Medan Magnet : Sifat, Satuan, Rumus, Contoh Soal dan jawaban

Diposting pada

Pengertian Medan Magnet, Sifat, Satuan, Rumus, Contoh Soal dan jawaban : adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet “permanen”)

medan-magnet


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Induksi Elektromagnetik : Pengertian, Penerapan, dan Rumus Serta Contoh Soalnya Lengkap


Pengertian Medan Magnet

Medan magnet, dalam ilmu Fisika, adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet “permanen”). Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.


Medan magnet adalah ruangan di sekitar kutub magnet, yang gaya tarik/tolaknya masih dirasakan oleh magnet lain. Dalam arti luas Medan magnet, adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet “permanen”). Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Gelombang Elektromagnetik : Pengertian, Sifat, Macam, Rumus Beserta Contoh Soal Lengkap

Sifat Medan Magnet

Hasil kerja Maxwell telah banyak menyatukan listrik statis dengan kemagnetan, yang menghasilkan sekumpulan empat persamaan mengenai kedua medan tersebut. Namun, berdasarkan rumus Maxwell, masih terdapat dua medan yang berbeda yang menjelaskan gejala yang berbeda. Einsteinlah yang berhasil menunjukkannya dengan relativitas khusus, bahwa medan listrik dan medan magnet adalah dua aspek dari hal yang sama (tensor tingkat 2), dan seorang pengamat bisa merasakan gaya magnet di mana seorang pengamat bergerak hanya merasakan gaya elektrostatik. Jadi, dengan menggunakan relativitas khusus, gaya magnet adalah wujud gaya elektrostatik dari muatan listrik yang bergerak, dan bisa diprakirakan dari pengetahuan tentang gaya elektrostatik dan gerakan muatan tersebut (relatif terhadap seorang pengamat).


Sifat Medan MagnetArus mengalir melalui sepotong kawat membentuk suatu medan magnet (M) disekeliling kawat. Medan tersebut terorientasi menurut aturan tangan kanan.


Magnet terdiri dari magnet-magnet kecil yang mengarah kearah yang sama (magnet elementer).Setiap magnet memiliki 2 kutub magnet, yaitu kutub utara dan selatan. Sifat dari kedua kutub itu adalah:

  • Jika kutub yang sejenis didekatkan akan saling tolak-menolak
  • Jika kutub yang tidak sejenis didekatkan akan saling tarik-menarik.

Jika magnet batang dipotong pada bagian tengahnya maka akan membentuk magnet-magnet baru dengan kutub yang sesuai dengan arah magnet elementer.

  • sifat magnet dapat menarik logam (seperti baja ataupun besi) atau benda sesama magnet.
  • sifat magnet memiliki dua kutub yang sudah saya jelaskan di atas. Yaitu kutub utara dan kutub selatan. Magnet selalu berpasangan kutubnya. Jika dipecah-pecah sampai kecil, magnet tetap memiliki dua kutub.
  • kutub magnet yang senama atau satu jenis akan tolak menolak. Sedangkan kutub yang tidak sejenis senantiasa akan tarik-menarik. Contohnya adalah jika ujung kutub utara magnet A didekatkan dengan kutub utara magnet B maka kedua magnet tersebut akan tolak-menolak. Akan tetapi jika kutub utara magnet A di dekatkan kutub utara magnet B maka akan tarik-menarik. Hal ini seperti cowok suka sama cewek. Artinya normal bukan?
  • magnet memiliki daerah di sekitarnya yang masih dipengaruhi magnet itu sendiri yang disebut dengan medan magnet. Misalnya jika kamu meletakkan sebuah jarum pentul pada dekat magnet, maka jarum pentul tersebut akan ketarik oleh magnet dan menempel.

Penggolongan Benda Berdasarkan Sifat Magnetnya.

Berdasarkan sifat magnetnya benda dibagi menjadi 2 macam yaitu ferromagnetik (benda yang dapat diterik kuat oleh magnet), parramagnetik (denda yang dapat ditarik magnet dengan lemah) dan diamagnetik (benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet).

