1. Aturan Garis
Gaya Magnet
Ada tiga aturan
garis-garis medan magnet, yaitu :
1)
Garis-garis medan
magnet tidak pernah memotong satu sama lain
2)
Garis-garis medan
magnet selalu keluar dari kutub utara dan memasuki kutub selatan dan membentuk
kurva tertutup.
3)
Jika garis-garis
medan magnet di daerah tertentu rapat, maka medan magnetis pada daerah itu
kuat, demikian sebaliknya jika garis-garis medan magnet renggang, maka medan
magnetis di daerah itu lemah.
2.
Arah Medan Magnet Pada
Elektromagnetik
Besi
dapat tertarik oleh magnet karena adanya gaya magnetik. Gaya tarik magnet
terhadap besi ini semakin jauh semakin kecil, dan pada suatu saat nol. Selama
besi masih dapat tertarik oleh magnet berarti besi tersebut masih berada dalam
medan magnetik. Medan magnetik adalah daerah di sekitar magnet di
mana benda dipengaruhi oleh gaya magnetik.
Medan Magnet
Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pola medan
magnetik tersebut berbentuk garis lengkung dari kutub utara ke kutub selatan,
(Menurut kesepakatan, arah medan magnetik berasal dari kutub utara menuju kutub
selatan magnetik).
3.
Kuat Medan Eletromagnetik
Medan Magnetik Di Sekitar Kawat Berarus Listrik
Kumparan kawat berinti besi yang dialiri listrik dapat
menarik besi dan baja. Hal ini menunjukkan bahwa kumparan kawat berarus listrik
dapat menghasilkan medan magnetik. Medan magnetik juga dapat ditimbulkan oleh
kawat penghantar lurus yang dialiri listrik. Hal pertama diselidiki oleh Hans
Christian Oersted (1777-1851) dengan percobaan sebagai berikut.
Percobaan
Oersted
Berdasarkan hasil percobaan tersebut terbukti bahwa
arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar itu menghasilkan medan
magnetik, atau di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnetik. Pada
saat arus listrik yang mengalir dalam penghantar diperbesar, ternyata kutub
utara jarum kompas menyimpang lebih jauh. Hal ini berarti semakin besar arus
listrik yang digunakan, semakin besar medan magnet magnetik yang dihasilkan.
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 jarimu yang lain
menunjukkan arah medan magnetik (B). Kaidah tangan kanan ini juga dapat
digunakan untuk menentukan arah medan magnetik pada penghantar berbentuk
lingkaran yang dialiri listrik.
Untuk mengetahui letak kutub utara dan kutub selatan
yang terbentuk pada kumparan berarus listrik dapat dilakukan dengan cara
sebagai berikut.
Medan Magnet
Kawat Berarus
Perhatikan arah arus listrik yang mengalir pada
kumparan. Ujung kumparan yang pertama ksli mendapat arus listrik dijadikan
pedoman untuk menentukan letak kutub-kutub magnet. Caranya, genggamlah ujung
kumparan yang pertama kali teraliri arus listrik dengan posisi jari tangan
kanan sesuai dengan letak kawat pada inti besi. Apabila kawat itu berada di
depan inti besi, letakkan telapak tangan menghadap ke depan, kemudian
genggamlah kumparan berinti besi itu.
Kaidah
Tangan Kanan
Letak kutub utara magnet ditunjukkan oleh arah ibu
jari, sedangkan arah sebaliknya menunjukkan kutub selatan. Jika kawat
penghantar yang pertama kali teraliri arus listrik berada di belakang inti
besi, maka hadapkan telapak tanganmu ke belakang, kemudian genggamlah kumparan
kawat itu. Dengan cara yang sama kamu dapat menentukan letak kutub utara dan
kutub selatan magnet.
Elektromagnet
Elektromagnet adalah magnet yang terjadi karena aliran
listrik pada kumparan berinti besi. Elektromagnet ini memiliki beberapa
kelebihan dibanding magnet permanen. Kelebihan-kelebihan tersebut antara lain:
1)
Sifat
kemagnetannya dapat diperbesar dengan cara memperbanyak jumlah liitan atau
memperbesar arus listri
2)
Sifat
kemagnetannya dapat dihilangkan dengan cara memutus arus listrik, dan dapat
ditimbulkan kembali dengan cara meyambung arus listrik
3)
Kutub-kutub
magnetnya dapat ditukar dengan cara mengubah arah arus listrik.
