Induksi Medan Magnet.

Pengertian Medan Magnetik. Di sekitar benda magnet selalu ada daerah atau ruang atau tempa yang dinamai medan magnet. Pada daerah ini, magnet lain dan benda yang bersifat magnet akan dipengaruhi oleh gaya magnet.

Sumber Medan Magnet

Sumber medan magnetic dibedakan menjadi dua jenis, yaitu magnet permanen dan magnet induksi.

Garis Gaya Magnet

Di sekitar magnet permanen terdapat medan megnetik yang digambarkan dengan garis garis gaya magnetic. Garis garis gaya megnetik selalu keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan magnet. Sedangan di dalam magnet, arah garis garis gaya magnetic digambarkan dari selatan ke utara.

Garis garis gaya magnet dapat menunjukkan kekuatan dari medan maget. Daerah yang memiliki medan magnet kuat digambarkan dengan garis garis gaya yang rapat. Sedangkan daerah yang medan magnetiknya lemah digambarkan dengan garis garis gaya yang renggang..

Daerah medan magnet yang memiliki kuat medan magnetic terbesar disebut kutub magnet. Setiap magne memiliki dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan.

Induksi Medan Magnetik

Medan Magnet yang dihasilkan oleh arus listrik disebut medan magnet induksi. Garis garis gaya magnet oleh arus listrik selalu melingkari kawat. Dalam hal ini Kawat sebagai sumbu lingkaran.

Arah Medan Magnet

Orientasi arah garis garis gaya megnet mengikuti aturan tangan kanan atau aturan putaran sektup. Arah medan magnet di suatu titik searah dengan orientasi garis garis gaya dan selalu menyinggung lingkaran garis garis gaya.

Aturan Tangan Kanan Arah Medan Magnet Kawat Berarus
Aturan Tangan Kanan Arah Medan Magnet Kawat Berarus

Aturan Tangan Kanan

Apabila arah ibu jari menyatakan arah aliran arus listrik, maka arah lipatan jari-jari yang lainnya menyatakan arah medan magnet.

Hukum Bio Savart

Hukum Biot–Savart menyatakan bahwa besarnya induksi magnet di suatu titik di sekitar kawat berarus listrik adalah:

– Berbanding lurus dengan kuat arus yang mengalir pada kawat tersebut.

– Berbanding lurus dengan panjang kawat penghantarnya.

– Berbanding lurus dengan sinus sudut yang dibentuk oleh arah arus dengan garis hubung dari suatu titik ke kawat penghantar.

– Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari titik itu ke kawat penghantar.

Kuat Medan Magnet

Kuat  medan magnetic menunjukkan besarnya induksi magnetic yang ditimbulkan oleh sebuah kawat yang berarus listrik.

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Kawat Lurus

Besarnya kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang beraliran arus listrik dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

BP =(μ0. I)/(2.π.a)

Dengan Keterangan

BP = induksi magnetik di suatu titik (P)  (Wb/m2 atau Tesla)

μ0 = permeabilitas ruang hampa (4 ×10-7 Wb.A-1m-1)

I = kuat arus yang mengalir dalam kawat (A)

a = jarak suatu titik (P) ke kawat penghantar (m)

Contoh Soal Ujian Kuat Medan Magnet Kawat Lurus

Sebuah kawat lurus panjang yang dialiri arus listik sebesar 10 A dari arah timur ke barat, tentukan besar dan arah induksi magnetik di titik P tepat di bawah kawat tersebut pada jarak 10 cm..

Penyelesaian :

Diketahui :

I = 10 A

a = 10 cm = 0,1 m

μ0 = 4 π×10-7 Wb A-1 m-1

Ditanyakan :

BP = …?

Jawab

BP =(μ0.I)/(2.π.a)

BP = (4 x 3,14 x10-7x10)/(2 x 3,14 x 0,1)

Bp = 2 x 10-5 Tesla  yang arahnya ke selatan.

Jadi, besarnya induksi magnet di titik P adalah: 2 x 10-5 Tesla dan arahnya ke selatan.

