Rangkuman Materi Kemagnetan: Medan Magnet pada Kumparan dan Arus Listrik

Rangkuman Materi Kemagnetan: Medan Magnet pada Kumparan dan Arus Listrik.

Amongguru.com. Meskipun gaya magnet paling kuat terdapat pada kutub-kutub magnet, gaya tersebut tidak terbatas hanya pada kutub.

Gaya magnet juga terdapat di sekitar bagian  magnet yang lain. Daerah di sekitar magnet tempat gaya magnet bekerja disebut medan magnet.

Garis gaya magnet menentukan medan magnet sebuah benda. Seperti halnya garis-garis medan listrik, garis-garis gaya magnet dapat digambar untuk  memperlihatkan lintasan medan magnet tersebut.

Garis medan magnet berkeliling dalam lintasan tertutup dari kutub utara ke kutub selatan dari sebuah magnet.

Suatu medan magnet yang diwakili oleh garis-garis gaya yang terentang dari satu kutub sebuah magnet ke kutub yang lain, merupakan suatu daerah tempat bekerjanya gaya magnet tersebut.

Garis gaya magnet dapat diperlihatkan dengan mudah dengan menaburkan serbuk besi pada selembar kertas yang diletakkan di atas sebuah magnet.

Pola serbuk besi memperlihatkan kutub-kutub senama tolak-menolak dan kutub-tutub tidak senama akan tarik menarik.

Garis gaya magnet
Kutub-kutub senama tolak menolak
Kutub-kutub tidak senama tarik menarik

Bumi Memiliki Sifat Magnet

Mengapa satu kutub dari sebuah magnet batang yang  digantung dengan benang selalu menunjuk ke arah utara dan satu kutub yang lain selalu menunjuk ke selatan?

Kutub-kutub magnet tersebut pada mulanya diberi nama semata-mata untuk memaparkan arah kutub-kutub tersebut di atas permukaan Bumi.

Diberi nama kutub utara karena kutub magnet tersebut menghadap ke kutub utara Bumi. Demikian juga halnya dengan kutub selatan magnet.

Orang pertama yang mengajukan jawaban atas  pertanyaan di atas adalah ahli fisika Inggris yang bernama  William Gilbert.

Pada tahun 1600, Gilbert berpendapat bahwa Bumi itu sendiri merupakan sebuah magnet. Dirinya meramalkan kelak akan ditemukan bahwa Bumi memiliki kutub-kutub magnet. Teori Gilbert itu ternyata benar.

Kutub magnet Bumi akhirnya ditemukan. Sekarang, para ilmuwan mengetahui bahwa Bumi berperilaku seperti kalau bumi mempunyai sebuah magnet batang yang terkubur jauh di dalam pusat Bumi.

Bumi memiliki garis gaya magnet dan dikelilingi oleh medan magnet yang paling kuat di dekat kutub magnet utara dan selatan. Asal mula sebenarnya dari medan magnet Bumi belum sepenuhnya dipahami.

Diyakini bahwa medan magnet tersebut berkaitan dengan inti dalam Bumi, yang hampir seluruhnya merupakan besi dan nikel.

Kompas 

Jarum kompas selalu menunjuk ke arah utara. Jarum kompas merupakan sebuah magnet. Kompas mempunyai sebuah kutub utara dan  sebuah kutub selatan. Kutub utara jarum kompas menunjuk ke Kutub Utara Bumi.

Dimanakah tepatnya letak kutub utara tersebut? Seperti yang telah dipelajari, kutub-kutub magnet yang senama tolak-menolak dan kutub- kutub magnet yang tak-senama tarik-menarik.

Sehingga kutub magnet Bumi ke arah mana kutub utara sebuah kompas menunjuk harus merupakan kutub selatan magnetik.

Dengan kata lain, kutub utara sebuah jarum kompas menunjuk ke arah kutub utara Bumi, yang sebenarnya merupakan kutub selatan magnet Bumi. Hal yang sama berlaku untuk kutub selatan Bumi, yang sebenarnya merupakan kutub utara magnet.

Kutub-kutub magnet Bumi tidak tepat berimpit dengan kutub-kutub Bumi. Ilmuwan telah menemukan bahwa kutub selatan magnet Bumi terletak di timur laut Kanada, kurang-lebih berjarak 1500 kilometer dari kutub utara Bumi. Kutub utara magnet Bumi terletak dekat Antartika.

Perbedaan sudut antara sebuah kutub magnet Bumi dan sebuah kutub Bumi disebut sudut deklinasi.

Besar deklinasi tersebut tidak sama untuk semua tempat di Bumi ini. Di dekat ekuator, sudut deklinasi tersebut kecil. Semakin dekat dengan kutub, sudut tersebut semakin besar. Sudut deklinasi ini harus diperhitungkan pada saat menggunakan sebuah kompas.

Selain membentuk sudut dengan kutub Bumi, jarum kompas juga membentuk sudut dengan bidang datar. Jarum kompas tidak selalu sejajar dengan bidang datar. Hal ini berarti garis-garis gaya magnet Bumi tidak selalu sejajar dengan permukaan Bumi.

