medan magnet

Medan magnet, dalam ilmu Fisika, adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet "permanen"). Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.

Medan magnet adalah ruang di sekitar magnet atau ruang yang masih memungkinkan adanya interaksi magnet. Keberadaan magnet dapat terlihat dengan perubahan kedudukan serbuk besi sebagaimana percobaan Oersted. Yang kemudian digambarkan menurut kaidah tangan kanan.Bumi merupakan medan magnetik raksasa, yang pembuktiannya dapat dilakukan dengan kompas. Penunjukkan arah kompas menyatakan arah kutub-kutub magnet bumi.

Menggambarkan medan magnet dalam fisika dapat dilakukan melalui berbagai eksperimen dan salah satunya dapat diamati serta dipelajari dari simulasi-simulasi berikut.
Simulasi-simulasi listrik dan magnet ini disediakan oleh Phet Colorado sebagai bagan animasi yang dapat diunduh dengan ukuran file yang sangat kecil.

Sifat Medan Magnet

Hasil kerja Maxwell telah banyak menyatukan listrik statis dengan kemagnetan, yang menghasilkan sekumpulan empat persamaan mengenai kedua medan tersebut. Namun, berdasarkan rumus Maxwell, masih terdapat dua medan yang berbeda yang menjelaskan gejala yang berbeda. Einsteinlah yang berhasil menunjukkannya dengan relativitas khusus, bahwa medan listrik dan medan magnet adalah dua aspek dari hal yang sama (tensor tingkat 2), dan seorang pengamat bisa merasakan gaya magnet di mana seorang pengamat bergerak hanya merasakan gaya elektrostatik. Jadi, dengan menggunakan relativitas khusus, gaya magnet adalah wujud gaya elektrostatik dari muatan listrik yang bergerak, dan bisa diprakirakan dari pengetahuan tentang gaya elektrostatik dan gerakan muatan tersebut (relatif terhadap seorang pengamat).

Teori Kemagnetan Bumi

Jarum kompas selalu menunjuk arah utara dan selatan disebabkan karena tertarik oleh kutub selatan dan kutub utara magnet bumi. Kutub utara jarum kompas tertarik oleh kutub selatan magnet Bumi yang berada disekitar kutub utara Bumi. Sedangkan kutub selatan jarum kompas tertarik oleh kutub utara magnet Bumi yang terdapat di sekitar kutub selatan Bumi.

Kutub utara dan kutub selatan magnet Bumi tidak berimpit dengan kutub utara dan kutub selatan Bumi. Hal ini menyebabkan kutub utara dan kutub selatan magnet jarum kompas tidak menunjukkan arah utara dan selatan geografis, sehingga membentuk sebuah sudut yang disebut sudut deklinasi (D). Sudut deklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh kutub utara-selatan jarum kompas terhadap arah utara dan selatan geografi.
Di daerah yang tepat di atas garis katulistiwa, posisi jarum kompas dalam keadaan seimbang. Namun jika kompas dibawa ke kutub Bumi, posisi jarum kompas akan condong ke atas atau ke bawah. Ketika dibawa mendekati kutub utara Bumi, kutub utara jarum kompas condong ke bawah karena tertarik oleh kutub selatan magnet Bumi. Sedangkan ketika dibawa mendekati kutub selatan Bumi, kutub selatan jarum kompas akan condong ke bawah karena tertarik oleh kutub utara magnet Bumi. Kemiringan jarum kompas tersebut membentuk sudut inklinasi. Sudut Inklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh jarum kompas terhadap permukaan Bumi.

Medan Magnetik di Sekitar Kawat Berarus

Kumparan kawat berinti besi yang dialiri listrik dapat menarik besi dan baja. Hal ini menunjukkan bahwa kumparan kawat berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik. Medan magnetik juga dapat ditimbulkan oleh kawat penghantar lurus yang dialiri listrik. Hal pertama diselidiki oleh Hans Christian Oersted (1777-1851) dengan percobaan sebagai berikut.

