TEORI MAXWELL BERKAITAN DENGAN

ELEKTROMAGNETIK

Disusun oleh:

AZIZ KHANIFAN

08506131007

PRODI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

2009

DAFTAR ISI

Bab I : Pendahuluan……………………………………………………………………..

1.1 Latar Belakang……………………………………………………………

1.2 Rumusan Masalah………………………………………………………

Bab II : Pembahasan…………………………………………………………………….

2.1 Sejarah Teori Maxwell dan

Elektromagnetik………………………………

2.2 Pengertian Teori Maxwell dan

Elektromagnetik…………………………...

2.3 Sumber Medan

Elektromagnetik……………………………………………

2.4 Dampak Gelombang

Elektromagnetik……………………………………...

2.5 Keterkaitan Teori Maxwell dan

Elektromagnetik…………………………..

2.5.1 Prinsip Dasar Kelistrikan

………………………………………………….

Bab III : Penutup…..……………………………………………………………………

3.1 Kesimpulan………………………………………………………………….

Daftar Pustaka………………………………………………………………………….

BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala

induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini

secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet

dikenal sebagai Hukum Ampere.

Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan

(menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala

induksi elektromagnet. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh

Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi

elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry.

Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep

simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan.

Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap

waktu dapat menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi.

Dengan demikian Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu

dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi

hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.

1.2 Rumusan Masalah

1. Sejarah ditemukannya teori Maxwell dan elektromagnetik ?

2. Keterkaitan teori maxwell dengan elektromagnetik?

BAB II. PEMBAHASAN

2.1 Sejarah Teori Maxwell dan Elektromagnetik

Dasar teori dari perambatan gelombang elektromagnetik pertama kali dijelaskan pada

1873 oleh James Clerk Maxwell dalam papernya di Royal Society mengenai teori dinamika

medan elektromagnetik (bahasa Inggris: A dynamical theory of the electromagnetic field),

berdasarkan hasil kerja penelitiannya antara 1861 dan 1865. Pada 1878 David E. Hughes

adalah orang pertama yang mengirimkan dan menerima gelombang radio ketika dia

menemukan bahwa keseimbangan induksinya menyebabkan gangguan ke telepon buatannya.

Dia mendemonstrasikan penemuannya kepada Royal Society pada 1880 tapi hanya dibilang

itu cuma merupakan induksi adalah Heinrich Rudolf Hertz yang, antara 1886 dan 1888,

pertama kali membuktikan teori Maxwell melalui eksperimen, memperagakan bahwa radiasi

radio memiliki seluruh properti gelombang (sekarang disebut gelombang Hertzian), dan

menemukan bahwa persamaan elektromagnetik dapat diformulasikan ke persamaan turunan

partial disebut persamaan gelombang. Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich

Hertz. Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik.

Waktu kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi

elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Bergantung pada

situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel.

Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan

frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan

masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh

hubungan Planck E = Hν, di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta Planck — 6.626

× 10 −34 J·s — dan ν adalah frekuensi gelombang.

Einstein kemudian memperbarui rumus ini menjadi Ephoton = h1½.

Sekitar abad ke 19, Maxwell menyatakan persamaan nya yang cukup mengejutkan

dunia Fisika. Salah satunya menyatakan adanya gelombang elektromagnetik. Namun, saat itu

belum dapat dibuktikan. Karna itu, Heinrich Hertz mencoba untuk membuktikan keberadaan

gelombang elektromagnetik itu. Secara teori, Hertz menyadari bahwa gelombang

elektromagnetik yang dinyatakan Maxwell merupakan gabungan dari gelombang listrik dan

gelombang magnetik secara saling tegak lurus. Begitu pula dengan arah geraknya. Karena

gelombang tersebut mengantung gelombang listrik, maka Hertz mencoba membuktikan

keberadaan gelombang elektromagnetik tersebut melalui keberadaan gelombang listriknya

yang diradiasikan oleh rangkaian pemancar. Hertz mencoba membuat rangkaian pemancar

sederhana dengan bantuan trafo untuk memperkuat tegangan dan kapasitor sebagai

penampung muatannya. Karena ada arus pergeseran pada gap pemancar, diharapkan ada

radiasi gelombang elektromagnetik yang akan dipancarkan. Karena secara teori, dari percikan

yang muncul akan dihasilkan gelombang elektromagnetik. Alhasil, pada rangkaian loop

penerima yang hanya berupa kawat berbentuk lingkaran yang tanpa diberikan sumber

tegangan apapun, ternyata muncul percikan listrik pada gap-nya. Ini membuktikan ada listrik

yang mengalir melalui radiasi suatu benda.yang akhirnya terhantarkan ke loop. Karena

merasa belum puas, Hertz mencoba untuk menghitung frekuensi pada loop.