  • Contoh ferromagnetik adalah besi, baja, nikel dan kobalt.
  • Contoh parramagnetik adalah platina dan aluminium.
  • Contoh diamagnetik adalah seng, dan  bismut.

Setiap magnet mempunyai sifat (ciri) sebagai berikut :

  • dapat menarik benda logam tertentu.
  • gaya tarik terbesar berada di kutubnya.
  • selalu menunjukkan arah utara dan selatan bila digantung bebas.
  • memiliki dua kutub.
  • tarik menarik bila tak sejenis.
  • tolak menolak bila sejenis

Magnet dapat menarik benda logam tertentu karena susunan magnet elementer didalam magnet itu tersusun teratur. Bila kita bisa membuat susunan magnet elementer teratur maka kita bisa membuat magnet.

Hal penting yang harus kita bahami adalah sebagian besar orang berfikir bahwa cara membuat magnet ini menentukan sifat kemagnetan suatu benda. Orang selalu berfikir bahwa jika magnet dibuat dengan cara menggosok maka akan diperoleh magnet permanen dan jika diperoleh dengan cara elektromagnetik maka akan diperoleh magnet sementara.


Anggapan ini adalah keliru bukan salah, kenapa bisa seperti itu? karena orang tidak melihat bahan apa yang digunakan. Jika baja dibuat magnet dengan caradigosok akan diperoleh magnet permanen tetapi jika besi yang digosok maka akan diperoleh magnet sementara. Kebanyakan ketika orang membuat magnet dengan cara menggosok selalu menggunakan baja, inilah mengapa muncul anggapan bahwa menggosok dapat membuat magnet bersifat permanen.


Kasus yang lain adalah elektromagnetik, jika kita amati elektromagnetik manapun akan menggunakan inti besi lunak (besi) bukan baja, karena inti besi yang digunakan maka elektromagnetik menghasilkan magnet sementara. Tetapi coba anda pikir apabila intinya diganti dengan baja, apa yang akan terjadi? yang pasti baja akan menjadi magnet permanen sehingga elektromagnetik tidak dapat dimanfaatkan.

Dari penjelasan kasus diatas dapat kita simpulkan bahwa sifat permanen dan sifat sementara suatu magnet tidak di pengaruhi oleh cara membuat tetapi dipegaruhi oleh bahan yang digunakan. Dengan cara apapun jika bahan yang digunakan baja maka magnet yang dihasilkan akan bersifat permanen.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Energi Potensial – Pengertian, Jenis, Gravitasi, Listrik, Magnetik, Elastis, Contoh Soal


Prinsip Kemagnetan

Pada sebuah magnet sebenarnya merupakan kumpulan jutaan magnet ukuran mikroskopik yang teratur satu dan lainnya. Kutub utara dan kutub selatan magnet posisinya teratur (lihat gambar 3). Secara keseluruhan kekuatan magnetnya menjadi besar. Logam besi bisa menjadi magnet secara permanen (tetap) atau bersifat megnet sementara dengan cara induksi elektromagnetik. Tetapi ada beberapa logam yang tidak bisa menjadi magnet, misalnya tembaga dan aluminium, dan logam tersebut dinamakan diamagnetik.

Bumi merupakan magnet alam raksasa, dapat dibuktikan dengan alat yang dinamakan kompas, dimana jarum penunjuk pada kompas akan menunjukkan arah utara dan selatan bumi kita, seperti diperlihatkan pada gambar 1. Karena sekeliling bumi sebenarnya dilingkupi garis gaya magnet yang tidak tampak oleh mata kita tapi bisa diamati dengan kompas keberadaannya.


