Elektrodinamika Klasik - Bab I pendahuluan latar Belakang Fisika

Elektrodinamika Klasik
Persamaan Maxwell adalah himpunan empat persamaan diferensial parsial yang mendeskripsikan sifat-sifat medan listrik dan medan magnet dan hubungannya dengan sumber-sumbernya, muatan listrik dan arus listrik, menurut teori elektrodinamika klasik. Keempat persamaan ini digunakan untuk menunjukkan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Secara terpisah, keempat persamaan ini masing-masing disebut sebagai Hukum Gauss, Hukum Gauss untuk magnetisme, Hukum induksi Faraday, dan Hukum Ampere. Keempat persamaan ini dengan Hukum Lorentz merupakan kumpulan hukum lengkap dari elektrodinamika klasik.
Hukum Gauss menerangkan bagaimana muatan listrik dapat menciptakan dan mengubah medan listrik. Medan listrik cenderung untuk bergerak dari muatan positif ke muatan negatif. Hukum Gauss adalah penjelasan utama mengapa muatan yang berbeda jenis saling tarik-menarik, dan yang sama jenisnya tolak-menolak. Muatan-muatan tersebut menciptakan medan listrik, yang ditanggapi oleh muatan lain melalui gaya listrik. Hukum Gauss untuk magnetisme menyatakan tidak seperti listrik tidak ada partikel "kutub utara" atau "kutub selatan". Kutub-kutub utara dan kutub-kutub selatan selalu saling berpasangan.
Hukum induksi Faraday mendeskripsikan bagaimana mengubah medan magnet dapat menciptakan medan listrik. Ini merupakan prinsip operasi banyak generator listrik. Gaya mekanik (seperti yang ditimbulkan oleh air pada bendungan) memutar sebuah magnet besar, dan perubahan medan magnet ini menciptakan medan listrik yang mendorong arus listrik yang kemudian disalurkan melalui jala-jala listrik.
Memori inti magnetik An Wang (1954) adalah penerapan Hukum Ampere. Tiap inti magnetik merupakan satu bit. Hukum Ampere menyatakan bahwa medan magnet dapat ditimbulkan melalui dua cara: yaitu lewat arus listrik (perumusan awal Hukum Ampere), dan dengan mengubah medan listrik (tambahan Maxwell). Koreksi Maxwell terhadap Hukum Ampere cukup penting: dengan demikian, hukum ini menyatakan bahwa perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet, dan sebaliknya.
Dengan demikian, meskipun tidak ada muatan listrik atau arus listrik, masih dimungkinkann buat memiliki gelombang osilasi medan magnet dan medan listrik yang stabil dan dapat menjalar terus-menerus. Keempat persamaan Maxwell ini mendeskripsikan gelombang ini secara kuantitatif, dan lebih lanjut lagi meramalkan bahwa gelombang ini mestilah memiliki laju tertentu yang universal. Laju ini dapat dihitung cukup dari dua konstanta fisika yang dapat diukur (konstanta elektrik dan konstanta magnetik).
Laju yang dihitung untuk radiasi elektromagnetik tepat sama dengan laju cahaya. Cahaya memang merupakan salah satu bentuk radiasi elektromagnetik (seperti juga sinar X, gelombang radio dan lain-lainnya). Dengan demikian, Maxwell memadukan dua bidang yang sebelumnya terpisah, elektromagnetisme dan optika.
Gaya elektrik statik (gaya Coulomb) antara dua partikel bermuatan dan adaah :
Dalam sistem SI, yang digunakan dalam pembahasan adaha tetapan memiliki nilai :
Energi potensial yang bersangkutan adalah :
Arusi elektrik i menimbulkan medan magnet B. Kasus yang akan banyak menarik perhatian adalah kasus arus untai (loop) berbentuk lingkaran berjari-jari r ; medan magnet pada pusat untai seperti itu adalah :
Dalam satuan sistem SI, Bdiukur dalam satuan tesla (satu tesla T adalah satu newton per ampere-meter). Tetapan besarnya :
Hendaklah selalu diingat bahwa arah arus i sesuai dengan perjanjian arah (positif) arus, yaitu berlawanan dengan arah sebenarnyan dari gerak elektron bermuatan negatif yang membangkitkan arus elektrik. Arah B dipilih sesuai dengan kaidah tangan kanan dan ibu jari menunjuk arah arus, maka jari-jari anda menunjuk arah medan magnet..
Aspek elektromagnetik lain yang teristimewa penting adalah gelombang elektromagnetik. Gelombang ini menjalar dalam ruang hampa dengan laju c (laju cahaya), yang berkaitan dengan tetapan elektromagnet dan melalui hubungan :
Frekuensi v dan panjang gelombang dari sebuah gelombang, berkaitan melalui hubungan :
Daerah panjang gelombang elektromagnet merentang dari yang sangan pendek (sinar gamma inti atom) hingga yang sangat panjang (gelombang radio).
|