fisika dasar bab magnet

A.    Pengertian Medan Magnet

Medan magnet adalah area atau wilayah dimana gaya magnet masih akan berpengaruh terhadap benda disekitarnya. Sehingga apabila kita mendekatkan benda logam tertentu pada daerah medan magnet, maka logam tersebut akan tertarik oleh magnet. Sedangkan apabila kita menempatkan logam tersebut di luar medan magnet, maka logam tersebut tidak akan tertarik oleh magnet.

Medan magnet paling kuat berada pada kutub-kutub magnet.

Medan magnet yang ditunjukkan oleh serbuk besi.

Gambar di atas menunjukkan percobaan biji besi ketika didekatkan pada magnet untuk mengetahui medan magnet. Semakin rapat bijih besi yang tergambar pada pola tersebut, maka semakin besar medan magnet pada daerah tersebut.

B.     PENGERTIAN MAGNET

Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan. Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan (south/ S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub.Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Penggolongan Benda Berdasarkan Sifat Magnetnya Berdasarkan sifat magnetnya benda dibagi menjadi 2 macam yaitu ferromagnetik (benda yang dapat diterik kuat oleh magnet), parramagnetik (benda 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. Ciri-Ciri Magnet Setiap magnet mempunyai sifat (ciri) sebagai berikut :

(1) dapat menarik benda logam tertentu.

(2) gaya tarik terbesar berada di kutubnya.

(3) selalu menunjukkan arah utara dan selatan bila digantung bebas.

(4) memiliki dua kutub.

(5) tarik menarik bila tak sejenis.

(6) tolak menolak bila sejenis.

C.    Garis Gaya Magnet

Garis gaya magnet adalah garis-garis khayal yang menunjukkan pola garis-garis lengkung yang terbentuk di sekitar magnet. Pola ini merupakan pola garis-garis medan magnetik yang disebut garis gaya magnetik. Garis gaya magnetic selalu berawal dari kutub utara menuju kutub selatan magnet. Begitu pula saat dua magnet berlawanan kutub didekatkan, arah garis gaya magnet tetap berawal dari kutub utara menuju kutub selatan magnet (lihat gambar).

Arah garis gaya medan magnet saat berinteraksi dengan magnet lainnya.

Magnet pertama kali ditemukan di suatu daerah bernama Magnesia. Magnet adalah batu bermuatan yang memiliki sifat dapat menarik benda yang mengandung partikel besi (Fe2O4). Gaya yang menarik dan menyebabkan partikel besi tersebut menempel dinamakan gaya magnetik. 

Contoh jenis-jenis bentuk magnet adalah : Magnet batang, Magnet U, Magnet jarum, magnet keeping, magnet ladam, dan magnet silinder.

Selain magnet batang, terdapat macam bentuk magnet lainnya.

1.  Kutub Magnet

Magnet pasti mempunyai 2 kutub, yaitu kutub Utara dan kutub Selatan. Sementara itu, jika sebuah magnet dipotong, maka setiap potongan tersebut akan tetap memiliki dua kutub dan menjadi sebuah magnet yang baru.

Magnet terdiri dari dua kutub, yaitu kutub selatan dan kutub utara.

a) Dua kutub magnet yang sejenis bila didekatkan akan saling tolak menolak.

b) Dua kutub magnet yang berlawanan jenis bila didekatkan akan saling tarik-menarik.

2. Sifat Bahan Magnetik

Magnet hanya menarik bahan yang mempunyai kandungan partikel besi. Ada 3 jenis sifat bahan logam dilihat dari sifat kemagnetannya :

a) Feromagnetik : adalah bahan Bahan ferromagnetic merupakan bahan yang dapat ditarik magnet dengan kuat. Bahan feromagnetik contohnya besi, baja, nikel, dan kobalt. Selain dapat ditarik magnet dengan kuat, bahan feromagnetik dapat dibuat menjadi magnet.

b) Paramagnetik : Bahan paramagnetik adalah bahan yang dapat ditarik oleh magnet, tetapi tarikannya sangat lemah. Bahan yang tergolong paramagnetik adalah aluminium, tembaga, kaca, dan kayu.

c) Diamagnetik : Bahan diamagnetik adalah bahan yang apabila didekatkan dengan magnet, maka magnet akan menolaknya (menjauhinya). Logam mineral yang tergolong bahan diamagnetik di antaranya emas dan timah hitam.

Magnet terdiri dari 2 jenis, yaitu magnet sementara dan magnet permanen.

1.      Magnet sementara yaitu magnet yang hanya memiliki sifat-sifat magnetic dalam jangka waktu tertentu sebelum sifat kemagnetannya hilang atau dapat dengan sengaja dihilangkan.

2.      Magnet permanen adalah magnet yang memiliki sifat kemagnetan dengan jangka waktu yang lama dan sulit untuk dihilangkan sifat kemagnetannya.

