Sejarah Perkembangan Elektromagnetisme

Sebelum membahas sejarah perkembangan elektromagnetisme kita sebaiknya mengenal terlebih dahulu pengertian dari elektromagnetisme. Elektromagnetisme adalah cabag dari ilmu fisika yang membahas mengenai kemagnetan yaitu medan magnet dan medan listrik. Elektomagnetisme mempunyai arti bahwa medan listrik dan medan magnet tidak bisa dipisahkan atau mereka akan saling berkaitan. Dalam artikel ini kita akan mengetahui bagaimana sejarah perkembangan elektromagnetisme yang dikemukakan oleh para tokoh fisika. Tokoh-tokoh fisika seperti Faraday, Franklin, Oested beberapa tokoh fisika yang ikut mempengarui perkembangan elektomagnetisme.

Sejarah Perkembangan Elektromagnetisme 

Studi tentang elektromagnetisme dimulai dari studi eksperimental efek-efek listrik statik dan magnet statik. Orang sudah sejak lama mengetahui bahwa dengan cara menggosok bahan-bahan tertentu pada rambut kering dapat menimbulkan gejala saling tolak-menolak antara benda yang digosok tersebut dengan rambut. Kompas yang terbuat dari magnet juga telah digunakan oleh orang Cina sejak tahun 100 SM. Studi sistematis kelistrikan dimulai sejak penemuan generator elektrostatik yang ditemukan oleh Otto von Guerike (1602-1686), sedangkan Pieter Van Muschenbroek (1692-1761) merupakan orang pertama membuat alat yang dapat menyimpan muatan listrik yang disebut “Leiden Jar”. Selanjutnya sel voltaik (baterai) ditemukan oleh Volta di Itali tahun 1799.

Pada eksperimen yang sangat berbahaya tahun 1752, Benjamin Franklin menggunakan suatu pisau untuk mengumpulkan muatan listrik yang berasal dari petir dan menyimpannya di Leiden Jar. Franklin kemudian menunjukkan bahwa muatan tersebut mempunyai sifat-sifat yang sama dengan muatan yang dihasilkan oleh generator elektrostatik. Hal ini membuktikan bahwa cahaya hanyalah merupakan salah satu manifestasi kelistrikan. Sumbangan besar Franklin terhadap kelistrikan adalah gagasannya yang mengatakan bahwa muatan listrik ada dua jenis yang disebutnya muatan negatif dan muatan positif. Muatan sejenis tolak-menolak sedangkan muatan berlainan jenis tarik menarik. Dengan asumsi sederhana tersebut dia dapat menjelaskan semua fakta eksperimen tentang kelistrikan, sedangkan teori yang ada sebelumnya memerlukan 20 buah asumsi yang berbeda termasuk bentuk partikel yang berbeda dalam medium yang berbeda. Ini juga merupakan salah satu contoh penggunaan Ockham’s Razor dalam menentukan teori yang digunakan jika ada banyak teori. Franklin juga menunjukkan bahwa ada hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan karena besi dapat dimagnetisasi dengan menempatkannya di sekitar kawat penghantar yang dialiri arus listrik.

Pada tahun 1750, John Mitchell di Cambridge, menemukan bahwa kutub magnet sejenis tolak-menolak dengan gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua kutub magnet. Pada permulaan tahun 1785, orang Perancis bernama Charles Augustin Coulomb menunjukkan bahwa baik gaya magnetik maupun gaya listrik mengikuti hukum yang mengatakan bahwa gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak yang sekarang dikenal sebagai hukum Coulomb pada kasus listrik statis.

Di Jerman berkembang pemikiran filosofis bahwa materi tidak mati sebagaimana diyakini oleh kelompok mekanis, tetapi hidup dengan suatu roh dunia universal yang menghubungkan semua gaya. Salah seorang pengikut aliran listrik ini adalah Immanuel Kant (1724-1804) yang tolak-menolak dengan gaya tarik-menarik yang membentuk materi. Jika hanya gaya tolak-menolak yang ada, maka semua materi akan berpisah (tersebar), dan kalau hanya gaya tarik-menarik yang ada maka semua materi akan menyatu menjadi sebuah titik. Ketidakseimbangan antara gaya tarik-menarik dan gaya tolak-menolak merupakan pangkal tolak analisis teoritis terhadap struktur zat padat dan cairan walaupun gaya bukanlah manifestasi dari suatu gaya hidup.

Penelitian tentang gejala kelistrikan dan kemagnetan sangat menarik perhatian Ilmuan Jerman, karena keberadaan polaritas dalam fenomena kelistrikan dan kemagnetan sesuai dengan filsafat yang mereka yakini. Gagasan ini juga menunjukkan bahwa setiap efek yang muncul menimbulkan efek kebalikannya karena semua gaya saling berhubungan. Gagasan bahwa setiap efek ada kebalikannya merupakan hal yang sangat fundamental dalam konsep fisika modern. Sebagai contoh, jika kita menghubungkan dua potong kawat penghantar yang terbuat dari dua jenis bahan yang berbeda, kemudian memanaskan persambungan kawat tersebut, maka suatu tegangan akan timbul di kedua ujung kawat penghantar yang bebas, yang merupakan prinsip yang digunakan untuk membuat termokopel untuk mengukur suhu. Efek ini dikemukakan oleh Thomas Seebeck seorang ahli filsafat alam Jerman. Sebaliknya, suatu tegangan yang diberikan pada ujung-ujung penghantar dengan polaritas yang samaakan menurunkan suhu, yang merupakan prinsip yang mendasari pendingin termoelektrik yang sering digunakan untuk mendinginkan rangkaian elektronik.

