Elektromagnetisme adalah salah satu kekuatan asas alam semesta, yang bertanggungjawab untuk segala-galanya dari medan elektrik dan magnet ke cahaya. Pada asalnya, saintis percaya bahawa daya tarikan dan elektrik adalah kekuatan yang terpisah. Tetapi pada akhir abad ke-19, pandangan ini berubah, kerana penyelidikan menunjukkan secara meyakinkan bahawa cas elektrik positif dan negatif diatur oleh satu kekuatan (iaitu magnetisme).
Sejak masa itu, para saintis berusaha untuk menguji dan mengukur medan elektromagnetik, dan mencipta semula. Menjelang akhir ini, mereka mencipta elektromagnet, sebuah alat yang menggunakan arus elektrik untuk mendorong medan magnet. Dan sejak penemuan awal mereka sebagai instrumen saintifik, elektromagnet telah menjadi ciri biasa alat elektronik dan proses industri.
Elektromagnet dibezakan dari magnet kekal kerana ia hanya memaparkan daya tarikan magnet ke objek logam lain apabila arus dilaluinya. Ini memberikan banyak kelebihan, kerana daya tarikan magnetiknya dapat dikendalikan, dan dihidupkan dan dimatikan sesuka hati. Atas sebab inilah mereka digunakan secara meluas dalam penyelidikan dan industri, di mana sahaja interaksi magnet diperlukan.
Sejarah Elektromagnet:
Penemuan pertama yang dicatatkan mengenai hubungan antara elektrik dan magnetisme berlaku pada tahun 1820, ketika saintis Denmark Hans Christian Orsted memperhatikan bahawa jarum pada kompasnya menjauhkan diri dari arah utara magnet ketika bateri berdekatan dihidupkan. Pesongan ini meyakinkannya bahawa medan magnet memancar dari semua sisi wayar yang membawa arus elektrik, sama seperti cahaya dan haba.
Tidak lama selepas itu, dia menerbitkan penemuannya, menunjukkan secara matematik bahawa arus elektrik menghasilkan medan magnet ketika ia mengalir melalui wayar. Empat tahun kemudian, saintis Inggeris William Sturgeon mengembangkan elektromagnet pertama, yang terdiri daripada sepotong besi berbentuk tapal kuda yang dibalut dengan dawai tembaga. Apabila arus melewati wayar, ia akan menarik kepingan besi lain, dan ketika arus dihentikan, ia kehilangan daya magnet.
Walaupun lemah berdasarkan standard moden, elektromagnet Sturgeon menunjukkan potensi kegunaannya. Walaupun beratnya hanya 200 gram (7 ons), ia dapat mengangkat objek yang beratnya sekitar 4 kg (9 paun) dengan hanya arus bateri satu sel. Akibatnya, penyelidikan mulai dipergiatkan ke dalam kedua elektromagnet dan sifat elektrodinamik.
Menjelang tahun 1930-an, saintis Amerika Joseph Henry membuat serangkaian penambahbaikan pada reka bentuk elektromagnet. Dengan menggunakan wayar terlindung, dia dapat meletakkan ribuan putaran wayar pada satu teras. Akibatnya, salah satu elektromagnetnya dapat menampung berat badan sebanyak 936 kg (2.063 lbs). Ini memberi kesan popular pada penggunaan elektromagnet.
Jenis Elektromagnet:
Arus elektrik yang mengalir dalam wayar menghasilkan medan magnet di sekitar wayar, kerana undang-undang Ampere. Undang-undang ini menyatakan bahawa, untuk setiap jalur gelung tertutup, jumlah elemen panjang kali medan magnet dalam arah elemen panjang sama dengan kebolehtelapan kali arus elektrik yang tertutup dalam gelung.
Untuk memusatkan medan magnet dalam elektromagnet, wayar dililit ke gegelung berkali-kali, memastikan wayar lilitan bersebelahan di sepanjang pinggir. Medan magnet yang dihasilkan oleh putaran wayar melewati pusat gegelung, mewujudkan medan magnet yang kuat di sana. Sisi magnet yang keluar dari garis medan ditakrifkan sebagai kutub utara.
Gegelung dawai yang berbentuk heliks disebut "solenoid". Walau bagaimanapun, medan magnet yang lebih kuat dapat dihasilkan jika bahan feromagnetik (iaitu besi) diletakkan di dalam gegelung. Inilah yang disebut "feromagnetic-core" (atau "iron-core electromagnet"), yang dapat menghasilkan medan magnet seribu kali kekuatan gegelung saja.
Kemudian adalah apa yang dikenal sebagai "inti toirodal", di mana wayar dililit di sekitar teras feromagnetik mengambil bentuk gelung tertutup (alias litar magnet). Dalam kes ini, medan magnet berbentuk gelung tertutup, sehingga memberikan lebih sedikit "rintangan" ke medan magnet daripada udara. Hasilnya, medan yang lebih kuat dapat diperoleh jika sebahagian besar jalur medan magnet berada di dalam inti.
