Medan Magnet

Medan Magnet
Pada pelajaran listrik telah dikaji bahwa jika sebuah muatan diletakkan dalam medan listrik, ia
mengalami gaya listrik
dan energi listriknya dapat dipakai sebagai tenaga gerak untuk berpindah tempat.
Hal yang sama terjadi pada magnet
. Jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka terjadi perubahan dalam ruang ini,
yaitu pada setiap titik dalam ruang akan terdapat medan magnetik.
Arah medan magnetik di suatu titik didefinisikan sebagai arah yang ditunjukkan oleh kutub
utara jarum kompas
ketika ditempatkan pada titik tersebut. Perhatikan
Gambar 4.2.1a.
(a) (b)
Gambar 4.2.1. (a) Arah medan magnet, (b) Garis-garis medan magnet
Sama seperti medan listrik, medan magnetikpun dapat digambarkan dalam bentuk garis-garis
khayal yang disebut garis medan magnetik. Garis medan magnetik dapat digambarkan
dengan pertolongan sebuah kompas. Untuk menunjukkan garis medan magnet yang
disebabkan oleh sebuah magnet batang, dilakukan dengan jarum kompas. Arah medan
magnetik di suatu titik pada garis medan ini ditunjukkan dengan
1/8
Medan Magnet
arah garis singgung
di titik tersebut. Gambar 4.2.1(b) menunjukkan garis-garis medan magnetik.
1) Medan magnet di sekitar kawat lurus berarus listrik
Di sekitar kawat yang berarus listrik terdapat medan yang dapat mempengaruhi posisi magnet
lain. Magnet jarum kompas dapat menyimpang dari posisi normalnya bila dipengaruhi oleh
medan magnet. Percobaan ini pertama kali dilakukan oleh Oersted pada tahun 1820. Untuk
melihat model percobaan ini lihat bagian kerja ilmiah. Berdasarkan percobaan ini dapat
disimpulkan bahwa arus listrik (muatan yang bergerak) dapat menimbulkan medan magnetik.
Pada pembahasan listrik statis telah dibahas bahwa muatan listrik statis tidak berinteraksi
dengan batang magnet. Penemuan Oersted telah membuka wawasan baru mengenai
hubungan listrik dan magnet, yaitu bahwa suatu muatan listrik dapat berinteraksi dengan
magnet ketika muatan itu bergerak.
Penemuan ini
membangkitkan kembali teori tentang “muatan” magnet, yaitu bahwa magnet terdiri dari muatan
listrik. Ampere mengusulkan bahwa sesungguhnya
batang magnet yang statis
(
diam
)
itu terdiri dari muatan-muatan listrik yang senantiasa bergerak
dan
kemagnetan itu adalah suatu fenomena
. Konsep muatan magnet dari Ampere ini akan kita bahas nanti (lihat konsep Ampere).
2) Arah Medan Magnetik Akibat Kawat Berarus
2/8
Medan Magnet
Arah medan magnetik yang disebabkan oleh kawat berarus dapat ditentukan dengan 2 cara:
(a). Dengan Menggunakan Jarum Kompas
Suatu jarum kompas yang ditempatkan dalam suatu medan magnetik akan mensejajarkan
dirinya
dengan
garis medan magnetik. Kutub utaranya akan
menunjukkan
arah medan magnetik di titik itu.(Perhatikan Gambar 4.2.2a).
Gambar 4.2.2a Gambar 4.2.2b
Sekarang amati jarum sebuah kompas yang digerakkan pada titik sekitar kawat berarus. Jarum
kompas tampak bergerak sesuai dengan arah garis singgung lingkaran yang berpusat pada
kawat.(Perhatikan Gambar 4.2.2b).
Dari sini dapat disimpulkan bahwa arah garis medan magnetik akibat kawat berarus adalah sej
ajar garis singgung lingkaran-lingkaran yang berpusat pada kawat
dengan arahnya ditunjukkan oleh
kutub utara kompas.
(b). Dengan Aturan Tangan Kanan
3/8
Medan Magnet
Genggam kawat dengan tangan kanan Anda sedemikian sehingga ibu jari Anda menunjukkan
arah arus. Arah putaran genggaman keempat jari Anda menunjukkan arah medan magnetik.
