Materi fisika pasti ngga jauh dong sama Medan Magnet. Lalu apa sih sebenarnya medan magnet itu? Langsung simak aja pembahasan berikut ini.

Pengertian Medan Magnet

Medan magnet merupakan suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya.

Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik, ini yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet (permanen).

Medan magnet juga biasa disebut verktor magnet yaitu berhubungan dengan titik dalam ruangan yang bisa di ubah – ubah menurut waktu.

Arah magnet yaitu searah dengan jarum jam atau jarum kompas. Nah, magnet punya 2 kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan.

Kedua kutub tersebut saling tarik – menarik dengan simbol (-) dan (+). Kalo (-) bertemu dengan (-), maka akan saling tolak – menolak sama dengan kalo (+) bertemu dengan (+), maka akan saling tolak – menolak juga.

Sifat – Sifat Medan Magnet

Berikut, dibawah ini ada beberapa sifat – sifat medan magnet, diantaranya yaitu:

1. Magnet sebagai petunjuk kompas.
2. Magnet mampu menarik benda seperti logam, besi dan sejenisnya.
3. Magnet bisa menembus benda buat tarikan, semakin kuat gaya magnetnya maka semakin kuat juga gaya tarikannya.
4. Magnet memiliki dua kutup yaitu kutup utara dan selatan.
5. Kalo kutup utara bertemu dengan kutup utara maka akan saling tolak menolak begitu juga sebaliknya.

Penggolongan Benda Berdasarkan Sifat Magnetnya, yaitu:

Berdasarkan sifat magnetnya, benda dibagi jadi 2 macam yaitu ferromagnetik (benda yang bisa ditarik kuat oleh magnet), parramagnetik (benda yang bisa ditarik magnet dengan lemah) dan diamagnetik (benda yang gak bisa ditarik oleh magnet).

1. Contohnya: Ferromagnetik yaitu berupa besi, baja, nikel dan kobalt.
2. Contohnya: Parramagnetik  yaitu berupa platina dan aluminium.
3. Contohnya: Diamagnetik yaitu berupa seng, dan bismut.

Nah, Magnet sendiri bisa menarik benda logam tertentu karena susunan magnet elementer didalam magnet itu tersusun teratur.

Kalo kamu bisa membuat susunan magnet elementer teratur, maka kamu akan bisa membuat magnet.

Prinsip Kemagnetan

Pada sebuah magnet sebenarnya kumpulan jutaan magnet ukuran mikroskopik yang teratur satu dan lainnya. Kutub utara dan kutub selatan magnet posisinya teratur, kamu bisa lihat gambar dibawah ini.

Secara keseluruhan kekuatan magnetnya jadi besar. Logam besi bisa jadi magnet secara permanen (tetap) atau bersifat megnet, sedangkan dengan cara induksi elektromagnetik.

Tapi, ada beberapa logam yang gak bisa jadi magnet, contohnya yaitu tembaga, aluminium, dan logam tersebut dinamakan diamagnetik.

Bumi adalah magnet alam raksasa, bisa kamu buktikan dengan alat yang dinamakan kompas, dimana jarum penunjuk pada kompas akan menunjukkan arah utara dan selatan bumi, seperti pada gambar berikut ini.

Karena, sekeliling bumi sebenarnya dilingkupi garis gaya magnet yang gak tampak oleh mata kamu, tapi bisa diamati dengan kompas keberadaannya.

Batang magnet memancarkan garis gaya magnet yang melingkupi dengan arah dari utara ke selatan.

Bukti ini dilakukan dengan menempatkan batang magnet diatas selembar kertas, dan diatas kertas tersebut ditaburkan serbuk halus besi secara merata, yang terjadi yaitu bentuk garis – garis dengan pola melengkung oval diujung – ujung kutub.

Ujung kutub utara – selatan muncul pola garis gaya yang kuat. Daerah netral pola garis gaya magnetnya lemah. Bagian netral magnet artinya gak punya kekuatan magnet.

Buat membuktikan, kalo daerah netral gak punya kekuatan magnet. Ambil beberapa sekrup besi, coba amati tampak sekrup besi akan menempel baik diujung kutub utara atau ujung kutub selatan.

Daerah netral dibagian tengah sekrup gak akan menempel sama sekali, dan sekrup akan terjatuh. Mengapa besi biasa berbeda logam magnet?

Pada besi biasa ada kumpulan magnet – magnet dalam ukuran mikroskopik, tapi posisi masing – masing magnet gak beraturan satu dengan lainnya, jadi saling menghilangkan sifat kemagnetannya.

Arah garis gaya magnet dengan pola garis melengkung mengalir dari arah kutub utara ke kutub selatan.

Didalam batang magnet sendiri garis gaya mengalir sebaliknya, yaitu dari kutub selatan ke kutub utara. Didaerah netral gak ada garis gaya diluar batang magnet.

Bukti ini, secara visual garis gaya magnet buat sifat tarik menarik pada kutub beda dan sifat tolak – menolak pada kutub sama pakai magnet dan serbuk halus besi, seperti gambar ini.