Prinsip Kemagnetan

Batang magnet memancarkan garis gaya magnet yang melingkupi dengan arah dari utara ke selatan. Pembuktian sederhana dilakukan dengan menempatkan batang magnet diatas selembar kertas, kemudian diatas kertas tersebut ditaburkan serbuk halus besi secara merata, yang terjadi adalah bentuk garis-garis dengan pola melengkung oval diujung-ujung kutub. Ujung kutub utara-selatan muncul pola garis gaya yang kuat. Daerah netral pola garis gaya magnetnya lemah.


Bagian netral magnet artinya tidak memiliki kekuatan magnet. Untuk membuktikan bahwa daerah netral tidak memiliki kekuatan magnet. Ambil beberapa sekrup besi, amatilah tampak sekrup besi akan menempel baik diujung kutub utara maupun ujung kutub selatan. Daerah netral dibagian tengah sekrup tidak akan menempel sama sekali, dan sekrup akan terjatuh.


Daerah netral pada magnet permanenMengapa besi biasa berbeda logam magnet ? Pada besi biasa sebenarnya terdapat kumpulan magnet-magnet dalam ukuran mikroskopik, tetapi posisi masing-masing magnet tidak beraturan satu dengan lainnya sehingga saling menghilangkan sifat kemagnetannya


Perbedaan besi biasa dan magnet permanen


Arah garis gaya magnet dengan pola garis melengkung mengalir dari arah kutub utara menuju kutub selatan. Didalam batang magnet sendiri garis gaya mengalir sebaliknya, yaitu dari kutub selatan ke kutub utara. Didaerah netral tidak ada garis gaya diluar batang magnet. Pembuktian secara visual garis gaya magnet untuk sifat tarik menarik pada kutub berbeda dan sifat tolak-menolak pada kutub sejenis dengan menggunakan magnet dan serbuk halus besi, gambar 4. Tampak jelas kutub sejenis utara-utara garis gaya saling menolak satu dan lainnya. Pada kutub yang berbeda utara-selatan, garis gaya magnet memiliki pola tarik menarik. Sifat saling tarik menarik dan tolak menolak magnet menjadi dasar bekerjanya motor listrik.

medan magnet tolak-menolak

Pola garis medan magnet tolak-menolak dan 4b. pola garis medan magnet tarik-menarik.


Garis medan magnet Utara-Selatan

Untuk mendapatkan garis gaya magnet yang merata disetiap titik permukaan maka ada dua bentuk yang mendasari rancangan mesin listrik. Bentuk datar (flat) akan menghasilkan garis gaya merata setiap titik permukaannya. Bentuk melingkar (radial), juga menghasilkan garis gaya yang merata setiap titik permukaannya.


permukaan rata dan silinder


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian, Fungsi, Sifat Dan Jenis Magnet Serta 5 Bentuknya Terlengkap


Teori Kemagnetan Bumi

Teori ini sangat rumit untuk dijelaskan, sebaiknya kita harus bisa membedakan dulu antara gravitasi bumi dengan magnet bumi. Kita dapat berdiri di atas muka bumi bukan karena bumi bersifat magnet, kenapa bisa begitu? Karena sesuai dengan definisi magnet adalah bahan yang bisa menarik benda magnetik sedangkan kita bukanlah bahan magnetik.


Lalu apa yang membuat kita bisa berdiri diatas bumi? Jawabnya karena bumi mempunyai gravitasi yaitu kekuatan untuk menarik semua benda yang ada disekitarnya tidak perduli itu benda magnetik atau bukan. Gravitasi bumi ditimbulkan karena bumi mempunyai massa, semakin besar massa maka semakin besar gravitasinya (ini semua sesuai dengan hukum Newton dan teori relativitas). Sedangkan sifat kemagnetan bumi ditimbulkan karena bumi berotasi dan berevolusi (ini pendapat saya) jadi jika bumi tidak lagi berotasi maka sifat kemagnetannya lama – lama akan hilang. Mulai dari sekarang supaya pembahasan bab kemagnetan tidak membuat bingung maka kita harus membedakan antara gravitasi bumi dengan magnet bumi.


Kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub selatan bumi, sedangkan kutub selatan magnet bumi berada disekitar kutub utara bumi. Antara kutub utara magnet bumi dengan kutub selatan bumi tidak berimpit, ini juga terjadi pada kutub selatan magnet bumi. Akibat hal tersebut maka bila kita melihat kompas menunjukka arah selatan ini berarti tidak menunjukkan persis arah selatan tetapi mengalami penyimpangan sedikit dari kutub selatan bumi. Penyimpangan ini membentuk sudut yang disebut dengan sudut deklinasi.

Apabila kita membawa kompas dari katulistiwa menuju kutub bumi maka kompas itu akan condong ke bawah atau ke atas. Kecondongan ini karena tertatik oleh kutub magnet bumi. Sudut yang dibentuk dari kecondongan kompas terhadap arah horisontal disebut dengan sudut inklinasi.


Teori Kemagnetan Bumi

Teori Kemagnetan Bumi 2


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Gaya dalam Ilmu Fisika Terlengkap


Satuan dan Rumus Medan Magnet

Kuat Medan ( H ) = Itensity

Kuat medan magnet di suatu titik di dalam medan magnet ialah besar gaya pada suatu satuan kuat kutub di titik itu di dalam medan magnet m adalah kuat kutub yang menimbulkan medan magnet dalam Ampere-meter.

Itensity


Garis Gaya.

Garis gaya adalah Lintasan kutub Utara dalam medan magnet atau garis yang bentuknya demikian hingga kuat medan di tiap titik dinyatakan oleh garis singgungnya.

Sejalan dengan faham ini, garis-garis gaya keluar dari kutub-kutub dan masuk ke dalam kutub Selatan. Untuk membuat pola garis-garis gaya dapat dengan jalan menaburkan serbuk besi disekitar sebuah magnet.

Gambar pola garis-garis gaya.

Pengamatan lain untuk menunjukkan adanya medan magnet dapat dilakukan dengan meletakkan beberapa kompas di sekitar magnet. Jarum-jarum kompas akan menunjukkan arah garis-garis gaya magnet pada titik-titik tertentu di sekitar magnet.


Jadi, adanya medan magnet dapat digambarkan dengan garis-garis gaya magnet.

  • Garis gaya magnet adalah garis khayal yang merupakan lintasan kutub utara magnet-magnet kecil apabila dapat bergerak dengan bebas.
  • Garis-garis gaya magnet selalu mengarah dari kutub utara ke selatan dan tidak pernah berpotongan.
  • Gaya tarik-menarik antara dua kutub magnet tak senama dan gaya tolakmenolak antara dua kutub yang senama digambarkan dengan garis-garis gaya magnet.

Rapat Garis-Garis Gaya (B) = Flux Density

Definisi : Jumlah garis gaya tiap satuan luas yang tegak lurus kuat medan.

Flux Density

catatan : rapat garis-garis gaya menyatakan kebesaran induksi magnetik.


Medan magnet yang rapat garis-garis gayanya sama disebut : medan magnet serba sama ( homogen )

homogen


Diamagnetik Dan Para

Sehubungan dengan sifat-sifat kemagnetan benda dibedakan atas Diamagnetik dan Para magnetik.

Benda magnetik : bila ditempatkan dalam medan magnet yang tidak homogen, ujung-ujung benda itu mengalami gaya tolak sehingga benda akan mengambil posisi yang tegak lurus pada kuat medan. Benda-benda yang demikian mempunyai nilai permeabilitas relatif lebih kecil dari satu. Contoh : Bismuth, tembaga, emas, antimon, kaca flinta.


Benda paramagnetik : bila ditempatkan dalam medan magnet yang tidak homogen, akan mengambil posisi sejajar dengan arah kuat medan. Benda-benda yang demikian mempunyai permeabilitas relatif lebih besar dari pada satu. Contoh : Aluminium, platina, oksigen, sulfat tembaga dan banyak lagi garam-garam logam adalah zat paramagnetik.

