Medan Magnet Dan Gaya Magnetik
GAYA PADA MUATAN DALAM PENGARUH MEDAN MAGNET : GAYA LORENTZ
Seperti dalam kasus elektrostatik (kelistrikan),gejala magnetisme (kemagnetan) dari sebuah benda yang mengandung medan magnet juga bisa digambarkan melalui garis-garis gaya. Pada kelistrikan kita ingat sebuah aturan bahwa untuk muatan negatif arah medan menuju muatan dan untuk muatan positif arah medan listrik ditetapkan keluar menjauhi muatan muatan.
Dalam kemagnetan, medan magnet (dituliskan dengan vektor B) digambarkan sebagai garis-garis gaya dari kutub utara menuju kutub selatan.
Seperti halnya gaya elektrostatik (gaya Coulomb) pada kasus medan listrik, dalam medan magnetik pun terdapat gaya magnetik yang serupa dengan gaya Coulomb. Gaya magnetik ini terjadi jika sebuah partikel bermuatan q bergerak dengan kecepatan v dalam pengaruh medan magnet B. Akibat pergerakan muatan ini akan timbul gaya magnetik Fm yang besarnya :
Fm = q( vxB)
= qvB sin θ (1)
Arah dari gaya magnetik ini, sesuai dengan aturan tangan kanan 2 adalah tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk vektor v dengan B.
Arah Gaya Lorentz Tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk vektor V dan B
BAHAN LISTRIK MAGNET
Kita ingat jika muatan q berada dalam suatu medan listrik E, maka akan timbul gaya elektrostatik (Coulomb) : v v
F = qE
Beberapa perbedaan penting antara kedua gaya di atas adalah :
Gaya listrik selalu sejajar dengan arah medan listrik, sedangkan arah gaya magnetik selalu tegak lurus pada medan magnetik
Akibatnya gaya listrik akan menghasilkan kerja, sedangkan pada gaya magnetik tidak dihasilkan kerja
Gaya listrik tidak bergantung pada kecepatan muatan, sedangkan gaya magnetik bergantung kecepatan. Hal ini berarti jika muatan listrik diam, hanya gaya listrik (Coulomb) yang muncul
Gaya ini menyebabkan muatan positif bergerak berpilin mengikuti medan :
Muatan Dengan Kecepatan V dalam sebuah Medan Magnet Akan bergerak Berpilin (Spiral) Karena Pengaruh Gaya Lorentz
Arah dari gaya magnetik F ini dapat diketahui melalui aturan tangan kanan, di mana arah ibu jari menunjukkan arah kecepatan muatan v dan arah keempat jari yang lain menunjukkan arah medan magnet B, sedangkan arah telapak tangan terbuka menjukkan arah gaya magnetik F, kita sebut saja ini sebagai aturan-tangan-kanan-2, meskipun pada dasarnya memiliki makna
Tangan Kanan 2 yang sama dengan aturan-tangan-kanan -1 sebelumnya.
GAYA PADA KAWAT BERARUS LISTRIK DALAM PENGARUH MEDAN MAGNET
Kawat yang dialiri arus listrik secara mikroskopis adalah merupakan sejumlah muatan yang bergerak. Dengan demikian, jika kawat tersebut berda dalam pengaruh medan magnet, maka kawat beraruslistrik pun mengalami gaya magnetik seperti halnya muatan bergerak.
Tiap muatan pada kawat mengalami gaya Lorentz, sehingga total gaya magnetik pda kawat berarus dengan banyaknya muatan n adalah :
F = (qvdxB)nA⋅L
karena vektor vd searah dengan vektor L :
F = I(LxB)
maka besarnya gaya magnet pada kawat berarus sepanjang L adalah :
F = B⋅I⋅L⋅sinθ (2)
dengan θ adalah sudut antara kawat terhadap arah medan magnet.
