FISIKA "MAGNET DAN SIFAT KEMAGNETAN"

Di antara kita pasti pernah menemukan lempeng logam keras yang dikenal dengan magnet. Benda tersebut dapat menarik potongan besi, paku, peniti, dan berbagai benda lain yang terbuat dari besi. Lempengan logam ini ternyata dikelilingi oleh sebuah efek seperti efek halo (lingkaran cahaya di sekeliling matahari atau bulan) yang dikenal dengan medan magnet. Potongan besi atau benda-benda lain yang terbuat dari besi akan tertarik oleh magnet saat benda-benda tersebut berada di dekat medan magnet. Benda istimewa ini dapat kita temukan dalam berbagai ukuran dan bentuk pada banyak peralatan yang kita gunakan sehari-hari. Kita dapat menemukannya pada mainan di mana mainan tersebut dapat menarik atau menolak yang lainnya. Magnet bertindak sebagai penggerak listrik di mana benda tersebut mengalami gaya rotasi di bawah pengaruh arus listrik. Sebuah magnet membentuk kerangka dasar dari speaker radio atau Televisi dan pesawat penerima pada telepon. Pada hal tersebut, magnet membantu mengubah energi arus listrik menjadi suara. Selain itu, kita dapat menemukan logam istimewa ini pada pinggir-pinggir pintu lemari es di mana magnet digunakan agar pintu lemari es tertutup rapat.

Alam semesta juga memiliki magnet dan sifat kemagnetannya dengan berbagai cara. Bumi kita bertindak sebagai sebuah magnet yang besar namun lemah dan sifat-sifat kemagnetan bumi ini berpengaruh besar pada kompas sebagai penunjuk arah. Mengapa bumi ini sendiri, matahari, bintang-bintang yang dapat kita lihat di malam hari, dan planet-planet juga bertindak sebagai planet besar yang menghamburkan medan magnetnya dengan jarak jauh ke seluruh alam semesta. Dengan kata lain, kita selalu berada di bawah pengaruh medan magnet yang bertindak bersama-sama tanpa mengizinkan kita untuk mengetahuinya. Sangat mengejutkan bukan. Medan magnet tersebut mempengaruhi gerakan-gerakan seluruh makhluk di bumi. Tidak hanya sejumlah cacing, tetapi juga manusia. Manusia dan makhluk hidup lainnya memiliki medan magnetnya masing-masing yang beragam intensitasnya – otak manusia memproduksi medan magnet yang sangat kuat – dan kedua medan magnet tersebut saling berpengaruh satu sama lain. Dengan cara ini, bumi, matahari, bintang-bintang, dan planet-planet telah mempengaruhi otak kita yang mengatur tubuh secara sesuai. Namun sebelum kita menguraikan pengaruh-pengaruhnya pada manusia, kita akan membahas apa itu magnet, bagaimana perilakunya, dan apa manfaatnya bagi kita.

Magnet Alam. Dahulu kala, batu-batu berwarna gelap ditemukan diMagnesia, Asia Kecil. Batu-batu itu disebut magnet karena ditemukan di Magnesia. Batu-batu magnet tersebut dapat menarik benda-benda yang terbuat dari besi dan beberapa bahan lainnya. Batu-batu ini juga dikenal dengan sebutan loadstones atau magnet alam. Batu-batu ini digunakan untuk membentuk besi dan oksigen dalam bentuk oksida yang memiliki rumus molekul Fe₃O₄ (ferrosoferricoxide). Sifat arahloadstone digunakan untuk membuat kompas laut pada zaman dahulu.

Magnet Buatan Manusia. Magnet buatan dibuat oleh manusia. Manusia memindahkan sifat alami loadstone karena magnet dapat dibentuk dan dapat dibuat lebih kuat berdasarkan keperluannya. Kebanyakan, magnet berbentuk batang, sepatu kuda, dan jarum. Selain itu ada juga magnet berbentuk disk yang memberikan medan magnet kuat pada salah satu arahnya saja.