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Kawat Lingkaran

Besarnya induksi magnetic di pusat kawat berbentuk lingkaran dapat dinyatakan sebagai berikut:

BP =(μ0 I)/(2a)

Jika keliling lingkaran tidak penuh atau tidak membentuk  3600, misalkan θ derajat, maka besar induksi magnetic di pusat lingkaran dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

BP = (θ/360)x(μ0 I)/(2a)

Jika terdapat terdapat N lilitan kawat yang membentuk lingkaran, maka induksi magnetiknya adalah:

BP = N (μ0 I)/(2a)

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Solenoida

Solenoida adalah kumparan yang memanjang yang memiliki diameter lebih kecil dibandingkan dengan Panjang kumparannya. Jarak antara lilitan yang satu dengan yang lainnya sangat rapat dan biasanya terdiri atas satu lapisan atau lebih.

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Solenoida
Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Solenoida

Besarnya induksi magnetic di tengah atau pusat solenoida dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

BP = N (μ0 I)/(l)

Sedangkan besar induksi magnetic di ujung solenoida dapat dinyatakan dengan mebggunakan persamaan rumus berikut:

BP = N (μ0 I)/(2l)

Dengan Keterangan:

N = jumlah lilitan kawat

l = Panjang solenoida

Contoh Soal Perhitungan Rumus Kuat Medan Magnet Solenoida

Suatu solenoida memiliki panjang 2 m dan 800 lilitan dengan jari- jari 2 cm. Jika solenoida dialiri arus 0,5 A, tentukan induksi magnetic di pusat solenoida,

Penyelesaian:

Diketahui

l = 2 m

N = 800

I = 0,5 A

Ditanyakan Bp di pusat solenoida = ..?

Jawab

BP = N (μ0 I)/(l)

BP = 800 (4 π×10-7 Wb.A-1m-1 x 0,5A)/(2m)

BP = 2,5 x 10-4 T

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Toroida

Toroida  adalah sebuah solenoida yang dilengkungkan sehingga membentuk sebuah lingkaran.

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Toroida
Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Toroida

Besar induksi magnetic pada toroida dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

BP = N (μ0 I)/(2πr) atau

BP = N (μ0 I)/(l)

Dengan keterangan:

r = jari jari toroida, m

Gaya Lorentz

Gaya magnetik atau gaya lorentz adalah gaya yang timbul pada penghantar berarus atau muatan yang bergerak dalam medan magnetik.

Jika kawat sepanjang l dialiri arus listrik sebesar I dan berada dalam medan magnet B, maka kawat tersebut akan mengalami gaya Lorentz atau gaya magnet.

Besarnya gaya magnetik gaya Lorentz yang dialami oleh kawat yang beraliran arus lisrik :

– Berbanding lurus dengan kuat medan magnet/induksi magnet (B).

– Berbanding lurus dengan kuat arus listrik yang mengalir dalam kawat (I).

– Berbanding lurus dengan panjang kawat penghantar ( l ).

– Berbanding lurus dengan sudut (θ) yang dibentuk arah arus (I) dengan arah induksi magnet (B).

Arah Gaya Lorentz

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut  (Gambar en.wikipedia)

Gaya Lorenzt  Gaya Magnet Kawat Berarus
Gaya Lorenzt Gaya Magnet Kawat Berarus

Aturan Tangan Kanan Gaya Lorentz

Apabila tangan kanan dalam keadaan terbuka, semua jari- jari dan ibu jari diluruskan. Arah dari pergelangan tangan menuju jari- jari menyatakan arah induksi magnet B dan arah ibu jari menyatakan arah arus listrik I, maka arah gaya magnetiknya F dinyatakan dengan arah telapak tangan menghadap (arah F ke atas).

Gaya Lorentz  Gaya Magnet Kawat Berarus

Gaya Lorentz yang terjadi pada kawat berarus dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

F = B. I. l sin θ

Contoh Soal Perhitungan Rumus Gaya Lorentz  Gaya Magnet Kawat Berarus

Sebuah kawat  berarus 3 A berada dalam medan magnet 0,5 tesla yang membentuk sudut 300. Berapakah besar gaya Lorentz yang dialami kawat tersebut sepanjang 5 cm?

