Gelombang éléktromagnétik bisa dibayangkeun salaku gelombang médan listrik katut médan magnét anuosilasi sacara tranversal sarta ngrarambat sorangan. Gambar ieu mintonkeun hiji gelombang anu ngarambat ti kénca ka katuhu.
Radiasi éléktromagnétik (ÉM) nyaétagelombang éléktromagnétik anungarambat sorangan dina rohangan. Gelombang éléktromagnétik kawangun ku komponén listrik atawaéléktrik jeung komponénmagnétik. Dua komponén ieu ngayun bulak-balik (osilasi) dina arah anu juruna (sudutna) 90o tina arah rambatan. Arahosilasi dua komponén ieu ogé dipisahkeun ku sudut 90o tapi fase gelombangna sarua.
Lamun ditingali tina arah rambatan gelombang éléktromagnétik, médan listrik mungkin bulak-balik naék jeung turun, samentara médan magnét ngayun bulak-balik ka katuhu jeung ka kénca; tapi gambar éta bisa diputer antukna médan listrik bulak-balik ka katuhu jeung ka kénca samentara médan magnét bulak-balik turun jeung naék. Kasambaranganoriéntasi ditingali ti arah rambatan disebutpolarisasi.
Gelombang éléktromagnétik munggaran ditorah kuJames Clerk Maxwell sarta satuluyna ditegeskeun kuHeinrich Hertz. Maxwell nurunkeun hijirumus wangun gelombang listrik katut gelombang magnét, némbongkeun yén médan listrik jeung médan magnét boga sifat sabagé gelombang, sarta aya kasimétrian di antara éta dua médan. Lantaran laju gelombang ÉM anu ditorah ku rumus gelombang sarupa jeunglaju cahaya anu kaukur, Maxwell nyindekkeun yéncahaya sorangan mangrupa hiji gelombang ÉM.
Nurutkeunrumus Maxwell, hijimédan listrik anu robah-robah nurutkeun waktu ngabangkitkeun hijimédan magnét sartasabalikna. Ku lantaran kitu, mangsa hiji médan listrik anuosilasi ngabangkitkeun hiji médan magnét anu ogéosilasi, médan magnét anuosilasi éta ogé saterusna ngahasilkeun médan listrik anuosilasi, kitu saterusna. Dua médan anuosilasi ieu babarengan ngawangun hiji gelombang éléktromagnétik.
Téori quantum ngeunaaninteraksi antara radiasi éléktromagnétik jeung materi saperti éléktron dijelaskeun ku téoriéléktrodinamika quantum.
Médan listrik katut médan magnét boga sifatsuperposisi. Sifat ieu ngalantarankeun rupa-rupa fénoména kaasup méngkolna cahaya (atawaréfraksi) sarta sumebarna cahaya (atawadifraksi). Contona, gelombang ÉM anu nabrak kana struktur atom nularkeun (ngainduksi)osilasi dina jeroatom-atom, antukna nyababkeunatom-atom kasebut mancarkeun (ngaémisi) gelombang ÉM bogana sorangan.Émisi ieu satuluyna ngarobah gelombang anu nabrak ku cara interférensi.
Waktu ngarambat dina hiji médiyeum liniér saperti hiji rohangan hapa, cahaya henteu kapangaruhan ku médan listrik atawa médan magnét anu statis (tetep, henteu robah). Tapi, dina médiyeum non-liniér, saperti sababarahakristal, interaksi bisa lumangsung antara cahaya jeung médan listrik katut médan magnét anu statis – interaksi ieu kaasupéfék Faraday jeungéfék Kerr.
Dina réfraksi, hiji gelombang anu ngaliwat ti hiji médiyeum ka médiyeum liana, anu bogakarapetan nu béda, robah laju sarta arahna waktu asup ka médiyeum anyar. Babandingan indeksréfraksi mediyeum nangtukeun darajat réfraksi (darajat béngkokna cahaya) sarta bisa dijelaskeun kuhukum Snell. Cahaya ultraviolét kabagi kana hijispéktrum nu katénjo mangsa cahaya ngaliwatan hiji prisma lantaran sifat réfraksi ieu.
Radiasi ÉM ngagambarkeun sifat-sifat gelombang ogé sifatpartikel dina waktu nu bareng (tempodualitas gelombang-partikel). Sifat gelombang leuwih jelas katiténan mangsa radiasi ÉM diukur dina skala waktu anu rélatif lila sarta dina jarak anu jauh, sedengkeun sifat partikel leuwih jelas mangsa ngukur dina jarak sarta skala waktu nu pondok. Dua sifat ieu geus ditegeskeun dina sajumlah percobaan.
Aya percobaan anu mintonkeun sifat partikel jeung sifat gelombang radiasi ÉM mecenghul babarengan dina percobaan kasebut, saperti difraksi sahijifoton. Mangsa sahiji foton dikirimkeun ngaliwatan dua sela, éta hiji foton téh ngaliwatan dua sesela kasebut sarta ngalaman interférensi jeung dirina sorangan, persis saperti gelombang. Interférensi diri anu sarupa katitén mangsa sahiji foton dikirimkeun kana hijiinterferometer Michelson atawainterferometer lianna.
Hiji aspék nu penting tina sifat cahaya nyaétafrékuénsi. Frékuénsi hiji gelombang nyaéta laju osilasi éta gelombang sarta diukur dinahijianHertz, nyaétahijianSI pikeun frékuénsi, hargana sarua jeung hiji osilasi perdetik. Cahaya biasana boga hiji spéktrum frékuénsi. Gelombang atawa frékuénsi nu béda-béda ngalaman réfraksi kalayan sudut nu béda-béda ogé.
Hiji gelombang ngandung puncak-puncak jeung lengkob-lengkob anu paréndéng, sarta jarak antara dua puncak anu padeukeut atawa dua lengkob anu padeukeut disebutpanjang gelombang. Gelombang dina spéktrum éléktromagnétik rupa-rupa ukuranna ti gelombang radio nu panjang pisan nu saukuran gedong-gedong luhur nepi ka sinar gama anu kacida pondokna, leuwih pondok manan inti atom. Frékuénsi mangrupa kabalikan panjang gelombang nurutkeun rumus:
di manav nyaéta laju gelombang (c dina jero rohangan hapa, atawa kurang ti c lamun dina jero médiyeum lianna),f nyaéta frékuénsi sarta λ nyaéta panjang gelombang. Mangsa gelombang meuntasan wates-wates antara médiyeum anu béda, laju cahayana robah tapi frékuénsina tetap konstan.
Interférensi nyaéta superposisi (tumpang tindih) antara dua atawa leuwih gelombang anu ngahasilekun hiji pola gelombang anu anyar.
Énergi gelombang éléktromagnétik témpo-témpo disebuténergi radiasi.
Lantaran énergi gelombang ÉM dikuantisasi, mangka dina modél partikel radiasi ÉM, hiji gelombang kasusun ku pakét-pakét énergi anudiskrit, atawaquanta, anu disebutfoton. Frékuénsi gelombang sabanding jeung gedéna énergi partikel. Sajaba ti éta, lantaranfoton dipancarkeun jeung diserep ku partikel anu dibéré muatan, mangkafoton nindak salaku pangangkuténergi. Énergi perfoton bisa diitung ku rumusPlanck:
di manaE nyaéta énergi,h nyaétakonstanta Planck, sartaf nyaéta frékuénsi.
Mangsa hijifoton diserep ku hiji atom,foton kasebut manaskeun sarta naékkeun hijiéléktron kanatingkatan énergi anu leuwih luhur. Lamun énergina cukup gedé, antukna éléktron lumpat ka tingkatan énergi anu cukup gedé, éléktron bisa ngaleupaskeun diri tina tarikan inti atom positif sarta leupas tina atom dina prosés anu disebutfotonisasi. Sabalikna, hiji éléktron anu turun ka tingkat énergi anu leuwih handap mancarkeun hiji foton cahaya anu énergina sarua jeung béda énergi antara tingkat énergi asal jeung tingkat énergi anu leuwih handap. Lantaran tingkatan-tingkatan énergi éléktron dina atom téhdiskrit, tiapélemén mancarkeun sarta nyerep gelombang atawa frékuénsi karakteristikna.
Éfék-éfék ieu babarengan bisa ngajelaskeun sual spéktrum serepcahaya. Pita-pita anu poék dina éta spéktrum diakibatkeun ku atom nu aya dina médiyeum nyerep frékuénsi-frékuénsi cahaya anu béda. Susunan mediyeum anu diliwatan ku cahaya nangtukeun sifat tina spektrum serap. Contona, pita-pita poek dina cahaya anu dipancarkeun ku béntang anu jarakna jauh diakibatkeun ku atom-atom dina atmosfir éta béntang. Pita-pita ieu patali jeung tingkatan-tingkatan énergi anu dimungkinkeun dina jero atom-atom kasebut. Fénoména anu sarupa lumangsung pikeunémisi. Mangsa éléktron turun kana tingkatan énergi anu leuwih handap, mangka dipancarkeun hiji spéktrum anu ngagambarkeun lumpatan antara tingkatan-tingkatan énergi. Hal ieu diwujudkeun dina spéktrumémisinébula. Kiwari, para élmuwan ngagunakeun fénoména ieu pikeun niténan élemén naon anu dikandung ku nébula. Cara ieu ogé dipaké dina nangtukeun jarak hiji béntang ti dunya, ngagunakeun anu disebut géséran warna beureum atawared shift.
Lamun kawat (atawa objék nu boga sifat konduksi sapertianteneu) ngalirkeunarus bulak-balik (AC, mangka radiasi éléktromagnétik dirambatkeun dina frékuénsi anu sarua jeung arus listrik kasebut. Gumantung kana kaayaan, radiasi éléktromagnétik bisa nindak salakugelombang atawa salakupartikel. Salaku gelombang, radiasi éléktromagnétik boga ciri mibanda (laju cahaya),panjang gelombang, jeungfrékuénsi. Waktu dianggap sabagé partikel, radiasi éléktromagnétik dipikawanoh salakufoton, anu boga énergi anu sabanding jeung frékuénsi gelombang sakumaha anu digambarkeun ku rumusPlanckE = hν, di manaE nyaéta énergi foton,h = 6.626 × 10−34 J• nyaétakonstanta Planck, sartaν nyaéta frékuénsi gelombang.
Radiasi éléktromagnétik patuh kana hiji aturan nyaéta, henteu paduli kana lingkunganana, radiasi EM dina rohangan hapa salawasna ngarambat dina laju anu sarua jeunglaju cahaya,rélatif ka panitén, henteu paduli kana laju si panitén. (Sifat radiasi éléktromagnétik ieu nungtunAlbert Einstein nyieun téorirélativitas husus.)
Gelombang ÉM dina panjang gelombang antara kira-kira 400nm jeung 700 nm katangkep kupanonmanusa sarta karasa sabagécahaya nu katénjo. Panjang gelombang lianna, husuna anu deukeut ka gelombanginfrabeureum (nu leuwih panjang ti 700 nm) jeung ultraviolét (nu leuwih pondok to 400 nm) ogé kadang-kadang disebut sabagé cahaya.
Serat optik ngarambatkeun cahaya anu bisa ditumpangan data sora atawa gambar. Prosésna sarupa jeung anu digunakeun dina ngarambatkeun gelombang radio.
Mangsa rambatan gelombang ÉM asup kanakonduktor, rambatan ÉM ngaraksuk kana konduktor, ngaliwatan, jeungngabangkitkeun arus listrik dina beungeut konduktor ku cara ngagerakkeun éléktron-éléktron material konduktor. Éfék ieu (éfék kulit atawaskin effect) digunakeun dina anteneu. Pancaran gelombang ÉM ogé bisa ngabalukarkeun molékul-molékul nyerep énérgi jeung saterusna jadi panas; cara ieu digunakeun dinaoven microwave.
Gelombang éléktromagnétik salaku hiji fénomena umum ditorah ku hukum-hukum klasik ngeunaanlistrik jeungmagnétisme, anu katelah sabagérumus-rumus Maxwell. Lamun urang mariksa rumus-rumus Maxwell tanpa sumber (muatan listrik atawa arus listrik) mangka urang bakal meunangkeun jawabannontrivial tina médan listrik jeung médan magnét anu robah-robah. Dimimitian ku rumus Maxwell pikeun hiji rohangan hapa:
di mana
mangrupa hiji operatordiférensialvéktor (tempoDel).
Hiji jawaban,
,
nyaétatrivial.
Pikeun nempo hiji deui jawaban anu leuwih narik haté, urang ngagunakeunidentitas véktor, anu lumaku pikeun satiapvéktor, saperti kieu:
Pikeun nempo kumaha urang bisa ngagunakeun ieu, pakécurl tina rumus (2):
Ku cara ngitung sisi kénca:
di mana urang nyaderhanakeun anu di luhur ku cara ngagunakeun rumus (1).
Itung sisi katuhu:
Rumus (6) jeung (7) sarua, antukna ieu ngahasilkeun hijirumus diferensial nu miboga hargavektor pikeun médan listrik, nyaéta:
Ku cara nerapkeun pola anu sarupa ngahasilkeun rumusdiférensial pikeun médan magnét:
Perhatikeun yén dina kasus médan listrik katut médan magnét, lajuna:
di mana, saperti katempo, mangrupalaju cahaya. Rumus Maxwell geus ngahijikeun permitivitas rohangan bébas, perméabilitas rohangan bébas, sarta laju cahaya, c. Saméméh katimuna rumus ieu teu kanyahoan yén aya hijihubungan kuat antara cahaya jeung listrik sartamagnétisme (gaya magnét).
Tapi masih aya dua rumus Maxwell deui. Coba tempo hiji gelombangvéktor umum pikeun médan listrik.
Di dieu mangrupa amplitudo konstan, mangrupa satiap fungsi anu bisadidiférensiasi, mangrupa hijivéktor unit dina arah rambatan, sartamangrupa hijivéktor posisi. Urang nempo yén mangrupa hiji jawaban umum kana rumus gelombang. Dina kalimah lain
,
pikeun gelombang anu ngarambat dina arah.
Wangun ieu bakal ngajawab rumus gelombang, tapi naha ieu bakal ngajawab sakabéh rumus Maxwell, sarta médan magnét naon anu pakait?
Rumus Maxwell nu kahiji nuduhkeun yén médan listrikortogonal kana arah rambatan gelombang.
Rumus Maxwell kadua ngahasilkeun médan magnét. Rumus-rumus anu nyésa bakal dijawab ku pilihan.
Médan listrik jeung médan magnét sajaba ngarambat dina laju cahaya, ogé boga oriéntasi sarta gedé anu proporsional anu kawates,, anu bisa ditempo langsung tinaPoynting vector. Médan listrik, médan magnét, sarta arah rambatan gelombang kabéhananaortogonal, sarta gelombang ngarambat dina arah anu sarua saperti.
Lamun ditingali tina arah rambatan gelombang éléktromagnétik, médan listrik mungkin ngayunambing naék jeung turun, samentara médan magnét ngayunambing ka katuhu jeung ka kénca; tapi gambar éta bisa diputer antukna médan listrik ngayunambing ka katuhu jeung ka kénca samentara médan magnét ngayunambing turun jeung naék. Hal ieu mangrupa jawaban lian pikeun gelombang anu ngarambat ka arah anu sarua. Kasambaranganoriéntasi ditingali ti arah rambatan disebutpolarisasi.
Serway, Raymond A. (2004).Physics for Scientists and Engineers (Édisi 6th ed.). Brooks/Cole.ISBN 0-534-40842-7.;
Tipler, Paul (2004).Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (Édisi 5th ed.). W. H. Freeman.ISBN 0-7167-0810-8.
Reitz, John (1992).Foundations of Electromagnetic Theory (Édisi 4th ed.). Addison Wesley.ISBN 0-201-52624-7.;
Jackson, John David (1975).Classical Electrodynamics (Édisi 2nd ed). John Wiley & Sons.ISBN 0-471-43132-X.
The Science of SpectroscopyArchived 2019-03-23 diWayback Machine - supported by NASA. Spectroscopy education wiki and films - introduction to light, its uses in NASA, space science, astronomy, medicine & héalth, environmental reséarch, and consumer products.