Mengapa kita ingin mendeteksi logam? Ya, mungkin karena ingin menemukan emas yang terkubur di dalam tanah. Daripada menggali semua area, lebih efisien jika kita bisa melokalisir posisi emasnya terlebih dahulu. Atau barangkali kita sedang memburu meteorit logam yang tertimbun. Bahkan, detektor logam dapat membantu mencari cincin yang hilang di pantai. Alat-alat ini sungguh praktis.
Namun, tahukah Anda cara kerjanya? Sekilas, mekanismenya tidaklah jelas. Meski ada beragam jenis detektor, semuanya mengandalkan prinsip fisika yang sama terkait medan listrik dan magnet. Mari kita telusuri lebih lanjut.
Aliran Elektron Bebas
Pertama, apa yang membedakan logam dengan material lain? Setiap benda padat tersusun dari atom-atom, dengan elektron bermuatan negatif yang bergerak di sekitar inti positif. Pada bahan nonlogam seperti plastik atau kaca, elektron umumnya tetap terikat pada atom asalnya.
Sebaliknya, dalam logam semacam tembaga, elektron-elektron terluar bergerak bebas dan digunakan bersama oleh seluruh atom. Itulah sebabnya listrik dapat mengalir melalui logam—dengan memberikan medan listrik, kita mendapatkan aliran elektron dalam arah tertentu yang disebut arus listrik. Logam bersifat konduktif.
Hukum Faraday
Lantas, bagaimana menciptakan medan listrik? Cara termudah adalah dengan memberi muatan pada permukaan benda logam dengan menambahkan elektron—seperti yang dilakukan baterai. Tentu saja, itu tidak relevan untuk deteksi logam, karena kita harus menyentuh logamnya dulu sebelum menemukannya.
Namun, ada cara lain. Ternyata, medan magnet yang berubah-ubah juga menghasilkan medan listrik. Inilah konsep dasar Hukum Faraday. Jika kita menggerakkan magnet di dekat konduktor logam, gerakan tersebut menciptakan medan magnet berubah yang memicu terbentuknya medan listrik. Jika medan listrik ini berada dalam logam—maka terciptalah arus pusar (eddy current).
Dan Sebaliknya
Proses sebaliknya juga terjadi: sebagaimana medan magnet yang berubah menghasilkan arus listrik, arus listrik pun menciptakan medan magnet. Ingat percobaan sains di sekolah, di mana kawat dililitkan pada paku besi dan ujungnya dihubungkan ke baterai? Ketika arus mengalir, paku tersebut bersifat magnetis sementara dan dapat mengangkat klip kertas.
Tetapi seperti yang telah kita lihat, baterai tidak selalu diperlukan. Medan magnet yang berubah menghasilkan arus pusar dalam logam, dan arus pusar ini lalu membentuk medan magnetnya sendiri. Bahkan lebih menarik lagi, karena arus pusar menciptakan medan magnet, terjadi interaksi antara logam dan sumber medan magnet yang berubah.
Dengan ini, Anda siap untuk membuat detektor logam sederhana. Untuk menghasilkan medan magnet berubah, kita cukup menggunakan magnet yang digerakkan. Dalam demonstrasi berikut, saya menaruh magnet di atas koin lalu menariknya dengan cepat. Gerakan ini menghasilkan arus pusar dalam koin, dan arus tersebut membentuk medan magnet yang berinteraksi dengan magnet. Lihat? Koinnya terangkat.