Medan Magnet dan Induksi Elektromagnetik – Pengertian, Sifat dan Hukumnya – 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. Atau secara sederhana Medan magnet adalah ruangan di sekitar kutub magnet, yang gaya tarik/tolaknya masih dirasakan oleh magnet lain.Kelistrikan dapat menghasilkan kemagnetan.
Dapatkah kemagnetan menimbulkan kelistrikan? Kemagnetan dan kelistrikan merupakan dua gejala alam yang prosesnya dapat dibolak-balik. Ketika H.C. Oersted membuktikan bahwa di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet (artinya listrik menimbulkan magnet), para ilmuwan mulai berpikir keterkaitan antara kelistrikan dan kemagnetan. Tahun 1821 Michael Faraday membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik (artinya magnet menimbulkan listrik) melalui eksperimen yang sangat sederhana. Sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat menghasilkan arus listrik pada kumparan itu. Galvanometer merupakan alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir.
Pada kehidupan manusia dewasa ini, peralatan listrik makin banyak digunakan untuk memperoleh kemudahan maupun kenikmatan. Peran listrik makin banyak digunakan dalam berbagai prasarana kehidupan. Sehingga disekitar kita dikelilingi oleh medan listrik maupun medan elektromagnetik. Berbagai penelitian telah dilakukan untuk mengetahui besarnya pengaruh medan elektromagnetik maupun medan listrik terhadap kesehatan.
Simak Juga : Soal Medan Magnet Pilihan Ganda dan Jawaban [+Pembahasan]
A. Medan Listrik
Apabila diamati dengan cermat tampak bahwa terjadinya gaya tolak ataupun gaya tarik pada benda-benda bermuatan listrik berlangsung tanpa kedua benda harus bersentuhan. Ini berarti di sekitar benda bermuatan listrik terdapat medan listrik, yaitu ruang di sekitar muatan listrik tempat gaya-gaya listrik terasa pengaruhnya. Medan listrik digambarkan berupa garis-garis gaya listrik yang ada disekitar benda bermuatan listrik. Arah gaya listrik selalu berawal dari suatu muatan positif dan berakhir di suatu muatan negative.
B. Medan Magnet
Medan magnet adalah suatu daerah di sekitar magnet di mana masih ada pengaruh gaya magnet. Adanya medan magnet ini dapat kita tunjukkan dengan menggunakan serbuk besi dan dapat pula menggunakan kompas.
Medan Magnet di Sekitar Kawat Lurus Berarus Listrik
Seorang ahli Ilmu Pengetahuan Alam yang juga guru besar pada Universitas Kopenhagen yang bernama Hans Christian Oersted (1777 – 1851) dalam penyelidikannya telah menemukan bahwa di sekitar arus listrik terdapat medan magnet. Dalam kuliahnya di Universitas Kopenhagen pada tahun 1820,Oersted menghubungkan baterai dengan sebuah kawat yang bergerak Di atas jarum kompas yang seimbang dibentangkan seutas kawat, sehingga kawat itu sejajar dengan jarum kompas. jika ke dalam kawat dialiri arus listrik, ternyata jarum kompas berkisar dari keseimbangannya.
Dari percobaan yang dilakukannya Oersted menyimpulkan bahwa:
- Di sekitar arus listrik terdapat medan magnet. Ini dapat dideteksi dengan menggunakan serbuk besi yang memerlukan kuat arus yang tinggi, jadi tidak bisa dengan baterai yang kecil.
- Arah medan magnet (garis-garis gaya magnet) bergantung pada arah arus listrik. Jika arah arus diubah, maka arah medan magnet berubah.
- Besar medan magnet dipengaruhi oleh kuat arus dan jarak terhadap kawat.
Untuk menentukan arah garis-garis gaya magnet di sekitar penghantar lurus yang dialiri arus listrik agar lebih mudah digunakan kaidah tangan kanan. Jika ibu jari menunjukkan arah arus, maka arah garis gaya magnet dinyatakan oleh jari-jari yang menggenggam.
Medan Magnet Sebuah Kumparan
Pengaruh medan magnet yang dihasilkan oleh sebuah penghantar arus terhadap benda yang ada di sekitarnya sangat kecil. Hal ini disebabkan medan magnet yang dihasilkan sangat kecil atau lemah. Agar mendapatkan pengaruh medan yang kuat, penghantar itu harus digulung menjadi sebuah kumparan. Pada kumparan, medan magnet yang ditimbulkan oleh lilitan yang satu diperkuat oleh lilitan yang lain. Apabila kumparan itu panjang disebut solenoida. Apabila di dalam kumparan diberi inti besi lunak maka pengaruh kemagnetannya menjadi jauh lebih besar. Karena kumparan yang dililitkan pada inti besi lunak akan menimbulkan sebuah magnet yang kuat. Pengaruh hubungan antara kuat arus dan medan magnet disebut elektromagnet atau magnet listrik. Keuntungan magnet listrik adalah:
- Sifat kemagnetannya sangat kuat.
- Kekuatan magnet itu dapat diubah-ubah dengan mengubah kuat arus.
- Kemagnetannya dapat dihilangkan dengan memutuskan arus listrik.
Magnet listrik dibuat dalam berbagai bentuk, antara lain: berbentuk huruf U, berbentuk batang, berbentuk silinder, dan lingkaran. Di antara bentuk-bentuk magnet listrik tersebut yang paling kuat daya tarik magnetnya adalah yang berbentuk U.
