Pengertian Medan Magnet

6.1 Pengertian Medan Magnet
Pada saat ini banyak peralatan yang bekerja dengan memanfaatkan medan magnet. Peralatan tersebut antara lain motor listrik, pemercepat partikel (akselerator), spektrometer massa, reaktor fusi, dan mikroskop elektron. Motor listrik merupakan alat yang paling sering dijumpai, karena penggunaannya sangat luas, mulai dari motor mainan anak, tape recorder, mesin jahit, hingga sebagai alat penggerak mesin-mesin pabrik. Medan magnet yang berubah terhadap waktu akan menimbulkan gaya gerak listrik (ggl) induksi.


Fenomena ini merupakan aspek penting medan magnet yang digunakan sebagai prinsip kerja generator listrik. Pengertian ggl induksi juga penting untuk memahami dasar kerja induktor dan transfomator yang sering dijumpai dalam rangkaian arus bolak-balik. Proses reproduksi suara (audio) dan gambar (video) serta penyimpanan data pada komputer elektronik juga memanfaatkan fenomena ggl induksi ini.
Suatu medan magnet dikatakan ada dalam suatu ruang, apabila muatan listrik yang bergerak dalam ruang tersebut mengalami gaya tertentu (bukan gesekan) selama muatan itu bergerak. Lazimnya, ada tidaknya medan magnet ditentukan dengan memperhatikan efeknya pada jarum kompas. Jarum kompas selalu mengambil posisi sejajar medan magnet. Gambar 6.1 menunjukkan medan magnet serba sama (homogen) berarah ke kanan. Pada gambar juga tampak jarum kompas yang telah menjajarkan diri dengan medan. Gaya F yang diderita muatan yang bergerak dengan kecepatan v dalam medan juga ditunjukkan.


6.2 Gaya Magnet Pada Muatan Bergerak
Arah gaya pada muata +q yang bergerak dalam medan magnet dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan seperti disajikan pada gambar 6.2.



Apabila jari jemari menunjukan ke arah medan dan ibu jari menunjukkan arah gerak muatan, maka telapak tangan menekan dalam arah gaya pada muatan tersebut.
Besar gaya (F) pada muatan yang bergerak dalam medan magnet bergantung pada hasil kali keempat factor berikut :
q, besar muatan (C)
v, besar kecepatan muatan (m/s)
B, besar atau kuat medan magnet
Sin θ, dengan θ adalah sudut antara garis-garis medan dan kecepatan v.
Maka dapat dituliskan :
(6.1)
Kuat medan magnet di suatu titik dinyatakan oleh vector B. Arahnya ialah arah medan magnet. B disebut dengan berbagai nama, seperti induksi magnetic, rapat fluks magnetic, namun biasanya dikatakan sebagai kuat medan magnet. Besar dan satuan B ditetapkan dengan menentukan bahwa konstanta perbandingan dalam rumus (6.1) adalah satu. Maka dapat dituliskan :
(6.2)
F dalam Newton, q dalam couloumb, v dalam m/s, maka B dalam satuan tesla (T). Satuan ini juga dinamakan weber per meter kuadrat (1 T = 1Wb/m2). Dalam system cgs dikenal juga satuan gauss, G, (1 G =10-4 T). Medan magnet bumi memiliki kuat medan B 1 G.
6.3 Gaya Magnet Pada Kawat Berarus
Arus tidak lain adalah aliran muatan positif, maka jelas bahwa dalam medan magnet arus akan mengalami gaya. Arah gaya ini dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan, dimana vector kecepatan diganti dengan arah arus. Besar gaya pada sepotomg kawat pendek adalah :
(6.3)
dengan adalah sudut antara arah arus I dan arah medan. Untuk kawat lurus panjang L, dalam medan magnet homogen, hubungan diatas menjadi :
(6.4)
Perhatikan bahwa gaya initidak ada (nol) apabila kawat tersebut sejajar dengan medan. Gaya ini akan maksimum apabila garis medan tegak lurus kawat.
Torsi pada pada kumparan terdiri dari N lilitan, masing-masing berarus I dalam medan magnet B adalah :
(6.5)
dengan A luas kumparan dan sudut antara garis medan dengan garis normal pada bidang kumparan. Untuk menentukan dalam arah kumparan akan berputaar, dapat digunakan aturan tangan kanan.
Medan magnet yang dihasilkan oleh beberapa arus ditunjukkan pada gambar 6.3. Dibawah setiap gambar tertulis nilai B pada titik P yang bersangkutan. Tetapan = 4 X 10-7 m/A dinamakan permeabilitas vakum. Kumparan yang ditunjukkan itu berada dalam vakum atau udara.

6.4 Medan Magnet Oleh Arus Listrik
Elemen arus menyebabkan medan magnet di titik P, yaitu besarnya adalah :
(6.6)
dengan r dan seperti ditunjukkan pada gambar 6.4. Arah vector ialah tegak lurus bidang yang melalui dan r (bidang kertas), yaitu dalam hal ini keluar kertas. Bila r dan berimpit, = 0 hingga = 0. Ini bermakna bahwa medan kawat lurus berarus di titik pada kawat itu adalah nol.

6.5 Sifat Kemagnetan Bahan
Kebanyakan zat sedikit sekali berpengaruh pada medan magnet. Sifat magnetic zat sebaiknya dibahas melalui eksperimen seperti berikut. Misalkan dalam solenoida atau toroida dialirkan arus tertentu, hingga di suatu titik dalam solenoida atau toroida itu, yang diandaikan dalam vakum, terdapat induksi magnet sebesar ; indeks v berarti vakum. Jika solenoida atau toroida tersebut sekarang diisi zat, medan pada titik itu akan berubah menjadi B. Didefinisikan dua pengertian berikut ini :
Permeabilitas relatif zat = km =
Permeabilitas zat = =
Dari batasan di atas, dapat diklasifikasikan sifat kemagnetan bahan sebagai berikut :
Bahan disebut diamagnetic, apabila -nya sedikit lebih kecil dari satu (misal timah hitam, = 0,999984). Bahan diamagnetic menyebabkan medan dalam solenoida atau toroida sedikit berkurang.
Bahan disebut paramagnetik, apabila -nya sedikit lebih besar dari satu (misal aluminium, = 1,000021). Bahan paramagnetik sedikit meperkuat medan dalam solenoida atau toroida.
Bahan feromagnetik seperti besi dan suasa-suasanya, ber- sekitar 50 bahkan lebih besar. Bahan seperti ini sangat memperkuat medan B dalam solenoida atau toroida.