KEMAGNETAN

Teori Kemagnetan

Menurut teori kemagnetan,

1.      sebuah bahan magnet tersusun dari se­jumlah besar magnet‑magnet kecil yang dinamakan magnet elementer

2.      pada magnet, magnet elementer tersusun secara teratur, sedangkan pada bahan non­magnetik, magnet elementer tersusun se­cara acak;

3.      prinsip membuat magnet adalah menjadikan magnet elementer yang tadinya tidak teratur menjadi teratur dan searah;

4.      pada bahan magnet lunak, magnet elementer mudah "diputar" sehingga bahan‑bahan tersebut mudah dijadikan magnet;

5.      pada bahan magnet keras, magnet elemen­ter sukar "diputar" sehingga bahan ini sukar dijadikan magnet;

6.      bila magnet permanen dipotong, masing-masing potongan akan tetap mempunyai dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan.

1.  Sifat-sifat magnet antara lain: dapat menarik besi, menimbulkan gaya satu sama lain (tolak-menolak dan tarik menarik). Medan magnet: suatu daerah di sekitar magnet dimana masih ada pengaruh gaya magnet.

2.  Bagian magnet yang daya tariknya terbesar disebut kutub magnet. Oleh karena itu setiap magnet mempunyai dua buah kutub yaitu kutub utara, U, dan kutub selatan, S.

Kutub-kutub senama akan saling tolak, misalnya kutub utara dengan utara atau kutub selatan dengan selatan. Sedangkan kutub-kutub yang berlainan jenis akan saling tarik-menarik, contohnya kutub utara didekatkan dengan kutub selatan.

3.  Penggolongan benda berdasarkan sifat magnetik:

a. ferromagnetik, yaitu benda yang ditarik kuat oleh magnet. Contoh: besi, baja, nikel,dan kobalt

b. diamagnetik, yaitu benda yang ditolak oleh magnet. Contoh: timah, aluminium, emas, dan bismuth

c. paramagnetik, yaitu benda yang ditarik lemah oleh magnet. Contoh: platina, tembaga, dan garam.

4.  Cara membuat magnet:

a. menggosokkan magnet tetap,

Caranya: arah gosokan dibuat searah agar magnet elementer yang terdapat pada besi letaknya menjadi teratur dan mengarah ke satu arah.Pada ujung terakhir besi yang digosok, akan mempunyai kutub yang berlawanan dengan kutub ujung magnet penggosoknya

b. aliran arus listrik,

Jika arah arus berlawanan jarum jam maka ujung besi tersebut menjadi kutub utara. Sebaliknya, jika arah arus searah putaran jarum jam maka ujung besi tersebut terbentuk kutub selatan. Dengan demikian, ujung A kutub utara dan B kutub selatan atau sebaliknya.

c. induksi.

Besi dan baja diletakkan di dekat magnet tetap. Magnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh atau terinduksi magnet tetap yang menyebabkan letaknya teratur dan mengarah ke satu arah.

5. Cara Menghilangkan Sifat Kemagnetan.

Sebuah magnet akan hilang sifat kemagnetannya jika magnet dipanaskan, dipukul-pukul, dan dialiri arus listrik bolak-balik. Magnet yang mengalami pemanasan dan pemukulan akan menyebabkan perubahan susunan magnet elementernya. Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak teratur dan tidak searah.

6. Kemagnetan Bumi

  

Medan magnet bumi digambarkan dengan garis-garis lengkung yang berasal dari kutub selatan bumi menuju kutub utara bumi. Magnet bumi tidak tepat menunjuk arah utara-selatan geografis. Penyimpangan magnet bumi ini akan menghasilkan garis-garis gaya magnet bumi yang menyimpang terhadap arah utara-selatan geografis.

   Deklinasi adalah penyimpangan dari arah utara selatan yang sebenarnya. Sedangkan Inklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh magnet dengan garis mendatar.

7. H.C. Oersted membuktikan bahwa di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet (artinya listrik menimbulkan magnet).

Keuntungan magnet listrik:

a. sifat kemagnetannya sangat kuat,

b. kekuatan magnet dapat diubah dengan mengubah arus,

c. kemagnetan dapat dihilangkan dengan memutuskan arus listrik.

8. Gaya Lorentz

Gaya lorentz adalah gaya yang terjadi pada sebuah kawat berarus listrik yang berada dalam lingkungan kuat medan magnet. Atau gaya yang terjadi pada sebuah muatan yang berada dalam lingkup kuat medan magnet.

besarnya gaya lorentz dirumuskan:

F = I L B

dimana

F = Gaya lorentz (N)

B = Kuat medan magnet (Tesla)

I = Kuat arus listrik (A)

L = Panjang kawat (m)

untuk menentukan arah gaya lorentz digunakan aturan tangan kanan.

Penggunaan gaya lorentz pada: motor listrik, amperemeter, galvanometer, dan voltmeter.

Karena gaya Lorentz ( FL ) , arus listrik ( I ) dan medan magnet ( B ) adalah besaran vector maka peninjauan secara matematik besar dan arah gaya Lorentz ini hasil perkalian vector ( cros-product ) dari I dan B.