4)
Peralatan
sehari-hari yang berprinsip pada elektromagnet antara lain: telepon, bel
listrik, alat ukur listrik, dan alat pengangkat besi.
4.
Arah Gaya Lorentz
Arah gaya
lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Jari-jari tangan kanan
diatur sedemikian rupa, sehingga Ibu jari tegak lurus terjadap telunjuk dan
tegak lurus juga terhadap jari tengah. Bila arah medan magnet (B) diwakili oleh
telunjuk dan arah arus listrik (I) diwakili oleh ibu jari, maka arah gaya
lorentz (F) di tunjukkan oleh jari tengah, perhatikan
gambar berikut :
Gaya lorentz pada penghantar bergantung pada faktor sebagai berikut :
(1) kuat medan magnet (B)
(2) besar arus listrik (I)
(3) panjang penghantar
sehingga dapat dirumuskan
F = B.I.L
keterangan :
F adalah gaya lorentz (N)
B adalah kuat medan magnet (Tesla)
I adalah kuat arus listrik (A)
L adalah panjang penghantar (m)
5.
Gaya Lorentz Pada Kawat
Sejajar
Jika ada dua kawat saling sejajar
dipasang saling berdekatan ternyata kedua kawat akan saling tarik-menarik jika
dialiri arus searah , dan akan saling tolak menolak jika dialiri arus
berlawanan arah.
Dua kawat sejajar terpisah sejauh a dialiri arus listrik I1 dan I2 searah satu sama lain . Titik P adalah perpotongan antara kawat I1dengan bidang dan titik Q perpotongan antara I2 dengan bidang. B1 adalah medan dititik Q akibat dari kuat arus I1 sedangkan B2 adalah medan magnet dititik P akibat dari kuat arus I2. Jika masing-masing titik ( P dan Q ) ditentukan arah gaya Lorentz yang dialaminya ( dengan menggunakan kaidah tangan kiri ) maka gaya F1 dan F2 akan seperti gambar. Gaya tersebut akan menyebabkan kedua kawat saling tertarik dan akan melengkung kedalam.
Dua kawat sejajar terpisah sejauh a dialiri arus listrik I1 dan I2 searah satu sama lain . Titik P adalah perpotongan antara kawat I1dengan bidang dan titik Q perpotongan antara I2 dengan bidang. B1 adalah medan dititik Q akibat dari kuat arus I1 sedangkan B2 adalah medan magnet dititik P akibat dari kuat arus I2. Jika masing-masing titik ( P dan Q ) ditentukan arah gaya Lorentz yang dialaminya ( dengan menggunakan kaidah tangan kiri ) maka gaya F1 dan F2 akan seperti gambar. Gaya tersebut akan menyebabkan kedua kawat saling tertarik dan akan melengkung kedalam.
Bagaimana jika salah satu kawat dialiri arus listrik dengan berlawanan arah dengan kawat yang lainnya ?
Coba gambarkan sendiri , dengan I1 atau I2 dibalik
arahnya ?
Besarnya gaya tarik atau tolak yang dialami kawat tiap satuan
panjang setelah dijabarkan terdapat rumus :
FL = gaya Lorentz dalam newton ( N )
I1 dan I2 = arus pada masing-masing kawat
dalam ampere ( A )
a = jarak antara kedua kawat dalam meter ( m )
μ0 = permeabilitas udara / ruang hampa = 4∏. 10-7 Wb/
Am. m
Catatan :
Jika
I1 = I2 = I , dan ℓ = 1 meter maka FL = μ0
I2 / 2π.a
Jika I = 1 ampere dan a = 1 m maka besarnya FL = 4∏. 10-7 ( 1 )2 / 2π.1 = 2 . 10-7 N
Jika I = 1 ampere dan a = 1 m maka besarnya FL = 4∏. 10-7 ( 1 )2 / 2π.1 = 2 . 10-7 N
6.