Sudut kemiringan yang dibentuk oleh jarum kompas terhadap bidang datar tersebut disebut sudut inklinasi.

Besar sudut inklinasi tidak sama pada semua tempat di Bumi. Di dekat garis khatulistiwa, sudut inklinasi tersebut sama dengan nol. Semakin dekat dengan kutub, sudut inklinasinya semakin besar.

Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik

Selama bertahun-tahun Hans Cristian Oersted, seorang guru fisika dari Denmark, mempercayai ada suatu hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan, tetapi dirinya tidak dapatmembuktikan secara eksperimen. Baru pada tahun 1820, dia akhirnya memperoleh bukti.

Oersted mengamati bahwa ketika sebuah kompas diletakkan dekat kawat berarus, jarum kompas tersebut menyimpang atau bergerak, segera setelah arus mengalir melalui kawat tersebut. Ketika arah arus tersebut dibalik, jarum kompas tersebut bergerak dengan arah sebaliknya.

Jika tidak ada arus listrik mengalir melalui kawat tersebut, jarum kompas tersebut tetap diam. Karena sebuah jarum kompas hanya dapat disimpangkan oleh suatu medan magnet,  Oersted menyimpulkan bahwa suatu arus listrik menghasilkan suatu medan magnet.

Ketika kompas-kompas kecil tersebut diletakkan di sekitar penghantar lurus yang tidak dialiri arus listrik, jarum-jarum kompas tersebut sejajar (semuanya menunjuk ke satu arah).

Keadaan ini memperlihatkan bahwa jarum kompas tersebut hanya dipengaruhi oleh medan magnet Bumi.

Ketika penghantar lurus tersebut dialiri arus listrik dengan arah ke bawah (tegangan positif baterai terhubung pada ujung atas penghantar), jarum-jarum kompas tersebut membentuk arah tertentu.

Arah jarum kompas tersebut jika dihubungkan satu dengan lainnya akan membentuk  lingkaran yang arahnya searah dengan jarum jam. Ketika  arah arus tersebut dibalik, arah medan magnet tersebut juga terbalik.

Dengan demikian suatu arus listrik yang mengalir melalui sebuah kawat menimbulkan medan magnet yang arahnya bergantung pada arah arus listrik tersebut.

Garis gaya magnet yang dihasilkan oleh arus dalam sebuah kawat lurus berbentuk lingkaran dengan kawat berada di pusat lingkaran. Besarnya medan magnet tersebut berbanding lurus dengan besar arus listrik  dan panjang kawat.

Kaidah tangan kanan dapat digunakan untuk menentukan arah medan magnet sekitar penghantar lurus yang dialiri arus listrik.

Arah ibu jari tangan kanan menunjukkan arah arus listrik. Jari-jari  tangan yang melingkari penghantar tersebut menunjukkan  arah medan magnet.

Medan Magnet dalam Kumparan

Oersted menyadari bahwa jika sebuah kawat berarus dililit menjadi suatu kumparan, medan magnet yang dihasilkan oleh tiap lilitan dijumlahkan menjadi satu.

Hasilnya adalah sebuah medan magnet yang kuat pada tengah-tengah kumparan dan pada kedua ujungnya.

Kedua ujung kumparan tersebut berperilaku seperti kutub-kutub sebuah magnet. Sebuah kumparan kawat panjang dengan banyak lilitan disebut solenoida.

Dengan demikian sebuah solenoida bekerja seperti sebuah magnet ketika arus listrik mengalir melalui solenoida tersebut. Kutub utara dan selatan berubah sesuai dengan arah arus tersebut.

Medan magnet solenoida dapat diperkuat dengan memperbesar jumlah belitan atau besar arus yang mengalir melalui kawat tersebut. Akan tetapi, peningkatan medan magnet terbesar diperoleh dengan menempatkan sepotong besi di tengah-tengah solenoida tersebut.

Medan magnet solenoida tersebut memagnetisasi atau mengatur arah seluruh magnet atom dari besi tersebut.

Medan magnet yang dihasilkan sama dengan jumlah dari medan magnet kumparan dan medan magnet besi. Medan magnet ini dapat ratusan bahkan ribuan kali lebih besar daripada kekuatan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan sendirian.

Gaya Magnet pada Penghantar Berarus yang Berada dalam Medan Magnet

Apakah medan magnet memberikan suatu gaya pada suatu penghantar berarus listrik? Berdasarkan hasil percobaan, ketika arus dialirkan melalui penghantar tersebut, penghantar akan bergerak ke atas. Jika arus listrik dibalik, penghantarakan bergerak ke bawah.

Suatu medan magnet memberikan suatu gaya pada sebuah kawat yang dialiri arus. Gaya yang
menyebabkan penghantar tersebut bergerak ke atas dan ke bawah ini disebut gaya Lorentz.

Baca juga :

Demikian Rangkuman Materi Kemagnetan: Medan Magnet pada Kumparan dan Arus Listrik. Semoga bermanfaat.

Tinggalkan Balasan