[oleh: Eko Widiatmoko, alumni Fisika ITB]

Dengan sedikit ide, kreativitas, dan banyak modal, umat manusia telah menemukan macam-macam cara memanfaatkan medan magnet untuk melakukan berbagai hal. Motor listrik, generator, speaker, tempelan lemari es adalah contoh yang umum. Kali ini, yang akan dibahas adalah beberapa mesin penggerak yang bekerja dengan menggunakan medan magnet.

» MOTOR LINIER
Jika motor listrik biasa berputar, maka motor linier bergerak lurus.

Motor linier, seperti yang terdapat pada kereta Maglev dan beberapa roller coaster, memiliki prinsip kerja yang sederhana (Ukuran kesederhanaan cara kerja yaitu panjangnya tulisan ini ). Pada gambar ini, di sepanjang jalur rel terdapat susunan magnet yang kutubnya bergantian arah. Sedangkan, dua kumparan terdapat pada kereta yang bergerak. Sekarang, jika kumparan yang bawah dialiri arus sehingga menimbulkan medan magnet, kumparan akan tertarik ke atas.

(klik gambar untuk memperbesar ukuran)

Ketika kereta sudah maju, kumparan sebelah atas dialiri arus sehingga magnet-magnet menariknya maju. Selanjutnya, kumparan bawah dialiri arus lagi dengan arah yang tepat sehingga bergerak maju… demikian seterusnya. Banyak cara bisa dilakukan untuk mengatur arus, misalnya dengan sensor cahaya, sensor magnet, kontak geser, dan lain-lain. Serahkan pada fisikawan. Yang penting, arus mengalir ke kumparan yang tepat, pada saat yang tepat, ke arah yang betul.

Cara lain sedikit lebih rumit. Untuk menjelaskannya, ambil sebuah magnet tetap dan plat aluminium. Baiklah, kalau tidak punya bayangkan saja. Apungkan plat di air, atau apapun yang memiliki gesekan sangat kecil. Sekarang, gerakkan magnet secara mendatar di atas plat, seperti jika kita ingin menariknya dengan magnet. Di sinilah ajaibnya. Meskipun aluminium biasanya tidak tertarik magnet, kali ini plat akan bergeser. Ini bisa dilakukan dengan bahan-bahan lain yang menghantar listrik tapi tidak bersifat magnet.

Menurut fisika, medan magnet yang berubah akan menyebabkan medan listrik yang berputar (hukum Faraday). Dalam konduktor, misalnya plat aluminium, akan timbul arus listrik yang berputar (arus Eddy). Selanjutnya, arus listrik yang berputar akan menimbulkan medan magnet yang tegak lurus bidang (hukum Ampere). Arah medan magnet ini berlawanan arah dengan medan magnet yang mula-mula (hukum Lenz) sehingga timbul gaya yang akan menggerakkan plat searah gerakan magnet (gaya Lorentz). Ya, semua sudah ditemukan dan disebutkan.

(klik gambar untuk memperbesar ukuran)

Sekarang perhatikan plat. Apa yang dirasakan olehnya? Tidak lain dan tidak bukan, yaitu medan magnet yang posisinya berubah. Padahal, medan magnet seperti ini bisa juga dihasilkan dengan mengalirkan arus yang secara bergantian pada kumparan-kumparan yang berdekatan.

(klik gambar untuk memperbesar ukuran)

Jadi, dengan mengatur arus yang mengalir pada beberapa kumparan, dapat dihasilkan gaya gerak yang sama. Plat aluminium tidak tahu sumber medan magnet berpindah ini, yang penting dia ada.

Penerapannya pada kereta listrik yaitu dengan memasang kumparan-kumparan pada kereta dan plat logam pada rel. Jika arus mengalir, timbul gaya yang mendorong plat logam, rel, dan seluruh bumi. Sebagai reaksinya, kereta terdorong ke arah sebaliknya. Hukum Ketiga Newton (Bapak yang satu ini selalu saja disebut ).

» SENJATA MAGNET
Termasuk motor linier juga, tapi dirancang untuk menembakkan peluru.

Dalam berbagai cerita fiksi ilmiah dan game, sering dijumpai istilah-istilah seperti railgun, gauss gun, dan mass driver. Umumnya nama-nama ini berhubungan dengan peluncur proyektil berkecepatan super. Di dunia nyata sebenarnya ini sudah bisa dibuat. Ada dua jenis peluncur magnet, yaitu railgun dan coilgun.

Railgun atau senapan rel tersusun atas dua rel, satu peluru, dan satu sumber listrik yang besar sekali. Jika peluru ditaruh di antara kedua rel dan listrik dialirkan dari rel satu ke rel lainnya, kedua rel akan menimbulkan medan magnet, seperti terlihat pada gambar.

Karena arus listrik pada peluru dan gaya magnet dari rel, peluru akan mengalami gaya Lorentz sehingga bergerak sepanjang rel. Kecepatan akhir yang bisa dihasilkan mungkin cukup untuk melempar peluru kecil ke orbit sekitar bumi, kalau tidak dihalangi gesekan udara.

Salah satu hal yang menyebabkan sistem ini belum bisa diproduksi massal adalah gesekan yang timbul antara peluru dan rel, yang cukup untuk menghabiskan rel sekali tembak. Selain itu, sumber arus ribuan ampere sulit didapat.

Coilgun lebih sederhana. Prinsipnya hanyalah menarik suatu peluru besi (bahan feromagnetik) ke dalam suatu kumparan berarus listrik. Ketika peluru mencapai tengah-tengah kumparan pada kecepatan maksimum, arus dimatikan. Hasilnya, peluru memiliki kecepatan akhir tertentu. Jika diinginkan kecepatan akhir yang sangat besar, bisa dialirkan arus sebesar-besarnya. Atau, dipasang kumparan berikutnya untuk menarik peluru lebih cepat dan seterusnya.

(sumber: Wikipedia)

Pemercepat bertenaga magnet memiliki keunggulan dibandingkan senapan biasa, karena kecepatan peluru senapan dibatasi kecepatan suara gas panas hasil ledakan mesiu. Sedangkan, senjata magnet tidak dibatasi kecepatan suara. (kecepatan cahaya, mungkin, atau kecepatan arus listrik?) Kelemahannya yaitu bahwa diperlukan penyimpanan energi listrik yang besar dan dapat dikeluarkan dalam sekejap.

Jadi, siap untuk membuat praktikum-praktikum tentang mesin-mesin magnet? Ditunggu hasilnya. Hahaha…

Inspirasi tulisan: Wikipedia.org