Ternyata frekuensi yang dihasilkan sama dengan frekuensi pemancar. Ini artinya listrik pada

loop berasal dari pemancar itu sendiri. Dengan ini terbuktilah adanya radiasi  gelombang

elektromagnetik Maxwell. Percobaan Hertz ini juga memicu penemuan telegram tanpa kabel

dan radio oleh Marconi. Rangkaian ini ada dalam kaca quartz untuk menghindari sinar UV.

2.2. Pengertian Teori Maxwell dan Elektromagnetik

Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah:

1. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.

2. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c)

tergantung dari permitivitas (Î) dan permeabilitas (m) zat.

C = 1 / Ö(Îo . mo) = 3 x 108 m/s

Îo = 8.85 x 10-12 C2/Nm2

c =f . l

mo = 12.56 x 10-7 wb/amp.m

Dalam fisika elektromagnetik, sebuah medan elektromagnetik adalah sebuah medan

terdiri dari dua medan vektor yang berhubungan: medan listrik dan medan magnet. Ketika

dibilang medan elektromagnetik, medan tersebut dibayangkan mencakup seluruh ruang,

biasanya medan elektromagnetik hanya terbatas di sebuah daerah kecil di sekitar objek dalam

ruang.

Vektor (E dan B) yang merupakan karakter medan masing-masing memiliki sebuah

nilai yang didefinisikan pada setiap titik ruang dan waktu. Bila hanya medan listrik (E) bukan

nol, dan konstan dalam waktu, medan ini dikatakan sebuah medan elektrostatik. E dan B

(medan magnet) dihubungkan dengan persamaan Maxwell.

Maxwell menyimpulkan beberapa hal seperti berikut:

Medan listrik memancar dari muatan listrik.

Kutub-kutub magnet tidak ada yang terpisah.

Medan listrik dihasilkan oleh perubahan medan magnet.

Ciri-ciri gelombang elektromagnetik:

Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik

adalah sebagai berikut:

1.   Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan,

sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama

dan pada tempat yang sama.

2.   Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus

terhadap arah rambat gelombang.

3.   Dari ciri no 2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang

transversal.

4.   Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami

peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa

polarisasi karena termasuk gelombang transversal.

5. Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik

dan magnetik medium yang ditempuhnya.

2.3. Sumber Medan Elektromagnetik

Medan Elektromagnetik dihasilkan oleh barang-barang yang biasa ditemui dan

tumbuh sangat cepat dalam lingkungan yang berpengaruh dalam kehidupan sehari-hari.

Pengaruh terhadap kesehatan dan lingkungan oleh Medan Elektromagnetik baik statis

maupun yang berubah-rubah dengan waktu. Medan yang berubah-rubah mulai dari frekwensi

nol ( listrik searah ) sampai 300 Giga Hz. mendekati batas teratas gelombang radio.

Gelombang Elektromagnetik ada disekitar kita, kemanapun kita pergi, tinggal dan

tidur, tidak dapat kita hindari. Gelombang Elektromagnetik itu termasuk yang dipancarkan

oleh Telepon seluler, oven microwave, hair dryer, shaver, pemotong rumput dan oleh saluran

listrik tegangan tinggi.

Sumber gelombang elektromagnetik:

1. Osilasi listrik.

2. Sinar matahari menghasilkan sinar infra merah.

3. Lampu merkuri menghasilkan ultra violet.

4. Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam menghasilkan sinar

X (digunakan untuk rontgen).

Inti atom yang tidak stabil  menghasilkan sinar gamma.

2.4. Dampak Gelombang Elektromagnetik

Menurut WHO, gangguan kesehatan seperti kanker, perubahan perilaku, hilang

ingatan, penyakit Parkinson, Alzheimer, AIDS, sindroma kematian bayi yang mendadak, dan

masih banyak yang lainnya lagi, termasuk meningkatnya angka bunuh diri diduga merupakan

akibat dari pancaran gelombang elektromagnetik.