Magnet Permanen dan Sementara

Magnet buatan manusia dapat dibagi menjadi dua kategori, yaitu magnet permanen dan magnet sementara. Magnet permanen adalah magnet yang sifat kemagnetannya bertahan untuk jangka waktu yang sangat lama, biasanya beberapa dekade. Sedangkan sifat kemagnetan pada magnet sementara dapat diaktifkan atau dinonaktifkan tergantung kebutuhan. Kedua jenis magnet ini digunakan pada berbagai peralatan dalam kehidupan kita. Magnet permanen dapat kita temui pada galvanometer, speaker radio, telepon (pada bagian yang dekat telinga), pinggir-pinggir pintu lemari es, motor listrik d-c, magnetoterapi, dll. Sedangkan magnet sementara dapat kita temukan pada peralatan seperti bel listrik di pintu rumah, mesin telegraf, dan derek listrik. Penggunaan magnet berdasarkan sifat kemagnetannya dalam berbagai peralatan akan dibahas pada paragraf selanjutnya.

Sifat-sifat Magnet

Kutub Magnet. Jika kita mengambil sepotong magnet, katakanlah berbentuk batang, dan dekatkanlah pada tumpukkan jarum, maka kita akan melihat setumpuk jarum itu tertarik magnet. Jarum-jarum itu tertarik dari ujung yang berbeda. Akan ada dua ujung yang dipenuhi jarum-jarum tersebut. Dengan kata lain, kedua ujung tersebut bertindak sebagai pusat daya tarik magnet. Pusat ini disebut kutub magnet.

Kutub yang menunjukkan arah utara inilah yang memberikan istilah kutub utara dan kutub yang menunjukkan arah selataan memberikan istilah kutub selatan. Maka, hal tersebut telah menjadikan fakta bahwa seluruh magnet di bumi memiliki kutub utara dan selatan. Sesama kutub pada magnet akan saling tolak, namun sebaliknya jika kedua kutub yang berbeda didekatkan, maka akan saling tarik.

Cara membentuk magnet. Secara umum ada dua cara membuat magnet buatan:

1. Dengan menggosok-gosokkan sepotong magnet dengan bahan (dari besi atau logam) yang akan dibuat magnet.

2. Dengan arus listrik di sekitar bahan (dari besi atau logam) yang akan dibuat magnet.

Dalam metode mekanik, sepotong magnet digosok-gosokkan secara searah pada batang calon magnet berulang-ulang. Dimulai dari ujung yang satu, kemudian bergerak ke tengah, dan berakhir pada ujung lainnya. Proses ini dilakukan secara berulang-ulang. Penggosokkan secara satu arah akan membuat batang itu menjadi magnet baru dengan kutub utara dan selatan pada masing-masing ujungnya. Metode magnetisasi ini tidak sekuat metode menggunakan arus listrik.

Magnetisasi dengan arus listrik dicapai dengan melilit sebuah kumparan isolasi di sekitar batang bahan yang akan dijadikan magnet dan mengalirkan arus langsung pada kumparan tersebut dengan bantuan sel elektrik. Arus listrik melalui kumparan akan membuat btang menjadi magnet baru dengan kutub utara dan selatan pada masing-masing ujungnya. Jika batang yang akan dibuat magnet berasal dari logam keras maka batang tersebut akan menjadi magnet permenen. Sebaliknya jika batang yang dibuat magnet berasal dari logam lunak maka batang tersebut akan menjadi magnet sementara.

Memecahkan Magnet. Anehnya magnet yang dipecahkan menjadi beberapa potongan akan memiliki kekuatan yang sama. Potongan-potongan magnet tersebut juga memiliki kutub utara dan kutub selatan masing-masing meskipun sudah dipecah menjadi beberapa bagian. Jika kita terus memecahkan potongan-potongan tersebut menjadi potongan-potongan yang lebih kecil, potongan yang lebih kecil tersebut akan masih memiliki kekuatan yang sama serta memiliki kutub utara dan selatan pada masing-masing ujungnya. Jadi kenyataan alam membuktikan bahwa jika ada kutub utara pasti ada kutub selatan. Dengan kata lain, kita tidak akan hanya memiliki kutub utara pada sepotong magnet tanpa kutub selatan, Kekuatan keduanya pun sama persis. Sehingga kita dapat menarik kesimpulan bahwa setiap atom pada magnet bertindak sebagai sebuah magnet kecil di mana masing-masingnya memiliki sebuah kutub utara dan selatan.

Teori Molekul Kemagnetan. Peristiwa pemecahan magnet menghasilkan sebuah teori tentang magnet yang dikenal dengan Teori Molekul Kemagnetan. Ahli fifika Weber menyatakan bahwa setiap molekul dalam magnet merupakan magnet kecil yang memiliki sifat kutub yang berlawanan pada kedua ujungnya. Ketika magnet-magnet kecil ini berada pada posisi tidak sejajar dengan suatu bahan, magnet-magnet kecil tersebut akan menolak efek dari salah satu lainnya dan setiap kutub utara akan menjadi netral karena efek kutub selatan magnet sebelahnya. Begitu juga sebaliknya. Karena tak ada kutub yang bebas – karena diposisikan tidak sejajar – maka batang-batang magnet tersebut menjadi netral.

Telah banyak percobaan dilakukan oleh para ilmuwan yang setuju dengan rumus teori kemagnetan tersebut.

Induksi Magnet. Daya tarik bahan logam terhadap magnet dapat dijelaskan pada teori molekul kemagnetan di atas. Jika sepotong magnet didekatkan pada sebuah bahan logam, magnet-magnet kecil pada bahan dipengaruhi dan diorientasikan berdasarkan posisi magnet. Daerah bahan yang dekat dengan kutub utara magnet dianggap menjadi kutub selatan dan disebut induksi kutub selatan. Kemudian terjadi tarik menarik antara kutub utara pada magnet dan induksi kutub selatan. Fenomena penciptaan sifat-sfat kemagnetan ini disebut dengan induksi magnet.

Sebuah contoh efek induksi ganda dapat kita lihat dengan mendekatkan sepotong magnet kuat pada setumpuk paku besi. Paku-paku itu secara berantai akan menempel pada magnet.

Efek penting dari peristiwa induksi ini terdapat pada aliran darah manusia ketika magnet berkekuatan tinggi didekatkan pada kulit. Dalam darah kita, terdapat haemoglobin yang mengandung besi, sehingga haemoglobin dapat diatur dan dipengaruhi oleh magnet. Efek induksi ganda pada peristiwa tersebut dapat berfungsi mengatur sirkulasi darah kita. Efek induksi pada tubuh oleh magnet akan jauh lebih rumit sehubungan dengan adanya muatan dan arus listrik yag ada pada berbagai jaringan pada tubuh manusia. Sifat-sifat efek magnet seperti itu akan kita bahas kemudian.

Garis Gaya Magnet. Di samping Teori Molekul Kemagnetan, teori lain yang juga bermanfaat untuk memahami fenomena kemagnetan adalah konsep garis gaya magnet.

Garis gaya magnet adalah garis yang berasal dari kutub utara menuju kutub selatan. Untuk menggambarkan dan mengetahui garis gaya ini, sebarkanlah serbuk besi di atas sebuah kertas. Di bawah kertas kita dekatkan sepotong magnet. Serbuk besi tersebut mengatur posisinya sendiri dengan jelas membentuk garis di sekitar magnet yang menggambarkan garis gaya. Semakin kuat pemusatan serbuk besi tersebut, semakin kuat daya magnetnya. Maka, kita dapat menyimpulkan bahwa kekuatan medan magnet bertindak sebagai sejumlah garis gaya per unit area. Salah satu siifat menarik dari garis gaya tersebut adalah mereka tidak berpotongan atau bertabrakan pada satu titik.

Bumi sebagai Magnet. Kita telah mengetahui bahwa garis gaya magnet bergerak dari kutub utara ke kutub selatan. Mengapa demikian? Bumi ibaratnya sepeti magnet raksasa yang memiliki dua kutub magnet, yaitu kutub utara dan selatan. Sebagai kutub bumi yang berlawanan dan saling tarik menarik satu sama lainnya, maka garis gaya magnet akan selalu bergerak dari kutub utara ke selatan.

Menentukan Letak Kutub Magnet. Kutub-kutub magnet tidak benar-benar terdapat pada permukaannya, tetapi kutub tersebut terdapat di dalam magnet dengan bantuan jarum magnet. Untuk menentukan letak kutub magnet, katakanlah magnet batang, maka kita akan menaruh magnet tersebut di atas kertas dan menandai batas magnetnya. Sebuah jarum magnet diletakkan dekat kedua ujungnya secara bergantian. Perhatikan arahnya pada setiap kasus dengan menggambarkan garis lurus pada arah jarum. Titik di mana kedua garis tersebut berpotongan merupakan titik kutub magnet. Dalam menentukan letak kutub magnet, jarum kompas seharusnya ditempatkan lebih dekat dengan magnet.

