1. MEDAN MAGNET a. Medan Magnet di Sekitar Kawat Lurus

1. MEDAN MAGNET
a. Medan Magnet di Sekitar Kawat Lurus
Besarnya medan magnet disekitar kawat lurus panjang berarus listrik dipengaruhi oleh
besarnya kuat arus listrik dan jarak titik tinjauan terhadap kawat. Semakin besar kuat arus
semakin besar kuat medan magnetnya, semakin jauh jaraknya terhadap kawat semakin kecil
kuat medan magnetnya seperti terlihat pada gambar 1.1.
Gambar 1.1 . kuat medan magnet terhadap jarak.
Berdasarkan perumusan matematik oleh Biot-Savart maka besarnya kuat medan
magnet disekitar kawat berarus listrik dirumuskan dengan :
B = Medan magnet dalam tesla ( T )
μo = permeabilitas ruang hampa
I
= Kuat arus listrik dalam ampere ( A )
a
= jarak titik P dari kawat dalam meter (m)
Arah medan magnet menggunakan aturan tangan kanan
Gambar 1.2 arah medan magnet menggunakan arah tangan kanan
Medan magnet adalah besaran vector, sehingga apabila suatu titik dipengaruhi oleh
beberapa medan magnet maka di dalam perhitungannya menggunakan operasi vektor.
Berikut ditampilkan beberapa gambar yang menunnjukkan arah arus dan arah medan
magnet.
Arah medan magnet didaerah titik P ( diatas kawat berarus listrik ) menembus bidang
menjauhi pengamat sedang didaerah titik Q dibawah kawat berarus listrik menembus bidang
mendekatipengamat.
Tanda titik menunjukkan arah medan menembus bidang mendekati pengamat.
Tanda
silang menunjukkan
arah
medan
menembus
bidang
menjauhi
pengamat.
Tanda anak panah biru menunjukkan arah arus listrik.
Pada sumbu koordinat x, y, z kawat berarus listrik berada pada bidang xoz dan
bersilangan dengan sb. Z negative. Arah arus listrik searah dengan sumbu x positif.
Jarak antara kawat I dengan titik pusat koordinat (O) adalah a maka besarnya medan magnet
dititik (O) tersebut searah dengan sumbu y negative, seperti terlihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 1.3 : arah arus dan arah medan magnet
Keterangan gambar:
I = arus listrik
B = medan magnet
Tanda panah biru menunjukkan arah arus listrik
b. Medan Magnet di Sekitar Kawat Melingkar
Besar dan arah medan magnet disumbu kawat melingkar berarus listrik dapat
ditentukan dengan rumus :
Keterangan:
BP = Induksi magnet di P pada sumbu kawat melingkar dalam tesla ( T)
I
= kuat arus pada kawat dalam ampere ( A )
a
= jari-jari kawat melingkar dalam meter ( m )
r
= jarak P ke lingkaran kawat dalam meter ( m )
θ
= sudut antara sumbu kawat dan garis hubung P ke titik pada lingkaran kawat
dalam derajad (°)
x
= jarak titik P ke pusat lingkaran dalam mater ( m )
Besarnya medan magnet di pusat kawat melingkar dapat dihitung
B = Medan magnet dalam tesla ( T )
μo = permeabilitas ruang hampa = 4п . 10 -7 Wb/amp. m
I
= Kuat arus listrik dalam ampere ( A )
a
= jarak titik P dari kawat dalam meter (m)
r
= jari-jari lingkaran yang dibuat
Arah ditentukan dengan kaidah tangan kanan
Apabila kawat melingkar tersebut dialiri arus listrik dengan arah tertentu maka
disumbu pusat lingkaran akan muncul medan magnet dengan arah tertentu. Arah medan
magnet ini ditentukan dengan kaidah tangan kanan.
Dengan aturan sebagai berikut: Apabila tangan kanan kita menggenggam maka arah
ibu jari menunjukkan arah medan magnet sedangkan keempat jari yang lain menunjukkan
arah arus listrik
Keterangan gambar :
Gambar 1.4 arah medan magnet pada kawat melingkar
c. Medan Magnet pada Solenoida
Sebuah kawat dibentuk seperti spiral yang selanjutnya disebut kumparan , apabila
dialiri arus listrik maka akan berfungsi seperti magnet batang.
Gambar 1.5 Medan Magnet pada Solenoida
Kumparan ini disebut dengan Solenida
Besarnya medan magnet disumbu pusat (titik O) Solenoida dapat dihitung :
Bo=
𝝁𝒐 𝑰 𝑵
𝑳
Bo = medan magnet pada pusat solenoida dalam tesla ( T )
μ0 = permeabilitas ruang hampa = 4п . 10 -7 Wb/amp. M
I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
N = jumlah lilitan dalam solenoida
L = panjang solenoida dalam meter ( m ) Bo=
𝝁𝒐 𝑰 𝑵
𝑳
Dengan arah medan magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Arah arus
menentukan arah medan magnet pada Solenoida.
Gambar 1.6
Besarnya medan magnet di ujung Solenida (titik P) dapat dihitung:
BP=
𝝁𝟎 𝑰 𝑵
𝟐𝑳
Keterangan :
BP = Medan magnet diujung Solenoida dalam tesla ( T )
N = jumlah lilitan pada Solenoida dalam lilitan
I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
L = Panjang Solenoida dalam meter ( m
𝜇0 = permeabilitas ruang hampa udara
)
= 4п . 10 -7 Wb/amp. M
2. GAYA LORENT
Gaya Lorent adalah adalah gaya (dalam bidang fisika) yang ditimbulkan oleh muatan
listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet B. Arah
gaya ini akan mengikuti arah maju skrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik
(v) ke arah medan magnet, B, seperti yang terlihat dalam rumus berikut:
Dimana:
F adalah gaya (dalam satuan/unit newton)
B adalah medan magnet (dalam unit tesla)
q adalah muatan listrik (dalam satuan coulomb)
v adalah arah kecepatan muatan (dalam unit meter per detik)
x adalah perkalian silang dari operasi vektor
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 sepertiterlihat pada gambar berikut.
Gambar 2.1 : 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
.
Gambar 2.2 :cara mengenggam ujung kumparan.
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)