Jika kawat berarus litrik I dibentuk menjadi sebuah kumparan dengan banyaknya lilitan N dan luas
penampang A, maka dalam medan magnet sebesar B, maka akan timbul suatu torsi sebesar :
Ï„ = N ⋅I⋅A ⋅B⋅sinθ (3)
dengan θ sudut antara medan magnet terhadap garis normal pada lilitan
Kumparan dalam pengaruh medan magnet akan berputar karena timbulnya torsi
INDUKSI ELEKTROMAGNETIK:MEDAN MAGNET MENGHASILKAN ARUS LISTRIK
Pada pembahasan terdahulu kita membicarakan bahwa sebuah kawat berarus dapat menimbulkan medan magnet disekitarnya (yang arahnya menurut aturan tangan kanan) menurut hukum Biot-Savart. Amatlah beralasan jika kita mempertanyakan apakah hal sebaliknya bisa terjadi, yaitu : “Apakah medan magnetik dapat menimbulkan arus listrik ?”
Sifat-sifat Magnet dari Suatu Bahan
Pertanyaan ini dijawab oleh Faraday dan Henry melalui percobaan pada tahun 1830-an, setelah pada 1820 percobaan serupa dianggap gagal. Skema dari percobaan ini adalah :
Skema di samping menunjukkan sebuah magnet batang yang dililit oleh suatu kawat penghantar, diharapkan pada kawat penghantar ini timbul arus yang nantinya diukur oleh sebuah Galvanometer. Akan tetapi arus yang diharapkan tidak terjadi,
Perangkat Percobaan Faraday percobaan ini dianggap gagal.
Akan tetapi Faraday dan Henry mengamati hal yang lain, bahwa ketika batang magnet mulai dimasukkan ke dalam lilitan kawat, terjadi arus yang terukur oleh Galvanometer, namun arus tersebut setelah beberapa saat kemudian hilang. Hal yang sama terjadi ketika batang magnet dikeluarkan dari lilitan. Hal ini menimbulkan pertanyaan besar ? Faraday dan Henry mengambil kesimpulan bahwa perubahan medan magnetiklah yang menimbulkan arus listrik, bukan hanya medan magnet.
HUKUM FARADAY : Merumuskan GGL Induksi
Faraday merumuskan kesimpulan ini menjadi sebuah perumusan matematis, bahwa perubahan (fluks) magnetik akan menimbulkan gaya gerak listrik (GGL) :
artinya adalah bahwa Gaya Gerak Listrik yang dihasilkan adalah sama dengan negatif dari perubahan fluks magnetik terhadap waktu. Fluks magnetik φ adalah banyaknya garis gaya yang tegak lurus tiap satuan luas A, identik dengan fluks listrik yang pernah kita bahad dalam bagian elektrostatik. Subscript ini menunjukkan jumlah lilitan. Tanda negatif berkenaan arah GGL dan induksi magnetik. Jika fluks magnetik yang masik pada kumparan dari medan magnet bertambah, yang artinya magnet didekatkan pada kumparan maka arah arus dari GGL induksi sedemikian sehingga melawan medan magnet.
Induksi Elektromagnet
Arau Arus Induksi Sedemikian Sehingga Melawan Perubahan Fluks Magnet Penginduksinya Demikian juga sebaliknya. Untuk kumparan dengan banyak lilitan N, maka GGL induksinya adalah :
di mana θ adalah sudut antara B dengan A
Jadi GGL induksi terjadi bukan karena adanya medan magnet (B) atau fluks magnetik, akan tetapi karena perubahan fluks magnetiknya.
Medan Magnetik Menembus Luas Penampang A dengan sudut θ
HUKUM LENZ : Ke Manakah Arah GGL Induksi ?
Seberkas medan yang arahnya menembus masuk bidang kertas melewati loop tertutup yang luasnya dapat berubah dengan bergesernya batang ab.
Fluks yang menembus loop tertutup adalah :
arus listrik yang ditimbulkan dari GGL induksi ini adalah ternyata dari a ke b, sehingga kemudian menyusuri loop berlawanan dengan arah jarum jam (lihat gambar), sehingga batang ab dapat dipandang sebagai baterai, dengan b sebagai kutub positif.
Kemudian di fihak lain, kita tahu bahwa kawat berarus akan menimbulkan medan magnetik seperti yang kita pelajari sebelumnya (Hk. Oersted). Demikian juga batang berarus ab, karena terdapat arus listrik yang mengalir dari a ke b maka akibatnya timbul medan magnet lain yang arahnya sesuai dengan aturan tangan kanan 2, yaitu keluar dari bidang kertas berlawanan dengan medan magnet “lama”.
Peristiwa ini dirumuskan oleh Fisikawan Rusia Cristianovich Lenz dalam sebuah rumusan :
“GGL induksi akan berarah sedemikian rupa sehingga melawan perubahan fluks magnet yang menghasilkannya”
Dengan demikian kita sampai saat ini telah melihat bahwa :
Fenomena bahwa kelistrikan dapat menimbulkan medan magnet
Fenomena medan magnet (perubahan fluks magnetik) menimbulkan arus listrik.
Mungkin anda tidak melihat sesuatu yang besar sekarang, akan tetapi pada waktu itu fenomena ini merupakan sebuah penemuan yang besar, mengingat pemikiran yang berkembang saat itu adalah bahwa kelistrikan dan kemagnetan merupakan dua gejala yang terpisah. Sejak saat itulah dikenal istilah Elektromagnetik yang secara sistematis dirumuskan oleh Maxwell melalui empat persamaan Maxwell. Elektromagnetik adalah sebuah gelombang yang terdiri dari medan magnet dan medan listrik.
Seperti dalam kasus elektrostatik (kelistrikan),gejala magnetisme (kemagnetan) dari sebuah benda yang mengandung medan magnet juga bisa digambarkan melalui garis-garis gaya. Pada kelistrikan kita ingat sebuah aturan bahwa untuk muatan negatif arah medan menuju muatan dan untuk muatan positif arah medan listrik ditetapkan keluar menjauhi muatan muatan.
Seperti halnya gaya elektrostatik (gaya Coulomb) pada kasus medan listrik, dalam medan magnetik pun terdapat gaya magnetik yang serupa dengan gaya Coulomb. Gaya magnetik ini terjadi jika sebuah partikel bermuatan q bergerak dengan kecepatan v dalam pengaruh medan magnet B. Akibat pergerakan muatan ini akan timbul gaya magnetik Fm yang besarnya :
Fm = q( vxB)
= qvB sin θ (1)
Arah dari gaya magnetik ini, sesuai dengan aturan tangan kanan 2 adalah tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk vektor v dengan B.
BAHAN LISTRIK MAGNET
Kita ingat jika muatan q berada dalam suatu medan listrik E, maka akan timbul gaya elektrostatik (Coulomb) : v v
F = qE
Beberapa perbedaan penting antara kedua gaya di atas adalah :
Gaya listrik selalu sejajar dengan arah medan listrik, sedangkan arah gaya magnetik selalu tegak lurus pada medan magnetik
Akibatnya gaya listrik akan menghasilkan kerja, sedangkan pada gaya magnetik tidak dihasilkan kerja
Gaya listrik tidak bergantung pada kecepatan muatan, sedangkan gaya magnetik bergantung kecepatan. Hal ini berarti jika muatan listrik diam, hanya gaya listrik (Coulomb) yang muncul
Gaya ini menyebabkan muatan positif bergerak berpilin mengikuti medan :
Arah dari gaya magnetik F ini dapat diketahui melalui aturan tangan kanan, di mana arah ibu jari menunjukkan arah kecepatan muatan v dan arah keempat jari yang lain menunjukkan arah medan magnet B, sedangkan arah telapak tangan terbuka menjukkan arah gaya magnetik F, kita sebut saja ini sebagai aturan-tangan-kanan-2, meskipun pada dasarnya memiliki makna
Tangan Kanan 2 yang sama dengan aturan-tangan-kanan -1 sebelumnya.
GAYA PADA KAWAT BERARUS LISTRIK DALAM PENGARUH MEDAN MAGNET
Kawat yang dialiri arus listrik secara mikroskopis adalah merupakan sejumlah muatan yang bergerak. Dengan demikian, jika kawat tersebut berda dalam pengaruh medan magnet, maka kawat beraruslistrik pun mengalami gaya magnetik seperti halnya muatan bergerak.
Tiap muatan pada kawat mengalami gaya Lorentz, sehingga total gaya magnetik pda kawat berarus dengan banyaknya muatan n adalah :
F = (qvdxB)nA⋅L
karena vektor vd searah dengan vektor L :
F = I(LxB)
maka besarnya gaya magnet pada kawat berarus sepanjang L adalah :
F = B⋅I⋅L⋅sinθ (2)
dengan θ adalah sudut antara kawat terhadap arah medan magnet.
