5. INDUKSI MAGNETIK Setelah mempelajari modul ini, diharapkan Anda dapat memahami konsep induksi magnetik secara umum. Secara lebih khusus, Anda diharapkan dapat : Mendeskripsikan hasil percobaan Hans Christian Oersted tentang pengertian induksi magnetik. Mendeskripsikan besarnya induksi magnetik sekitar kawat berarus listrik. Mendeskripsikan gaya magnetik pada kawat berarus dan muatan bergerak.
A. Meda Medan n Magn Magnet etik ik
Kemagnetan, seperti halnya kelistrikan, tidak dapat dilihat, tetapi efeknya dapat dilihat dan dirasakan. Magnet dapat menarik beberapa logam seperti besi dan baja. Zat yang mengandung besi, seperti serbuk besi, akan tertarik pada magnet batang dan berjajar untuk menunjukkan arah garis gaya dari medan magnetik tersebut. Bahan yang dapat ditarik ditarik magnet, magnet, dapat dijadikan dijadikan magnet. magnet. Jika Anda meletakkan meletakkan sebuah paku baja dekat magnet, paku baja tersebut akan menjadi magnet dan tetap menjadi magnet meskipun Anda sudah menjauhkan dengan magnet asalnya. Hal yang sama dapat terjadi pada besi, namun paku besi akan lebih cepat kehilangan sifat magnetnya apabila magnet sudah dijauhkan. Bahan yang mampu menyimpan sifat magnet secara permanen tetap! disebut magnet tetap magnet permanen!. "edangkan bahan yang menyimpan sementara sifat magnet disebut magnet sementara. Apa yang dimaksud dengan dengan medan magnet# $engertian $engertian medan magnet adalah hampir sama dengan pengertian medan listrik, yaitu suatu daerah atau ruang di sekitar magnet yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet. Arah medan magnet adalah adalah ke luar dari kutub utara magnet dan menuju kutub selatan magnet. Medan magnetik digambarkan oleh garis%garis gaya magnetik seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
S
U
Gambar 5.1. Arah Arah medan magnetik ke luar dari kutub utara dan menuju kutub selatan.
Medan Magnet oleh Arus Listrik
Hubungan antara sifat listrik dan sifat magnet pertama kali ditemukan oleh seorang ilmu&an fisika bernama Hans Christian Oersted . 'ersted menemukan bah&a ketika kompas diletakkan
Induksi Magnetik
()
dekat dengan ka&at penghantar ka&at berarus listrik!, jarum kompas tiba%tiba menyimpang dari arah semula. "ementara jarum kompas dapat menyimpang apabila berada dalam medan magnet. 'ersted menyimpulkan bah&a arus listrik dapat menghasilkan medan magnetik. Medan magnetik yang dihasilkan arus listrik ini disebut medan magnet induksi. 'rientasi arah medan magnetik pada ka&at berarus listrik adalah mengikuti kaidah tangan kanan seperti ditunjukkan seperti pada gambar.
i
B
Gambar 5.2. Arah medan magnetik dan arah arus l istrik pada ka&at lurus.
$ada gambar * di atas, jika arah arus listrik i kita misalkan dengan ibu jari tangan kanan kita, maka arah medan magnetik B akan mengikuti keempat jari yang melingkar berla&anan dengan arah jarum jam!. +an sebaliknya, jika arah arus listrik ke ba&ah, maka arah medan magnetik searah jarum jam. Medan Magnetik oleh Kawat Lurus Berarus Listrik
ntuk menentukan kuat medan listrik di sekitar ka&at lurus berarus listrik, perhatikan gambar berikut ini. 6
a $
B
Gambar 5.. Medan magnetik di titik $ yang berjarak a dari ka&at lurus berarus listrik.
Besar medan magnetik di titik $ yang berjarak sejauh a dari ka&at lurus berarus listrik seperti pada gambar di atas adalah dinyatakan sebagai B
i
*
a
/.)!
Keterangan B - Kuat Medan Magnetik 0b1m* atau 2esla, disingkat 2! i - Kuat arus listrik Ampere, disingkat A! a - Jarak suatu titik ke ka&at lurus berarus meter, disingkat m! - $ermeabilitas magnetik, besarnya 3 4 )%5 0b1Am Medan Magnetik oleh Arus Listrik !ada Kawat Melingkar
(*
Induksi Magnetik
2injaulah sebuah ka&at melingkar dengan jari%jari a dan dialiri arus listrik i pada gambar berikut.
a
i
B
O
Gambar 5.". Medan magnetik di titik ' yang berjarak a dari ka&at melingkar berarus listrik.
Besarnya medan magnetik di titik ' yang terletak di pusat lingkaran ka&at adalah i
Bo
/.*!