Penyelesaian

Diketahui

I = 3 A

B = 0,5 tesla (1 tesla = 1 wb/m2)

θ = 300

l = 5 cm = 5.10-2 m

Ditanyakan F = …

Gaya Lorentz memenuhi :

F = B I l sin 300

F = 0,5 . 3 . 5.10-2 . 1/2

F = 3,75 . 10-2 N

Gaya Lorentz  Gaya Magnet Muatan Bergerak

Jika sebuah muatan listrik bergerak dalam medan magnet, maka muatan tersebut akan mengalami gaya Lorentz atau gaya magnet. Besar gaya Lorentz yang terjadi dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

F = B. q. v sin θ

Gaya Lorentz  Gaya Magnet Dua Kawat Sejajar

Besarnya gaya Lorentz baik Tarik menarik atau tolak menolak pada dua kawat sejajar yang berarus listrik dapat ditentukan dengan menggunkan formulasi persamaan berikut:

F1= F2 = l. (μ0 I1 I2)/(2πa)

Jika arah arus pada kedua kawat tersebut searah, maka kedua kawat akan saling Tarik menarik. Dan jika arah arus pada kedua kawat saling berlawanan, maka kawat akan saling tolak menolak.

Fluks Magnet

Michael Faraday menggambarkan medan magnetic sebagai garis garis gaya. Garis gaya semakin rapat menunjukkan medan magnetic yang semakin kuat. Kuat medan magnetic menunjukkan besarnya induksi magnetic.

Fluks magnetik menyatakan banyaknya jumlah garis gaya yang menembus permukaan bidang secara tegak lurus.  Jadi kalau garis gaya tidak tegak lurus, maka ada koreksi terhadap arah datangnya dengan menggunakan sudut datang θ.

Fluks Magnetik Induksi
Fluks Magnetik Induksi

Fluks magnetic φ adalah banyaknya garis medan magnetic yang dilingkupi oleh suatu luas daerah tertentu A dalam arah tegak lurus. Fluks magnetik dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

φ = B. A cos q

Dengan Keterangan:

φ = Fluks magnet (Wb)

A = Luas Penampang m2

B = Induksi magnet (T)

θ = sudut antara B dengan garis normal bidang A

Hukum Faraday

Hukum Faraday menyatakan bahwa “Jika fluks magnet yang memesuki suatu kumparan berubah, maka pada ujung – ujung kumparan akan timbul gaya geral listrik induksi dan besarnya bergantung pada laju perubahan fluks magnet yang dilingkupi oleh kumparan”.

Jika kumparan yang memiliki N buah lilitan, maka gaya gerak listrik induksinya dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

εinduksi = – N (Δf/Δt)

εinduksi = GGL induksi (volt)

N = jumlah lilitan

Δf/Δt = laju perubahan fluks magnet (Wb/detik)

Selain itu, gaya gerak listrik induksi dapat pula terbentuk akibat terjadinya perubahan medan magnet atau perubahan luas kumparan.

Gaya gerak listrik induksi yang terbentuk akibat adanya perubahan medan magnet atau induksi magnet dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

εinduksi = – N. A (ΔB/Δt)

Ketika yang berubah adalah luas kumparan, maka besarnya gaya gerak listrik induksi yang terjadi dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

εinduksi = – N. B (ΔA/Δt)

Dengan keterangan:

N = jumlah lilitan

A = luas kumparan

B = kuat medan magnet (T)

Daftar Pustaka:

