Gelombang Elektromagnetik


Pada zaman Newton, orang telah mengetahui bahwa cahaya merambat lurus. Orang juga telah mengetahui bahwa ketika cahaya mengenai bidang batas antara dua medium tembus cahaya, cahaya tersebut dibiaskan ( dibelokkan ). Untuk menjelaskan kedua fenomena cahaya ini, Newton menganggap bahwa benda-benda bercahaya menembakkan sejumlah partikel ke segala arah. Partikel-partikel itu tidak bermassa sehingga tidak dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Sesuai hukum I Newton, partikel-partikel cahaya ini dihentikan oleh sebuah penghalang tak tembus cahaya, suatu bayangan tajam akan dibentuk pada penghalang tersebut.
Pada tahun 1804, Thomas Young ( 1773-1829 ), ilmuwan Inggris, berhasil mendemonstrasikan interferensi cahaya, yaitu fenomena di mana dua sumber cahaya koheren yang dihasilkan oleh celah ganda membentuk pita terang dan pita gelap secara bergantian pada layar.
Fenomena interferensi cahaya tidak dapat dijelaskan oleh teori partikel cahaya Newton. Jika cahaya disusun oleh partikel-partikel, layar akan menerima partikel-partikel dari kedua celah. Daerah di mana partikel-partikel saling bertumpukkan ( di sekitar daerah pusat P ) harusnya lebih terang secara seragam daripada di sekitar daerah pinggiran ( di sekitar ujung Q dan R ). Fakta ini tidak terjadi. Sebagai gantinya, justru diamati pita terang dan pita gelap saling bergantian di layar.
Augustin Fresnel ( 1788-1827 ), ilmuwan Perancis, melakukan percobaan yang mirip dengan percobaan interferensi Young. Bahkan Fresnel-lah yang berjasa dalam memberikan teori matematika tentang interferensi dan difraksi cahaya. Untuk kerjanya ini, Fresnel menerima penghargaan dari Paris Academy pada tahun 1818.
Kegagalan teori partikel cahaya Newton menjelaskan interferensi cahaya menyebabkan Young dan Fresnel mengemukakan teori gelombang transversal cahaya. Keduanya memandang cahaya sebagai gelombang transversal yang merambat melalui suatu medium. Pada saat itu orang telah mengetahui cepat rambat cahaya dalam vakum adalah c = 3 x 108 m/s.




Memandang cahaya sebagai gelombang transversal yang memerlukan medium untuk perambatan sungguh menyulitkan para ilmuwan. Bagaimana orang dapat percaya bahwa medium ( disebut “eter” ) memenuhi semua angkasa, padahal orang mengetahui bahwa planet-planet bergerak bebas melalui angkasa tepat seperti planet-planet tersebut bergerak melalui suatu vakum yang tanpa hambatan sama sekali. James Clerk Maxwell ( 1831-1879 ), ilmuwan Skotlandia yang telah menekuni listrik dan magnet selama bertahun-tahun, kemudian mengajukan suatu teori gelombang elektromagnetik.
Telah diketahui bahwa arus listrik ( medan listrik ) dapat menimbulkan medan magnetik ( fenomena yang ditemukan oleh Oersted ). Fenomena kebalikkannya adalah perubahan medan magnetik dapat menimbulkan arus listrik ( medan listrik ), disebut arus induksi ( ditemukan oleh Faraday ). Berdasarkan kedua fenomena ini, Maxwell menyatakan bahwa suatu medan listrik yang berubah-ubah menginduksikan medan magnetic yang juga berubah-ubah. Selanjutnya, medan listrik yang berubah-ubah tersebut menginduksikan kembali medan listrik yang berubah-ubah. Demikian seterusnya sehingga diperoleh proses berantai dari pembentukan medan listrik dan medan magnetik yang merambat ke segala arah. Hasilnya adalah kehadiran gelombang elektromagnetik.
Bila kita melihat perambatan medan listrik dan medan magnetik pada satu arah saja, maka ukisan perubahan medan listrik dan medan magnetik yang menghasilkan gelombang elektromagnetik. Energi gelombang elektromagnetik terbagi sama dalam bentuk medan magnetik dan medan listrik. Medan listrik dan medan magnetik selalu saling tegak lurus, dan keduanya tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang. Jadi, gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.
Lebih lanjut dari persamaannya, Maxwell menemukan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik, c, dapat dinyatakan oleh :
Cepat rambat c = 1 .
gelombang elektromagnetik √μ0ε 0

dengan :
c = cepat rambat gelombang elektromagnetik ( m/s ).
μ0 = permeabilitas vakum = 4π x 10-7 Wb A-1 m-1
ε0 = permitivitas vakum = 8,85418 x 10-12 C2 N-1 m-2

Bila nilai μ0 dan ε0 kita masukkan ke persamaan di atas, maka akan diperoleh :
c = 1 .
√ [ ( 4π x 10-7 Wb A-1 m-1 ) ( 8,85418 x 10-12 C2 N-1 m-2 ) ]
c = 3,0 x 108 m s-1


Nilai c = 3,0 x 108 m s-1 tepat sama dengan cepat rambat cahaya dalam vakum. Maxwell tidk percaya bahwa hasil hitungan persamaannya ini adalah kebetulan belaka. Karena itu, dengan yakin ia mengajukan hipotesis bahwa cahaya adalah suatu gelombang elektromagnetik.
Hipotesis Maxwell akhirnya berhasil dibuktikan secara eksperimen oleh Heinrich Hertz ( 1857-1894 ), fisikawan Jerman, pada tahun 1888. sayangnya, Maxwell tidak sempat menyaksikannya. Beliau dipanggil oleh Tuhan karena penyakit kanker, delapan tahun sebelumnya, yaitu pada tahun 1879, saat berumur 48 tahun. Orang yang sangat cerdas dengan keyakinan agama yang kuat dan perasaan humor yang menarik telah berpulang. Beliau dipandang setara dengan Newton. Beliau juga memiliki bakat menulis puisi. Salah satu puisi yang ditulisnya pada tahun 1867 untuk isteri yang sangat dicintainya, dikutip di bawah ini.

Semua tenaga pikiran, semua kekuatan hasrat, mungkin saja tertinggal dalam debu ketika kita mati, tetapi cinta adalah milik kita, dan akan tetap milik kita sekalipun tanah dan laut sudah tiada.

Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude, kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.
Energi gelombang elektromagnetik :

--------------------------------- panjang gelombang ---------------------------------------
 amplitudo
# Amplitudo : ditunjukkan dengan tinggi/lebar satu gunungan ataupun satu lembah gelombang.

Beberapa sifat gelombang elektromagnetik :
1.Dapat merambat dalam ruang hampa.
2.Merupakan gelombang transversal (arah getar ┴ arah rambat), jadi dapat mengalami polarisasi.
3.Dapat mengalami refleksi, refraksi, interferensi dan difraksi.
4.Tidak dibelokkan dalam medan listrik maupun medan magnet.
Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang dihasilkan dari perubahan medan magnet den medan listrik secara berurutan, dimana arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus.
Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah:
1.Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.
2.Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε ) dan permeabilitas ( μ ) zat.