dan meningkatkan temperatur kulit,
memperbaiki sirkulasi darah dan mengurani tekanan
jantung.
·
Meningkatkan metabolisme tubuh. jika sirkulasi mikro dalam tubuh meningkat,
racun dapat dibuang dari
tubuh kita melalui metabolisme. Hal ini dapat mengurangi beban liver dan ginjal.
·
Mengembangkan
Ph dalam tubuh. Sinar inframerah dapat membersihkan darah, memperbaiki tekstur kulit dan mencegah rematik karena asam urat
yang tinggi.
·
Inframerah
jarak jauh banyak digunakan pada alat-alat kesehatan. Pancaran panas
yang berupa pancaran sinar inframerah dari organ-organ tubuh dapat dijadikan
sebagai informasi kondisi kesehatan
organ tersebut. Hal ini sangat bermanfaat bagi dokter dalam diagnosis kondisi pasien sehingga ia dapat membuat
keputusan tindakan yang sesuai dengan kondisi pasien tersebut. Selain itu,
pancaran panas dalam intensitas
tertentu dipercaya dapat digunakan untuk proses penyembuhan penyakit seperti cacar. Contoh penggunaan inframerah yang
menjadi trend saat ini adalah adanya gelang kesehatan Bio Fir. Dengan
memanfaatkan inframerah jarak jauh, gelang tersebut dapat berperang dalam
pembersihan dalam tubuh dan pembasmian kuman atau bakteri.
B. Bidang
Kedokteran
NIRS (Near-infrared spectroscopy) umum dipakai dalam diagnostik medis, terutama dalam pengukuran kadar
oksigen darah, atau juga kadar gula darah. Meskipun bukan tekhnik yang sangat
sensitif, NIRS “idak menakutkan pasien/subjek karena tidak memerlukan
pengambilan sampel (non-invansif) dan dilakukan langsung dengan menempelkan
sensor di permukaan kulit.
Teknik ini juga dipakai dalam pengukuran dinamika perubahan senyawa
tertentu dalam suatu organ, misalnya perubahan kadar hemoglobin disuatu bagian
otak akibat aktivitas saraf tertentu. Dalam penggunaan fisiologis semacam ini,
NIRS dapat dikombinasi dengan teknik lain, misalnya T-scan.
·
Lampu
inframerah. Merupakan lampu pijar
yang kawat pijarnya bersuhu di atas ±2500°K. Hal
ini menyebabkan sinar infra merah yang dipancarkannya menjadi lebih banyak
daripada lampu pijar biasa. Lampu infra merah ini biasanya digunakan untuk
melakukan proses pemanasan di bidang industri.
·
Pemanasan
inframerah. Merupakan suatu kondisi ketika energi inframerah menyerang sebuah objek
dengan kekuatan energi elektromagnetik yang dipancarkan di atas -273 °C
(0°K dalam suhu mutlak). Pemanasan inframerah banyak digunakan pada alat-alat
seperti, pemanggang dan bola lampu
(90% panas – 10% cahaya).
D. Ilmu
Pangan dan Kimia Pertanian
·
Spektroskopi menggunakan NIRS
dalam bidang ini disukai karena tidak memerlukan persiapan sampel yang rumit.
Selain itu, seringkali sampel bisa digunakan lagi untuk keperluan lain:
misalnya, benih bisa langsung ditanam setelah diukur kandungan asam lemaknya.
Instrumentasi NIRS yang berkembang pesat dengan penggunaan komputer membuat
alat ini populer.
·
Walaupun demikian, kalibrasi NIRS
sangat kritis dalam bidang ini mengingat bahan sampel mengandung campuran
berbagai macam zat. Proses adjustment dalam analisis untuk menghasilkan
informasi dapat memberikan nilai-nilai yang kuarng akurat.
E. Penginderaan jauh
Pencitraan (imaging) NIRS yang diletakkan pada pesawat terbang/balon
udara atau satelit digunakan untuk menganalisis kandungan kimia tanah atau
hamparan vegetasi penutup permukaan tanah. Ini adalah aplikasi di bidang tata
ruang, kehutanan, serta geografi.