Percobaan Oersted

Berdasarkan hasil percobaan tersebut terbukti bahwa arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar itu menghasilkan medan magnetik, atau di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnetik. Pada saat arus listrik yang mengalir dalam penghantar diperbesar, ternyata kutub utara jarum kompas menyimpang lebih jauh. Hal ini berarti semakin besar arus listrik yang digunakan, semakin besar medan magnet magnetik yang dihasilkan.

Arah medan magnetik di sekitar kawat penghantar lurus berarus listrik dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Jika arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I), maka arah keempat jarimu yang lain menunjukkan arah medan magnetik (B). Kaidah tangan kanan ini juga dapat digunakan untuk menentukan arah medan magnetik pada penghantar berbentuk lingkaran yang dialiri listrik.

Untuk mengetahui letak kutub utara dan kutub selatan yang terbentuk pada kumparan berarus listrik dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut.

Medan Magnet Kawat Berarus

Perhatikan arah arus listrik yang mengalir pada kumparan. Ujung kumparan yang pertama ksli mendapat arus listrik dijadikan pedoman untuk menentukan letak kutub-kutub magnet. Caranya, genggamlah ujung kumparan yang pertama kali teraliri arus listrik dengan posisi jari tangan kanan sesuai dengan letak kawat pada inti besi. Apabila kawat itu berada di depan inti besi, letakkan telapak tangan menghadap ke depan, kemudian genggamlah kumparan berinti besi itu.

Kaidah Tangan Kanan

Letak kutub utara magnet ditunjukkan oleh arah ibu jari, sedangkan arah sebaliknya menunjukkan kutub selatan. Jika kawat penghantar yang pertama kali teraliri arus listrik berada di belakang inti besi, maka hadapkan telapak tanganmu ke belakang, kemudian genggamlah kumparan kawat itu. Dengan cara yang sama kamu dapat menentukan letak kutub utara dan kutub selatan magnet.

Gaya Lorenz

Gaya Lorentz terjadi apabila kawat penghantar berarus listrik berada di dalam medan magnetik. Besar gaya Lorentz bergantung pada besar medan magnetik, panjang penghantar, dan besar arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar. Besar gaya Lorentz dapat ditentukan dengan rumus:

F=BIL
dengan:
F= gaya Lorentz (newton)
B= kuat medan magnet (tesla)
I =kuat arus listrik (ampere)
L= panjang kawat penghantar (meter)
Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Jika ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I) dan jari telunjuk menunjukkan arah medan magnetik (B), maka jari tengah menunjukkan arah gay Lorentz (F).

Kaidah Gaya Lorentz

Peralatan dalam kehidupan sehari-hari yang memanfaatkan gaya Lorentz antara lain: bor listrik, kipas angin, blender, mikser, alat pengering rambut, mesin penyedot debu, dan mesin cuci.

Soal dan Pembahasan

Berikut ini beberapa contoh soal dan pembahasan materi Medan Magnet:

Soal No. 1
Seutas kawat dialiri arus listrik i = 2 A seperti gambar berikut !

Tentukan :
a) Kuat medan magnet di titik P
b) Arah medan magnet di titik P
c) Kuat medan magnet di titik Q
d) Arah medan magnet di titik Q
Pembahasan
a) Kuat medan magnet (B) dari suatu titik yang berjarak a dari suatu kawat lurus panjang yang dialiri kuat arus i adalah :

Kuat medan magnet di titik P :

b) Arah ditentukan dengan kaidah tangan kanan, dimana ibu jari mewakili arah arus dan empat jari sebagai arah medan magnet dengan posisi tangan menggenggam kawat. Sehingga arah kuat medan magnet di titik P adalah keluar bidang baca (mendekati pembaca).
c) Kuat medan magnet di titik Q :

d) Arah medan masuk bidang baca (menjauhi pembaca)

Soal No. 2
Perhatikan gambar berikut ini!

Tentukan besar dan arah kuat medan magnet di titik P !