Keyakinan akan keterhubungan antara semua gaya yang ada di alam menuntut Hans Chistian Oersted di Copenhagen tahun 1807 mengumumkan bahwa dia telah melihat suatu hubungan antraa kelistrikan dan kemagnetan. Oersted menemukan bahwa suatu magnet akan bergerak melingkar di sekitar kawat penghantar yang dialiri arus listrik, dan suatu kawat penghantar yang dialiri arus listrik akan bergerak disekitar magnet. Penemuan ini merupakan prinsip yang digunakan untuk membuat suatu motor listrik. Kontribusi besar selanjutnya dalam bidang kelistrikan dan kemagnetan datang dari teoretisi  Andre Marie Ampere (1775-1836) di Perancis, dan eksperimentalis Michael Faraday (1791-1867) di Inggris. Ampere mengembangkan suatu teori untuk perhitungan gaya magnetik yang diakibatkan oleh suatu aliran listrik, dan dia menyarankan bahwa efek magnetik beberapa zat padat diakibatkan oleh suatu arus listrik, dan dia menyarankan bahwa efek magnetik beberapa zat padat diakibatakan oleh arus sirkular kecil dalam partikel yang membentuk bahan tersebut. Sedangkan Faraday sangat kurang dalam matematika tetapi merupakan fisikawan eksperimentalis yang sangat luar biasa. Eksperimennya yang sangat penting dalam elektromagnetisme adalah induksi arus listrik yang dilakukan Faraday pada tahun 1831, yaitu suatu loop (kawat penghantar tertutup) akan mempunyai arus listrik jika loop tersebut di gerakkan didekat medan magnet atau magnet yang digerakkan mendekati dan menjauhi loop. Penemuan ini menjadi prinsip dasar pembuatan generator listrik secara mekanis sebagaimana kita lihat pada pusat pembangkit tenaga listrik yang digerakkan oleh air atau panas (uap).

Walaupun secara matematis Faraday tidak memberikan rumusan terhadap teori elektromagnetisme, tetapi dia membuat model kualitatif bagaimana listrik dan magnet berinteraksi. Faraday mengandalkan partikel listrik atau magnet menghasilkan suatu garis gaya yang dipancarkan dari kutub (muatan) positif kearah muatan (kutub) negatif. Masing-masing garis gaya yang dihasilkan tidak pernah saling berpotongan. Jumlah garis gaya yang melewati suatau luasan permukaan merupakan ukuran kuat gaya yang dihasilkan. Karena luas permukaan yang dibentuk oleh ruang berbentuk bola sebanding dengan kuadrat jarak dari pusat bola, intensitas gaya semakin berkurang jika jarak dari pusat muatan listrik atau magnet bertambah besar. Hal ini merupakan konsekuensi logis hokum kebalikan kuadrad jarak. Faraday juga yakin bahwa garis gaya akan tetap keluar atau masuk ke muatan listrik atau ke kutub magnet walaupun hanya ada satu jenis muatan atau kutub. Gagasan tersebut akhirnya membuat Fraday kemudian memperkenalkan konsep medan (field) sebagai sesuatu besaran fisis yang dapat menghasilkan gaya magnetik, gaya listrik, atau gaya gravitasional. Konsep medan ini merupakan salah satu konsep yang sangat penting di dalam semua pengkajian teoretis fisika modern.

James Clerk Maxwell (1831-1879) merupakan fisikawan pertama yang mencoba merumuskan gagasn-gagasan Faraday seacra kuantitatif atau secara matematis. Maxwell mendefinisikan konsep garis dengan menggunakan mekanika Newton dan menggambarkan garis gaya sebagai sebuah tabung rotasi fluida (eter) yang memiliki sifat-sifat yang sesuai dengan yang diisyaratkan oleh Faraday tentang garis gaya. Rotasi akan mengakibatkan tabung mengembang ke samping dan kontraksi secara longitudinal. Dengan konsep itu, Maxwell berhasil merumuskan dan memadukan hukum-hukum kelistrikan dan kemagnetikan secara matematis dalam empat buah persamaan yang kemudian dikenal sebagai persamaan Maxwell.

Salah satu hasil yang sangat penting dari teori atau persamaan Maxwell adalah prediksinya terhadap kecepatan gelombang elektromagnetik yang sama dengan kecepatan cahaya. Hal ini menunjukkan bahwa cahaya adalah suatu fenomena elektromagnetik. Penemuan elektromagnetisme diaplikasikan dengan cepat untuk menghasilkan berbagai peralatan. Sebagai contoh, telegraf yang ditemukan oleh Charles Wheatstone pada tahun 1837 hanya berselang setahun dari penemuan baterai, dan generator listrik praktis pertama dibuat oleh Werner Siemens di Jerman pada tahun 1866, yakni 35 tahun setelah penemuan induksi arus listrik oleh Faraday.

Sumber : Damanik, Asan. 2009. Pendidikan Sebagai Pembentukan Watak Bangsa Sebuah Refleksi Konsteptual-Kritis dari Sudut Pandang Fisika. Yogyakarta : Penerbit Universitas Sanata Dharma.