F. Bidang Keruangan
Inframerah yang dipancarakan dalam bentuk sinar infra merah terhadap suatu objek, dapat menghasilkan foto infra merah. Foto inframerah yang bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk membuat lukisan panas dari suatu daerah atau objek. Hasil lukisan panas dapat menggambarkan daerah mana yang panas dan tidak. Misalnya suatu lukisan panas dari suatu gedung dapat digunakan untuk mengetahui dari zona bagian mana dari gedung itu yang
Gambar
2.5: Contoh foto termal
|
menghasilkan panas berlebihann sehingga dapat dilakukan perbaikan-perbaikan yang diperlukan.
G. Bidang Komunikasi
·
Sebagai salah
satu standardisasi komunikasi tanpa kabel. Jadi, inframerah dapat dikatakan sebagai
salah satu konektivitas yang berupa perangkat nirkabel yang digunakan
untuk mengubungkan atau transfer data dari suatu perangkat ke parangkat lain.
Penggunaan inframerah yang seperti ini dapat kita lihat pada handphone dan laptop yang
memiliki aplikasi inframerah. Ketika
kita ingin mengirim file ke handphone, maka
bagian infra harus dihadapkan dengan modul infra merah pada PC. Selama proses
pengiriman berlangsung, tidak boleh ada benda lain yang menghalangi. Fungsi
inframerah pada handphone dan laptop dijalankan melalui teknologi IrDA (Infra red
Data Acquition). IrDA dibentuk dengan tujuan untuk mengembangkan sistem
komunikasi via inframerah.
Gambar 2.6: Transfer rate komunikasi inframerah
Kelebihan inframerah dalam pengiriman data
Kelemahan inframerah dalam pengiriman data
Perbedaan sinar infrared dengan
bluetooth
·
Infrared menggunakan sinar untuk memancarkan sinyal, seperti tv remote, sedangkan bluetooth menggunakan
frekuensi radio (RF) (2,4 GHz) untuk membroadcast sinyal.
·
Infrared
tidak dapat tembus benda yang menghalanginya untuk menjangkau receiver atau
butuh pantulan ,karena sifatnya cahaya. Namun Bluetooth dapat menembus
benda seperti dinding sejauh tidak memiliki skin depth yang tinggi.
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Dari bab
pembahasan dapat diambil kesimpulan, bahwa sinar inframerah adalah radiasi
elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi
lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Radiasi inframerah memiliki
jangkauan tiga "order" dan memiliki panjang gelombang antara 700 nm
dan 1 mm. Sinar inframerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang
bergetar karena benda dipanaskan. Jadi, setiap benda panas pasti memancarkan
sinar inframerah. Sesungguhnya setiap benda yang bersuhu di atas nol Kelvin
pasti memancarkan radiasi inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan
bergantung pada suhu dan warna benda.
Sifat-sifat sinar infrared dapat
dimanfaatkan dalam berbagai bidang misalnya untuk mengetahui kondisi kesehatan,
analisa termal, komunikasi jarak dekat dan melangsungkan proses pemanasan dalam
bidang industri.
Sinar inframerah dihasilkan oleh getaran atom-atom dalam
suatu molekul. Getaran atom dalam suatu molekul akan memancarkan gelombang
elektomagnetik pada frekuensi-frekuensi yang khas dalam daerah inframerah. Oleh
karena itu, spektroskopi inframerah dapat digunakan sebagai salah satu cara
untuk mempelajari struktur molekul.
3.2 Saran
Sejauh ini infrared telah banyak
dimanfaatkan untuk berbagai tujuan, namun alangkah baiknya apabila terus
dilakukan penelitian untuk mengembangkan teknologi ini sehingga manfaatnya,
terutama dalam bidang kesehatan dan kedokteran, dapat dinikmati oleh masyarakat
dengan biaya terjangkau.
|
0 komentar:
Posting Komentar