Pada dasarnya kita hidup diatas bumi telah mendapatkan medan listrik dan medan

magnit natural yang disebabkan adanya lapisan ionosfer dan awan-awan yang bermuatan

listrik Medan listrik dibawah saluran udara, pada ketinggian 1 m diatas tanah, jauh lebih

kecil, sebagai contoh dibawah saluran udara tegangan ekstra tinggi 500 kV, kuat medan pada

1 m dari permukaan tanah lebih kecil dari 10 kV/m. Untuk bagian otak, medan ekuivalen

untuk mencapai nilai kerapatan arus yang bisa menyebabkan efek rangsangan adalah 40

kV/m. Sedangkan medan ekuivalen sebesar 4000 kV/m dapat menyebabkan bahaya fibrilasi

jantung.

Disamping menyebabkan timbulnya arus induksi, medan listrik pada permukaan

tubuh akan menyebabkan gaya pada bulu tubuh atau rambut, sehingga terjadi vibrasi pada

bagian-bagian tersebut. Nilai kuat medan dimana stimulasi rambut mulai terasakan sangat

bervariasi untuk setiap orang. Nilai medan listrik yang mulai terasa pada bulu tangan 7 kV/m,

rambut 23 kV/m, stimulasi ini tidak menyebabkan efek gangguan kesehatan tubuh.

Riset laboratorium tentang pengaruh medan listrik dilakukan oleh Hauf dan kawan-

kawan. Pada penelitian tersebut disimpulkan exposure medan listrik yang berkekuatan

sampai 20 kV/m tidak menimbulkan efek patologis pada organ-organ tubuh, demikian juga

tidak diketemukan adanya stress symptom electrolyte effects, maupun kelainan-kelainan pada

keseimbangan enzim tubuh.

2.5 Keterkaitan Teori Maxwell dan Elektromagnetik

Bagian lain dari fisika klasik adalah berkaitan dengan gejala elektromagnet, yang

sangat cocok dibahas dengan menggunakan medan magnet E(x)dan H(x). Dua besaran ini

menurut. Persamaan Maxwell berhubungan dengan rapat muatan dan rapat arus. Uraian

tentang hal ini tidak akan diulangi di sini oleh karena dapat diperoleh dalam kuliah teori

medan elektromagnet. Konsep utama yang penting dikemukakan adalah bahwa menurut teori

Maxwell, medan listrik dan magnet memenuhi persamaan ;

Hal ini menyatakan bahwa kedua medan di atas merambat dalam ruang dalam bentuk

gelombang dengan kecepatan tetap . Dugaan inspiratif Maxwell menyatakan bahwa pada

range frekuensi tertentu gelombang ini tiada lain merupakan gelombang cahaya. Sejak itu

orang kemudian mengerti bahwa gelombang EM meliputi frekuensi yang sangat rendah

contohnya yang digunakan pada gelombang, cahaya tampak hingga radiasi yang frekuensinya

sangat besar seperti Sinar-X dan Sinar-α

Dari sudut pandang optika telah dipahami bahwa cahaya memiliki berbagai sifat yang

menunjukkan bahwa konsep cahaya sebagai gelombang tidaklah esensial. Akan tetapi guna

menjelaskan secara lebih tepat mengenai gejala interferensi, khususnya difrkasi, konsep

cahaya sebagai gelombang merupakan hal yang mutlak.

Pernyataan matematis dari gelombang dinytakan sbb:

dimana frekuensi sudut , dan vektor penjalaran merupakan karateristik fisis dasar

dari gelombang, yang terlihat dari hubungan:

Disiplin mekanika dan elektromagnet dihubungkan oleh hukum Lorentz, yang

menyatakan bahwa sebuah partikel bermuatan , yang bergerak dengan kecepatan dalam

medan listrik dan medan magnet akan mengalami gaya:

Pada prinsipnya pandangan klasik ini, yakni materi terdiri atas partikel dan radiasi

terdiri atas gelombang, menjadi acuan guna penjelasan gejala-gejala alam; partikel misalnya

elektron dan proton memiliki massa dan muatan listrik satu satuan, dan berinteraksi melalui

interaksi gravitasi (massa) dan elektromagnetik. Akan tetapi, teori klasik tetap tidak mampu

menjelaskan interaksi anatar partikel bermuatan dengan radiasi.