  1. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,  Jakarta.
  2. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  3. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  4. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Gelombang, Jenis Gelombang, Sifat-sifat Gelombang, Contoh Gelombang, Manfaat fungsi gelombang,
  5. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  6. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  7. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  8. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  9. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Induksi Medan Magnet, Pengertian Medan Magnetik, Contoh Sumber Medan Magnet, magnet permanen dan magnet induksi, Garis Gaya Magnet, Arah Garis Gaya Magnet, Contoh Garis garis gaya magnet, kutub utara dan kutub selatan magnet,
  10. Ardra.Biz, 2019,”Contoh Induksi Medan Magnetik, medan magnet induksi, Arah Medan Magnet, Orientasi arah garis garis gaya megnet, Gambar Arah Medan Magnet, Bunyi Pernyataan Aturan Tangan Kanan,  Kaidah Tangan Kanan arah medan magnet, Bunyi Penrnyataan Hukum Bio Savart,
  11. Ardra.Biz, 2019,”Rumus Persamaan Hukum Biot–Savart, Contoh Soal Rumus Persamaan Hukum Biot–Savart, Rumus Persamaan Kuat Medan Magnet, Kuat Induksi Magnet Kawat Lurus,  Rumus kuat medan magnet, Satuan  induksi magnetic,
  12. Ardra.Biz, 2019, “Nilai satuan permeabilitas ruang hampa, satuan kuat arus, Contoh Soal Ujian Kuat Medan Magnet Kawat Lurus, Pengertian satuan Tesla, Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Kawat Lingkaran, Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Solenoida,  Pengertian Solenoida,
  13. Ardra.Biz, 2019, “Contoh  kumparan solenoida, Rumus induksi magnetic di tengah dan ujung solenoida, Contoh Soal Perhitungan Rumus Kuat Medan Magnet Solenoida, Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Toroida, Pengertian Contoh Toroida, Rumus induksi magnetic toroida,
  14. Ardra.Biz, 2019, “Gaya Lorentz, Bunyi Pernyataan Hukum Lorentz, gaya Lorentz atau gaya magnet, Arah Gaya Lorenzt Aturan tangan kanan Arah gaya Lorenzt, Aturan Tangan Kanan Gaya Lorenzt, Gaya Lorenzt  Gaya Magnet Kawat Berarus,
  15. Ardra.Biz, 2019, “Satuan Gaya Lorenzt, Persamaan rumus Hukum Lorenzt, Contoh Soal Perhitungan Rumus Gaya Lorenzt  Gaya Magnet Kawat Berarus,
  16. Ardra.Biz, 2019, “Gaya Lorenzt  Gaya Magnet Muatan Bergerak, Rumus Gaya Lorenzt  Gaya Magnet Dua Kawat Sejajar, Pengertian Fluks Magnet, Rumus  Fluks magnetic, Pengaruh Kuat medan magnetic terhadap besarnya induksi magnetic, Gambar Fluks magnetic, Satuan  Fluks magnet (Wb),
  17. Ardra.Biz, 2019, “Satuan Induksi magnet (T), Bunyi Pernyataan Hukum Faraday, Rumus Hukum Faraday, Satuan GGL induksi (volt), Rumus gaya gerak listrik induksi, Satuan kuat medan magnet (T).

Induksi Elektromagnetik

Pengertian Induksi elektromagnetik. Induksi elektromagnetik adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik di dalam suatu kumparan atau konduktor bila terdapat perubahan fluks magnetik pada konduktor tersebut atau bila konduktor bergerak relatif melintasi medan magnetik.

Hukum Induksi Faraday menyatakan:

“gaya gerak listrik (ggl) induksi yang timbul antara ujung-ujung suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut”.

GGL, Gaya gerak listrik induksi adalah timbulnya gaya gerak listrik di dalam kumparan yang mencakup sejumlah fluks garis gaya medan magnetik, bilamana banyaknya fluks garis gaya itu divariasi. Dengan kata lain, akan timbul gaya gerak listrik di dalam kumparan apabila kumparan itu berada di dalam medan magnetik yang kuat medannya berubah-ubah terhadap waktu.

Hukum Faraday,

Konsep gaya gerak listrik pertama kali dikemukakan oleh Michael, yang melakukan penelitian untuk menentukan faktor yang memengaruhi besarnya ggl yang diinduksi. Faraday menemukan bahwa induksi sangat bergantung pada waktu, yaitu semakin cepat terjadinya perubahan medan magnetik, ggl yang diinduksi semakin besar.

