MEDAN MAGNET DISEKITAR ARUS LISTRIK
(Oleh : Drs.Buyung Pranajaya, MPdI)A. Garis gaya magnet disekitar penghantar berarus.
Adanya medan magnet disekitar kawat yang beraliran listrik pertama kali teramati oleh Hans Christian Oersted, melalui kompas yang didekatkan pada kawat penghantar beraliran listrik.
Menyimpangnya jarum kompas pada saat didekatkan dengan penghantar berarus listrik menunjukkan adanya medan magnet disekitar arus listrik.
Arah garis-garis gaya magnet disekitar penghantar yang dialiri arus listrik ditentukan dengan kaidah tangan kanan : “ Jika kita menggenggam kawat dengan tangan kanan sedemikian sehingga ibu jari menunjukkan arah arus, maka lipatan keempat jari lainnya menyatakan arah putaran garis-garis gaya magnet”.
Dengan menggunakan kaidah tangan kanan tersebut, jika tanda • menunjukkan keluar bidang kertas/ kearah pembaca dan tanda x
menunjukkan masuk bidang kertas / menjauhi pembaca, maka arah medan magnet disekitar penghantar berarus listrik dapat digambarkan sebagai berikut :
B. Hukum Biot Savart
Medan magnet disekitar arus listrik disebut juga induksi magnetik. Satuan kuat medan magnet adalah Wb/m2 atau Tesla. Hukum Biot Savart
menentukan Besar induksi magnetik disekitar arus listrik, sebagai berikut : a. Sebanding dengan kuat arus listrik (i).
b. Sebanding dengan panjang elemen kawat penghantar (dL)
c. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik itu ke elemen kawat (1/r2).
d. Sebanding dengan sinus sudut apit antara arah arus dan garis penghubung titik itu ke keliling kawat penghantar (sin θ).
Dalam bentuk persamaan, hukum Biot Savart ditulis sebagai berikut :
dB
=
k I dL
sin
θ
r
2dB
=
μ
0
4
π
.
k
=
μ
0
4
π
=
10
−7
wb/A.m
Integrasi terhadap persamaan Biot Savart untuk titik disekitar kawat panjang lurus berarus dan untuk titik disekitar kawat melingkar diperoleh :
a. Besar induksi magnet untuk titik yang berada pada jarak a dari penghantar lurus berarus I adalah :
B
=
I μ
0
2
πa
Menghafalnya : Biμo bagi dua pia
μ0 = 4π x 10-7
b. Besar induksi magnet untuk titik yang berada disekitar kawat melingkar dengan jari-jari a adalah :
B
=
I μ
0
2
a
.
sin
3
α
C. Kuat Medan Magnet untuk beberapa bentuk Penghantar.
Kawat penghantar listrik untuk berbagai keperluan dapat dibuat dalam berbagai bentuk, seperti lurus panjang, melilngkar, lilitan panjang dan lilitan panjang melingkar. Kuat medan magnet disekitar penghantar untuk bberbagai bentuk ditentukan sebagai berikut :
BENTUK PENGHANTAR RUMUS INDUKSI MAGNET
1. Kawat lurus panjang Induksi magnet disekitar kawat panjang lurus:
B
=
I μ
0
2
πa
Menghafalnya : BIμo bagi 2 pia
2. Kawat melingkar dengan
N lilitan dan jari-jari a Induksi magnet di pusat lingkaran :
μ
0
∋
2
¿
a
B
=
¿
Menghafalnya : Bu μ0NI bagi 2 apem
3. Kumparan panjang (solenoida) dengan N
lilitan sepanjang L
Induksi magnet di pusat dalam solenoida :
μ
0
∋
¿
L
B
=
¿
Menghafalnya : Bu μ0NI bagi Lemper
Induksi magnet di ujung solenoida :
μ
0
∋
¿
L
(
1
2
)
B
=
¿
Menghafalnya : Bu μ0NI bagi Lemper
½
4. Lilitan Kumparan yang dibuat melingkar (Toroida) dengan N
lilitan, panjang L dan
jari-Induksi magnet dipusat Toroida :
μ
0
∋
¿
2
πa
B
=
¿
jari toroida a Menghafalnya : Bu μ0NI bagi 2 pia
D. Gaya Lorentz atau Gaya Magnetik.
Gaya yang terjadi karena adanya interaksi antara medan magnet dengan arus listrik atau dengan muatan listrik yang bergerak disebut gaya magnetik atau gaya Lorentz.
1. Gaya Magnetik pada penghantar berarus dalam medan magnet
Arah gaya lorents yang terjadi pada penghantar ditentukan dengan menerapkan aturan tangan kanan sebagai berikut :
Bila tangan kanan dibuka dengan ibu jari menunjuk arah arus i dan keempat jari lain yang dirapatkan enunjuk arah medan magnet B, maka arah keluar telapak tangan menunjuk arah gaya Lorentz F.
Besar gaya Lorentz ditentukan dengan persamaan :
F = B i L sin θ
( menghafalnya : Frustasi BiLi sinting )F = gaya Lorentz ( N) B = induksi magnet (T) i = kuat arus listrik (A)
θ = sudut yang di bentuk oleh i dan B
2. Gaya Magnetik antara dua penghantar lurus sejajar
Pada dua penghantar lurus sejajar yang dialiri arus listrik akan terjadi gaya tarik menarik bila kedua arus listriknya mempunyai arah yang sama dan terjadi gaya tolak menolak jika kedua arusnya berlawanan arah.
Besar gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak antara antara kedua kawat penghantar sejajar berarus ditentukan dengan persamaan :
i
i = ibu jari
F
1
=
F
2
=
L μ
0
i
1
i
2
2
πa
Menghafalnya : Frustasi Lu μou ini itu / di pikirin aja
3. Gaya magnetik pada muatan yang bergerak dalam medan listrik
Gaya Lorentz yang bekerja pada muatan q yang bergerak dengan kecepatan v membentuk sudut θ terhadap medan magnet ditentukan dengan persamaan :
F = B q v sin θ
Menghafalnya : Film boqev cina
Arah gaya Lorentz ditentukan dengan kaidah tangan kanan dan tangan kiri sebagai berikut :
a. Untuk muatan positip gunakan tangan kanan b. Untuk muatan negatip gunakan tangan kiri
c. Bila tangan dibuka dengan ibu jari menunjukkan arah gerak muatan dan keempat jari lain yang dirapatkan menunjukkan arah medan magnet, maka arah keluar telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz
Gaya magnet yang bekerja pada muatan yang bergerak tegak lurus terhadap arah medan magnet akan selalu mengubah arah kecepatan partikel dengan tidak mengubah besarnya. Akibatnya partikel
q r B = v m
menghafalnya : qorBan video mesum
q = muatan partikel (C) v = kecepatan partikel (m/s)
r = jari-jari lintasan (m) m = massa partikel (Kg)