Pembahasan
Arus A akan menghasilkan medan magnet di titik P dengan arah masuk bidang, sementara arus B menghasilkan medan magnet dengan arah keluar bidang .

Arah sesuai B_a yaitu masuk bidang.

Soal No. 3
Kawat A dan B terpisah sejauh 1 m dan dialiri arus listrik berturut-turut 1 A dan 2 A dengan arah seperti ditunjukkan gambar di bawah.

Tentukan letak titik C dimana kuat medan magnetnya adalah NOL!

Pembahasan
Agar kuat medan nol, kuat medan yang dihasilkan kawat A dan kawat B harus berlawanan arah dan sama besar. Posisi yang mungkin adalah di sebelah kiri kawat A atau di sebelah kanan kawat B. Mana yang harus di ambil, ambil titik yang lebih dekat ke kuat arus lebih kecil. Sehingga posisinya adalah disebelah kiri kawat A namakan saja jaraknya sebagai x.

Soal No. 4
Tiga buah kawat dengan nilai dan arah arus seperti ditunjukkan gambar berikut!

Tentukan besar dan arah kuat medan magnet di titik P yang berjarak 1 meter dari kawat ketiga!

Pembahasan
Pada titik P terdapat tiga medan magnet dari kawat I (masuk bidang), kawat II (keluar bidang) dan kawat III (masuk bidang).

Arah masuk bidang baca.

Soal No. 5
Perhatikan gambar berikut. Kawat A dan B dialiri arus listrik I₁ dan I₂ masing-masing sebesar 2 A dan 3 A dengan arah keluar bidang baca.

Tentukan besar dan arah kuat medan magnet di titik C yang membentuk segitiga sama sisi dengan titik A dan B!

Pembahasan
Mencari B1 dan B2

Kuat medan total di titik C gunakan rumus vektor dan 10⁻⁷ misalkan sebagai x.

Arah medan magnet :

Soal No. 6
Titik P berada di sekitar dua buah penghantar berbentuk setengah lingkaran dan kawat lurus panjang seperti gambar berikut!

Tentukan besar kuat medan magnet di titik P!

Pembahasan
Kuat medan dari kawat setengah lingkaran arah masuk bidang baca namakan B₁ dan kuat medan magnet dari kawat lurus namakan B₂ arah keluar bidang baca :

Arah sesuai arah B₁ masuk bidang baca.

Soal No. 7
Tentukan besar kuat medan magnet di titik P yang berada pada poros suatu penghantar melingkar pada jarak 8 cm jika kuat arus yang mengalir pada kawat adalah 1 A!

Pembahasan

Soal No. 8
Perhatikan gambar :

l = kawat panjang
A = bidang datar tegak lurus I
N = Titik berada pada bidang A berjarak 1 cm dari i
Kawat I dialiri arus i = 50 ampere i ke atas. Besar induksi magnetik di B....
A. 10⁻² webber m⁻²
B. 10⁻³ webber m⁻²
C. 10⁻⁴ webber m⁻²
D. 10⁻⁵ webber m⁻²
E. 10⁻⁶ webber m⁻²
(Dari soal Ebtanas 1986)

Pembahasan
Kuat medan magnetik di sekitar kawat lurus berarus

Soal No. 9
Suatu solenoid panjang 2 meter dengan 800 lilitan dan jari-jari 2 cm. Bila solenoid itu dialiri arus sebesar 0,5 A, tentukanlah induksi magnet pada ujung solenoid. (µo = 4π .10^–7 Wb.A^–1.m^–1 ).
A. 4π .10^–5 Wb.m^–2
B. 8π .10^–7 Wb.m^–2
C. 4π .10^–6 Wb.m^–2
D. 8π .10^–5 Wb.m^–2
E. 2π .10^–4 Wb.m^–2
(Dari soal Ebtanas 1988)

Pembahasan
Kuat medan magnet dari solenoida, lokasi di ujung solenoid

Title : medan magnet
Description : Medan magnet , dalam ilmu Fisika, adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabka...

0 Response to "medan magnet"

Post a Comment