MEDAN MAGNET Pendahuluan Gaya Magnet pada Muatan Bergerak Gaya Magnet pada Kawat Berarus Medan Magnet oleh Arus Listrik Sifat Kemagnetan Bahan
MEDAN MAGNET BUMI
Pendahuluan Medan magnet ruang di sekitar sebuah magnet atau di sekitar muatan yang bergerak. Analogi dengan medan listrik, secara skematis arus medan (B) arus arus menghasilkan medan magnet medan magnet mengerahkan gaya pada arus.
Medan magnet adalah medan vektor. Salah satu besaran untuk memerikan medan magnet adalah induksi magnet . Satuan induksi magnet weber/m2 = Tesla (T) 1 Wb/m2 = 1 T = 104 Gauss
Gaya Magnet pada Muatan Bergerak Muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet akan mendapat gaya yang disebut gaya Lorentz. Jika sebuah muatan q bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet dan membuat sudut terhadap arah B maka muatan tersebut akan mendapat gaya magnet
F qv x B
Besarnya gaya magnet ini adalah
F qvBsin
Persamaan di atas sesuai dengan kenyataan berikut : Gaya magnet hanya bekerja bila muatan q bergerak terhadap medan magnet Jika v searah atau berlawanan arah B maka gaya magnet sama dengan nol Gaya magnet maksimum jika v tegak lurus B. Catatan : Untuk mengingat arah gaya dapat digunakan salah satu dari dua cara berikut : Arah F searah dengan pergerakan sekrup yang diputar dari v ke B Kaidah tangan kanan, yaitu jika tangan kanan dikepalkan sehingga jari-jarinya mengikuti putaran dari v ke B maka arah F searah dengan ibu jari.
Gaya Magnet pada Kawat Berarus • Kawat lurus Tinjau kawat berarus yang diletakkan dalam medan magnet seperti pada gambar. Gaya yang bekerja dF i dl x B Arah gaya searah perpindahan sekrup bila diputar dari idl ke B Bila kawat lurus, tetap dan homogen, serta sudut tetap, maka gaya yang bekerja pada kawat F i l x B F ilB sin dengan besar gaya
• Kumparan : Sebuah lilitan kawat yang berputar pada sumbu S
Momen gaya iA x B
dengan besar
i A B sin
Besaran iA disebut momen dipol magnet dan ditulis m = iA Sehingga dapat ditulis
mxB
• Hukum Ampere Untuk bentuk-bentuk tertentu akan lebih mudah dengan menggunakan hukum Ampere
B dl 0 i C
Hukum Ampere di atas berlaku umum tidak peduli bentuk kawat yang dialiri arus ataupun bentuk lengkungan integrasi C. Baik hukum Biot-Savart maupun hukum Ampere diperoleh dari dua eksperimen terpisah. .
a) Sebuah kawat panjang Pertimbangan simetri menganjurkan bahwa arah B menyinggung lingkaran berjari-jari R yang berpusat pada kawat dan berputar menurut arah putar sekrup agar berpindah ke arah arus. Ternyata garis induksi yang dihasilkan berbentuk lingkaran sepusat sehingga
B dl 0 i C
B (2r ) 0 i
atau
0i B 2R
(b)
Dua kawat sejajar Kawat a akan menghasilkan medan magnet B pada semua titik yang berada di sekitarnya, termasuk di kawat b. Besarnya Ba di kawat b
0 ia Ba 2d
Kaidah tangan kanan menunjukkan arah Ba pada kawat b ke bawah Kawat b yang dialiri arus ib, dengan demikian berada dalam medan magnet luar Ba . Kawat b dengan panjang kawat l ini akan mendapat gaya magnet yang mengarah ke kawat a yang besarnya li i Fb ib lBa 0 b a 2d Hal yang sama akan didapat jika ditinjau dari kawat b, yaitu didapatkan bahwa gaya yang bekerja pada kawat a oleh kawat b besarnya sama tapi arahnya berlawanan. Jadi untuk kasus di atas kedua kawat tersebut akan saling tarik menarik.
(c) Solenoida Solenoida adalah sebuah kawat panjang yang dililitkan berbentuk heliks
Untuk sebuah solenoida yang mempunyai N lilitan dan panjang l yang dialiri arus i, didapatkan bahwa induksi magnet di dalam solenoida adalah B
0 Ni l
(d) Toroida Toroida adalah sebuah solenoida yang yang dibengkokkan dalam bentuk lingkaran
Induksi magnet di dalam toroida yang mempunyai N lilitan dan dialiri arus i,
0 Ni B 2r
Sifat Kemagnetan Bahan • Kutub dan Dipol Di dalam kelistrikan, struktur paling sederhana adalah muatan terisolasi q. Jika dua muatan berlawanan tandanya ditempatkan berdekatan maka akan membentuk suatu dipol listrik, yang dicirikan oleh momen dipol listrik . Di dalam kemagnetan, kutub magnet terisolasi (monopol magnet) yang bersesuaian dengan muatan q, tidak pernah ada. Struktur paling sederhana adalah dipol magnet yang dicirikan oleh momen dipol magnet. Beberapa usaha untuk mengisolasi kutub magnet selalu GAGAL. Misalkan magnet batang yang dipecah menjadi beberapa bagian. Ternyata pecahan-pecahan tersebut membentuk dipol-dipol baru dan bukan kutub-kutub terisolasi
Perbedaan garis-garis gaya magnet dan listrik
• Intensitas Magnet Magnetisasi (M) adalah momen dipol magnetik per satuan volume yang menyatakan induksi magnetik molekuler oleh medan magnetik luar. Hukum Ampere untuk vektor magnetisasi
M . dl is Intensitas magnet (H), yaitu B H M atau
0
B 0 (H M )
M mH
Dalam banyak bahan berlaku dengan m = suseptibiltas magnetik Hubungan induksi magnetik dengan intensitas magnet menjadi
B 0 ( H m H ) 0 (1 m ) H 0 m H H
•
Sifat Kemagnetan Bahan 1. Paramagnetisme : • • • • • •
Ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi sejajar oleh medan magnet. Terjadi pada atom dengan momentum sudut spin tidak nol. Suseptibilitas magnetik m berharga positif. Jika ditempatkan di dekat kutub magnet kuat, bahan tersebut akan ditarik menuju ke kutub tersebut. Bahan paramagnetik adalah magnet lemah. Contoh : Al, Ca, Kr, Mg, Mn, Pt, Tn.
2. Diamagnetisme : • • • • • •
Ditimbulkan oleh momen magnetik orbital yang berlawanan dengan arah medan magnet. Dimiliki oleh semua bahan karena semua bahan mempunyai atom orbital. Suseptibilitas magnetik m berharga negatif. Jika ditempatkan di dekat kutub magnet kuat, bahan tersebut akan ditolak. Bahan diamagnetik adalah magnet lemah. Contoh : Bi, Cd, Cu, Ge, He, Au, Zn.
3. Feromagnetisme : • • • •
Ditimbulkan oleh interaksi antar atom/ion yang disebut kopling pertukaran. Suseptibilitas magnetik m sangat besar.. Bahan feromagnetik adalah magnet kuat. Contoh : Fe, Co dan Ni beserta berbagai jenis campurannya dengan elemen lain.
• Histerisis Bentuk umum kurva induksi magnet B sebagai fungsi dari intensitas magnet H ditunjukkan pada Gambar. Kurva seperti ini disebut kurva induksi normal
Dari gambar tampak bahwa. Setelah harga H tertentu, tampak bahwa harga B cenderung konstan, hal ini disebut saturasi. Harga induksi magnet untuk keadaan saturasi disebut induksi magnet saturasi, Bs Bahan yang mencapai harga saturasi pada intensitas magnet yang rendah disebut magnet lunak (kurva (a)). Sedangkan bahan yang mencapai harga saturasi pada H yang tinggi disebut magnet keras (kurva(c)). Bila setelah saturasi, H diperkecil, ternyata harga B tidak terletak pada kurva semula. Pada H = 0, induksi magnet mempunyai harga tidak nol, yang disebutinduksi magnet remanen, Br atau remanensi bahan.
Jika setelah mencapai nol, H dibuat negatif dengan membalik arah arus, kurva akan memotong sumbu H pada harga Hc. Harga intensitas Hc yang disebut koersivitas bahan inilah yang diperlukan untuk menghilangkan induksi magnet dalam bahan. Bila selanjutnya harga H terus diperbesar pada harga negatif sampai saturasi dan dikempbalikan ke nol, berbalik arah, dan diperbesar pada harga positif hingga saturasi lagi, maka akan membentuk kurva tertutup yang dikenal dengan istilah histerisis.
Latihan 2 x 10 6 iˆ 3 x 10 6 ˆj 1. Sebuah kawat penghantar yang vmengangkut B ,03 iˆ 0,15 ˆjdi bawah. arus i dibuat seperti pada 0gambar Segmen yang melengkung adalah bagian dari lingkaran yang berjari-jari a dan b. Segmen yang lurus berada sepanjang jari-jari. Carilah medan magnet di titik P.
2. Sebuah solenoida yang terdiri dari 200 lilitan mempunyai panjang 25 cm dan diameter dalam 10 cm dan mengangkut arus sebesar 0,3 A. (0 = 4 x 10-7 T.m/A). a. Berapa besar medan magnet B pada pusat solenoida ? b. Berapa fluks magnetik B untuk sebuah penampang solenoida pada pusatnya ?