Perhatikan Gambar 4.2.3.
Gambar 4.2.3. Aturan kaidah tangan kanan
Contoh 1:
tentukan arah medan magnetik di titik P, Q, R, S dan T pada Gambar 4.2.4a-b. Arah 8 artinya
keluar dari bidang kertas (menuju kita) dan arah Ä artinya masuk bidang kertas (menjauhi kita).
Gambar 4.2.4a. Gambar 4.2.4b.
4/8
Medan Magnet
Penyelesaian:
Pada Gambar 4.2.4a, arah arus adalah kedalam bidang kertas, dengan menggunakan aturan
tangan kanan kita peroleh bahwa medan magnetik berbetnuk lingkaran yang berputar searah
jarum jam, sehingga di P arah medan magnetik ke atas, di Q kebawah dan di R kekiri. Dengan
aturan tangan juga kita peroleh arah medan di titik S dan T di gambarkan pada Gambar 4.2.4d.
Gambar 4.2.4c. Gambar 4.2.4d.
3) Besar Induksi Magnetik Pada Kawat Lurus Berarus
Untuk menentukan besar induksi magnetik yang ditimbulkan oleh kawat berarus listrik, kita
5/8
Medan Magnet
misalkan sebuah kawat konduktor dialiri arus I. Perhatikan Gambar 4.2.5. Pilih elemen kecil
kawat t yang memiliki panjang
dl. Arah dl sama
dengan arah arus.
Gambar 4.2.5. Sepotong kawat dialiri arus
Elemen
kawat
dinyatakan
dalam
notasi
vectorpada posisi P dengan vector posisi
.terhadap
Misalkan
andadapat
ingin
menentukan medan
magnet
elemen
kawat.
Secara vektor,
induksi
magnetik B yang diakibatkan oleh elemen
Kuat
magnet
di titik P
yang dihasilkan oleh elemen
saja medan
diberikan
oleh hukum
Biot-Savart.
...........................................................(4.2.1)
dengan μ 0 = permeabilitas magnetik ruang hampa = 4π x 10 -7 T m/A
Kuat medan magnet total di titik P yang dihasilkan oleh kawat diperoleh dengan
mengintegralkan rumus di atas.
...........................................................(4.2.2)
Penyelesaian integral persamaan di atas sangat bergantung pada bentuk kawat. Besar
perkalian silang vektor menghasilkan sinus θ. Dengan demikian, persamaan besar induksi
6/8
Medan Magnet
magnetic di sekitar kawat berarus adalah:
...........................................................(4.2.3)
dengan θ sudut apit antara elemen arus i dl dengan vektor posisi r.
Untuk
kawat
yang
sangat
panjang,
nilai batasnya
ditentukan
batas
batas
atas
adalah
.dan
Batas-batas
θ→p
dan θ→0,
Berdasarkan
Gambar
4.2.5, sinyaitu:
θ = a/r, r =bawah adalah = a cosec θ, cot θ = l/a, l=a cot q, dl = -a cosec 2 θ dθ. Dengan demikian, persamaan 4.2.5,
dapat dituliskan:
...........................................................(4.2.4)
Dengan B = induksi magnetik di titik yang diamati.
I = kuat arus listrik
a = jarak titik dari kawat
Contoh 2:
Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus sebesar 2A. Tentukanlah besarnya induksi magnetik
7/8
Medan Magnet
pada sebuah titik yang berada sejauh 10 cm disebelah kanan kawat. Jika arah arus pada
kawat. Jika arah arus pada kawat ke atas, kemanakah arah induksi magnetiknya?
Penyelesaian:
Diketahui: i=2A, a=10 cm =0,1 m
Ditanya: arah induksi = ..............?
Jawab:
=4×10 -6 Wb/m 2 .
Dengan menggunakan kaidah tangan kanan, arah indukasi magnetik di sekitar kawat di
sebelah kanan adalah masuk bidang kertas, dan pada kiri kawat adalah keluar bidang kertas
(lihat
Gambar
Tanda
adalah
tanda 4.2.6b).
masuk, dan
tanda (×) adalah tanda keluar kertas.
8/8