Perubahan Medan Listrik Menimbulkan Medan Magnet

Perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet pada dasarnya telah diketahui oleh fisikawan pada abad ke 19. Akan tetapi perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet baru digambarkan secara pasti oleh James Clerk Maxwell. Maxwell menunjukkan bahwa fenomena listrik dan magnet dapat digambarkan dengan menggunakan persamaan yang melibatkan medan listrik dan medan magnet. Persamaan yang dinamakan persamaan Maxwell merupakan persamaan  dasar untuk elektromagnet.

Hipotesis Maxwell Tentang Perubahan Medan Listrik Menimbulkan Medan Magnet

Hipotesis yang dikemukakan oleh Maxwell, mengacu pada tiga aturan dasar listrik-magnet berikut ini.

1. Muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya (Hukum Coulomb).
2. Arus listrik atau muatan listrik yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya (Hukum Biot-Savart).
3. Perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik (Hukum Faraday).

Berdasarkan aturan tersebut, Maxwell mengemukakan sebuah hipotesis sebagai berikut: “Karena perubahan medan magnet dapat menimbulkan medan listrik, maka perubahan medan listrik pun akan dapat menimbulkan perubahan medan magnet”. Hipotesis tersebut digunakan untuk menerangkan terjadinya gelombang elektromagnet.

Percobaan Maxwell Tentang Perubahan Medan Listrik Menimbulkan Medan Magnet

Maxwell melakukan eksperimen pada dua buah isolator, masing-masing diikat pada ujung pegas dan diberi muatan yang berbeda (positif dan negatif ). Kemudian, pegas digetarkan sehingga jarak antara kedua muatan berubahubah, yang mengakibatkan kedua muatan tersebut menimbulkan medan listrik yang berubah-ubah. Perubahan medan listrik tersebut akan menimbulkan medan magnet yang berubah-ubah pula. Dan dari perubahan medan magnet yang terjadi, akan menimbulkan kembali medan listrik. Demikian seterusnya sehingga terjadi proses yang tidak terputus. Perambatan medan listrik E dan medan magnet B tegak lurus satu sama lain secara bersamaan disebut gelombang elektromagnet.

Medan yang dihasilkan oleh muatan yang mengalir ke konduktor

Bila kita perhatikan dua batang penghantar yang difungsikan sebagai sebuah “antena” tampak seperti pada gambar (a) diatas. Jika kedua ujung antena tersebut dihubungkan dengan kutub-kutub sebuah sumber tegangan (misalnya baterai) melalui sebuah sakelar, ketika sakelar ditutup, batang atas bermuatan positif dan bawah bermuatan negatif, sehingga medan listrik akan terbentuk, seperti yang ditunjukkan oleh garis-garis pada gambar (b) diatas. Ketika muatan mengalir, muncul arus yang arahnya ditunjukkan oleh tanda panah. Oleh karena itu, di sekitar antena akan muncul medan magnet. Garis-garis medan magnet (B) tersebut mengelilingi kawat sehingga pada bidang gambar, B masuk (⊗) pada bagian kanan dan keluar (Θ) di bagian kiri. Medan magnet dan medan listrik samasama menyimpan energi, dan energi ini tidak bisa dipindahkan ke tempat yang jauh dengan kecepatan tak terhingga.

Medan magnet dan medan listrik yang menyebar keluar

Selanjutnya, kita perhatikan bila antena dihubungkan dengan generator AC, tampak seperti pada gambar diatas. Pada gambar (a) diatas hubungan baru saja terkoneksi dan tanda (+) dan (-) menunjukkan jenis muatan pada setiap batang. Tanda panah menunjukkan arah arus. Medan listrik ditunjukkan oleh garis-garis pada bidang gambar, sedangkan medan magnet sesuai dengan kaidah tangan kanan yaitu mengarah ke dalam (⊗) atau ke luar (Θ) bidang gambar. Pada gambar (b) diatas, arah ggl generator AC telah berubah sehingga arus jadi terbalik dan medan magnet baru memiliki arah yang berlawanan. Dengan demikian, perubahan medan magnet menghasilkan medan listrik dan perubahan medan listrik menghasilkan medan magnet.

Nilai E dan B pada medan radiasi diketahui berkurang terhadap jarak dengan perbandingan 1/r. Energi yang dibawa oleh gelombang elektromagnetik (gelombang pada umumnya) sebanding dengan kuadrat amplitudo (E² atau B²), sehingga intensitas gelombang berkurang sebanding dengan 1/r².

Kuat Medan Listrik Dan Medan Magnet

Bila ggl sumber berubah secara sinusoidal, kuat medan listrik dan medan magnet pada medan radiasi juga akan berubah secara sinusoidal. Sifat sinusoidal gelombang elektromagnetik ditunjukkan pada gambar diatas, yang menunjukkan kuat medan yang digambarkan sebagai fungsi posisi. Arah getaran B dan E tegak lurus satu sama lain, dan tegak lurus terhadap arah rambatannya. Gelombang ini disebut gelombang elektromagnetik (EM). Gelombang elektromagnetik termasuk jenis gelombang transversal. Gelombang elektromagnetik dihasilkan oleh muatan listrik yang berosilasi, yang mengalami percepatan. Secara umum dapat dikatakan bahwa muatan listrik yang dipercepat menimbulkan gelombang elektromagnetik. Kecepatan atau cepat rambat gelombang elektromagnetik di udara atau ruang hampa dirumuskan:

Persamaan diatas tersebut, diturunkan sendiri oleh Maxwell, kemudian dengan memasukkan nilai dari ε₀ = 8,85 x 10^-12 C²/M.m², dan μ₀ = 4π × 10^-7 N.s²/C² didapatkan :

v =

v = 2,99792458 × 10⁸ m/s ≈ 3,00 × 10⁸ m/s

Nilai v ≈ 3,00 × 10⁸ m/s tersebut sama dengan laju cahaya yang diukur. Di mana ε₀ adalah tetapan permitivitas ruang hampa dan μ₀ adalah tetapan permeabilitas ruang hampa. Hipotesis dan percobaan maxwell tersebut diatas membuktikan perubahan medan listrik mlenimbulkan medan magnet.