Medan Magnet Di Sekitar Kawat Berarus Listrik Gejala ini pertama kali dikaji oleh Hans Christian Oersted. Melalui percobaan, ia berhasil mengungkap hubungan antara listrik dan magnet. Ia berhasil membuktikan bahwa penghantar yang berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik. Kumparan kawat berinti besi yang dialiri listrik dapat menarik besi dan baja. Hal ini menunjukkan bahwa kumparan kawat berarus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Medan magnet juga dapat ditimbulkan oleh kawat penghantar lurus yang dialiri listrik. Berdasarkan hasil percobaan tersebut terbukti bahwa arus listrik yang mengaliri dalam kawat penghantar ini menghasilkan medan magnetik, atau disekitar 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 magnetik yang dihasilkan. Gambar: penyimpangan magnet kompas 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 jari yang lain menunjukkan arah medan magnetik (B). Kaidah tangan kanan ini juga dapat digunakan untuk menemukan arah medan magnetik pada penghantar berbentuk lingkaran yang dialiri listrik. Gambar: kaidah tangan kanan Untuk mengetahui letak kutub utara dan kutub selatan yang terbentuk pada kumparan berarus listrik, dapat dilakukan dengan cara: 1. Perhatikan arah listrik yang mengalir pada kumparan. 2. Ujung kumparan yang pertama kali mendapat arus listrik dijadikan sebagai pedoman untuk menentukan letak kutub-kutub magnet. 3. Kemudian, genggam ujung kumparan yang pertama kali teraliri arus listrik dengan posisi jari tangan kanan sesuai dengan letak kawan pada inti besi. 4. Apabila kawat itu berada di depan inti besi, letakkan telapak tangan menghadap ke depan, kemudian genggam kumparan yang berinti besi. 5. Letak kutub utara magnet ditunjukkan oleh arah ibu jari, sedangkan arah sebaliknya menunjukkan kutub selatan. 6. Jika kawat penghantar yang pertama kali teraliri arus listrik berada di belakang inti besi, maka hadapkan telapak tangan ke belakang, kemudian genggam kumparan kawat itu. 7. Dengan cara yang sama kita dapat juga menentukan letak kutub utara, dan kutub selatan magnet. Ternyata penghantar berarus listrik yang ditempatkan dalam medan magnet juga mengalami gaya magnet. Hal ini ditemukan pertama kali oleh Hendrik Antoon Lorentz. 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. Untuk arah aliran arus listrik tegak lurus terhadap arah medan magnet, gaya Lorentz dapat dinyatakan dengan: F=BxIxl Keterangan: F = gaya Lorentz pada kawat (N) B = medan magnet (Tesla) I = arus listrik (A) l = panjang kawat (m) A. Pengertian medan magnet Seperti halnya listrik, magnet juga dapat menimbulkan suatu medan yang disebut medan magnet, yaitu suatu ruang di sekitar magnet yang masih terpengaruh gaya magnetik. Pada tahun 1269, berdasarkan hasil eksperimen, Pierre de Maricourt menyimpulkan bahwa semua magnet bagaimanapun bentuknya terdiri dari dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub-kutub magnet ini memiliki efek kemagnetan paling kuat dibandingkan bagian magnet lainnya. Medan magnet dapat digambarkan dengan garis-garis gaya magnet yang selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet. Sementara di dalam magnet , garis-garis gaya magnet memiliki arah dari kutub selatan magnet ke kutub utara magnet. Garis-garis tersebut tidak pernah saling berpotongan. Kerapatan garis-garis gaya magnet menunjukkan kekuatan medan magnet. Jika dua kutub yang tidak sejenis saling berhadapan, akan diperoleh garis-garis gaya magnet yang saling berhubungan. Jika dua kutub yang sejenis yang saling berhadapan, akan diperoleh garis-garis gaya magnet yang menekan dan saling menjauhi. Kutub-kutub yang tidak sejenis ( utara-selatan ) jika didekatkan akan tarik menarik, sedangkan kutub-kutub yang sejenis ( utara-utara atau selatan-selatan ), apabila didekatkan akan tolak menolak. B. Sumber medan magnet 1. Medan Magnetik dari Muatan Titik yang Bergerak Apabila muatan titik q bergerak dengan kecepatan v, muatan ini akan menghasilkan medan magnet B dalam ruang yang diberikan oleh Dengan r merupakan vektor satuan yang mengarah dari muatan q ketitik medan P, dan merupakan konstanta kesebandingan yang disebut permeabilitas ruang bebas, yang memiliki nilai Satuan sedemikian rupa sehingga B dalam tesla apabila q dalam coulomb, v dalam meter/detik, dan r dalam meter. Satuan N/A2 berasal dari pernyataan bahwa 1 T = 1 N/A.m. konstanta 1/4π secara bebas dicakupkan dalam persamaan Sehingga faktor 4π tidak muncul dalam hukum Ampere. Untu medan magnetik akibat muatan titik yang bergerak ini analog dengan hukum coulomb untuk medan listrik akibat muatan titik : Kita lihat dari persamaan Bahwa medan magnetik dari muatan titik yang bergerak memiliki karakteristik berikut : a). Besaran B berbanding lurus dengan muatan q dan kecepatan v dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dari muatan b). Medan magnetik adalah nol disepanjang garis gerak muatan. c). Arah B tegak lurus terhadap kecepatan v maupun vektor r 2. Medan Magnetik sebuah Elemen Arus : Hukum Bio – Savart Hukum ini menerangkan hubungan matematis antara arus listrik dalam kawat dengan medan magnet yang dihasilkan. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa kontribusi induksi magnetik dB pada suatu titik P berjarak r dan bersudut Ѳ terhadap elemen penghantar dl yang dialiri arus I . A. Sebanding dengan kuat arus Ib. B. Sebanding dengan panjang elemen penghantar dlc. C. Sebanding dengan sinus sudut apitѲ antara arah arus pada dl dengan garis hubung titik P dengan dld. D. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak r antara titik P dengan elemen penghantar dl. Pernyataan di atas dapat dituliskan secara matematika dalam persaman berikut: dengan k adalah konstanta yang memenuhi hubungan dengan demikian dapat dinyatakan sebagai dengan menyatakan permeabilitas vakum yang besarnya = Wb/A m. Persamaan tersebut disebut hukum Biot – Savart 3. Akibat Adanya Simpal Arus Perhatikan gambar di atas, penghantar melingkar dengan jari-jari a dialiri arus I. Kita akan menentukan induksi magnetik di titik P yang berjarak r dari elemen penghantar dl berdasarkan hukum Bio – Savart atau persamaan karena r tegak lurus terhadap dl, maka Ѳ = 90o . persamaan di atas dapat ditulis menjadi induksi magnetik dB dapat diuraikan menjadi 2 komponen. Komponen yang sejajar dengan sumbu lingkaran adalah dB sin α, sedangkan komponen yang tegak lurus sumbu adalah dB cos α. Komponen dB cos α akan saling meniadakan dengan komponen yang berasal dari elemen lain yang bersebrangan sehingga hanya komponen dB sin α yang masih tersisa : 4. Akibat Adanya Arus dalam Solenoida Penghantar yang membentuk banyak lilitan sehingga menyerupai lilitan pegas disebut kumparan atau solenoida. Solenoida yang dialiri arus listrik menghasilkan garis medan magnetik yang polanya sama dengan yang dihasilkan magnet batang. Besar induksi magnetik ini akan kita tentukan dengan hukum Ampere.
