Medan Magnet

Jenis-jenis magnet berdasarkan bentuknya:
1. Magnet Batang
2. Magnet jarum
3. Magnet Tabung
4. Magnet Tapal Kuda

Magnet memiliki dua buah kutub magnet yaitu kutub utara dan kutub selatan magnet.

Medan magnet adalah daerah atau ruang di sekitar magnet dimana magnet lain atau benda lain yang mudah dipengaruhi magnet akan mengalami gaya magnetik jika diletakkan dalam ruang tersebut.

Garis-garis gaya magnet adalah garis-garis yang menunjukkan arah dari gaya magnet dimana garis gaya menunjukkan arah keluar dari kutub utara magnet menuju masuk ke kutub selatan magnet.

2. Medan Magnetik di Sekitar Kawat Berarus Listrik

      Kita telah mempelajari bahwa di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnetik. Hans Christian Oersted pada tahun 1820 dalam percobaannya, ia menggunakan sebuah kompas jarum untuk menunjukkan bahwa ketika arus listrik mengalir pada seutas kawat, jarum kompas yang diletakkan pada daerah medan magnetik yang dihasilkan oleh kawat berarus menyebabkan jarum kompas menyimpang dari arah utara-selatan.

2.1. Arah Induksi Magnetik di Sekitar Kawat Berarus Listrik

         Cara kita menentukan arah garis medan-medan magnet di sekitar kawat berarus listrik adalah dengan menggunakan kaidah putaran tangan kanan yaitu sebagai berikut:

           Genggam kawat lurus dengan tangan kanan sedemikian hingga ibu jari menunjukkan arah kuat arus listrik, maka arah putaran keempat jari yang dirapatkan akan menyatakan arah lingkaran garis-garis medan magnetik.

atau

           Apabila kawat berbentuk lingkaran maka arah putaran keempat jari yang dirapatkan akan menunjukkan arah putaran arus listrik, demikian sehingga ibu jari menyatakan arah garis-garis medan magnetik.

           Seperti pada kasus solenoida, arus i-nya berputar sehingga untuk memudahkan kaidah tangan kanan, arah putaran keempat jari yang dirapatkan menunjukkan arah putaran arus, sedang arah ibu jari menunjukkan arah garis-garis medan magnetiknya. Ketika sebuah solenoida dialiri arus listrik maka garis-garis medan magnetik yang dihasilkan mirip seperti magnet batang, dimana garis gaya magnet akan keluar dari ujung ibu jari (kutub utara) dan masuk ke pangkal ibu jari (kutub selatan).

2.2. Besar Induksi Magnetik

              Dua ilmuwan pertama yang menyelidiki besar induksi magnetik yang ditimbulkan oleh kawat berarus listrik adalah Biot dan Savart. Keduanya berhasil menemukan persamaan kuantitatif untuk menentukan besar induksi magnetik oleh kawat berarus, yang disebut hukum Biot-Savart. Hukum ini berbentuk persamaan sebagai berikut.

 

dengan  adalah sudut apit antara elemen arus i dl dengan vektor posisi r.
             adalah permeabilitas vakum, 
                   
 2.2.1. Besar Induksi magnetik di Sekitar Kawat Lurus Berarus 

Besar induksi magnetik untuk 
kawat lurus berarus 
dengan panjang tertentu

Besar induksi magnetik kawat lurus 
sangat panjang dan berarus

2.2.2. Besar Induksi Magnetik pada Kawat Lingkaran Berarus

Besar induksi magnetik di pusat 
kumparan kawat lingkaran berarus

jika kawat terdiri dari N lilitan, maka

dengan a adalah jari-jari lingkaran. 

3. Gaya Lorentz (F)

        Gaya Lorentz adalah gaya magnetik yang timbul apabila kawat berarus listrik diletakkan memotong garis-garis medan magnet yang dihasilkan oleh pasangan kutub utara-selatan suatu magnet tetap.

3.1 Gaya Lorentz pada Penghantar Berarus

              Jika anda melakukan percobaan meletakkan pita aluminium diantara dua buah kutub yang berlawanan jenis dan pita aluminium dihubungkan dengan sumber arus. Maka saat pita aluminium dialiri arus, pita aluminium akan melengkung ke atas. Ini menunjukkan bahwa gaya Lorentz (F) berarah vertikal keatas. Jika kita buka telapak tangan kanan kita dengan empat jari (selain ibu jari) dirapatkan, ternyata arah kuat arus listrik i, arah induksi magnetik (B), dan arah gaya Lorentz(F) yang dihasilkan mengarah ke atas. Jadi, arah gaya Lorentz yang dialami oleh sebuah konduktor yang diletakkan dalam daerah medan magnetik dapat ditentukan dengan mudah dengan menggunakan kaidah telapak tanganyang berbunyi sebagai berikut.

Buka telapak tangan kanan dengan empat jari selain ibu jarai dirapatkan. Arahkan keempat jari yang dirapatkan sesuai dengan arah induksi magnetik B dan arahkan ibu jari hingga sesuai dengan arah kuat arus listrik i, maka arah gaya Lorentz F yang dialami oleh konduktor akan sesuai dengan arah dorongan telapak tangan.