Dan kemudian ada elektromagnet "superkonduktor", yang terdiri dari kawat bergelung yang terbuat dari bahan superkonduktor (seperti niobium-titanium atau magnesium diboride). Wayar ini juga disimpan pada suhu kriogenik untuk memastikan rintangan elektrik minimum. Elektromagnet semacam itu dapat mengalirkan arus yang jauh lebih besar daripada wayar biasa, mewujudkan medan magnet terkuat dari mana-mana elektromagnet, sementara juga lebih murah untuk dikendalikan kerana tidak ada kehilangan tenaga.
Kegunaan Moden untuk Elektromagnet:
Hari ini, terdapat banyak aplikasi untuk elektromagnet, mulai dari mesin industri berskala besar, hingga komponen elektronik skala kecil. Di samping itu, elektromagnet digunakan secara meluas untuk melakukan penyelidikan dan eksperimen saintifik, terutama di mana superkonduktiviti dan percepatan cepat diperlukan.
Dalam kes solenoid elektromagnetik, ia digunakan di mana sahaja medan magnet seragam (iaitu terkawal) diperlukan. Hal yang sama berlaku untuk elektromagnet teras besi, di mana besi atau inti feromagnetik lain dapat dimasukkan atau dikeluarkan untuk meningkatkan kekuatan medan magnet. Akibatnya, magnet solenoid biasanya terdapat pada penanda paintball elektronik, mesin pinball, pencetak dot matrix dan penyuntik bahan bakar, di mana magnetisme diterapkan dan dikendalikan untuk memastikan pergerakan komponen tertentu yang terkawal.
Memandangkan kemampuan mereka menghasilkan medan magnet yang sangat kuat, rintangan rendah, dan kecekapan tinggi, elektromagnet superkonduktor sering dijumpai dalam peralatan saintifik dan perubatan. Ini termasuk mesin Pencitraan Resonans Magnetik (MRI) di hospital, dan instrumen saintifik seperti spektrometer Nuklear Magnetik Resonans (NMR), spektrometer massa, dan juga pemecut zarah.
Elektromagnet juga digunakan secara meluas ketika menggunakan alat muzik. Ini termasuk pembesar suara, fon telinga, loceng elektrik, dan peralatan rakaman magnetik dan penyimpanan data - seperti perakam pita. Industri multimedia dan hiburan bergantung pada elektromagnet untuk membuat peranti dan komponen, seperti VCR, dan cakera keras.
Penggerak elektrik, yang merupakan motor yang bertanggungjawab untuk menukar tenaga elektrik menjadi tork mekanikal, juga bergantung pada elektromagnet. Induksi elektromagnetik juga merupakan cara di mana pengubah daya berfungsi, yang bertanggung jawab untuk meningkatkan atau menurunkan voltan arus bolak di sepanjang talian kuasa.
Pemanasan induksi, yang digunakan untuk memasak, pembuatan, dan rawatan perubatan, juga bergantung pada elektromagnet, yang mengubah arus elektrik menjadi tenaga panas. Elektromagnet juga digunakan untuk aplikasi industri, seperti pengangkat magnet yang menggunakan daya tarikan magnet untuk mengangkat objek berat atau pemisah magnetik yang bertanggungjawab untuk menyusun logam feromagnetik dari logam sekerap.
Dan yang terakhir, tetapi yang pasti, terdapat aplikasi kereta api maglev. Selain menggunakan kekuatan elektromagnetik untuk membolehkan kereta api bergerak di atas landasan, elektromagnet superkonduktor juga bertanggung jawab untuk mempercepat kereta api ke kelajuan tinggi.
Ringkasnya, penggunaan elektromagnet hampir tidak terbatas, menggerakkan segalanya dari peranti pengguna dan alat berat hingga transit massa. Di masa depan, mereka juga bertanggungjawab untuk perjalanan angkasa, di mana sistem pendorong ion menggunakan medan magnet untuk mempercepat zarah-zarah bermuatan (iaitu ion) dan mencapai tujahan.
Kami telah menulis banyak artikel menarik mengenai elektromagnet di sini di Space Magazine. Inilah Siapa yang Menemui Elektrik ?, Apa Magnet Dibuat ?, Bagaimana Magnet Berfungsi ?, Medan Magnetik Bumi, dan Propulsi Ion.
Untuk maklumat lebih lanjut, pastikan untuk melihat Eksperimen Sumber Pendidikan NASA dengan Elektromagnet dan Peranan Bumi sebagai Elektromagnet dan Penciptaan Aurora, dan halaman Panjang Gelombang NASA di Elektromagnet.
How Stuff Works juga memiliki halaman yang bagus, berjudul "Pengenalan Bagaimana Elektromagnet Berfungsi", dan makmal Medan Magnetik Tinggi Nasional (MagLab) mempunyai beberapa artikel menarik mengenai elektromagnet, cara membuatnya, dan bagaimana ia berfungsi.
Anda juga boleh melihat Astronomy Cast. Episod 103 adalah mengenai daya elektromagnetik.