Benda feromagnetik : Benda-benda yang mempunyai effek magnet yang sangat besar, sangat kuat ditarik oleh magnet dan mempunyai permeabilitas relatif sampai beberapa ribu. Contoh : Besi, baja, nikel, cobalt dan campuran logam tertentu ( almico )


Medan Magnet Sekitar Arus Listrik

Percobaan OERSTED

Di atas jarum kompas yang seimbang dibentangkan seutas kawat, sehingga kawat itu sejajar dengan jarum kompas. jika kedalam kaewat dialiri arus listrik, ternyata jarum kompas berkisar dari keseimbangannya. Jadi diambil kesimpulan bahwa disekitar arus listrik ada medan magnet.

Percobaan OERSTED

  1. Bila arus listrik yang berada anatara telapak tangan kanan dan jarum magnet mengalir dengan arah dari pergelangan tangan menuju ujung-ujung jari, kutub utara jarum berkisar ke arah ibu jari.
  2. Bila arus listrik arahnya dari pergelangan tangan kanan menuju ibu jari, arah melingkarnya jari tangan menyatakan perkisaran kutub Utara.

Pola garis-garis gaya di sekitar arus lurus.Pada sebidang karton datar ditembuskan sepotong kawat tegak lurus, di atas karbon ditaburkan serbuk besi menempatkan diri berupa lingkaran-lingkaran yang titik pusatnya pada titik tembus kawat.

karton datarCara menentukan arah medan magnet Bila arah dari pergelangan tangan menuju ibu jari, arah melingkar jari tangan menyatakan arah medan magnet.


Hukum Biot Savart.

Definisi : Besar induksi magnetik di satu titik di sekitar elemen arus, sebanding dengan panjang elemen arus, besar kuat arus, sinus sudut yang diapit arah arus dengan jaraknya sampai titik tersebut dan berbanding terbalik dengan kwadrat jaraknya.Hukum Biot Savart


Induksi Magnetik

Induksi magnetik di sekitar arus lurus.

Induksi MagnetikBesar induksi magnetik di titik A yang jaraknya a dari kawat sebanding dengan kuat arus dalam kawat dan berbanding terbalik dengan jarak titik ke kawat.


Besar induksi magnetik

Titik A berjarak x dari pusat kawat melingkar besarnya induksi magnetik di A dirumuskan :

Jika kawat itu terdiri atas N lilitan maka :


Induksi magnetik di pusat lingkaran.Jika arah arus sesuai dengan arah melingkar jari tangan kanan arah ibu jari menyatakan arah medan magnet.


Solenoide

Solenoide adalah gulungan kawat yang di gulung seperti spiral. Bila kedalam solenoide dialirkan arus listrik, di dalam selenoide terjadi medan magnet dapat ditentukan dengan tangan.

SolenoideSolenoide 2


Gaya Lorentz

Pada percobaan oersted telah dibuktikan pengaruh arus listrik terhadap kutub magnet, bagaimana pengaruh kutub magnet terhadap arus listrik akan dibuktikan dari percobaan berikut :

Seutas kawat PQ ditempatkan diantara kutub-kutub magnet ladam kedalam kawat dialirkan arus listrik ternyata kawat melengkung kekiri.

Gejala ini menunjukkan bahwa medan magnet mengerjakan gaya pada arus listrik, disebut Gaya Lorentz. Vektor gaya Lorentz tegak lurus pada I dan B. Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan tangan kanan. Bila arah melingkar jari-jari tangan kanan sesuai dengan putaran dari I ke B, maka arah ibu jari menyatakan arah gaya Lorents.


Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Radiasi , Bahaya, Jenis, Dampak, Dan Manfaat


Contoh Soal dan Jawaban

Contoh Soal1Contoh Jawaban1Contoh soal2Contoh soal2a

Contoh soal3Contoh soal3Contoh soa4

Contoh soa4aContoh soa5Contoh soa5