Adapun besar gaya Lorentz dinyatakan oleh 

 

dengan L adalah panjang kawat konduktor dan

            adalah sudut apit terkecil antara arah arus i dan arah induksi magnet B.

Pada dua batang magnet yang didekatkan, maka akan terjadi gaya tarik-menarik atau tolak menolak antara kedua magnet tersebut. Gaya tarik-menarik atau tolak menolak antara dua magnet terjadi karena di sekitar magnet terdapat medan magnetik. Gaya tolak menolak terjadi pada saat kedua kutub magnet sama dan gaya tarik menarik terjadi pada saat kedua kutub yang berdekatan berbeda.

Pengertian Medan Magnet

Pola garis-garis lengkung yang terbentuk ini merupakan pola garis-garis medan magnetik yang disebut garis gaya magnetik. Nah, ruang di sekitar magnet yang mengalami gaya magnetik dinamakan medan magnetik. Medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang menyebabkan sebuah muatan yang bergerak di sekitarnya mengalami suatu gaya.Medan magnet tidak dapat dilihat, namun dapat dijelaskan dengan mengamati pengaruh magnet pada benda lain, misalnya pada serbuk besi.

Dengan mengamati garis gaya magnetik pada gambar diatas dapat kita simpulkan sebagai berikut.

1. Garis-garis gaya magnetik selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.
2. Garis-garis gaya magnetik tidak pernah saling berpotongan dengan garis-garis gaya magnetik lain yang berasal dari magnet yang sama.
3. Daerah yang garis-garis gaya magnetiknya rapat menunjukkan medan magnetik yang kuat, sedangkan daerah yang garis-garis gaya magnetiknya kurang rapat menunjukkan medan magnetik yang lemah. Dari gambar diatas kita dapat melihat bahwa medan magnetik paling kuat terdapat di kutub-kutub magnet.

Beberapa contoh garis gaya magnet dengan arahnya ditunjukkan pada gambar berikut.

Arah Garis Gaya Medan Magnet

Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus Listrik

Untuk mengetahui medan magnet disekitar arus listrik dapat dilakukan percobaan sebagai berikut.

1. Dekatkan kompas pada kawat yang belum dihubungkan dengan baterai. Apakah kedudukan jarum kompas tersebut berubah? Perhatikan gambar (a).
2. Hubungkan kawat tembaga dengan baterai, kemudian dekatkan dengan kompas. Apakah kedudukan jarum kompas berubah? Ke arah manakah jarum kompas menyimpang? Perhatikan gambar (b).
3. Ubahlah arah arus listrik yang mengalir dengan mengubah kedudukan kutub baterai, kemudian dekatkan dengan kompas. Apakah kedudukan jarum kompas berubah? Ke arah manakah jarum kompas menyimpang? Perhatikan gambar (c).

Dari Percobaan diatas kita dapat mengamati bahwa medan magnetik di sekitar kawat yang dialiri arus listrik dapat memengaruhi kedudukan jarum kompas. Ketika arah arus listrik diubah dengan mengubah kedudukan kutub baterai, maka arah penyimpangan jarum kompas pun turut berubah sehingga :

1. Arah garis gaya magnetik tergantung pada arah arus listrik yang mengalir pada kawat penghantar.
2. Medan magnetik terdapat di sekitar kawat penghantar yang dialiri arus listrik.

Di sekitar kawat penghantar berarus listrik terdapat medan magnet yang diselidiki olehHans Christian Oersted. Arah medan magnetik dari sebuah kawat yang dialiri arus listrik dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan Oersted, seperti yang diperlihatkan pada gambar dibawah. Arah arus listrik ditunjukkan dengan ibu jari dan garis gaya magnetik ditunjukkan dengan keempat jari tangan.

Hukum Tangan Kanan

Medan magnetik yang dihasilkan oleh sebuah kawat penghantar sangatlah lemah, untuk menghasilkan medan magnetik yang cukup kuat dapat digunakan kumparan berarus listrik. Kumparan bersifat sebagai magnet yang kuat ini disebut sebagai elektromagnet. Elektromagnet memiliki sifat kemagnetan sementara. Jika arus listrik diputuskan, sifat kemagnetannya segera hilang. Mengapa kumparan berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik yang kuat? Kumparan berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik yang kuat karena setiap lilitan pada kumparan menghasilkan medan magnetik yang akan diperkuat oleh lilitan lainnya. Semakin banyak lilitan suatu kumparan, medan magnetik yang dihasilkannya semakin besar. Pola garis gaya magnetik yang dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus listrik ditunjukkan pada gambar berikut.

Untuk menentukan kutub magnet pada kumparan berarus listrik, digunakan aturan genggaman tangan kanan. Kutub utara ditunjukkan oleh arah ibu jari, arah arus pada kumparan sama dengan arah genggaman keempat jari. Konsep seperti ini disebut kaidah tangan kanan untuk menentukan kutub magnet dari arah arus listrik.