132
Maxwell jauh lebih rumit daripada hukum Newton, dan penggunaannya untuk sebagian masalah akan melibatkan matematika.
Maxwell menunjukkan bahwa persamaan - persamaan ini digabungkan untuk menghasilkan persamaan gelombang suatu vektor medan listrik dan medan
magnetik. Gelombang elektromagnetik disebabkan oleh muatan yang memiliki percepatan, misalnya, muatan dalam arus bolak-balik pada antena. Muatan seperti
ini pertama kali dihasilkan dalam laboratorium oleh Heinrih Hertz pada tahun 1887. Maxwell menunjukkan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik
dalam ruang bebas haruslah
= 1
� �
dengan Ɛ
permitivitas ruang bebas, merupakan konstanta yang sering muncul pada hukum Coulomb dan Gauss dan µ
permeabilitas ruang ruang bebas, merupakan konstanta yang sering muncul dalam hukum Biot-Savart dan Ampere.
2.4.3.1. Persamaaan Maxwell
Maxwell menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik adalah konsekuensi alami dari hukum dasar yang dinyatakan dalam empat persamaan
berikut. 1.
. =
�
adalah hukum Gauss: fluks listrik total melalui permukaan tertutup sama dengan muatan total di dalam permukaan yang dibagi dengan
. Hukum ini berkaitan dengan medan listrik untuk distribusi muatan yang menimbulkannya.
2. .
= 0
133
Dikenal sebagai hukum Gauss di magnet, menyatakan bahwa fluks magnetik yang melewati permukaan tertutup adalah nol. Artinya, jumlah garis-garis medan
magnet yang masuk volume tertutup harus sama dengan jumlah yang meninggalkan volume tersebut. Hal ini menyiratkan bahwa garis-garis medan
magnet tidak dapat memulai atau mengakhiri pada titik manapun. Jika mereka melakukannya, itu berarti bahwa monopoles magnetik terisolasi ada pada titik-
titik tersebut. 3.
= −
adalah hukum induksi Faraday, yang menggambarkan timbulnya medan listrik oleh fluks magnet yang berubah. Hukum ini menyatakan bahwa ggl, yang
merupakan integral garis medan listrik sekitar daerah yang ditutup, sama dengan laju perubahan fluks magnetik melalui luas permukaan yang dibatasi oleh daerah
itu. Satu konsekuensi dari hukum Faraday adalah arus induksi dalam sebuah loop ditempatkan dalam medan magnet yang bervariasi terhadap waktu.
4. =
� +
� �
biasanya disebut hukum Ampere-Maxwell merupakan bentuk umum hukum Ampere, dan menggambarkan munculnya medan magnet oleh medan listrik dan
arus listrik: integral garis medan magnet di sekitar daerah yang ditutup adalah juml
ah kali net arus melalui daerah itu dan
kali laju perubahan fluks listrik melalui setiap permukaan yang dibatasi oleh daerah itu.
Setelah medan listrik dan magnetik yang dikenal di beberapa titik dalam ruang, gaya yang bekerja pada sebuah partikel muatan q dapat dihitung dari persamaan
= +
×
134
Hubungan ini disebut kekuatan hukum Lorentz. Persamaan Maxwell, bersama-sama dengan hukum ini, benar-benar
menggambarkan semua interaksi elektromagnetik klasik.
2.4.3.2. Gelombang Elektromagnetik
