Teori Gelombang Elektromagnetik

Seiring kemajuan zaman yang disertai dengan perkembangan teknologi yang sangat pesat, peranannya pun tak dapat dipisahkan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya dalam dunia telekomunikasi, sekarang kita tidak perlu susah-susah mengirim surat untuk mengetahui keadaan keluarga kita yang berada di luar daerah yang jaraknya sangat jauh. Cukup dengan menggunakan telpon genggam, kita sudah bisa mengetahui keadaan keluarga kita yang berada jauh dari jangkauan kita. Telpon genggam yang kita gunakan untuk berkomunikasi sebenarnya memanfaatkan gelombang elektromagnetik. Apa itu gelombang elektromagnetik?

Teori mendasari munculnya konsep gelombang elektromagnetik yakni hukum induksi yang ditemukan oleh Michael Faraday (1791 – 1867). Faraday menemukan bahwa perubahan medan magnet dapat menghasilkan gaya gerak listrik terinduksi atau medan listrik. Dari hasil temuan Faraday tersebut, seorang ilmuwan kebangsaan Scotlandia yang bernama James Clark Maxwell (1831 – 1879) mengemukakan hipotesa bahwa perubahan medan listrik akan menimbulkan medan magnet. Perubahan medan magnet dijelaskan seperti gambar di bawah ini.

Perubahan magnet listrik dan medan magnet dapat ditimbulkan dengan cara dua bola isolator bermuatan positif dan negatif digetarkan sehingga jaraknya berubah-ubah sesuai dengan frekuensi getaran tersebut. Perubahan medan magnet tersebut juga menimbulkan medan listrik. Timbulnya medan listrik ini ditandai dengan dipancarkannya gelombang elektromagnetik. Pada gambar di bawah ini menunjukan perubahan medan listrik dan medan magnet yang menimbulkan adanya gelombang elektromagnetik.

Dari gambar di atas terlihat bahwa arah medan magnet selalu saling tegak lurus terhadap arah medan listrik, sedangkan arah rambat gelombang elektromagnetik selalu tegak lurus baik terhadap medan listrik mampu terhadap medan magnet sehingga gelombang elektromagnetik ini termasuk gelombang transversal. Besar medan listrik berubah-ubah seperti yang ditunjukkan oleh simpangan gelombang E dan besar medan magnet juga berubah-ubah seperti ditunjukkan oleh simpangan gelombang B. Berapakah cepat rambat gelombang elektromagnetik?

Maxwell ternyata tidak hanya meramalkan adanya gelombang elektromagnetik, tetapi ia juga mampu menghitung cepat rambat gelombang elektomagnetik. Menurut perhitungan, cepat rambat (c) dari gelombang ini hanya bergantung pada dua besaran yaitu permitivitas listrik ε_o dan permeabilitas magnet μ_o menurut hubungan:

Di mana besarnya nilai ε_o = 8,85 x 10^-12C²/Nm² dan μ_o = 4π x 10^-7 Wb/Am. Jika nilai itu dimasukkan dalam persamaan di atas, diperoleh:

c = 1/√(ε_o . μ_o)

c = 1/√(8,85×10^-12)(4π×10^-7)

c = 1/√(8,85×10^-12)(12,56×10^-7)

c = 1/√(111,156×10^-19)

c = 1/√(11,1156×10^-18)

c = 1/3,334×10^-9

c = 0,299×10⁹

c = 2,99×10⁸ ≈ 3 x 10⁸ m/s

Nilai cepat rambat gelombang elektromagnetik ini ternyata sama dengan nilai cepat rambat cahaya dalam ruang hampa, sehingga dapat dikatakan bahwa  cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.