Sifat Gelombang Elektromagnetik (Teori Maxwell)

Teori maxwell dikemukakan pada 1864, oleh fisikawan Inggris, James Clerk Maxwell, yaitu teori yang menyebutkan bahwa cahaya adalah rambatan gelombang yang dihasilkan oleh kombinasi medan listrik dan medan magnetik. Gelombang yang dihasilkan oleh medan listrik dan medan magnetik ini disebut gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik dihasilkan oleh muatan yang dipercepat terdiri dari medan magnet B dan Medan listrik E yang bergetar saling tegak lurus serta keduanya tegak lurus arah perambatan gelombang. Sehingga gelombang elektromagnetik temasuk gelombang transversal yang dapat merambat dalam ruang hampa. Hal inilah yang menyebabkan radiasi cahaya matahari dapat mencapai permukaan bumi.

Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik, Maxwell menghitung cepat rambat gelombang elektromagnetik dengan persamaan

Keterangan:

• C = cepat rambat gelombang elektromagnetik
• μₒ = permeabilitas ruang hampa = 4π x 10^-7Wb/Am
•  Ԑₒ = permitivitas ruang hampa = 8,85418 x 10^-12C²/N m²

Dengan memasukkan harga μₒ dan Ԑₒ diatas maka di peroleh cepat rambat gelombang elektromagnetik sebesar c= 2,99792 x 10⁸ m/s = 3 x 10⁸ m/s.

Nilai tersebut ternyata sesuai dengan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa. Dengan hasil ini maka Maxwell mengatakan bahwa cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Seperti gelombang mekanik maka cahaya mengalami gejala gelombang pada umumnya yaitu reflksi(pemantulan), refraksi(pembiasan), interferensi, difraksi serta polarisasi.

Satuan Maxwell

1 maxwell = 1 gauss × cm²

Yaitu, satu maxwell adalah fluks total pada permukaan satu sentimeter persegi tegak lurus terhadap medan magnet kekuatan satu gauss.

Weber adalah unit SI terkait fluks magnet, yang didefinisikan pada tahun 1946.

1 maxwell = 10⁻⁸ weber

Penerapan persamaan Maxwell

Persamaan Maxwell secara umum diterapkan pada rata-rata makroskopik dari medan, yang sangat bervariasi pada skala mikroskopik di sekitar masing-masing atom (di tempat tersebut medan juga mengalami efek kuantum).

Hanya bila dipahami sebagai rata-rata kita dapat mendefinisikan besaran seperti permitivitas dan permeabilitas magnet bahan.

Pada aras mikroskopik, persamaan Maxwell, dengan mengabaikan efek kuantum, mendeskripsikan medan, muatan dan arus dalam ruang hampa, namun pada level rincian ini kita harus memperhitungkan setiap muatan, bahkan pada level atomik, yang secara umum merupakan masalah yang tidak terpecahkan (intractable).

Sifat-sifat Gelombang Elektromagnetik

Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik menyimpulkan bahwa Sifat-sifat gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:

1. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi pada saat yang bersamaan sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.
2. Arah medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang
3. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal
4. Mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi juga polarisasi
5. Besar medan listrik dan medan magnet (E=cB)
6. Tidak dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnet karena gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan
7. Kecepatan dalam ruang hampa sama dengan kecepatan di udara 3 x 10⁸ m/s.

Contoh Soal :

1. Gelombang elektromagnetik memiliki kelajuan 3 × 10^8 m/s. Jika gelombang tersebut memiliki panjang gelombang 10 nm, tentukan frekuensi gelombang tersebut.

Jawaban:

Pembahasan:

v = 3 x 10⁸ m/s

λ = 10 nm = 10 x 10^-9 m
c = λ . ƒ
= 3 x 10⁸ 

= 10 x 10^-9 ƒ
ƒ = 10 x 10¹⁶ hz

2. Permeabilitas Dan permitivitas dusty medium berturut-turut besarnya 16 Kali Permeabilitas ruang hampa Dan 1/9 Kali permitivitas ruang hampa. Bila cepat rambat cahaya dalam ruang hampa 3 × 10 pangkat 8 m/s, maka cepat rambat didalam medium adalah..

Pembahasan:

diketahui

permeabilitas medium, μₙ = 16 μ₀

permitivitas vakum, εₙ = 1/9 ε₀

cepat rambat gelombang cahaya di udara, c = 3 × 10⁸ m/s

ditanya

cepat rambat di dalam medium cₙ

jawab

cₙ = √(9/16)

cₙ = 3/4 c

cₙ = 3/4 × 3 × 10⁸

cₙ = 2,25 × 10⁸ m/s

jadi cepat rambat di dalam medium adalah 2,25 × 10⁸ m/s.

 

3. Sinar gamma yang dihasilkan oleh unsur radioaktif memiliki panjang gelombang 10-12m.jika sinar gamma merambat dengan kelajuan 3x108ms^-1, frekuensi sinar gamma terserbut adalah

Pembahasan:

c = λ f
f = c / λ
f = (3×10^8 m/s) / (10^-12 m)
f = 3×10⁴ Hz