Gaya
Lorentz Pada Muatan Yang Bergerak
Sebuah
partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam daerah medan magnet
homogen akan mendapatkan gaya. Gaya ini juga dinamakan gaya Lorentz. Gerak
partikel akan menyimpang searah dengan gaya lorentz yang mempengaruhi.
Pada
gambar tampak sebuah partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet.
Ditunjukkan bagaimana kalau partikel tersebut bermuatan positif ( gambar a )
dan bagaimana kalau partikel tersebut bermuatan negatif ( gambar b ).
Arah gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dapat juga
ditentukan dengan kaidah tangan kiri
Ibu jari =
sebagai arah gaya Lorentz
Jari telunjuk = sebagai arah medan magnet
Jari tengah = sebagai arah arus listrik
(untuk muatan positif arah gerak
searah dengan arah arus, sedang untuk muatan negatif arah gerak
berlawanan dengan arah arus )
Coba kalian terapkan pada gambar diatas, sesuaikah dengan aturan tersebut ?
Jika besar muatan q bergerak dengan kecepatan v,
dan I = q / t maka persamaan gaya Lorentz
untuk kawat dapat dituliskan :
FL = I . ℓ . B sin θ = q/t . ℓ . B sin θ
= q . ℓ/t . B sin θ = q . v . B sin θ
Karena ℓ/t = v .
= q . ℓ/t . B sin θ = q . v . B sin θ
Karena ℓ/t = v .
Sehingga besarnya gaya Lorentz yang dialami oleh
sebuah muatan yang bergerak dalam daerah medan magnet dapat dicari dengan
menggunakan rumus :
|
FL = q . v . B sin θ
|
FL = gaya Lorentz dalam newton ( N )
q = besarnya muatan yang bergerak
dalam coulomb ( C )
v = kecepatan muatan dalam meter /
sekon ( m/s )
B = kuat medan magnet
dalam Wb/m2 atau tesla ( T )
θ = sudut antara arah v dan B
FL selalu mempunyai arah tegak lurus
dengan v dan B
Catatan penting :
Sebenarnya gaya yang mempengaruhi pada muatan yang
bergerak dalam medan magnet disamping dipengaruhi gaya magnet juga dipengaruhi
oleh gaya listrk sebesar F = q . E. Tetapi karena nlai gaya ini
sangat kecil dibandingkan dengan gaya magnetnya maka didalam perhitungan
terkadang diabaikan
Bila sebuah partikel bermuatan listrik bergerak tegak
lurus dengan medan magnet homogen yang mempengaruhi selama geraknya, maka
muatan akan bergerak dengan lintasan berupa lingkaran.
Sebuah muatan positif bergerak dalam medan magnet B (dengan arah menembus bidang) secara terus menerus (gambar P) akan membentuk lintasan lingkaran dengan gaya Lorentz yang timbul menuju ke pusat lingkaran. Demikian juga untuk muatan negative (gambar Q )
Persamaan-persamaan yang memenuhi pada muatan yang
bergerak dalam medan magnet homogen sedemikian sehinga membentuk lintasan lingkaran
adalah :
Gaya yang dialami akibat medan magnet : FL
= q . v . B
Gaya sentripetal yang dialami oleh partikel : Dengan menyamakan kedua persamaan kia mendapatkan persamaan :
Gaya sentripetal yang dialami oleh partikel : Dengan menyamakan kedua persamaan kia mendapatkan persamaan :
R = jari-jari lintasan partikel
dalam meter ( m )
m = massa partikel dalam kilogram ( kg
)
v = kecepatan partikel dalam meter /
sekon ( m/s )
q = muatan partikel dalam coulomb ( C )
7.
Garis Gaya Magnet
1) Garis gaya magnet adalah arah medan
magnet yang berupa garis-garis yang menghubungkan kutub-kutub magnet.
2) Garis gaya magnet memiliki arah
meninggalkan kutub utara dan menuju kutub selatan.
3) Garis gaya magnet selalu tidak
berpotongan.
4) Tempat di mana garis gayanya rapat
maka menunjukkan bahwa medan magnet nya juga kuat begitu pula
sebaliknya.
