Hipotesis Maxwell

Tahukah Anda, siapakah yang kali pertama mengemukakan teori gelombang elektromagnetik? Teori gelombang elektromagnetik kali pertama dikemukakan oleh James Clerk Maxwell (1831–1879). Ini berawal dari beberapa hukum dasar yang telah dipelajari, yakni Hukum Coulomb, Hukum Biot-Savart atau Hukum Ampere, dan Hukum Faraday. Hukum Coulomb memperlihatkan bagaimana muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik, Hukum Biot-Savart atau Hukum Ampere menjelaskan bagaimana arus listrik dapat menghasilkan medan magnet, dan Hukum Faraday menyatakan bahwa perubahan medan listrik dapat menghasilkan gaya gerak listrik (GGL) induksi. Maxwell melihat adanya keterkaitan yang sangat erat antara gejala kelistrikan dan kemagnetan. Ia mengemukakan bahwa jika perubahan medan magnetik menghasilkan medan listrik, seperti yang dikemukakan oleh hukum Faraday, dan hal sebaliknya dapat terjadi, yakni perubahan medan listrik dapat menimbulkan perubahan medan magnet.

Catatan Fisika :

Panas dan Spektrum

Pada eksperimen ini, Herschel menguji kekuatan setiap warna yang ada di spektrum. Ia membelah cahaya dengan menggunakan prisma dan spektrum warna itu jatuh ke layar yang dibelah sedikit. Cahaya dari satu warna menerobos celah kecil itu dan jatuh pada sebuah termometer. Ia juga melakukan eksperimen untuk mengetahui apakah ''cahaya yang tidak tampak'', yaitu inframerah, dapat dibiaskan. Ternyata, cahaya inframerah tersebut memang dapat dibiaskan. (Sumber: Jendela Iptek, 1997)

Maxwell menurunkan beberapa persamaan yang berujung pada hipotesisnya mengenai gelombang elektromagnetik. Persamaan tersebut dikenal sebagai Persamaan Maxwell, tetapi Anda tidak perlu menurunkan atau membahas secara mendalam persamaan tersebut. Menurut Maxwell, ketika terdapat perubahan medan listrik (E), akan terjadi perubahan medan magnetik (B). Perubahan medan magnetik ini akan menimbulkan kembali perubahan medan listrik dan seterusnya. Maxwell menemukan bahwa perubahan medan listrik dan perubahan medan magnetik ini menghasilkan gelombang medan listrik dan gelombang medan magnetik yang dapat merambat di ruang hampa. Gelombang medan listrik (E) dan medan magnetik (B) inilah yang kemudian dikenal dengan nama gelombang elektromagnetik.

Perambatan gelombang elektromagnetik dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Medan listrik dan medan magnetik dalam gelombang elektromagnetik.

Perhatikan bahwa arah getar dan arah rambat gelombang medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus sehingga gelombang elektromagnetik termasukgelombang transversal. Akan tetapi, gelombang elektromagnetik adalah gelombang medan dan bukan gelombang partikel, seperti pada air atau pada tali. Oleh karena gelombang medan inilah, gelombang elektromagnetik dapat merambat di ruang hampa. Kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik bergantung pada permitivitas listrik dan permeabilitas magnetik medium. Maxwell menyatakan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik memenuhi persamaan:

                             (1-1)

dengan :

ε = permitivitas listrik medium,

μ = permeabilitas magnetik medium di ruang hampa,

ε = ε₀  = 8,85 × 10^-12 C² / Nm², dan

μ = μ₀  = 4π × 10^-7 Ns²/C².

maka kecepatan gelombang elektromagnetik :

Besar kecepatan gelombang elektromagnetik di ruang hampa sama dengan kecepatan cahaya yang terukur.