Garis Medan Mangetik Yang Menembus Luas Bidang Permukaan A
Garis Medan Mangetik Yang Menembus Luas Bidang Permukaan A

Di sisi lain, ggl tidak sebanding dengan laju perubahan medan magnetik B, tetapi sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik, ΦB, yang bergerak melintasi loop seluas A, yang secara matematis fluks magnetik tersebut dinyatakan sebagai berikut:

ΦB = B.A cos θ …(1)

Dengan B sama dengan rapat fluks magnetik, yaitu banyaknya fluks garis gaya magnetik per satuan luas penampang yang ditembus garis gaya fluks magnetik tegak lurus, dan θ adalah sudut antara B dengan garis yang tegak lurus permukaan kumparan. Jika permukaan kumparan tegak lurus B, θ = 90o dan ΦB = 0, tetapi jika B sejajar terhadap kumparan, θ = 0o, sehingga:

ΦB = B.A

Hal ini terlihat pada Gambar  di mana kumparan berupa bujur sangkar bersisi i seluas A = i2. Garis B dapat digambarkan sedemikian rupa sehingga jumlah garis per satuan luas sebanding dengan kuat medan. Jadi, fluks ΦB dapat dianggap sebanding dengan jumlah garis yang melewati kumparan. Besarnya fluks magnetik dinyatakan dalam satuan weber (Wb) yang setara dengan tesla.meter2 (1Wb = 1 T.m2).

Dari definisi fluks tersebut, dapat dinyatakan bahwa jika fluks yang melalui loop kawat penghantar dengan N lilitan berubah sebesar ΔΦB dalam waktu Δt, maka besarnya ggl induksi adalah:

ε = –N (ΔΦBt) …. (2)

Tanda negatif pada persamaan (2) menunjukkan arah ggl induksi. Apabila perubahan fluks ΔΦ terjadi dalam waktu singkat Δt →0, maka ggl induksi menjadi:

ε = N lim (ΔΦBt)

       Δ t→0

ε = N (dΦB /dt)(6.4)

dengan:

ε  = ggl induksi (volt)

N = banyaknya lilitan kumparan

ΔΦB = perubahan fluks magnetik (weber)

Δt = selang waktu (s)

Contoh Soal Perhitungan Gaya Gerak Listrik

Fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 sekon. Kumparan terdiri atas 200 lilitan dengan hambatan 4 Ω . Berapakah kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan?

Penyelesaian:

Diketahui:

Φ1 =0,5 Wb

Φ2 =0,1 Wb

N = 200 lilitan

R = 4Ω

Δt = 5 sekon

Ditanya: I … ?

Jawab:

Besarnya Gaya Gerak Listrik induksi dapat dihitung dengan menggunakan rumus persamaan berikut:

ε = –N (ΔΦBt)

ε = -200 [(0,5-0,1)]/5

ε = -200(0,4/5)

ε = -16 volt)

tanda negative (-) pada nilai ggl (ε) menyatakan reaksi atas perubahan fluks, yaitu fluks induksi berlawanan arah dengan fluks magnetik utama. Besarnya Arus yang mengalir melalui kumparan dapat dihitung dengan rumus persamaan berikut:

I = ε /R

I = 16/4 = 4 A

Daftar Pustaka:

Pengertian Induksi elektromagnetik dan Contoh Induksi elektromagnetik dengan menyebabkan gaya gerak listrik. Perubahan fluks magnetic dengan Bunyi Hukum Induksi Faraday menyatakan. Gaya gerak listrik induksi dan fluks garis gaya medan magnetik. Hukum Faraday dan rumus fluks magnetic dengan Rumus Perhitungan Gaya Gerak Listrik GGL.

Satuan Gaya Gerak Listrik dan Contoh soal gaya gerak listrik dan contoh soal induksi elektromagnetik. Pengertian rapat fluks magnet dengan gambar garis medan magnetic dan satuan weber (Wb) fluks magnetic. Pengaruh jumlah lilitan pada gaya gerak listrik dan Contoh Soal Perhitungan Gaya Gerak Listrik. Arus yang dibutuhkan Gaya gerak lsitrik atau Jumlah Lilita ynang dibutuhkan gaya gerak listrik.