Tampak jelas kutub sejenis utara – utara garis gaya saling menolak satu dan lainnya. Pada kutub yang beda utara – selatan, garis gaya magnet punya pola tarik menarik.

Sifat saling tarik – menarik dan tolak – menolak magnet jadi dasar bekerjanya motor listrik.

Pola garis medan magnet tolak – menolak dan 4b. pola garis medan magnet tarik – menarik.

Buat dapat garis gaya magnet yang merata disetiap titik permukaan maka ada 2 bentuk yang mendasari rancangan mesin listrik.

Bentuk datar (flat) akan menghasilkan garis gaya merata setiap titik permukaannya. Bentuk melingkar (radial), juga menghasilkan garis gaya yang rata setiap titik permukaannya.

Gambar Kutub Magnet

Perhatikan gambar di atas, gambar di atas ada 4 aturannya yaitu:

1. Kalo kutub selatan bertemu dengan kutub selatan, maka akan saling tolak – menolak.
2. Kalo kutub selatan bertemu dengan kutub utara, maka akan saling tarik – menarik
3. Kalo kutub utara bertemu dangan kutub utara, maka akan saling tolak – menolak
4. Kalo kutub selatan bertemu dengan kutub utara, maka akan saling tarik – menarik.

Satuan Medan Magnet

1. Garis Gaya

Garis gaya yaitu lintasan kutub utara dalam medan magnet atau garis yang bentuknya demikian sampai kuat medan di tiap titik dinyatakan oleh garis singgungnya.

Garis – garis gaya keluar dari kutub – kutub dan masuk ke dalam kutub selatan. Untuk buat pola garis gaya bisa dengan jalan menaburkan serbuk besi disekitar magnet.

Buat menunjukan adanya medan magnet bisa dilakukan dengan meletakan beberapa kompas disekitar magnet.

Lalu, jarum – jarum pada kompas akan menunjukkan arah garis-garis gaya magnet pada titik – titik tertentu disekitar magnet.

Jadi, adanya medan magnet bisa digambarkan dengan garis – garis gaya magnet.

1. Garis gaya magnet yaitu garis khayal yang merupakan lintasan kutub utara magnet – magnet kecil apabila bisa bergerak dengan bebas.
2. Garis – garis gaya magnet selalu mengarah dari kutub utara ke selatan dangak pernah berpotongan.
3. Gaya tarik – menarik antara dua kutub magnet gak senama dan gaya tolak – menolak antara 2 kutub yang senama digambarkan dengan garis – garis gaya magnet.

2. Rapat Garis – Garis Gaya (B) = Flux Density

Jumlah garis gaya, tiap satuan luas yang tegak lurus kuat medan.

Rumusnya: B = Φ/A

Kuat medan magnet di suatu titik, sebanding dengan rapat garis gaya dan berbanding terbalik dengan permeabilitasnya.

H = B/µ atau B = µ . H = µ . r . µ . o . H

Keterangan:

• B = Rapat garis – garis gaya
• µ = Permeabilitas zat itu
• H = Kuat medan magnet.

NOTE: Rapat garis – garis gaya menyatakan kebesaran induksi magnetik.

Medan magnet yang rapat garis – garis gayanya sama seperti, medan magnet serba sama ( homogen ).

Menyatakan: Kalo rapat garis-garis gaya dalam medan yang sama B , maka banyaknya garis-garis gaya (Φ) yang menembus bidang seluar A m² dan mengapis sudut (sin’) dengan kuat medan yaitu = Φ = B.A Sin α satuannya Weber.

3. Medan Magnet Sekitar Arus Listrik

Percobaan OERSTED

Di atas jarum kompas yang seimbang dibentangkan seutas kawat, jadi kawat itu sejajar dengan jarum kompas.

Kalo kedalam kaewat dialiri arus listrik, ternyata jarum kompas berkisar dari keseimbangannya. Jadi, kesimpulannya kalo disekitar arus listrik ada medan magnet.

• Kalo arus listrik yang ada antara telapak tangan kanan dan jarum magnet mengalir dengan arah dari pergelangan tangan menuju ujung – ujung jari, kutub utara jarum berkisar ke arah ibu jari.
• Kalo arus listrik arahnya dari pergelangan tangan kanan menuju ibu jari, arah melingkarnya jari tangan menyatakan perkisaran kutub Utara.

Pola garis – garis gaya di sekitar arus lurus. Pada sebidang karton datar ditembuskan sepotong kawat tegak lurus, di atas karbon ditaburkan serbuk besi menempatkan diri berupa lingkaran – lingkaran yang titik pusatnya pada titik tembus kawat.

Cara menentukan arah medan magnet, kalo arah dari pergelangan tangan menuju ibu jari, arah melingkar jari tangan menyatakan arah medan magnet.

4. Hukum Biot Savart

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.

Rumusnya: ΔB = k. (I.Δ.L sin α)/r²

K yaitu tetapan, didalam sistem Internasional.

k = µ0/4π = 10^-7 atau Weber/(A.m)

Vektor B tegak lurus pada 1 dan r, arahnya bisa ditentukan dengan tangan kanan. Kalo 1 sangat kecil, maka bisa diganti dengan rumus dibawah ini.

dB = µ0/4π . (I.Δ.L sin α)/r²

Jadi, pesamaan ini disebut dengan hukum Ampere.

5. Induksi Magnetik

Gambar dibawah ini merupakan induksi magnetik disekitar arus listrik.

Besar induksi magnetik dititik A yang jaraknya a dari kawat sebanding dengan kuat arus dalam kawat dan berbanding terbalik dengan jarak titik ke kawat.

Rumusnya: B = µ0/2 (I/π.a)

Keterangan:

• B dalam W/m²
• I dalam Ampere
• a dalam meter

Kuat medan titik H = (B/µ) = (B/µr.µ0) = (I/2π.a)

mr udara = 1

Kalo kawat gak panjang, maka kamu harus pakai rumus berikut:

B = (µ0.i)/(4.π.a) . (cos α1 – cos α2)

Induksi – induksi magnetik di pusat arus lingkaran.

Titik A berjarak x dari pusat kawat melingkar, besar induksi magnetik di A maka dirumuskan:

Kalo kawat ini terdiri atas N lilitan maka:

B = (µ0/2).(a.I.N/r²).sin α1 atau B = (µ0/2).(a².I.N/r³)

Induksi magnetik dipusat lingkaran.

Dalam hal ini r = a dan a = 900.

Besar induksi magnetik di pusat lingkaran.

Rumusnya: B = (µ0/2).(I.N/a)

Keterangan:

• B dalam W/m²
• I dalam Ampere
• N dalam lilitan
• a jari-jari lilitan dalam meter

Arah medan magnetik bisa ditentukan dengan aturan tangan kanan, seperti gambar dibawah ini.

Kalo arah arus sesuai dengan arah melingkar jari tangan kanan arah ibu jari, maka menyatakan arah medan magnet.

6. Solenoide

Solenoide merupakan gulungan kawat yang digulung seperti spiral. Kalo kedalam solenoide dialirkan arus listrik, didalam solenoide terjadi medan magnet bisa ditentukan dengan tangan.

Dibawah ini, ada contoh gambar besar induksi magnetik dalam solenoide.

Jari – jari penampang solenoide a, banyaknya lilitan N dan panjang solenoide 1. Banyaknya lilitan pada dx yaitu: (N/L).dx atau n dx, n banyaknya lilitan setiap satuan panjang di titik P.

Kalo I sangat besar dibandingkan dengan a, dan p berada di tengah – tengah maka a1 = 0* dan a2 = 180*

Rumus Induksi magnetik di tengah – tengah solenoide, yaitu:

B = (µ0/2)n (I.2) atau B = µ0 . n . I

Kalo p tepat di ujung – ujung solenoide a1 = 0* dan a2 = 90*, yaitu:

Rumusnya: B = (µ0/2)n (I.1) atau B = (µ0/2)n (I)

7. Gaya Lorentz

Pada percobaan oersted, udah dibuktikan pengaruh arus listrik terhadap kutub magnet, gimana pengaruh kutub magnet terhadap arus listrik akan dibuktikan dari percobaan, yaitu:

Seutas kawat PQ ditempatkan diantara kutub – kutub magnet ladam kedalam kawat dialirkan arus listrik ternyata kawat melengkung kekiri.

Gejala ini menunjukkan kalo medan magnet mengerjakan gaya pada arus listrik, disebut Gaya Lorentz.

Vektor gaya Lorentz tegak lurus pada I dan B. Arah gaya Lorentz bisa ditentukan dengan tangan kanan.

Kalo arah melingkar jari – jari tangan kanan sesuai dengan putaran dari I ke B, maka arah ibu jari menyatakan arah gaya Lorents.

Rumus Medan Magnet

Sesuai dengan hukum Ampere, besar medan magnet yang dihasilkan bisa dihitung dengan rumus:

B = (µ0.I)/(2π.r)

Keterangan:

• I = Besar arus listrik
• r = Jarak dari kabel
• µ0 = Konstanta permeabilitas (µ0 = 4π x 10^-7 T m/A).

Menentukan Kutub Magnet dengan Tangan Kanan

Tangan kanan bisa dipakai buat menentukan arah medan magnet di sekitar kawat berarus listrik.

Emang, gimana caranya? Nah, kamu cukup letakkan tangan kanan karena cara yang dilakukan dengan menggenggam 4 jari tangan dan ibu jari tegak lurus, persis saat mengacungkan jempol kanan.

Arah ibu jari mengarah ke atas menyatakan arah alur listrik dengan simbol i, sedangkan arah 4 jari lainnya menyatakan arah medan megnet dengan simbol B. gambar di atas pada posisi horizontal dan vertical.