Di video sebelumnya, kita mempelajari apa sebenarnya muatan listrik itu: Ukuran seberapa besar pengaruh sesuatu terhadap medan listrik. Jadi pertanyaan logis selanjutnya adalah: Apakah medan magnet bekerja dengan cara yang sama? Apakah ada semacam muatan magnet yang mempengaruhi medan magnet? Itu akan menyenangkan, tetapi sedikit lebih rumit dari itu.
Tidak, medan magnet dipengaruhi oleh hal yang sama seperti medan listrik: muatan listrik. Proton ini memiliki muatan listrik positif. Jika duduk diam, maka hanya medan listrik yang terpengaruh. Tapi jika bergerak, itu juga bisa mempengaruhi medan magnet. Tanda X dan titik oranye mewakili arah masuk dan keluar layar Anda karena seperti itulah tampilan panah sederhana di setiap kasus tersebut. Kita bisa melihat proton bergerak mempengaruhi kedua bidang. Namun secara historis, kami tidak melakukan eksperimen dengan partikel bermuatan tunggal. Jadi, meskipun diagram ini akurat, namun tidak terlalu praktis. Kami biasanya memiliki banyak muatan yang bergerak bersama dalam sesuatu yang kami sebut arus.
Pada tahun 1819, Hans Christian Ørsted memperhatikan bahwa kompas magnetik dibelokkan di dekat kawat pembawa arus. Kemudian pada tahun 1820, Jean-Baptiste Biot dan Félix Savart menemukan pola sederhana untuk hal ini. Tapi kemudian Pierre-Simon Laplace segera menggeneralisasikannya (B = μ0/4π∫Idl x r /r²). Karena, Anda tahu, matematikawan memang seperti itu. Untuk menghormati Laplace atas kerja kerasnya, kami menamai hukumnya: Hukum Laplace. Cuma bercanda! Ini disebut Hukum Biot-Savart.
Ini benar-benar menyebalkan, tetapi, sejujurnya, pria itu memiliki banyak hal yang dinamai menurut namanya. Dia tidak terlalu membutuhkannya. Bahkan elektrodinamika, topik dari seri ini, memiliki persamaan Laplace (∇²v = 0). Dia melakukan banyak hal dalam hidupnya.
Intinya kemagnetan muncul saat muatan bergerak. Tidak masalah apakah itu satu muatan atau banyak muatan yang bergerak melalui kabel panjang. Tidak masalah bagaimana kawat itu dibentuk. Muatan bergerak mempengaruhi medan magnet. Tentu, itu benar untuk elektromagnet, tetapi itu tidak benar-benar menjelaskan hal ini (bagaimana magnet menarik paku pada kutubnya).
Kami memiliki apa yang tampaknya menjadi dua jenis magnet yang berbeda. Elektromagnet dan apa yang kita sebut magnet permanen. Namun, pada akhirnya, kita akan melihat kedua jenis magnet tersebut sebenarnya disebabkan oleh hal yang sama. Mari kita mulai dengan namanya. Elektromagnet adalah magnet yang dihasilkan oleh listrik. Tidak ada arus listrik yang mengalir melalui magnet seperti ini (bagaimana magnet menarik paku di tiangnya), jadi sepertinya itu harus menggunakan nama yang berbeda.
Kami pergi dengan magnet permanen, karena kami pikir itu bertahan selamanya. Namun seiring waktu, mereka dapat kehilangan daya tariknya, terutama jika menjadi panas. Tapi, jika dibiarkan sendiri, proses itu bisa dengan mudah memakan waktu ribuan tahun. Dibandingkan dengan rentang hidup manusia, itu masih terasa seperti selamanya. Bagaimanapun, itu adalah nama yang membuat kita terjebak.
Sekarang untuk properti dasar. Berdasarkan bentuk medan magnetnya, kita melihat ada dua sumber yang berlawanan. Kami menyebut sumber-sumber ini kutub dan memberi label utara dan selatan. Mengapa kami menggunakan label itu ada hubungannya dengan medan magnet Bumi, tapi itu topik untuk lain hari. Semua magnet permanen memiliki setidaknya satu kutub utara dan satu kutub selatan. Bahkan elektromagnet memiliki kutub jika dibentuk dengan cara tertentu. Terkadang magnet memiliki lebih dari satu set kutub, tetapi selalu berpasangan. Selalu! Ini adalah perilaku yang dirangkum dengan cukup baik dengan hukum Gauss untuk magnetisme (∯B.dA = 0).
