Gelombang Elektromagnetik

Persamaan Maxwell memprediksi gelombang medan listrik dan magnet yang mandiri yang merambat dengan kecepatan cahaya dan mencakup spektrum elektromagnetik.

Definition

Gelombang elektromagnetik adalah osilasi medan listrik dan magnet yang saling terkait, transversal dan sefase dalam vakum, yang memenuhi persamaan gelombang yang diturunkan dari persamaan Maxwell dan membawa energi serta momentum dengan kecepatan cahaya melalui ruang atau medium.

Scope

Area ini mencakup solusi gelombang dari persamaan Maxwell: gelombang bidang dan gelombang elektromagnetik lainnya dalam vakum dan dalam medium, polarisasi, transfer energi dan momentum oleh gelombang, refleksi dan refraksi pada antarmuka, dispersi dan absorpsi, serta propagasi terpandu dalam pandu gelombang dan saluran transmisi. Ini memperlakukan spektrum elektromagnetik penuh sebagai fenomena tunggal, sementara emisi radiasi oleh sumber ditangani di area radiasi-dan-antena.

Sub-topics

• Plane Waves and Polarization
• Reflection, Refraction, and Dispersion
• Waveguides and Transmission Lines

Core questions

• Bagaimana persamaan Maxwell memunculkan gelombang yang merambat?
• Bagaimana gelombang terpolarisasi dan bagaimana mereka mengangkut energi?
• Bagaimana gelombang berperilaku di batas dan di medium dispersif?
• Bagaimana gelombang elektromagnetik dipandu dalam struktur?

Key concepts

• persamaan gelombang
• gelombang bidang
• polarisasi
• spektrum elektromagnetik
• kecepatan fase dan grup
• refleksi dan refraksi
• dispersi
• pandu gelombang

Key theories

Persamaan gelombang elektromagnetik

Menggabungkan persamaan curl Maxwell menghasilkan persamaan gelombang untuk medan dengan kecepatan propagasi yang ditentukan oleh konstanta listrik dan magnet, sama dengan kecepatan cahaya dan mengidentifikasi cahaya sebagai gelombang elektromagnetik.

Gelombang bidang transversal, terpolarisasi

Dalam ruang bebas, medan listrik dan magnet dari gelombang bidang saling tegak lurus dan tegak lurus terhadap arah propagasi, dengan orientasi medan listrik yang mendefinisikan polarisasi.

Keberadaan gelombang elektromagnetik (Hertz)

Hertz menghasilkan dan mendeteksi gelombang elektromagnetik di laboratorium, mengkonfirmasi prediksi Maxwell dan menunjukkan refleksi, refraksi, dan polarisasi yang analog dengan cahaya.

Clinical relevance

Gelombang elektromagnetik mendasari komunikasi radio dan nirkabel, radar, serat optik dan optik ruang bebas, sistem gelombang mikro dan gelombang milimeter, serta pencitraan di seluruh spektrum dari radio hingga sinar-X dalam kedokteran dan industri.

History

Maxwell memprediksi gelombang elektromagnetik pada tahun 1860-an dan mengidentifikasi cahaya sebagai salah satu gelombang tersebut. Hertz mengkonfirmasi keberadaannya secara eksperimental pada tahun 1887-1888, dan perkembangan pesat radio oleh Marconi dan lainnya, bersama dengan tradisi optik Fresnel, menetapkan kesatuan spektrum elektromagnetik.

Key figures

• James Clerk Maxwell
• Heinrich Hertz
• Augustin-Jean Fresnel

Seminal works

• jackson1998
• born1999
• hertz1893

Frequently asked questions

Mengapa gelombang elektromagnetik bergerak dengan kecepatan cahaya?

Persamaan gelombang dari persamaan Maxwell memiliki kecepatan propagasi yang ditentukan oleh permitivitas dan permeabilitas medium; dalam vakum kecepatan ini sama dengan kecepatan cahaya yang terukur, menunjukkan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik.

Apakah gelombang radio dan cahaya tampak merupakan jenis yang sama?

Ya; semuanya adalah gelombang elektromagnetik yang hanya berbeda dalam frekuensi dan panjang gelombang, bersama-sama membentuk spektrum elektromagnetik dari gelombang radio melalui gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma.