Medan Magnet

Medan Magnet

           Medan magnet merupakan sebuah gambaran yang biasa kita gunakan untuk merepresentasikan bagaimana gaya magnet terdistribusi diantara suatu benda bermagnet atau disekitar benda bermagnet tersebut.

Seperti yang sudah kita ketahui bahwa magnet memiliki dua kutub dimana jika kita dekatkan dua buah magnet maka dapat terjadi gaya tarik-menarik ataupun gaya tolak-menolak tergantung kutub-kutub yang didekatkan. Selain itu, kita juga tahu bahwa gaya tarik-menarik atau tolak-menolak tersebut memiliki batas jangkauan disekitar magnet tersebut yang tidak bisa kita lihat. Medan magnet dapat mendeskripsikan bagaimana gaya yang tidak terlihat tersebut disekitar magnet.

Visualisasi Medan Magnet

Terdapat dua cara untuk menggambarkannya:

1. Dideskripsikan secara matematik sebagai vektor. Setiap vektor pada setiap titik yang berbentuk panah tersebut memiliki arah dan besaran tergantung dari besar gaya magnetik pada titik tersebut.

         Gambar 1. Vektor medan magnet pada sebuah magnet persegi panjang

2. Cara lain untuk mengilustrasikannya adalah dengan menggunakan garis. Setiap vektor disambungkan dengan sebuah garis yang tidak terputus dan banyaknya garis dapat dibuat sebanyak mungkin. Cara inilah yang paling sering dipakai untuk menggambarkan suatu medan magnet.

         Gambar 2. Garis-garis medan magnet pada sebuah magnet persegi panjang 

Garis-garis medan magnet memiliki karakteristik yang berguna untuk analisa:

1.       Setiap garis tidak pernah berpotongan satu sama lain

2.       Garis akan makin semakin rapat pada wilayah dimana medan magnet semakin besar. Hal ini menandakan bahwa semakin rapat garis-garis medan magnet, maka semakin besar gaya magnetnya pada wilayah tersebut.

3.       Garis-garis ini tidak bermulai atau berhenti dari manapun, akan tetapi garis-garis tersebut membentuk suatu lingkaran tertutup dan tetap menyambung di dalam material magnet.

4.       Arah medan magnet direpresentasikan dengan panah pada garis-garisnya. Terkadang, tanda panah tidak digambar pada garis-garis medan magnet, akan tetapi medan magnet akan selalu memiliki arah dari kutub Utara (North) ke Selatan (South).

5.       Garis-garis ini dapat divisualisasikan secara nyata. Cara yang paling sederhana adalah dengan menyebarkan bubuk pasir besi di sekitar magnet dan akan menghasilkan karakteristik yang sama seperti pada garis-garis medan magnet.

              Gambar 3. Visualisasi secara nyata menggunakan bubuk pasir besi. 

Gaya Lorentz (Gaya Magnetik)

Gaya Lorentz merupakan nama lain dari gaya magnetik yaitu gaya yang ditimbulkan oleh medan magnet. Kapan akan timbul bila ada interaksi dua medan magnet, contohnya adalah kawat berarus dalam medan magnet, kawat sejajar berarus dan muatan yang bergerak dalam medan magnet.

Gaya Lorentz (Gaya Magnetik) Dalam Beberapa Kondisi

A.    Gaya Lorentz Untuk Kawat Berarus Dalam Medan Magnet

      Pada setiap kawat berarus yang diletakkan dalam daerah bermedan magnet maka kawat tersebut akan merasakan gaya magnet.

Gaya magnet atau gaya Lorentz merupakan besaran vektor. Arahnya dapat menggunakan kaidah tangan kanan seperti pada gambar diatas. Ibu jari sebagai arah I, empat jari lain sebagai arah B dan arah gaya Lorentz sesuai dengan arah telapak. Besarnya gaya Lorentz sebanding dengan kuat arus I, induksi magnet B dan panjang kawat l. Jika B membentuk sudut θ terhadap I akan memenuhi persamaan berikut.

F_l = B . I . l sin θ

Dengan :

    F_l = gaya Lorentz (N)
    B = induksi magnet (wb/m2)
    I = kuat arus listrik (A)
    l = panjang kawat (m)
    θ = sudut antara B dengan I

 

B.  Gaya Lorentz Pada Kawat Sejajar Berarus

      Di sekitar kawat berarus timbul induksi magnet. Apa yang akan terjadi jika kawat berarus lain didekatkan kawat pertama? Keadaan ini berarti ada dua kawat sejajar. Kawat kedua berada dalam induksi magnet kawat pertama, sehingga akan terjadi gaya Lorentz. Begitu juga pada kawat kedua akan menimbulkan gaya Lorentz pada kawat pertama. Gaya itu sama besar dan memenuhi persamaan berikut.

                                                                    F²¹ = i₂ l B₁

C.  Gaya Lorentz Pada Muatan Bergerak

      Muatan bergerak dapat disamakan dengan arus listrik. Berarti saat ada muatan bergerak dalam medan magnet juga akan timbul gaya Lorentz. Arus listrik adalah muatan yang bergerak dan muatan yang dimaksud adalah muatan positif.

Gaya Lorentz yang dirasakan muatan positif dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Perhatikan gambar diatas Ibu jari menunjukKan arah v, 4 jari lain menjadi arah B dan telapak arah gaya Lorentz. Gaya Lorentz yang dirasakan oleh muatan bergerak tersebut memenuhi persamaan berikut.

F = q v B sin θ

Dengan :

    F = gaya Lorentz (N)
    q = muatan (C)
    v = kecepatan muatan (m/s)
    B = induksi magnet (wb/m2)
    θ = sudut antara v dan B

     

D.  Pengaruh Nilai θ Pada Gaya Lorentz

      Perhatikan nilai gaya Lorent pada muatan yang bergerak. F = q v B sin θ. Nilai θ ini memiliki tiga kemungkinan. Perhatikan ketiga kemungkinan tersebut.

(a) Nilai θ = 0.
Nilai θ = 0 terjadi jika v sejajar B akibatnya nilai F = 0. Karena tidak dipengaruhi gaya maka muatannya akan bergerak lurus beraturan (GLB).

(b) Nilai θ = 90^o.
Nilai θ = 90^o terjadi jika v tegak lurus B. Nilai F = q v B dan selalu tegak lurus dengan v. Keadaan ini menyebabkan akan terjadi gerak melingkar beraturan (GMB). Jari-jarinya memenuhi persamaan berikut.

(c) Nilai 0 < θ < 90^o.
Nilai kemungkinan ketiga ini dapat menyebabkan terjadi perpaduan gerak GLB dan GMB dan terjadi gerak helix.

Sekian, semoga bermanfaat.

Terimakasih telah berkunjung.