D.    Membuat Magnet

Magnet terdiri dari magnet alami dan magnet buatan. Magnet alami yaitu berupa batuan magnet yang dapat menarik benda logam yang mempunyai kandungan partikel besi. Sedangkan magnet buatan adalah benda logam yang mempunyai kandungan partikel besi yang dijadikan magnet dengan berbagai cara. Ada 3 cara pembuatan magnet yang dikenal sampai saat ini, yaitu :

a) Menggosok

Membuat magnet dengan cara menggosokkan magnet kepada logam.

Cara membuat magnet dengan menggosok magnet dapat dilakukan dengan menggosokkan bahan itu ke magnet dalam satu arah. Kutub magnet yang dihasilkan bahan akan berlawanan arah dengan kutub magnet yang digunakan untuk menggosok.

b) Induksi Magnet

Membuat magnet dengan cara menginduksi magnet dengan logam.

Membuat magnet dengan cara induksi dapat dilakukan dengan menempelkan atau mendekatkan logam yang mengandung partikel besi pada magnet yang ada.

c) Arus Listrik

Membuat magnet sementara dengan mengalirkan arus listrik pada logam.

Cara membuat magnet dengan menggunakan arus listrik ini dapat dilakukan dengan melilitkan kawat tembaga pada logam yang mengandung partikel besi, kemudian masing-masing ujung kawat tembaga tersebut dihubungkan pada kutub positif dan kutub negative baterai

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.

Teori Kemagnetan 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.

E.     GAYA LORENTZ

Untuk gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh arus listrik, I, dalam suatu medan magnet (B), rumusnya akan terlihat sebagai berikut (lihat arah gaya dalam kaidah tangan kanan): di mana

F = gaya yang diukur dalam unit satuan newton

I = arus listrik dalam ampere

B = medan magnet dalam satuan tesla = perkalian silang vektor, dan

L = panjang kawat listrik yang dialiri listrik dalam satuan meter.

Contoh soal : Pada peristiwa elektro magnetik digunakan kawat penghantar yang didalam nya mengalir muatan 18000 coulomb selama 3 menit, jika panjang kawat 100 meter dan kuat medan magnet 5 Tesla berapa besar gaya lorentz?

Penyelesaian :

Diket :

Q = 18000 c

t = 3 menit = 180 sekon

L = 100 m

B = 5 T

Dit : F

jawab :

F = L.I.B

I=Q/t I=18000/180

I = 100 A

F = L.I.B = 100 . 100 . 5 = 50000 Newton

Tentukan gaya Lorentz yang berada di medan magnet 2 testla dan memiliki muatan listrik sebesar 10000 coloumb dengan arah kecepatan10 m/s.

Diket :

B = 2 testla

q = 10000 coloumb

v = 10 m/s

Dit : F

Jawab : F = q ( v x B ) = 10000 ( 10 x 2 ) = 10000 x 20 = 200000 Newton

F.      HUKUM AMPERE

Definisi Ampere Definisi satu ampere “jika dua kawat sama panjang diposisikan sama panjang sejauh 1 meter satu sama lain dialiri arus listrik yang arahnya sama,arus yang mengalir dalam kawat disebut satu ampere jika gaya persatuan panjang yang dialami kawat adalah 2 x 10-7 N/m”. Terdapat 3 orang ilmuwan jenius dari perancis, Andre Marie Ampere (1775-1863), Jean Baptista Biot (1774-1862) dan Victor Savart (1803-1862) menyatakan bahwa: “Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar yang berada diantara medan magnetik” Hal ini juga merupakan kebalikan dari hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut. Gambar 2.

Hukum Ampere-Biot-Savart, Gaya induksi Elektromagnetik. F=(µ_0 .〖 i〗_1 .〖 i〗_(2 ) . l)/2πa Dimana : µ_0=4π x 〖10〗^(-7)N/m2 I = kuat arus (A) ᵅ = 1 L = panjang kawat (m) Contoh soal : Dua buah kawat dengan konfigurasi seperti gambar di bawah! Tentukan besar dan arah gaya magnetik yang bekerja pada kawat II untuk panjang kawat 0,5 meter! Pembahasan Besar gaya magnetik jika dua buah kawat berarus didekatkan adalah : Arah gaya: Jika kedua arus memiliki arah yang sama maka kedua kawat akan tarik menarik Jika kedua arus memiliki arah yang berlawanan maka kedua kawat akan saling tolak Dengan demikian arah gaya pada kawat II adalah ke kiri ( ditarik mendekat ke kawat I )

G.    HUKUM INDUKSI FARADAY

Michael faraday (1791-1867), seorang ilmuwan jenius dari inggris menyatakan bahwa:

1. Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan magnetik (fluks) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi.

2. Perubahan flux medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar, akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut. Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan fluks dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator.