Tergerak oleh tulisan Priyadi 9 November lalu, saya bernostalgia sejenak dengan salah satu topik fisika favorit saya saat SMA dulu: Listrik dan Magnet. Dua fenomena yang awalnya dianggap sebagai dua entiti terpisah ini adalah fenomena alam yang paling sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Saya rasa 95% teknologi yang kita pakai sejauh ini dalam peradaban manusia adalah berdasarkan dua fenomena ini - sisanya 5% adalah gravitasi, radioaktif, dan nuklir.
Kenyataannya, dua fenomena ini sebenarnya adalah satu fenomena tunggal yang sekarang disebut elektromagnetik. James Clerk Maxwell pada tahun 1865 lewat publikasinya A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field membuktikan bahwa baik listrik dan magnet adalah satu entiti yang tidak bisa dipisahkan. Sebelum itu sudah ada empat hukum terpisah untuk menjelaskan listrik dan magnet: Hukum Gauss untuk listrik, Hukum Gauss untuk magnet, Hukum Faraday untuk induksi magnet, dan Hukum Ampere untuk induksi listrik. Saat itu orang sudah menyadari bahwa listrik mempengaruhi magnet dan magnet mempengaruhi listrik. Cuma tidak ada yang mengerti kenapa bisa begitu. Kuncinya adalah foton, partikel cahaya: interaksi listrik dan magnet sama-sama melibatkan foton.
Lain kesempatan, mudah-mudahan Allah SWT mengizinkan, kita bahas satu per satu percobaan yang dilakukan Gauss, Faraday, dan Ampere ini.
Kembali kepada tulisan Priyadi yang menyangsikan kebenaran teori (katakanlah demikian) bahwa medan magnet yang dihasilkan kereta api yang melintas di atas relnya mempengaruhi sistem penyalaan mobil sehingga menyebabkan mobil mogok. Kemudian bisa ditebak: kecelakaan. Priyadi menulis:
Apa benar seperti yang dikatakan? Saya sendiri sulit mempercayai penjelasan semacam ini. Pertama, saya tidak dapat menemukan pendapat lain di Internet yang dapat mengkonfirmasi teori ini. Kedua, jika teori ini memang benar, rasanya akan jauh lebih sering kita menyaksikan kecelakaan di perlintasan kereta api. Dan terakhir, jauh lebih sederhana dan lebih mungkin pendapat konvensional: mobil bisa mogok dimana saja, baik di tempat perlintasan kereta api maupun di tempat lain.
Kita bisa meninjau kasus ini dari hukum gaya Lorentz, seperti yang saya tulis dalam komentar #76 di tulisan tersebut. Tentu saja saya tidak ingin mengulangi apa yang sudah saya tulis di sana. Alih-alih, saya mau sedikit bernostalgia dengan gaya listrik dan magnet ini. Mari kita mulai dengan gaya Lorentz. Gaya Lorentz adalah gaya total yang dihasilkan oleh benda bermuatan di dalam medan listrik dan medan magnet, ditulis dengan: FLorentz = Flistrik + Fmagnet.
gaya listrik dan gaya magnet
Apa itu gaya listrik dan gaya magnet? Sebelum itu, mari kita mundur sedikit ke belakang: Apa itu gaya? Gaya merupakan konsep paling dasar dalam fisika, didefenisikan sebagai pengaruh pada sebuah sistem yang menyebabkan sistem mengalami percepatan (Concise Encyclopedia of Physics, McGraw-Hill, 2004) — gaya menyebabkan terjadinya perubahan pergerakan sistem. Apa bila sebuah objek menghasilkan gaya dan ada objek lain yang terpengaruh oleh gaya ini, maka inilah yang disebut interaksi. Ada empat interaksi dasar yang "mengatur" alam raya ini, yaitu interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetik, interaksi lemah, dan interaksi kuat (pernah dibahas di situs ini)
Gaya listrik dihasilkan oleh sebuah objek bermuatan q di dalam medan listrik E, ditulis Flistrik = q*E. Sementara gaya magnet dihasilkan oleh pergerakan objek bermuatan q dengan kecepatan v di dalam medan magnet B. Sehingga persamaan gaya Lorentz bisa ditulis sebagai FLorentz = q*E + q*v x E. Perlu diingat, di sini kita melibatkan operasi vektor (kuantiti yang ditebalkan adalah besaran vektor).
Gaya listrik pada prinsipnya memiliki dua sifat, yaitu tarik-menarik (attractive)antara dua objek bermuatan beda dan tolak-menolak (repulsive) antara dua objek bermuatan sama. Elektron (muatan negatif) yang mengorbit inti atom (bermuatan positif) adalah contoh dari gaya Coulomb. EOM-nya mirip-mirip dengan gaya Gravitasi - tidak heran Einstein sampai terkecoh karena salah memulai dalam penyatuan interaksi dasar menjadi sebuah teori (baca: Pengejaran Panjang Mimpi Einstein). Gaya Coulomb adalah contoh gaya listrik yang melibatkan objek muatan titik (point charge object). Sementara untuk objek yang lebih kompleks, misalnya silinder atau bola, maka dipakailah Hukum Gauss untuk listrik.
Medan listrik dan medan magnet
Bagaimana dengan medan listrik? Paling gampang menjelaskannya dengan ilustrasi berikut: Apabila ada dua plat yang berbeda muatan diletakkan berdekatan (tapi tidak menempel), maka di antara dua plat tersebut terciptalah medan listrik. Pada kasus muatan titik, seperti elektron misalnya, maka objek tersebut memancarkan medan listrik ke segala arah.
Gaya magnet juga pada prinsipnya memiliki dua sifat, yaitu tarik-menarik apabila berbeda kutub dan tolak-menolak apabila sekutub. Medan magnet bisa diamati langsung dengan percobaan yang pernah kita lakukan saat SD: letakkan sehelai kertas di atas sebatang magnet, kemudian taburkan serbuk besi. Serbuk besi akan membentuk pola tertentu dari kutub Utara ke kutub Selatan magnet. Inilah medan magnet!
Nah, fenomena magnet dan listrik kalau berdiri sendiri tidak begitu asik. Teknologi elektronik berkembang kalau fenomena magnet dan listrik dipertemukan. Satu sama lain saling mempengaruhi, menciptakan ribuan fenomena baru lainnya. Hari telah larut malam, angin dan hujan berderai di luar. Jendela kamar saya terbuka, sepertinya saya masuk angin. Kalau ada waktu, nanti kita sambung lagi. Semoga bermanfaat!