*a
Keterangan B - Kuat Medan Magnetik 0b1m* atau 2esla, disingkat 2! i - Kuat arus listrik Ampere, disingkat A! a - Jarak suatu titik ' ke ka&at melingkar berarus meter, disingkat m! - $ermeabilitas magnetik, besarnya 3 4 )%5 0b1Am
Medan Magnetik oleh Arus Listrik !ada #olenoida
"olenoida adalah ka&at berbentuk kumparan yang terdiri atas banyak lilitan. $erhatikan gambar di ba&ah ini. $
B
O i
l
Gambar 5.5. Medan magnetik di titik ' dan $ pada solenoida.
Besar medan magnetik di pusat solenoida di titik $! adalah B P
. i . N
l
/.(!
Besar medan magnetik di ujung solenoida di titik '! adalah BO
) . i . N
*
l
/.3!
Keterangan B - Kuat Medan Magnetik 0b1m* atau 2esla, disingkat 2! i - Kuat arus listrik Ampere, disingkat A! l - $anjang solenoida meter, disingkat m!
Induksi Magnetik
((
N -
Banyaknya lilitan solenoida $ermeabilitas magnetik, besarnya 3 4 )%5 0b1Am
Medan Magnetik oleh Arus Listrik !ada %oroida
2oroida adalah solenoida yang melingkar seperti tampak pada gambar berikut. B
$ a
6 Gambar 5.&. Medan magnetik di titik $ pada toroida.
Besar medan magnetik di $ adalah B P
. i . N
*
/./!
a
Keterangan B - Kuat Medan Magnetik 0b1m* atau 2esla, disingkat 2! i - Kuat arus listrik Ampere, disingkat A! a - Jari%jari toroida meter, disingkat m! N - Banyaknya lilitan toroida - $ermeabilitas magnetik, besarnya 3 4 )%5 0b1Am
B. Ga'a Magnetik (Ga'a Lorent)*
Hasil eksperimen 'ersted menunjukkan bah&a ka&at berarus listrik mengalami gaya ketika berada dalam medan magnetik. Besarnya gaya magnetik sendiri diselidiki oleh Hendrik Antoon Lorent), sehingga gaya magnetik disebut juga sebagai 7aya 8orent9. Menurut 8orent9, :besarnya gaya magnetik pada ka&at berarus listrik sebanding dengan medan magnetik, kuat arus listrik pada ka&at dan panjang ka&atnya;. "ecara matematik dinyatakan sebagai F
B i l sin
/.
Keterangan B - Kuat Medan Magnetik 0b1m* atau 2esla, disingkat 2! i - Kuat arus listrik Ampere, disingkat A! l - $anjang ka&at yang dialiri arus listrik meter, disingkat m! - "udut yang dibentuk oleh medan magnetik B dan kuat arus listrik i = - 7aya 8orent9 >e&ton, disingkat >!
(3
Induksi Magnetik
Arah gaya magnetik 7aya 8orent9! ini juga mengikuti aturan tangan kanan. $erhatikan gambar berikut? B
F
i
Gambar 5.+. Arah gaya magnetik menggunakan kaidah tangan kanan.
Jika ibu jari kita menunjukkan arah arus i, keempat jari yang lan menunjukkan arah medan magnetik B, maka arah gaya lorent9 = adalah arah telapak tangan kanan kita. Ga'a Magnetik Antarkawat Berarus Listrik ntuk memahami proses terjadinya gaya magnetik pada dua buah ka&at lurus berarus, berikut disajikan sebuah gambar.
6) 6* =* =)
B*
B) a Gambar 5.,. 7aya magnetik antarka&at berarus listrik.
Ka&at 6* akan mendapat gaya magnetik = * karena pengaruh ka&at 6 ) yang menghasilkan medan magnetik B). Besarnya gaya magnetik = * karena pengaruh medan magnetik B ) adalah F *)
B) i * l *
i) i * l *
*
a
+emikian juga dengan ka&at 6 ). Ka&at 6) akan mendapat gaya magnetik = ) karena pengaruh ka&at 6* yang menghasilkan medan magnetik B *. Besarnya gaya magnetik = ) karena pengaruh medan magnetik B * adalah F )*
B * i) l )
i * i) l )
*
a
"ehingga secara umum, besarnya gaya magnetik antar ka&at lurus berarus tiap satuan panjang ka&at didefinisikan sebagai F
i) i *
l
* a
/.5!
Keterangan 6) - Kuat arus listrik pada ka&at ) Ampere, disingkat A! 6* - Kuat arus listrik pada ka&at * Ampere, disingkat A! l - $anjang ka&at yang dialiri arus listrik meter, disingkat m! a - Jarak antar ka&at meter, disingkat m! = - 7aya 8orent9 >e&ton, disingkat >! - $ermeabilitas magnetik, besarnya 3 4 )%5 0b1Am Ga'a Lorent) !ada Muatan dalam Medan Magnetik
Induksi Magnetik
(/
Besarnya gaya magnetik yang dialami oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu medan magnetik adalah F B q v sin /.@!
Keterangan B - Kuat Medan Magnetik 0b1m* atau 2esla, disingkat 2! - Muatan listrik dalam medan magnetik oulomb disingkat ! v - Kelajuan muatan listrik m1s! - "udut yang dibentuk oleh medan magnetik B dan kelajuan muatan v = - 7aya 8orent9 >e&ton, disingkat >! C. %ugas
). "ebuah ka&at lurus berarus listrik sebesar * A. 2entukan a. Kuat medan magnetik di titik yang berjarak / cm dari ka&at? b. Kuat medan magnetik di titik yang berjarak ) cm dari ka&at? c. Apa yang dapat Anda simpulkan dari ja&aban a dan b# *. +ua buah ka&at lurus dan sejajar masing%masing dialiri arus * A dan 3 A. Kedua ka&at terpisah sejauh )< cm. 2entukan a. Besar dan arah medan magnetik di titik $ yang terletak di tengah%tengah ka&at bila arah arus pada ka&at searah? b. Besar dan arah medan magnetik di titik $ yang terletak di tengah%tengah ka&at bila arah arus pada ka&at berla&anan? c. Bila arah arus pada ka&at searah, di manakah kita meletakkan titik C sedemikian sehingga medan magnetik di titik C sama dengan nol# d. Bila arah arus pada ka&at berla&anan arah, di manakah kita meletakkan titik C sedemikian sehingga medan magnetik di titik C sama dengan nol# e. Buat kesimpulan Anda tentang ja&aban a dan b serta c dan d? (. +ua buah ka&at lurus berarus searah dan sejajar terpisah sejauh / meter, dengan kuat arus masing%masing i) D ,E A dan i * D ),< A. 2itik $ berjarak ( cm dari ka&at pertama dan 3 cm dari ka&at kedua. 2entukan kuat medan magnetik di titik $? 3. "ebuah ka&at melingkar dengan jari%jari * cm dialiri arus listrik sebesar / A. 2entukan kuat medan magnetik di pusat lingkaran? /. $erhatikan gambar berikut? i
O 90
2itik ' adalah pusat lingkaran yang diameternya 3 cm seperti tampak pada gambar di samping. Apabila kuat arus yang mengalir pada ka&at adalah 3 A, tentukan besar dan arah kuat medan magnetik di titik '?
<. "ebuah solenoida terdiri atas ) lilitan dan dialiri arus sebesar @ A. 2entukana. kuat medan magnetik di pusat solenoida? b. Kuat medan magnetik di ujung solenoida?
(<
Induksi Magnetik
5. 2oroida dengan jari%jari ) cm memiliki ) lilitan. Jika kuat arus yang dialirkan sebesar ( A, tentukan besar medan magnetik di dalam sumbu lilitan toroida? @. Medan magnetik di tengah%tengah solenoida sama dengan medan magnetik di dalam sumbu lilitan toroida ketika keduanya dialiri arus listrik yang sama. $anjang solenoida <,*@ cm dan jari%jari toroida / cm. Jika toroida memiliki 3 lilitan, berapakah jumlah lilitan pada solenoida# E. "ebuah ka&at lurus sepanjang */ cm dialiri arus listrik ) A berada dalam medan magnetik B. Jika besar gaya 8orent9 ,)*/ > dan sudut yang dibentuk oleh kuat arus dan medan magnetik adalah (, berapakah besar kuat medan magnetik B# ). +ua buah ka&at lurus sejajar terpisah pada jarak @ cm dialiri arus *,/ A dan 3 A dengan arah yang sama. 2entukan gaya tarik%menarik antarka&at persatuan panjang? )). +ua buah ka&at lurus sejajar terpisah pada jarak @ cm dialiri arus *,/ A dan 3 A dengan arah yang berla&anan. 2entukan gaya tarik%menarik antarka&at persatuan panjang? )*. Apa yang dapat Anda simpulkan dari ja&aban nomor * dan (# )(. Muatan listrik sebesar / bergerak dalam medan magnetik sebesar ,*/ 2 dengan kecepatan )/ m1s. Jika arah kecepatan membentuk sudut ( terhadap arah medan magnetik B, berapakah besar 7aya 8orent9 yang dialami muatan itu# -. $eta Konse! MAGNET
ARUS LISTRIK
INDUKSI MAGNETIK
KAWAT LURUS
SOLENOIDA
BERARUS LISTRIK
KAWAT MELINGKAR BERARUS LISTRIK
TENGAH-TENGAH SOLENOIDA
Induksi Magnetik
GAYA LORENTZ
TOROIDA
DI UJUNG SOLENOIDA
(5
