Mengapa kamu harus melakukannya? ingin mendeteksi logam? Oh, entahlah… mungkin Anda ingin mencari emas di dalam tanah. Anda dapat menggali SEMUA tanah, atau Anda dapat menemukan lokasi yang memiliki emas sebelum kamu menggali. Atau mungkin Anda sedang mencari meteorit logam yang terkubur. Anda bahkan dapat menggunakan detektor logam untuk menemukan cincin yang hilang di pantai. Perangkat ini cukup berguna.
Tapi tahukah Anda cara kerjanya? Ya! Kalau dipikir-pikir, itu tidak jelas. Ada berbagai jenis detektor, tetapi semuanya menggunakan fisika keren yang sama yaitu medan listrik dan magnet. Mari kita lihat, ya?
Ikuti Arus
Pertama, apa yang membuat logam berbeda dari bahan lainnya? Benda padat apa pun terbuat dari atom, masing-masing atom memiliki elektron bermuatan negatif yang mengelilingi inti positif. Pada benda bukan logam seperti plastik atau kaca, elektron cukup banyak menempel pada atom aslinya.
Namun, dalam logam seperti tembaga, elektron terluar berenang bebas dan digunakan bersama oleh semua atom. Itu sebabnya listrik dapat mengalir melalui logam—jika Anda menerapkan medan listrik, Anda mendapatkan aliran elektron dalam arah tertentu, yang kita sebut arus listrik. Logam bersifat konduktif.
Hukum Faraday
Lalu bagaimana cara membuat medan listrik? Cara termudah adalah dengan menerapkan muatan pada permukaan benda logam dengan menambahkan beberapa elektron ke dalamnya—inilah yang dilakukan baterai. Tentu saja itu tidak akan berhasil untuk tujuan kita. Anda memerlukan akses ke logam tersebut sebelum menemukannya, dan itu tidak masuk akal.
Tapi ada cara lain yang harus dilakukan. Ternyata a perubahan medan magnet juga menghasilkan medan listrik. Inilah ide dasar hukum Faraday. Jika magnet digerakkan di dekat penghantar logam, gerakan tersebut akan menimbulkan perubahan medan magnet yang menghasilkan medan listrik. Jika medan listrik tersebut terdapat pada logam—boom: Anda mendapatkan apa yang disebut arus eddy.
Dan sebaliknya
Begitu pula sebaliknya: Sama seperti perubahan medan magnet yang menimbulkan arus listrik, arus listrik juga menimbulkan medan magnet. Ingat proyek pameran sains lama di mana Anda melilitkan kawat pada paku besi dan menghubungkan ujungnya ke baterai? Saat jus mengalir, kuku menjadi magnetis untuk sementara dan dapat mengambil klip kertas.
Namun seperti yang baru saja kita lihat, Anda tidak memerlukan baterai. Medan magnet yang berubah menciptakan arus eddy pada logam, dan arus eddy ini kemudian menghasilkan medan magnetnya sendiri. Tunggu! Ini bahkan lebih gila lagi. Karena arus eddy ini menimbulkan medan magnet, maka akan terjadi interaksi antara logam dengan benda yang menyebabkan perubahan medan magnet.
Anda sekarang siap untuk detektor logam pertama Anda yang sangat sederhana. Untuk membuat medan magnet berubah kita hanya akan menggunakan magnet yang bergerak. Pada demo di bawah ini, saya meletakkan magnet di atas koin lalu menariknya dengan cepat. Pergerakan tersebut menciptakan arus eddy pada koin, dan arus tersebut membentuk medan magnet yang berinteraksi dengan magnet. Melihat? Koin-koin itu melonjak.
Jelasnya, ketika magnet bersentuhan dengan benda dan diam, tidak ada gaya tarik menarik sama sekali. Tempat ini tidak mengandung logam magnetis. Namun saat saya menjauhkan magnetnya, hal itu menciptakan arus eddy pada koin yang menjadikannya bersifat magnetis untuk sementara.
Mengapa koin di depan menunjukkan efek yang lebih kuat? Ini adalah kuartal tahun 1959 yang sebagian besar terbuat dari perak. Yang lainnya adalah seperempat modern yang terbuat dari paduan tembaga. Karena perak memiliki hambatan listrik yang lebih rendah dibandingkan tembaga, perubahan medan magnet membuat arus eddy lebih kuat pada perak. Bagus! Ini bukan sekedar detektor logam, tapi detektor yang bisa membedakan antara tembaga dan perak.
Tentu saja, berjalan-jalan dengan magnet pada tongkat, sambil mengayunkannya ke atas dan ke bawah, akan menjadi cara yang melelahkan dan tidak praktis untuk mencari logam. Kita memerlukan metode yang lebih baik.
