Materi MEDAN MAGNET
Materi MEDAN MAGNET
Materi MEDAN MAGNET
A. Tujuan Pembelajaran
Setelah mempelajari modul ini Anda diharapkan dapat :
1. menjelaskan fluks magnetik;
2. menjelaskan karakteristik medan magnet;
3. menjelaskan sifat magnetik bahan;
4. menjelaskan Percobaan Oersted;
5. menjelaskan Hukum Biot – Savart;
6. menjelaskan Hukum Ampere;
7. menentukan induksi magnetik pada kawat lurus berarus;
8. menentukan induksi magnetik di sekitar kawat melingkar berarus;
9. menentukan induksi magnetik di sekitar solenoida berarus; dan
10. menentukan induksi magnetik di sekitar toroida berarus.
B. Uraian Materi
1. Medan Magnet
Ketika serbuk besi ditaburkan di sekitar magnet,serbuk besi tersebut akan
membentuk pola tertentu. Pola yang terbentuk tersebut menandakan adanya
medan magnet.
Paku-paku besi yang diletakkan dekat magnet akan ditarik oleh magnet.
Kutub-kutub jarum kompas kedudukannya dapat berubah jika didekatkan
pada magnet.
Gejala terbentuknya pola serbuk besi di sekitar magnet, tertariknya paku besi
dan berubahnya kedudukan kutub-kutub jarum kompas disebabkan oleh
adanya gaya yang ditimbulkan oleh kutub magnet.
Ruangan tempat paku atau atau jarum kompas berada disebut medan gaya.
Gaya yang menyebabkan paku menempel dan berubahnya kedudukan kutub-
kutub jarum kompas ditimbulkan oleh magnet, maka medan gaya tersebut
disebut medan magnet. Jadi, medan magnet adalah ruangan disekitar benda-
benda bersifat magnet yang masih dipengaruhi gaya magnet.
Semakin jauh sebuah posisi dari magnet semakin kecil besar medan
magnetnya karena semakin sedikit jumlah garis gaya magnetnya. Bagaimana
jika posisinya semakin dekat? Semakin dekat sebuah posisi dari magnet maka
semakin besar medan magnetnya karena semakin banyak jumlah garis gaya
magnetnya.
Arah garis gaya magnet adalah dari kutub utara menuju kutub selatan.
5. Hukum Ampere
Hukum Biot-Savart merupakan hukum yang umum yang digunakan untuk
menghitung kuat medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik. Apapun bentuk
konduktor yang dialiri arus, dan berapa pun arus yang mengalir, maka kuat medan
magnet di sekitar arus tersebut selalu memenuhi hukum Biot-Savart. Namun, kita
tidak selalu mudah menentukan kuat medan magnet di sekitar arus dengan
menggunakan hukum Biot-Savart. Untuk bentuk kawat yang rumit, maka integral
pada hukum Biot-Savart tidak selalu dapat diselesaikan.
Oleh karena itu, perlu dikaji metode alternatif untuk menentukan kuat medan
magnet di sekitar arus listrik. Salah satu metode yang cukup sederhana yang akan
dibahas di sini adalah hukum Hukum Biot-Savart merupakan hukum yang umum
yang digunakan untuk menghitung kuat medan magnet yang dihasilkan oleh arus
listrik. Apapun bentuk konduktor yang dialiri arus, dan berapa pun arus yang
mengalir, maka kuat medan magnet di sekitar arus tersebut selalu memenuhi
hukum Biot-Savart. Namun, kita tidak selalu mudah menentukan kuat medan
magnet di sekitar arus dengan menggunakan hukum Biot-Savart. Untuk bentuk
kawat yang rumit, maka integral pada hukum Biot-Savart tidak selalu dapat
diselesaikan.
Pada beberapa peralatan listrik, kita sering melihat sebuah kawat yang dililitkan
pada sebuah logam yang dikenal sebagai kumparan. Ketika peralatan tersebut
dialiri arus listrik maka kumparannya akan menimbulkan magnet disekitarnya.
Untuk mencari besar medan magnet di sekitar kumparan kita akan menemukan
kesulitan jika menggunakan hukum Biot-Savart. Hal yang mudah untuk
menentukannya adalah dengan menggunakan hukum Ampere. Secara matematis
dapat dituliskan sebagai berikut:
∮ 𝐵 𝑑𝑙 𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝜇0
Persamaan di atas nantinya akan disederhanakan pada saat diaplikasikan pada
bentuk penghantar yang berbeda-beda.
𝜇0𝑖
𝐵=
2𝜋𝑎
Keterangan:
𝐵 = besar induksi magnet (T)
𝑖 = besar arus listrik (A)
𝑎 = jarak titik ke kawat (m)
𝜇0 = permeabilitas magnet (4𝜋. 10−7Wb/Am)
Bagaimana kalau kawatnya lebih dari satu misalnya 𝑁 buah kawat, maka
persamaannya menjadi:
𝜇0𝑖𝑁
𝐵=
2𝜋𝑎
Keterangan:
𝐵 = besar induksi magnet (T)
𝑖 = besar arus listrik (A)
𝑎 = jarak titik ke kawat (m)
𝜇0 = permeabilitas magnet (4𝜋. 10−7Wb/Am)
Bagaimana kalau kawatnya lebih dari satu lingkaran misalnya 𝑁 buah lingkaran,
maka persamaannya menjadi:
𝜇0𝑖𝑁
𝐵=
2𝑎
Besar induksi magnet pada solenoida dapat ditentukan pada pusat dan ujung solenoid.
Pada gambar berikut titik o adalah titik pusat solenoid dan titik p adalah titik ujung
solenoida
Gambar 9. Solenoida
Sumber: http://mabelaka.blogspot.com
𝜇0𝑖𝑛
𝐵= 2 atau
𝜇0𝑖𝑁
𝐵=
2𝑙
Keterangan:
𝐵 = besar induksi magnet (T)
𝑖 = besar arus listrik (A)
𝑁 = banyak lilitan kawat (lilitan)
𝑙 = panjang solenoida (m)
𝑛 = banyak lilitan per panjang solenoida (lilitan/m)
𝜇0 = permeabilitas magnet (4𝜋. 10−7Wb/Am)
Keterangan:
𝐵 = besar induksi magnet (T)
𝑖 = besar arus listrik (A)
𝑁 = banyak lilitan kawat (lilitan)
𝑎 = jari-jari toroida (m)
𝜇0 = permeabilitas magnet (4𝜋. 10−7Wb/Am)
C. Rangkuman
1. Medan magnet adalah ruangan disekitar benda-benda bersifat magnet yang masih
dipengaruhi gaya magnet.
2. Bahan magnetik dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu bahan ferromagnetik, bahan para
magnetik, dan bahan diamagnetik.
3. Kesimpulan percobaan Oersted adalah:
Di sekitar kawat (penghantar) yang dialiri arus listrik terdapat atau timbul medan
magnet;
Arah gaya magnet yang menyimpangkan jarum kompas bergantung pada arah
arus listrik yang mengalir pada kawat;
Besarnya medan magnet disekitar kawat berarus listrik bergantung pada kuat
arus listrik dan jaraknya terhadap kawat.
4. Kesimpulan Hukum Biot – Savart, besarnya kuat medan magnet:
Berbanding lurus dengan kuat arus listrik (I)
Berbanding lurus dengan panjang kawat (dl)
Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik P ke elemen kawat
penghantar (r)
Sebanding dengan sinus sudut apit 𝜃 antara arah arus dengan garis hubung antara
titik P ke elemen kawat penghantar.