Jika kawat berarus litrik I dibentuk menjadi sebuah kumparan dengan banyaknya lilitan N dan luas
penampang A, maka dalam medan magnet sebesar B, maka akan timbul suatu torsi sebesar :
Ï„ = N ⋅I⋅A ⋅B⋅sinθ (3)
dengan θ sudut antara medan magnet terhadap garis normal pada lilitan
INDUKSI ELEKTROMAGNETIK:MEDAN MAGNET MENGHASILKAN ARUS LISTRIK
Pada pembahasan terdahulu kita membicarakan bahwa sebuah kawat berarus dapat menimbulkan medan magnet disekitarnya (yang arahnya menurut aturan tangan kanan) menurut hukum Biot-Savart. Amatlah beralasan jika kita mempertanyakan apakah hal sebaliknya bisa terjadi, yaitu : “Apakah medan magnetik dapat menimbulkan arus listrik ?”
Sifat-sifat Magnet dari Suatu Bahan
Pertanyaan ini dijawab oleh Faraday dan Henry melalui percobaan pada tahun 1830-an, setelah pada 1820 percobaan serupa dianggap gagal. Skema dari percobaan ini adalah :
Skema di samping menunjukkan sebuah magnet batang yang dililit oleh suatu kawat penghantar, diharapkan pada kawat penghantar ini timbul arus yang nantinya diukur oleh sebuah Galvanometer. Akan tetapi arus yang diharapkan tidak terjadi,
Akan tetapi Faraday dan Henry mengamati hal yang lain, bahwa ketika batang magnet mulai dimasukkan ke dalam lilitan kawat, terjadi arus yang terukur oleh Galvanometer, namun arus tersebut setelah beberapa saat kemudian hilang. Hal yang sama terjadi ketika batang magnet dikeluarkan dari lilitan. Hal ini menimbulkan pertanyaan besar ? Faraday dan Henry mengambil kesimpulan bahwa perubahan medan magnetiklah yang menimbulkan arus listrik, bukan hanya medan magnet.
HUKUM FARADAY : Merumuskan GGL Induksi
Faraday merumuskan kesimpulan ini menjadi sebuah perumusan matematis, bahwa perubahan (fluks) magnetik akan menimbulkan gaya gerak listrik (GGL) :
Induksi Elektromagnet
Arau Arus Induksi Sedemikian Sehingga Melawan Perubahan Fluks Magnet Penginduksinya Demikian juga sebaliknya. Untuk kumparan dengan banyak lilitan N, maka GGL induksinya adalah :
Jadi GGL induksi terjadi bukan karena adanya medan magnet (B) atau fluks magnetik, akan tetapi karena perubahan fluks magnetiknya.
HUKUM LENZ : Ke Manakah Arah GGL Induksi ?
Seberkas medan yang arahnya menembus masuk bidang kertas melewati loop tertutup yang luasnya dapat berubah dengan bergesernya batang ab.
Fluks yang menembus loop tertutup adalah :
Peristiwa ini dirumuskan oleh Fisikawan Rusia Cristianovich Lenz dalam sebuah rumusan :
“GGL induksi akan berarah sedemikian rupa sehingga melawan perubahan fluks magnet yang menghasilkannya”
Dengan demikian kita sampai saat ini telah melihat bahwa :
Fenomena bahwa kelistrikan dapat menimbulkan medan magnet
Fenomena medan magnet (perubahan fluks magnetik) menimbulkan arus listrik.
Mungkin anda tidak melihat sesuatu yang besar sekarang, akan tetapi pada waktu itu fenomena ini merupakan sebuah penemuan yang besar, mengingat pemikiran yang berkembang saat itu adalah bahwa kelistrikan dan kemagnetan merupakan dua gejala yang terpisah. Sejak saat itulah dikenal istilah Elektromagnetik yang secara sistematis dirumuskan oleh Maxwell melalui empat persamaan Maxwell. Elektromagnetik adalah sebuah gelombang yang terdiri dari medan magnet dan medan listrik.
Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.
Belum ada Komentar untuk "Medan Magnet Dan Gaya Magnetik"
Posting Komentar