Lihat Bu, Tanpa Magnet
Faktanya, kita bahkan tidak membutuhkan magnet. Pada demo berikutnya saya memiliki gulungan kawat yang melilit inti besi. Ini adalah proses empat langkah: (1) Ketika kumparan dicolokkan ke stopkontak, kita memperoleh arus listrik bolak-balik. (2) Perubahan arus ini menimbulkan perubahan medan magnet pada inti besi. (3) Perubahan medan magnet menginduksi arus listrik pada cincin aluminium. (4) Arus induksi ini menghasilkan medan magnet sekunder, namun polaritasnya berlawanan, sehingga menimbulkan gaya tolak menolak. Voila, cincin itu diluncurkan ke udara! Keren kan?
Mengerti? Kami berangkat dari sebuah perubahan listrik arus dalam kumparan berubah-ubah bersifat magnetis bidang dalam inti besi ke an listrik arus dalam ring ke a bersifat magnetis lapangan di atas ring. Bukankah lebih bagus jika Anda bisa membuat emas yang terkubur keluar dari tanah? Sayangnya, hal ini juga tidak praktis, namun hal ini mengarahkan kita pada sebuah solusi.
Detektor Logam Asli
Faktanya, sebagian besar detektor logam menggunakan ide yang sama. Pada dasarnya, Anda mengalihkan arus listrik dari perangkat Anda ke sepotong logam di bawah tanah dan kembali ke perangkat Anda, sehingga menyebabkan perangkat berbunyi bip. (Dan ingat, ini berhasil karena hanya logam yang dapat menghantarkan listrik.) The cara pergeseran arus adalah penciptaan medan magnet. Beginilah cara kerja pengisi daya nirkabel juga!
Jadi bagaimana kita mendeteksi tanda medan magnet dari objek bawah tanah? Salah satu caranya adalah dengan menambahkan kumparan kedua pada perangkat, sehingga kita memiliki kumparan emitor dan kumparan penerima. Satu-satunya masalah adalah kumparan pertama sudah menginduksi arus pada kumparan kedua. Namun ada beberapa trik yang bisa kita gunakan untuk menghilangkan gangguan tersebut.
Misalnya, jika kita memposisikannya tepat sehingga medan magnet yang berlawanan saling tumpang tindih dan saling meniadakan, kita dapat memperoleh efek magnet nol bersih. Kami menyebutnya “kumparan seimbang.” Kemudian, ketika ada sepotong logam di dekatnya, medan magnet tambahan akan membuatnya tidak seimbang, dan Anda pun terdeteksi.
Itu Sesuai Dengan Saya
Trik seru lainnya adalah mendeteksi logam menggunakan resonansi. Jika Anda pernah mendorong seorang anak dalam ayunan, Anda pasti tahu tentang resonansi. Ayunan bergerak maju mundur dengan frekuensi alami tertentu (ditentukan oleh panjang rantai). Jika Anda mendorong ayunan dengan frekuensi yang sama, meski hanya dengan sentuhan ringan, ayunannya akan semakin tinggi. Dorong pada waktu yang salah dan Anda mengacaukan semuanya.
Secara umum, pada benda yang berosilasi, penerapan gaya eksternal pada frekuensi yang sama akan meningkatkan amplitudo osilasi. Itu resonansi. Inilah yang terjadi ketika seorang penyanyi memecahkan gelas anggur dengan memegang nada pada nada yang sesuai dengan frekuensi getaran gelas tersebut. (Yang memungkinkan mereka melakukan hal ini adalah kontrol nadanya, bukan kerasnya suara penyanyi opera.)
Kita dapat memanfaatkan resonansi sebagai sinyal dengan membuat rangkaian osilasi. Untuk melakukan hal ini, kita menghubungkan sebuah induktor (kumparan kawat kita) dan sebuah kapasitor, yang merupakan komponen yang menyimpan energi dalam medan listrik. Sekarang, jika Anda memegang sistem ini di atas sepotong logam yang terkubur, frekuensi osilasi rangkaian akan berubah. Ping! Harta karun terdeteksi!
Apa yang Anda harapkan, tentu saja, adalah koin emas abad ke-13 yang ditemukan oleh seorang pria di Inggris, yang dijual seharga $850.000. Namun, jika Anda pernah benar-benar menggunakan detektor logam, Anda pasti tahu bahwa sering kali yang digunakan hanyalah tarikan dari kaleng soda. Tidak apa-apa. Kegembiraannya ada pada perburuan—dan mencari tahu mengapa hal itu berhasil.
