Persamaan Maxwell dan Gelombang Elektromagnetik

1. Persamaan Maxwell menyiratkan bahwa vektor medan-listrik dan medan magnetic dalam ruang bebas menuruti persamaan gelombang yang berbentuk

dengan

merupakan kecepatan gelombang. Kenyataan bahwa kecepatan ini sama dengan kecepatan cahaya telah menyebabkan Maxwell memperkirakan dengan benar bahwa cahaya merupakan suatu gelombang elektromagnetik.
2. Dalam gelombang elektromagnetik, vektor medan listrik dan magnetic keduanya saling tegak lurus dan tegak lurus terhadap arah perambatan. Besarannya dihubungkan oleh

3. Gelombang elektromagnetik membawa energi dan momentum. Kerapatan energi rata-rata gelombang elektromagnetik ialah

dengan , yang disebut vektor Poynting, menguraikan pemindahan energi magnetic :

4. Gelombang elektromagnetik membawa momentum yang sama dengan dikalikan dengan energi yang dibawa oleh gelombang tersebut :

Intensitas gelombang elektromagnetik dibagi dengan merupakan momentum yang dibawa oleh gelombang tersebut per satuan waktu per satuan luas, yang disebut tekanan radiasi gelombang dimaksud :

Jika gelombang datang secara normal pada suatu permukaan dan seluruhnya diserap, gelombang tersebut mengerahkan tekanan yang sama dengan tekanan radiasinya. Jika gelombang itu datang secara normal dan dipantulkan, tekanan yang dikerahkan menjadi dua kali tekanan radiasi.
5. Gelombang elektromagnetik mencakup cahaya, gelombang radio, sinar , sinar gama, gelombang mikro, dan yang lain. Berbagai jenis gelombang elektromagnetik hanya berbeda pada panjang gelombang dan frekuensi, yang dihubungkan dengan panjang gelombang secara biasa :

6. Gelombang elektromagnetik dihasilkan apabila muatan listrik berpercepatan. Muatan yang berosilasi dalam antenna dipol-listrik meradiasikan gelombang elektromagnetik dengan intensitas yang maksimum dalam arah tegak lurus terhadap antenna dan nol di sepanjang sumbu antenna. Tegak lurus terhadap antena dan jauh dari antena tersebut, medan listrik gelombang elektromagnetiknya sejajar dengan antenna

Contoh soal:
1. Menarik kumparan dari medan magnet. Sebuah kumparan berbentuk bujursangkar bersisi 5 cm memiliki 100 lilitan dan berada pada posisi tegak lurus medan magnet 0,6 T, seperti pada Gambar 8. Kumparan ini ditarik dengan cepat dan seragam dari medan (gerakan tegak lurus terhadap ) menuju suatu tempat di mana menurun drastis hingga mencapai nol. Kumparan tersebut memerlukan waktu 0,1 detik untuk mencapai daerah bebas medan tersebut. Hitung (a) perubahan fluks yang melewati kumparan. (b) ggl dan arus induksi. (c) Energi yang hilang pada kumparan yang memiliki hambatan 100 ohm. (d) gaya rata-rata yang diperlukan.

2. Apakah pesawat yang sedang terbang menimbulkan ggl yang membahayakan? Sebuah pesawat terbang dengan kecepatan 1000 km/jam di suatu daerah di mana terdapat medan magnet bumi sebesar dengan arah yang hampir vertikal. Berapakah beda potensial yang terinduksi di antara kedua ujung sayap yang terpisah sejauh 70 m?

3. Tranformator radio portabel. Sebuah transformator pada radio portabel di rumah menurunkan tegangan 120 V ac menjadi 9 V ac. (Alat ini juga menggunakan dioda untuk mengubah 9 V ac menjadi 9 V dc.) Kumparan sekunder memiliki 30 lilitan dan radio menggunakan arus sebesr 400 mA. Hitung: (a) jumlah lilitan primer; (b) kuat arus pada kumparan primer; dan (c) daya yang ditransformasi.

4. Jalur-jalur transmisi. Daya listrik rata-rata 120 kW dikirim ke sebuah kota kecil dari pembangkit yang berjarak 10 km. Jalur transmisi memiliki hambatan total sebesar 0,4 . Hitung daya yang hilang jika daya dikirim dengan tegangan (a) 240 V dan (b) 24.000 V.

Latihan soal
1. Fluks magnet, yang melewati kumparan kawat dua lilitan, berubah dari –30 Wb menjadi 38 Wb dalam 0,42 detik. Berapa ggl induksi di dalam kumparan?

2. Sebuah loop melingkar pada bidang kertas berada di dalam medan magnet 0,75 T mengarah ke dalam kerta. Jika diameter loop berubah dari 20 cm menjadi 6 cm dalam 0,5 detik, (a) kemana arah arus induksi, (b) berapa besar ggl induksi rata-rata, dan (c) jika hambatan kumparan 2,5 , berapa kuat arus induksi rata-rata?

3. Sebuah generator mobil berputar dengan kecepatan 1000 –rpm dan menghasilkan tegangan 12,4 V. Berapa keluarannya jika putaran dijadikan 2500 rpm dengan asumsi tidak terjadi sesuatu yang lain?

4. Sebuah transformator dirancang untuk mengubah tegangan 120 V menjadi 10.000 V, dan kumparan primernya memiliki 5000 lilitan. Berapa jumlah lilitan sekundernya, jika efisiensinya diasumsikan 100 persen?

5. Tegangan keluaran dari sebuah transformator 100 W adalah 120 V dan arus masukannya 20 A. (a) Jenis transformator ini adalah set-up atau step-down? (b) Berapa faktor kelipatan tegangannya?