C. Hukum Biotsavart
Definisi : Besar induksi magnetik di satu titik di sekitar elemen arus, sebanding dengan panjang elemen arus, besar kuat arus, sinus sudut yang diapit arah arus dengan jaraknya sampai titik tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.
Jean Baptiste Biot dan Felix Savart pada tahun 1820 mencoba untuk memecahkan fenomena elektromagnetik yang ditemukan oleh Hans Christian Orsted sebulan setelah kabar tentang fenomena itu menyebar di Paris. Oleh karena Orsted tidak mampu memberikan penjelasan matematis tentang fenomena tersebut, Biot dan Savart kemudian berhasil mengamati kontribusi induksi magnetik dB pada suatu titik P yang ditimbulkan oleh arus listrik I yang stabil. Sebagai penjelasan fenomena yang ditemukan oleh Orsted.
Besar induksi magnetik berdasarkan geometri yang dikenal sebagai Hukum Biot – Savart adalah sebagai berikut:
Hukum Biot – Savart: Elemen penghantar dl berarus I menimbulkan induksi magnetik dB dititik P yang berjarak r dari dl. Secara matematik, hukum ini dapat dirangkum melalui persamaan sebagai berikut:
dimana:
- dB : Besar induksi magnetik
- I : Kuat arus listrik
- dl : Panjang elemen penghantar listrik
- sin
0: sinus sudut apit0antara arah arus pada dl dengan garis penghubung titik P dengan dl - r : jarak antara titik P dengan penghantar
- k : adalah tetapan (Wb/Am) yang memenuhi hubungan sebagai berikut,
dengan µ0 adalah permiabilitas vakum= 4π x 10-7 Wb/A m
D. Hukum Ampere
Metode lain untuk menghitung induksi magnetik yang dihasilkan oleh arus listrik adalah dengan menggunakan hukum ampere, yang menyatakan bahwa :
Hubungan antara arus I dan medan magnet B dapat didefinisikan sebagai berikut:
Yang dikenal sebagai Hukum Ampere. Dengan adalah keliling lingkaran, maka persamaannya dapat ditulis menjadi :
Contoh Soal :
Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik sebesar 40 A. besarnya induksi magnet pada sebuah titik yang jaraknya 10 cm dari pusat kawat tersebut adalah …
Diketahui :
- I = 40 A
- a = 10 cm = 10-1 m
- m0 = 4π . 10-7 Wb/Am
Jawaban :
E. Induksi Elektromagnetik
Kumparan yang dialiri arus listrik berubah menjadi magnet disebut Elektromagnet.
Berbicara tentang magnet tidak terlepas dari pembicaraan tentang listrik. Pernyataan tersebut telah dibuktikan dalam percobaan.
Misalnya :
bila sebuah kompas diletakkan dekat dengan suatu penghantar yang sedang dialiri arus listrik, maka kompas tersebut akan bergerak pada posisi tertentu seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.
Kompas bergerak karena dipengaruhi oleh medan . Ini berarti bahwa gerakan kompas seperti pada percobaan di atas adalah akibat adanya medan magnet yang dihasilkan oleh gerakan elektron pada kawat penghantar.
F. Gaya Lorentz
Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet
Pada percobaan oersted telah dibuktikan pengaruh arus listrik terhadap kutub magnet, bagaimana pengaruh kutub magnet terhadap arus listrik akan dibuktikan dari percobaan berikut :
Seutas kawat PQ ditempatkan diantara kutub-kutub magnet ladam kedalam kawat dialirkan arus listrik ternyata kawat melengkung kekiri.
Gejala ini menunjukkan bahwa medan magnet mengerjakan gaya pada arus listrik, disebut Gaya Lorentz. Vektor gaya Lorentz tegak lurus pada I dan B. Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan tangan kanan. Bila arah melingkar jari-jari tangan kanan sesuai dengan putaran dari I ke B, maka arah ibu jari menyatakan arah gaya Lorents.
gaya tersebut disebut gaya Lorentz. Apabila arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz dirumuskan.
Dengan:
F = B . I . l
- F = gaya Lorentz satuan newton (N)
- B = kuat medan magnt satuan tesla (T).
- l = panjang kawat satuan meter (m)
- I = kuat arus listrik satuan ampere (A)
Berdasarkan rumus di atas tampak bahwa apabila arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz bergantung pada panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet. Gaya Lorentz yang ditimbulkan makin besar, jika panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet makin besar.
Contoh :
Kawat panjangnya 2 m berada tegak lurus dalam medan magnet 20 T. Jika kuat arus listrik yang mengalir 400 mA, berapakah besar gaya Lorentz yang dialami kawat?
Penyelesaian:
Diketahui:
l = 2 m
B = 20 T
I = 400 mA = 0,4 A
Ditanya: F = … ?
Jawaban :
F = l . I . B
= 2 . 0,4 .20
= 16 N
Gaya Lorentz yang ditimbulkan kawat berarus listrik dalam medan magnet dapat dimanfaatkan untuk membuat alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi 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 komputer. Adapun, contoh alat ukur listrik yaitu amperemeter, voltmeter, dan ohmmeter.
Sudah selesai membaca materi ini ? Ayo lihat dulu Daftar Materi Fisika
