Gelombang
yang telah dijelaskan di depan adalah gelombang mekanik, yaitu gelombang yang
penjalarannya memerlukan medium atau adanya gangguan pada medium yang akan
dijalarkan gelombang. Gelombang ini diantaranya gelombang air, gelombang tali
dan gelombang suara.
Gelombang
elektromagnetik yang selanjutnya disingkat gelombang EM adalah gelombang yang
menjalarnya tak perlu medium. Dasar dari gelombang EM adalah teori-teori
listrik dan megnet yang kemudian diringkas menjadi sekumpulan persamaan yang
disebut persamaan Maxwell. Salah satu persamaan Maxwell memprediksi bahwa
perubahan waktu terhadap medan listrik akan menghasilkan medan magnet, seperti
halnya adanya perubahan medan magnet yang menghasilkan medan listrik (hukum
Faraday). Dari dasar ini Maxwell mengawali suatu konsep bahwa arus displacement
merupakan sumber dari medan magnet. Dengan demikian teori Maxwell menyediakan
hubungan penting antara medan listrik dengan medan magnet.
Pada awalnya
Maxwell memprediksi bahwa gelombang EM menjalar dengan kecepatan jalar seperti
kecepatan jalar cahaya. Penaksiran ini dibuktikan oleh Hertz secara eksperimen,
dan dia merupakan orang pertama yang meneliti gelombang EM. Penemuan ini telah
mengawali beberapa ilmu tentang sistem komunikasi seperti radio, televisi dan
radar. Pada tingkat konseptual, Maxwell menggabungkan masalah cahaya dan
gelombang EM, kemudian membangun ide bahwa cahaya adalah bentuk dari radiasi
elektromagnetik. Gelombang EM dibentuk oleh muatan listrik yang dipercepat.
Gelombang diradiasi terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang saling tegak
lurus dan juga kedua duanya tegak lurus arah penjalarannya. Dengan demikian
gelombang EM adalah gelombang transversal. Oleh Maxwell ditunjukkan bahwa
amplitudo-amplitudo medan listrik dan medan magnet ( E & B) dalam gelombang
EM mempunyai hubungan E = c B, dengan c adalah kecepatan cahaya.
Pada jarak
yang cukup jauh dari sumber gelombang, amplitudo dari getaran medan akan
mengecil terhadap jarak, sebagai perbandingan (1/r). Gelombang EM juga
mempunyai momentum dan energi sehingga dapat menghasilkan tekanan terhadap
materi yang dijumpai. Gelombang EM mempunyai banyak frekwensi. Sebagai contoh
gelombang radio adalah gelombang EM yang dihasilkan oleh osilasi arus di menara
antena radio. Pemancaran gelombang cahaya adalah bentuk frekwensi tinggi dari
radiasi EM yang dihasilkan oleh osilasi elektron dalam sistem atom. Hukum- hukum
dasar dari medan listrik dan magnet mendasari persamaan-persamaan Maxwell.
Persamaan ini merupakan unified teori dari EM.
Persamaan
tersebut adalah :
E. d A =
(1)
B. d A =0
(2)
d L= (3)
B. d L
= μo j
+μoεo (4)
Penggabungan
dari persamaan-persamaan diatas dapat diturunkan suatu bentuk persamaan
gelombang EM. Untuk ruang hampa (Q = 0, i = 0) , solusi persamaan gelombang
tersebut menghasilkan kecepatan jalar gelombang sebesar (μoεo)1/2 ,
yang mana nilai ini sama dengan kecepatan jalar cahaya. Hasil ini mengawali
Maxwell untuk memprediksi bahwa gelombang cahaya adalah bentuk radiasi
gelombang EM