medan magnet

MEDAN MAGNET

Pernahkah anda melihat sebuah katrol listrik? Katrol listrik tersebut mengunakan prinsip elektromagnet. Elektromagnet yang besar digunakan untuk mengangkat sampah logam yang tidak terpakai. Apabila arus dihidupkan katrol listrik akan menarik  sampah besi dan memindahkan ke tempat yang dikehendaki. Apabila arus listrik dimatikan, sampah besi akan jatuh. Dengan cara ini sampah yang berupa tembaga, alumunium dan seng dapat dipisahkan dengan besi. Elektromagnet adalah penerapan medan magnetik dalam kehidupan sehari-hari.

A. RINGKASAN MATERI

1.      Medan magnet disekitar kawat berarus

Oersted adalah orang yang pertama kali melakukan percobaan untuk menentukan adanya magnet di sekitar kawat yang berarus listrik. Dari percobaan yang dilakukan Oersted menyatakan bahwa di sekitar arus listrik terdapat medan magnet, atau perpindahan muatan listrik menimbulkan medan magnet sehingga dapat mempengaruhi kedudukan magnet jarum, yang disertai dengan arah garis-garis medan magnet sesuai dengan kaidah tangn kanan atau aturan sekrup putar kanan.

a.      Kaidah tangan kanan

Gejala penyimpangn magnet jarum di sekitar arus listrik membuktikan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Arah medan magnet yang ditimbulkan arus listrik dapat diterangkan melalui aturan atau kaidah berikut. Anggaplah suatu penghantar arus listrik digenggam tangan kanan. Jika arus listrik searah ibu jari, arah medan magnet yang timbul searah keempat jari yang menggenggam. Kaidah yang demikian disebut kaidah tangan kanan menggenggam.

b. Hukum Biot-Savart

Biot-Savart menemukan bahwa besar medan magnetik adalah:

Keterangan :

I    = kuat arus (A)

dl  = elemen arus

dB = medan magnet di P dalam WB/m2 atau tesla

k    =  = tetapan

˳  = permeabilitas ruang hampa

   = sudut antara elemen arus I dl dengan garis hubung P ke elemen arus I dl

Dengan menghilangkan factor k, diperoleh:

 

c. Medan Magnetik di sekitar Kawat Lurus Panjang

untuk mengetahui bentuk medan magnetic di sekitar kawat lurus berarus dapat digunakan serbuk besi yang ketika arus dialirkan pada kawat maka serbuk akan menunjukan pola melingkar yang konsentris. Besar medan magnetic di sekitar penghantar lurus panjang diperoleh:

                                                atau

B = medan magnetic (T)

a = jarak titik ke kawat (m)

k = 2.10^-7N/A²

d. Medan Magnetik pada Pusat Arus Melingkar

Besar medan magnetic pada titik P karena pengaruh arus melingkar adalah:

Jika ada N lilitan, rumus menjadi:

 

Keterangan :

B          = besar medan magnetic di pusat lingkaran (T)

N         = banyak lilitan

 ˳      = permeabilitas vakum (ruang hampa)

I           = kuat arus (A)

R          = jari-jari penghantar melingkar (m)

e. Medan Magnetik dalam Solenoida dan Toroida

1)      Medan Magnetik dalam Solenoida

Sebuah Solenoida adalah sebuah kawat panjang yang digulung rapat menjadi sebuah helix dengan llitan rapat.

Di pusat Solenoida :

 

Di ujung Solenoida:

2)      Medan Magnetik dalam Toroida

Toroida adalah Solenoida yang dilengkungkan sehingga sumbunya membentuk lingkaran. Untuk menentukan induksi magnetic pada sumbu Toroida dapat digunakan hokum Ampere.

 

2. Gaya Lorentz pada kawat berarus listrik

a.      Gaya Lorentz

Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh medan magnetic pada arus listrik. Arah Gaya Lorentz adalah tegak lurus dengan arah arus ddan arah medan magnetik. Secara matematis besar Gaya Lorentz dituliskan sebagai berikut.

 

Jika medan magnetik B membentuk sudut 900 dengan arah arus serta panjang kawat lurus yang panjangnya I, besar gaya Lorentz diperoleh:

Keterangan:

F          = Gaya Lorentz (N)

I           = kuat arus melalui penghantar (A)

l           = panjang kawat penghantar (m)

B          = medan magnetik (Wb/m²)

Arah Gaya Lorentz bergantung pada arah arus listrik dan arah medan magnet. Untuk menentukan arah Gaya Lorentz digunakan kaidah atau aturan tangan kanan. Caranya rentangkan ketigga jari yaitu ibu jari, jari telunjuk, dan jari tengah sedemikian sehingga membentuk sudut 90 derajat (saling tegak lurus). Jika ibu jari menentukan arah arus listrik (I) dan jari telunjuk menunjukan arah medan magnet (B) maka Arah Gaya Lorentz searah jari tengah (F).

Gaya Lorentz yang ditimbulkan kawat berarus listrik dalam medan magnet dapat dimanfaatkan untuk membuat alat yang dapat mengubah energi listrik menjdai energi gerak. Alat yang menerapkan Gaya Lorentz adalah motor listrik dan alat-alat ukur listrik. Motor listrik banyak dijumpai pada tape recorder, pompa air listrik, dan computer. Adapun contoh alat ukur listrik yaitu amperemeter, voltmeter, dan ohmmeter.

b.      Gaya antara dua kawat sejajar berarus

Pada dua kawat sejajar berarus akan timbul gaya yang besarnya :

 

Besar gaya tiap satuan panjang:

 

c.        Gaya pada muatan yang bergerak dalam medan magnetik

Setiap muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet pasti mengalami gaya Lorentz dengan syarat muatan tersebut tidak bergerak sejajar dengan arah medan magnetik. Besarnya Gaya Lorentz yang dialami:

Denagn mengingat Hukum II Newton pada gerak melingkar beraturan bahwa Gaya Lorentz berfungsi sebagai gaya sentripetal sehingga diperoleh:

Keterangan :

r           = jari-jari lintasan (m)

m         = massa partikel (kg)

v          = kecepatan linier (m/s)

B         = induksi magnetik (T)

q          = besar muatan yang bergerak (C)

Perjanjian tanda

x          = gaya Lorentz menembus ke dalam bidang kertas atau menjauhi pengamat

           = gaya Lorentz menembus ke luar bidang kertas atau mendekati pengamat