2.5.1 Prinsip Dasar Kelistrikan

arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai

gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan

gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi

magnet dikenal sebagai Hukum Ampere.

Michael Faraday, penemu induksi elektromagnetik

Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan

(menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala

induksi elektromagnet. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh

Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi

elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry.

Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep

simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan.

Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap

waktu dapat menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi.

Dengan demikian Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu

dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi

hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.

James Clerk Maxwell, peletak dasar teori gelombang elektromagnetik

Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat

menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada

dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip

ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell.

Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya

suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan

listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap

waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu

maka akan dihasilkan medan magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet

dan medan listrik ini secara serempak merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah

maka ini merupakan gejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang

elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam

ruang.

Pada mulanya gelombang elektromagnetik masih berupa ramalan dari Maxwell yang

dengan intuisinya mampu melihat adanya pola dasar dalam kelistrikan dan kemagnetan,

sebagaimana telah dibahas di atas. Kenyataan ini menjadikan James Clark Maxwell dianggap

sebagai penemu dan perumus dasar-dasar gelombang elektromagnetik.

Teori Maxwell tentang listrik dan magnet meramalkan adanya gelombang elektromgnetik

Ramalan Maxwell tentang gelombang elektromagnetik ternyata benar-benar terbukti.

Adalah Heinrich Hertz yang membuktikan adanya gelombang elektromagnetik melalui

eksperimennya. Eksperimen Hertz sendiri berupa pembangkitan gelombang elektromagnetik

dari sebuah dipol listrik (dua kutub bermuatan listrik dengan muatan yang berbeda, positif

dan negatif yang berdekatan) sebagai pemancar dan dipol listrik lain sebagai penerima.

Antena pemancar dan penerima yang ada saat ini menggunakan prinsip seperti ini.

diagram skematik eksperimen Hertz

Melalui eksperimennya ini Hertz berhasil membangkitkan gelombang

elektromagnetik dan terdeteksi oleh bagian penerimanya. Eksperimen ini berhasil

membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik yang awalnya hanya berupa rumusan

teoritis dari Maxwell, benar-benar ada sekaligus mengukuhkan teori Maxwell tentang

gelombang elektromagnetik.

BAB III. PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari pembelajaran yang saya dapatkan setelah setelah mengerjakan “ Teori Maxwell

Berkaitan dengan Elektromagnetik “, ada beberapa hal yang dapat disimpulkan ;

Gelombang elektromagnetik yang dinyatakan Maxwell merupakan gabungan dari gelombang

listrik dan gelombang magnetik secara saling tegak lurus. Begitu pula dengan arah geraknya.

Karena gelombang tersebut mengantung gelombang listrik.

Hertz mencoba membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik tersebut

melalui keberadaan gelombang listriknya yang diradiasikan oleh rangkaian pemancar.

Hertz mencoba membuat rangkaian pemancar sederhana dengan bantuan trafo untuk

memperkuat tegangan dan kapasitor sebagai penampung muatannya. Karena ada arus

pergeseran pada gap pemancar, diharapkan ada radiasi gelombang elektromagnetik yang akan

dipancarkan. Karena secara teori, dari percikan yang muncul akan dihasilkan gelombang

elektromagnetik. Alhasil, pada rangkaian loop penerima yang hanya berupa kawat berbentuk

lingkaran yang tanpa diberikan sumber tegangan apapun, ternyata muncul percikan listrik

pada gap-nya. Ini membuktikan ada listrik yang mengalir melalui radiasi suatu benda.yang

akhirnya terhantarkan ke loop. Karena merasa belum puas, Hertz mencoba untuk menghitung

frekuensi pada loop. Ternyata frekuensi yang dihasilkan sama dengan frekuensi pemancar.

Ini artinya listrik pada loop berasal dari pemancar itu sendiri. Dengan ini terbuktilah adanya

gelombang elektromagnetik Maxwell.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.institutmahardika.com/artikel/artiteor.php

http://id.wikipedia.org/wiki/Persamaan_Maxwell

http://info.g-excess.com/id/info/GelombangElektromagnetik.info

http://www.institutmahardika.com/artikel/artiteor.php

http://kambing.ui.ac.id/bebas/v12/sponsor/Sponsor

http://id.wikipedia.org/wiki/Spektrum_elektromagnetik