Jadi bagaimana sepotong bahan bersifat magnetis jika tidak ada arus listrik? Mekanika kuantum. Untuk memahami bagaimana hal seperti ini bisa menjadi magnet, kita perlu melihat lebih dekat. Seperti inilah bongkahan besi pada tingkat molekuler. Namun, kami masih belum melihat adanya biaya pemindahan. Untuk itu, kita harus memperbesar satu langkah lagi. Awan muatan negatif ini terbuat dari 26 elektron. Masing-masing elektron itu berada dalam sesuatu yang disebut orbital. Itu datang dalam berbagai bentuk, masing-masing dengan seperangkat properti yang tersedia. Tapi kita perlu berhati-hati.
Partikel kuantum dapat memiliki segala macam sifat: posisi, energi, momentum linier, momentum sudut. Semua properti! Properti yang dimiliki elektron dalam orbital ini adalah momentum sudut. Faktanya, kita dapat mengukur jumlah total dan orientasinya, setidaknya sepanjang satu arah. Memiliki properti itu saja sudah cukup untuk menjadikannya magnet kecil. Setiap elektron dengan momentum sudut bukan nol akan bertindak seperti magnet kecil.
Sayangnya, itu tidak serta merta mengubah seluruh atom besi menjadi magnet karena elektron cenderung berpasangan dalam arah yang berlawanan. Ada 26 elektron dalam atom besi. Untuk masing-masing yang berada di orbital searah jarum jam, ada satu lagi yang berada di orbital berlawanan arah jarum jam. Mereka membatalkan satu sama lain, jadi level keberadaan ini tidak cukup dalam. Kita perlu memperbesar lebih dekat.
Elektron tunggal ini memiliki sifat inheren yang disebut momentum sudut spin. Itu adalah sesuatu yang banyak saya bicarakan di video ini. Ini sebenarnya bukan gerakan, tetapi momentum dan itu cukup untuk magnetisme. Saat Anda memperkecil kembali ke tingkat atom, sebagian besar elektron tersebut masih berpasangan dan membatalkan, kecuali empat di antaranya. Karena seperti muatan yang tolak, mereka menjauh sejauh mungkin dari satu sama lain dan berbaris ke arah yang sama, setidaknya dalam besi. Semakin banyak elektron penyendiri yang berbaris dalam atom, semakin magnetis jadinya.
Itu cenderung terjadi di tengah blok pada tabel periodik. Namun, hanya karena sebuah atom bersifat magnetis, tidak berarti bahwa bahan tersebut bersifat magnetis. Jangan pernah langsung mengambil kesimpulan dalam mekanika kuantum. Membuat elektron penyendiri berbaris tidak cukup. Anda juga harus mendapatkan atom terdekat untuk berbaris satu sama lain dan kemudian mendapatkan cukup wilayah atom untuk berbaris. Kami menyebut domain wilayah tersebut.
Intinya bahan magnet sulit didapat. Faktanya, hanya ada empat unsur yang melakukan hal ini pada suhu ruangan: Besi, Kobalt, Nikel, dan Gadolinium. Di luar itu, kita perlu membuat bahannya benar-benar dingin atau membuat bahannya menggunakan molekul yang dirancang khusus atau keduanya. Jadi, apa sih magnet itu?
Magnet adalah apa yang Anda dapatkan saat muatan bergerak atau setidaknya memiliki momentum. Itu benar jika Anda berbicara tentang satu muatan, banyak muatan dalam arus, atau bahkan putaran muatan subatomik dalam sepotong besi. Semua magnet berasal dari muatan, jadi semua magnet adalah elektromagnet.
Pemateri: Prof. Nick Lucid
Judul Asli: What the HECK are Magnets (Electrodynamics)
Sumber: https://www.youtube.com/@ScienceAsylum
Komentar
Posting Komentar