Elektrodinamika relativistik pada medium linear yang berotasi

ALIAH, Hasniah, Prof. H. Muslim, Ph.D

2004 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Hukum dasar elektrodinamika relativistik dalam medium di kerangka berotasi diselidiki untuk diterapkan pada analisis perilaku benda berotasi. Pembahasan mengenai hukum dasar elektrodinamika ditekankan pada medium berotasi dengan tanggap linear. Hukum elektrodinamika di kerangka berotasi dielaborasi dengan menerapkan asas kovariansi umum. Sumber muatan dan arus serta medan-medan elektromagnetik dalam kerangka berotasi ditransformasikan ke kerangka inersial dengan menerapkan kaedah transformasi tensor, sedangkan persamaan Maxwell beserta kaitan konstitusi medan dalam medium linear dielaborasi dari bentuk kovarian umumnya. Penerapan asas kovariansi umum pada elektrodinamika di kerangka berotasi memberi hasil: tidak terjadi pelanggaran hukum kekekalan rapat muatan; medan-medan magnetik yang berotasi menghasilkan medan-medan listrik; pergeseran medan listrik dan magnet yang bergerak mengakibatkan persamaan 3 dan 4 Maxwell di kerangka berotasi mengalami perubahan dari bentuk bakunya di kerangka inersial; medium linear yang isotrop di kerangka rehat akan menjadi tak isotrop akibat gerak berotasi medan listrik. Kaitan konstitusi antara medan dalam medium linear dijabarkan dalam kerangka acuan berotasi dengan menggunakan kaedah transformasi medan atau dengan menerapkan persamaan konstitusi kovarian Minkowski langsung di kerangka lab dengan kecepatan-4 medium berotasi. Dengan kedua metode yang berbeda, diperoleh hasil akhir persamaan konstitusi di kerangka lab yang sesuai dengan persamaan konstitusi Minkowski yang dijabarkan dengan tinjauan relativistik khusus. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa RK dapat digunakan dalam menganalisis eksperimen yang melibatkan gerak berotasi. Untuk menunjukkan penggunaan teori RK pada benda berotasi, dijabarkan hasil eksperimen Wilson & Wilson yang mengukur beda potensial antara permukaan dalam dan luar silinder terpolarisasi sekaligus termagnetisasi yang dirotasikan secara uniform sejajar terhadap arah medan magnet. Lebih jauh, dianalisis pula eksperimen Eichenwald & Rentgen menggunakan silinder yang berotasi di kerangka lab. Konfigurasi I menggunakan silinder terpolarisasi yang berotasi dalam medan listrik, sedang konfigurasi II menggunakan silinder termagnetisasi yang berotasi di dalam medan magnet. Dari analisis eksperimeneksperimen yang disebutkan di atas, diperoleh hasil yang sesuai dengan prediksi RK, sehingga disimpulkan bahwa elektrodinamika yang dipadu dengan RK dapat diterapkan pada medium linear berotasi.

Electrodinamics fundamental laws in a rotating frame and their applications have been investigated. Discussion about them will be restricted in a rotating medium with linear response. Principle of general covariance is applicable to a rotating frame. Charge and current sources as well as electromagnetic fields in a rotating frame can be transformed into an inertial frame by using tensor transformation rule s, so can Maxwell and constitutive equations be elaborated using their covariant equations. Applying the principle of general covariance to electrodinamics in a rotating frame yields: creation of induced charge density by rotation, which doesn’t violate the conservation of charge; rotation in magnetic fields develops induced electric fields; Maxwell equations with true source in a rotating frame undergo changes from their standard forms in an inertial frame; isotropic linear medium in its rest frame becomes anisotropic in a rotating frame. Constitutive equations, connecting fields in the presence of matter with those in a vacuum, are derived in a rotating reference frame by applying transformation from the lab frame using Minkowski’s covariant constitutive equations directly from the medium at rest containing the four-velocity of the rotating medium. By using two different methods, we find that the final results agree with Minkowski’s constitutive equations, derived on the basis of special relativity. We conclude that special relativity can be used to analyze experiments involving rotational motion. To exemplify the use of special relativity to a rotating charge material, a derivation is presented on the induced electric potensial observed by Wilsons in which a polarizable, permeable hollow cylinder was rotated within a uniform, axially directed magnetic field. As a further demonstration of special relativity, the experiment of Eichenwald and Röentgen have also been considered. First, we treat the case in which a polarizable cylinder rotates in the lab frame, in an axially directed electric field. Next, we consider the case in which a magnetically cylinder rotates in the lab frame, in an axially directed magnetic field. In each case, we find a result that agrees with the prediction with special relativity can be applied to a rotating linear medium

Kata Kunci : Elektrodinamika Relativistik,Medium Linear