FL = I x B

Besarnya gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus FL = I.B sinθ

Rumus ini berlaku untuk panjang kawat 1 meter.

Perhitungan diatas adalah gaya Lorentz yang mempengaruhi kawat tiap satuan panjang. Jadi jika panjang kawat = ℓ , maka besar gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus :

FL = I . ℓ . B . Sin θ

• FL = gaya Lorentz dalam newton ( N )
• I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
• ℓ = panjang kawat dalam meter ( m )
• B = kuat medan magnet dalam Wb/m² atau tesla ( T )
• θ = sudut antara arah I dan B

Dari rumus di atas ternyata jika besar sudut θ adalah :

• Θ =900 , arah arus listrik dan medan magnet ( I dan B ) saling tegak lurus maka FL mencapai maksimum
• Θ = 00 , arah arus listrik dan medan magnet ( I dan B ) saling sejajar maka FL = 0 atau kawat tidak dipengaruhi gaya Lorentz

Hubungan antara FL , I dan B dapat lebih mudah dipelajari dengan menggunakan kaidah tangan kiri. Yaitu dengan mengangan-angankan jika ibu jari, jari telunjuk dan jari tangah kita bentangkan saling tegak lurus, maka :

• Ibu jari : menunjukan arah gaya Lorentz ( FL ) Arah gaya Lorentz
• Jari telunjuk : menunjukkan arah medan magnet ( B )
• Jari tengah : menunjukkan arah arus listrik ( I )

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.

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 :

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 mendekati pengamat. 

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.

Keterangan gambar:
I = arus listrik
B = medan magnet
Tanda panah biru menunjukkan arah arus llistrik

Medan Magnet pada Solenoida

Sebuah kawat dibentuk seperti spiral yang selanjutnya disebut kumparan , apabila dialiri arus listrik maka akan berfungsi seperti magnet batang.

Kumparan ini disebut dengan Solenida .

Contoh soal :

1) Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus 5 miliampere berada diruang hampa . Tentukan besarnya induksi magnetic pada titik yang berada sejauh 10 cm disebelah kanan kawat, bila kawat vertikal ?

Jawab :
Diketahui : I = 5 miliampere = 5 . 10 ^{– 3} Ampere
a = 10 cm = 0,1 meter
Ditanya : B = ………….?
Dijawab :

2) Perhatikan gambar berikut ! Seutas kawat berada diantara dua magnet yang memiliki besar induksi magnetik 0,02 Tesla. Jika besar kuat arus yang mengalir pada kawat adalah 5 A,

Tentukan :
a) Besar gaya magnetik yang bekerja pada kawat sepanjang 10 cm
b) Arah gaya magnetik dengan acuan arah mata angin pada gambar

Pembahasan

a) Besar gaya magnetik pada kawat sepanjang l meter yang berada pada medan magnet B Tesla dan dialiri kuat arus listrik sebesar i Ampere dengan sudut antara arah B dan i sebesar θ adalah : 

b) Arah gaya ditentukan dengan kaidah tangan kanan
4 jari → arah B
Jempol → arah i
Telapak tangan → arah F

Jika terdapat dua buah kutub magnet maka arah B adalah dari kutub Utara ke kutub Selatan, sehingga arah F adalah masuk bidang baca atau jika mengikuti petunjuk mata angin arahnya adalah ke bawah.

3) Dua kawat sejajar lurus panjang berjarak 20 cm satu sama lain. Apabila kedua kawat dialiri arus listrik 0,5 A dan 4 A, dan µo = 4π .10^–7 Wb.A^–1.m^–1 maka pada setiap kawat bekerja gaya tiap meternya adalah…?

Pembahasan
Gaya magnetik pada kawat lurus sejajar yang dialiri arus listrik

Sehingga

4) Sebuah kawat yang panjangnya 10 cm berada tegak lurus di dalam medan magnetik. Jika rapat fluks magnetiknya 0,2 tesla dan kuat arus yang mengalir di dalam kawat itu 45 A, gaya yang dialami kawat itu adalah...?

Pembahasan
Diketahui :

l = 10 cm = 0,1 m
i = 45 A
B = 0,2 T
Ditanya : F =....?
F = Bil
F = 0,2 x 45 x 0,1
F = 0,90 N

5) Sebuah kawat berarus listrik I = 2 A membentang horizontal dengan arah arus dari utara ke selatan, berada dalam medan magnet homogen B = 10 – 4 T dengan arah vertikal ke atas. Bila panjang kawatnya 5 meter dan arah arus tegak lurus arah medan magnet. Berapa besar dan arah gaya Lorentz yang dialami oleh kawat ? ...

Jawab :
Diket : I = 2 A
B = 10 – 4 T
ℓ = 5 m

Ditanya : FL = ............... ?
Dijawab : FL = I . ℓ . B . sin θ
                        = 2 ampere . 5 meter . 10 ^-4 Tesla . sin 900
                        = 10^-3 newton.