Efek Arus pada Magnet

Arus listrik yang melewati sebuah bahan kawat penghantar selalu berhubungan dengan medan magnet di sekitarnya. Kuatnya medan magnet yang dihasilkan sebanding dengan banyaknya arus pada kawat penghantar tersebut. Medan yang dihasilkan juga lebih kuat pada bagian yang dekat kawat penghantar dan semakin jauh dari kawat maka kekuatannya berangsur-angsur berkurang. Kita tahu bahwa konsep medan magnet divisualisasikan dengan konsep garis gaya magnet yang telah kita bahas sebelumnya. Di sini, medan magnet juga digambarkan dengan garis gaya di mana garis-garis gaya ini berputar mengelilingi kawat penghantar. Garis tersebut berputar secara tak terputus dengan membawa arus listrik. Pusat garis gaya magnet tersebut tegak lurus dengan kawat penghantar.

Satu fenomena yang dapat kita ketahui adalah bahwa medan magnet yang dihasilkan dari arus listrik akan berinteraksi dengan magnet-magnet yang ditempatkan di sekitarnya. Magnet mengalami gaya karena arus listrik yang mengalir pada kawat.

Efek arus pada magnet, efek magnet pada arus, dan efek gerakan kawat konduktor dalam medan magnet dicerminkan dalam kehidupan organisme di bawah kondisi khusus. Cairan tubuh terdiri dari sejumlah ion seperti Na⁺ (ion Sodium) K⁺(ion Potassium), PO₄ (ion Phosphoric) dan CL (Chloride). Gerakan cairan tubuh berarti juga gerakan ion-ion dalam tubuh. Hal tersebut menandakan adanya arus listrik karena gerakan ion di atas. Sekarang jika medan magnet diterapkan pada tubuh, seperti yang disebut magnetoterapi, aliran ion-ion ini dapat diubah; gerakannya dapat dipercepat dan stimulasinya dapat dihasilkan dalam saluran tempat cairan tubuh mengalir. Stimulasi ini meningkatkan aktivitas pada organ yang dituju dan berpotensi dapat menyembuhkan penyakit.

Dalam sinyal-sinyal saraf terdapat impuls arus listrik yang dihasilkan pada sistem saraf. Impuls arus listrik tersebut dibawa oleh ion-ion Na⁺ dan K⁺ di samping ion lainnya. Arus sinyal-sinya yang dihasilkan ini dapat dirubah dengan penggunaan medan magnet yang tepat. Kemudian sistem magnetik menstimulasi yang menyehatkan. Ketika ion-ion dikombinasikan kembali, terjadi perubahan nilai arus secara drastis dari nilai yang tinggi hingga nol dalam waktu yang sangat singkat. Hal tersebut dirubah dari medan magnet luar menjadi sejumlah perubahan metabolisme dan reaksi-reaksi organ tubuh lain yang mengatur tubuh.

Selanjutnya, kita dapat menyimpulkan bahwa otot-otot dalam tubuh kita mendapatkan sinyal-sinyal dalam bentuk impuls listrik dan gerakan mekanik. Gerakan mekanik tersebut dikembangkan dari sebuah percobaan penting yang dilakukanpara ilmuwan dulu. Percobaan tersebut melibatkan sepasang kaki katak yang dipisahkan dari tubuhnya. Jika sebelah kaki katak itu dihubungkan dengan salah satu kutub baterai, katakanlah kutub positif, kemudian ujung kaki yang lain ditempelkan pada kutub negatif, maka terjadi kejutan pada kaki katak. Jika kutub yang dihubungkan dengan kaki katak itu dibalik, arah kejutan pada kaki katak itu juga terbalik. Hal ini menunjukkan bahwa arus listrik yang mengalir pada otot-otot organ katak dapat membuat otot tersebut berkontraksi atau berelaksasi. Pada makhluk hidup, arus yang terjadi dihasilkan oleh sinyal-sinyal sistem saraf. Efek medan magnet akan merubah arus tersebut menjadi gerakan. Dengan kata lain, Magnetoterapi merupakan alat kuat yang memanipulasi refleks tubuh dan susunan tubuh dalam

Sekarang pertanyaannya adalah bagaimana menghasilkan medan magnet yang dibutuhkan. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan magnet yang kuat atau lemah serta ukuran yang sesuai. Tergantung pada bentuk dan kekuatannya,medan magnet ini dapat digunaka untuk organ tubuh yang berbeda dalam magnetoterapi. Cara lainnya – yaitu cara yang lebih terarah – adalah dengan menggunakan elektromagnet. Semakin kuat arus, semakin kuat medan magnet yang dihasilkan. Keuntungan kita menggunakan elektromagnet adalah bahwa kita dapat mengontrol medan magnet sesuai dengan kebutuhan dengan mengontol arus listrik pada kumparannya.

Posted in: