max well

JAMES CLERK MAXWELL
(1831 – 1879)

A. Sejarah Hidup
Maxwell dilahirkan di kota Edinburg pada tanggal 13 Juni 1813. Maxwell masuk sekolah pada usia 10 tahun di Akademi Edinburg. Kelebihan mulai nampak pad diri Maxwell sejak dia masih bersekolah di sana. Pada usia 15 tahun dia sudah mampu mempersembahkan sebuah kertas kerja ilmiah kepada Edinburg Royal Society. Maxwell dianggap teoritikus terbesar dibdang fisika dalam seluruh masa antara Newton dan Einstein. Karirnya yang cemerlang berakhir terlampau cepat. Maxwell meninggal dunia pada tanggal 15 November 1879 I Cambridge Inggris akibat serangan kanker tak berapa lama setelah ia merayakan ulang tahunnya yang ke-48.
Ilmuawan kebangsaan Skotlandia tersebut menyatukan penemuan Ampere, Faraday, dan ilmuan lainnya beserta pendapatnya sendiri. Konsep Mawell dinyatakan dalam persamaan matematisnya yang sangat terkenal yang menghubungkan antara medan listrik dan medan magnet. Berdsarkan ke empat persamaan ini ia mengembangkan konsep tentang gelombang elektromagnetik dari cahaya.




B. Sejarah Penemuan Konsep
Fisikawan Inggris tersebut terkenal melalui formasi empat pernyataan yang menjelaskan hukum dasar listrik dan magnet. Kedua bidang ini sebelum Maxwell sudah diselidiki lama sekali dan sudah diketahui ada kaitan antara keduanya. Walaupu berbagai hukum listrik dan magnet ditemukan dan mengandung kebenaran dalam berbagai segi. Sebelum Maxwell tak ada dari satupun hukum – hukum itu yang merupakan suatu teori terpadu. Beliau mempunyai empat perangkat hukum dirumuskan secara singkat. Nilai terpenting dari pendapat Maxwell yang baru ini adalah banyak persamaan umum yang bisa terjadi dalam semua keadaan. Dari keempat persamaan tersebut Maxwell berhasil menurunkan persamaan secara matematis tentang gelombang elektromagnetik. Selain itu, Maxwell juga menetapkan hukum dasar optik dan sumbangan dalam bidang Thermodinamika. Selain itu juga, Maxwell juga menyokong ide Faraday bahwa ruang akan berubah sifatnya bila sebuah muatan listrik ditempatkan dalam ruangan tersebut, serta dibidang astronomi.
Fenomena optik (cahaya) merupakan salah satu fenomena gelombang elektromagnetik sehingga untuk mengerti fenomena ini dan dapat mengaplikasikannya harus dimengerti teori mengenai gelombang elektromagnetik. Sir Isaac Newton mengemukakan teori tentang cahaya dimana cahaya merupakan aliran partikel – partikel yang disebut corpuscular (1675), teori ini ditentang oleh Christian Huygens yang mengemukakan teori kalau cahaya itu gelombang (1678). Teori cahaya adalah gelombang transversal (arah getaran tegak lurus dengan arah rambatan, tahun 1817), teori cahaya sebagai gelombang ini dipakai karena mampu menjelaskan fenomena cahaya yang tak dapat dijelaskan oleh teori corpuscular yaitu interferensi dan difraksi. Namun demikian sampai pertengahan abad 19 para fisikawan masih tak mengetahui apa nature dari cahaya, sampai pada tahun 1873, James Clerk Maxwell mengemukakan bahwa nature dari cahaya adalah gelombnag elektromagnetik dan memprediksi adanya gelombang elektromagnetik lain selain cahaya yaitu gelombang radio (dibuktikan secara eksperimen oleh Henrich Hertz (tahun 1887)). Teori gelombang elektromagnetik ini diturunkan dari formulasi yang dikenal dengan 4 persamaan Maxwell, sebenarnya merupakan formula dari fisikawan sebelumnya yaitu Ampere, Gauss, Lentz, dan Faraday. Maxwell hanya mengkontribusi satu rumus sebagai tambahan pada hukum Ampere (arus listrik menimbulkan medan magnet), itupun dengan menggunakan intuisi simetris dari hukum Faraday (perubahan flux medan magnet menimbulkan medan listrik, maka Maxwell berpendapat kalau perubahan flux medan listrik akan menimbulkan medan magnet). Namun Maxwell dapat membuat 4 formulai itu menjadi satu kesatuan teori yang “menakjubkan”, sehingga dia dapat menurunkan teori gelombang elektromagnetik dari ke-4 formula tersebut (misalnya mendapatkan rumus untuk kecepatan cahya murni diturunkan secara teoritis dari 4 formula tersebut).






C. Pengembangan Konsep
Semua hukum – hukum listrik dan magnet yang telah ada dapat dianggap dari pendapat Maxwell, begitu pula sejumlah hukum besar lain yang dulunya merupakan teori yang tidak dikenal. Dari pendapat Maxwell dapat diperlihatkan betapa pergerakan bolak balik bidang elektromagnetik secara periodik ialah sesuatu yang terjadi. Gerakan bolak balik seperti pendulum ini disebut gelombang elektromagnetik yang bila mana digerakan terus menerus akan menyebar hingga angkasa luar. Dari pendapat – pandapat ini mampu menunjukan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik mencapai sekitar 300.000 km/s. Maxwell mengatahui bahwa ini sama dengan ukuran kecepatan cahaya, dari hal ini, dia mnegambil kesimpulan bahwa cahaya merupakan gangguan gelombang elektromagnetik. Maxwell berhasil menurunkan persamaan gelombang elektromagnetik dan membuat ramalan tentang adanya gelombang elektromagnetik pada tahun 1864 yang dapat dibuktikan dengan eksperimen Hendrich Hertz pada tahun 1887.
Selain itu juga Maxwell menyelidiki hubungan antara warna dengan cara bagaimana warna tersebut tertangkap oleh mata. Hasil penyelidikannya merupakan dasar dari fotografi berwarna dan Maxwell dapat membuat potret berwarna yang pertama kali yang dikenal sebagai hukum optik.
Bukan hanya tentang cahaya, bahkan teori yang menjadi dasar dalam analisa rangkaian listrik seperti Hukum Ohm, Kirchoff 1 dan 2 dapat diturunkan dari formula ini. Persamaan Maxwell ini menjadi pilar fisika klasik disamping Hukum Newton tentang gerak dan grafitasi, bahkan walaupun Hukum Newton tidak berlaku dalam teori relatifistik Einstein, persamaan Maxwell tetap berlaku (otomatis barsifat relatifistik) ini membuat seorang Profesor Tjian May On (guru besar fisika ITB) mengatakan “ Yang paling membuat saya merinding adalah persamaan Maxwell, itu persamaan klasik, of course nonquantum mechanics karena dia gelombang, tidak bicara tentang foton. Dipihak lain, meski tidak manifestly covariant persamaan Maxwell itu tentang relatifistik. Waktu pak Maxwell, belum ada relatifitas, tapi karya besar itu kok otomatis relatifitas.”
Teori tentang optik (cahaya) sebagai gelombang elektromagnetik berdasarkan persamaan Maxwell (optika klasik) dilengkapi oleh teori fisika kuantum yang memandang cahaya juga bersifat partikel (foton), dan dikembangkan menjadi elektrodinamika kuantum (optika kuantum) yang dibidangi oleh Richard Feynman. Teori ini bersama dengan persamaan Maxwell ini membawa kesuatu bidang teknologi yang disebut teknologi fotonik (optika modern), salah satu bidang teknologi fotonik adalah Integrated Optics (IO). Boleh dikatakan bersamaan Maxwell inilah bersama dengan penemuan fisika kuantum yang menjadikan abad 20 menjadi abad elektronik dan pada abad ke-21 maka kembali persamaan Maxwell bersama dengan fisika kuantum akan menjadi abad ke-21 sebagai abad fotonik.
Maxwell adalah penemu dari teori kinetic gas, statistic, Maxwell Boltzmann dan persamaan Maxwell. Adapun empat persamaan Maxwell yang menakjubkan itu yaitu :







D. Aplikasi Konsep
Menurut Maxwell perubahan medan listrik ini akan menghasilkan medan magnet yang besarnya tidak tetap maka medan magnet yag ditimbulkan besarnya tidak tetap juga. Demikian proses ini berlangsung secara terus menerus hingga mendapatkan proses berantai dari pembentukan medan magnet dan medan listrik yang merambat kesegala arah yang disebut degan elektromagnetik. Persamaan Maxwell merupakan salah satu gerbang terpenting yang digunaklan oleh fisikawan pada abad ke-20 termaksud Einstein untuk memasuki kompleks istana fisika modern yang didominasi dua bangunan utama yaitu teori Relativitas dan teori Kuantum. Dengan adanya gelombang elektromagnetik ini maka dapat digunakan komunkasi tanpa kawat yaitu radio, televisi, sinar X, sinar gamma, sinar inframerah, dan sinar ultraviolet. Untuk dibidang optik, persamaan Maxwell digunakan dalam bidang fotografi yaitu dengan menggunakan kamera. Dibidang astronomi Maxwell membuat paper tentang “cincin saturnus” yang terdiri dari partikel – partikel yang relatif kecil.

E. Pengembangan Konsep ke Depan
Salah satu pemanfaatan gelombang elektromagnetik adalah sinar inframerah. Sinar inframerah ini dihasilkan elektron dalam molekul yang bergetar karena benda dipanaskan. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan tergantung pada suhu benda. Konsep kedepan yang bisa dikembangkan dengan penemuan sinar inframerah ini adalah untuk mendiagnosa kondisi kesehatan melalui pancaran sinar inframerah dari kulit agar kita tak semata-mata menggunakan sinar X. kemudian kita juga bisa mengembangkan konsep alat optik Maxwell yaitu pada saat kita mengambil gambar objek, kita langsung memperoleh gambar jadi tak perlu cuci negatif.

F. Soal Jawab
a. Soal
1. Jelaskan secara singkat sejarah hidup James Clerk Maxwell?
2. Jelaskan proses ditemukannya 4 persamaan Maxwell yang sangat mengagumkan itu?
3. Bagaimana James Clerk Maxwell mengembangkan konsep yang telah ia temukan?
4. Seperti apa penerapan konsep yang telah ditemukan?
5. Bagaimana pemanfaatan gelombang elektrimagnetik, yang merupakan produk dari persamaan Maxwell untuk masa depan?
b. Jawab
1. James Clerk Maxwell lahir pada tanggal 13 juni 1831 di kota Edinburg. Maxwell masuk sekolah pada usia 10 tahun di Akademi Edinburg. Pada usia 15 tahun beliau sedah mampu mempersembahkan kertas kerja ilmiah kepada Edinburg Royal Society. James Clerk Maxwell menyatukan penemuan beberapa ilmuwan dengan pendapatnya sendiri. Maxwell sangat terkenal dengan formulasi 4 persamaan matematisnya yang menghubungkan antara medan listrik dan medan magnet. Maxwell meninggal dunia pada tanggal 15 November 1879 di Cambridge akibat serangan kanker.
2. Teori tentang gelombang elektromagnetik diturunkan dari formulasi yang dikenal dengan 4 persamaan Maxwell, yang sebenarnya merupakan formula dari fisikawan sebelumnya yaitu Ampere, Gauss, Lentz, dan Faraday. Maxwell hanya mengkontribusi satu rumus sebagai tambahan pada Huku Ampere, (arus listrik menimbulkan medan magnet), itu pun dengan menggunakan intuisi simetris dari Huku Faraday (perubahan flux medan magnet menimbulkan medan listrk, maka Maxwell berpendapat kalau perubahan flux medan listrik akan menimbulkan medan magnet). Namun Maxwell dapat membuat 4 formulasi itu menjadi satu kesatuan teori yang menakjubkan yang dikenal sebagai 4 persamaan Maxwell.
3. James Clerk Maxwell mengembangkan konsep yang telah ia teukan kedalam teori/hukum-hukum listrik dan magnet. Salah satu pendapat tentng gerak bolak balik seperti pendulum yang disebut gelombang elektromagnetik yang bila mana dogerakan terus menerus akan menyebar hingga angkasa luar. Selain itu Maxwell juga menyelidki hubungan antara warna dengan cara bagamana warna tersebut tertangkap oleh mata. Hasil penyelidkannya merupakan dasar sri fotografi berwarna.
4. Penerapan kosep yang telah ditemukan James Clerk Maxwell dapat terlihat dari beberapa alat seperti rasio, televise, sinar X, sinar gamma, sinar ultraviolet, dan sinar inframerah.
5. Pemanfaatan gelombang elektromagnetik untuk masa depan adalah penemuan sinar inframerah. Dengan penemuan sinar inframerah kita dapat mendiagnosa kondisi kesehatan. Selain itu kita juga dapat mengembangkan konsep alat optic tanpa cuci negatif.