Adakah sobat di rumah yang tahu apa itu elektromagnet? Adakah yang tahu bedanya dengan magnet? Untuk menemukan jawabannya yuk kita simak uraian berikut ini.
Apa itu Elektromagnet?
Dulu, pada tahun 1819 seorang ahli fisika berkebangsaan Denmark bernama Hns Christian Oersted menemukan bahwa medan magnet tidak hanya bisa timbul dari sumber magnet asli tetapi juga bisa timbul di sekitar penghantar yang dialiri arus listrik. Penemuan ini di dasarkan atas percobaan dengan menempatkan kompas di sekitar kawat berarus listrik. Ilmuwan yang wafat di Kopenhagen pada usia 73 tahun ini menemukan fakta menarik, ketika sebuah jarum kompas diletakkan disekitar kawat yang dialiri arus listrik jarum tersebut tidak lagi mengarah ke arah utara atau selatan melainkan ke arah menyimpang. Dari percobaan tersebut dapat ditarik kesimpulan:
- Di sekitar penghantar yang dialiri arus listrik terdapat medan magnet yang mempengaruhi arah jarum kompas.
- Arah gaya magnet yang menyimpangkan jarum kompas bergantung kepada arah arus listrik yang mengalir pada penghantar.
Dari percobaan di atas sobat dapat mengatakan bahwa yang dimaksud elektromagnet adalah sifat kemagnetan yang timbul pada suatu penghantar saat dialiri arus listrik.
Arah Medan Elektromagnet
Arah medan elektromagnet dapat ditentukan dengan mudah menggunakan kaidah tangan kanan. Arah ibu jari kanan selalu menunjukkan arah arus listrik dan arah keempat jari sisanya menunjukkan arah medan elektromagnet. Perhatikan gambar di bawah ini
Dari gambar di atas terlihat bahwa kawat berarus listrik memiliki garis-garis medan elektromagnet yang bentuknya berupa lingkaran-lingkaran yang bertitik pusat pada kawat. Jika arah arus ke atas (ibu jari ke atas) maka arah medan elektromagnet berlawanan dengan arah jarum jam. Sebaliknya saat arah arus listrik ke bawah, arah medan elektromagnet searah dengan arah jarum jam. Perhatikan gambar di bawah ini!
Contoh Soal
Coba sobat perhatikan empat buah gambar di bawah ini, kemudian tentukan arah arus listrik yang benar jika tanda titi (.) menyatakan arah medan magnet ke luar bidang atau menuju kita, sedangkatn tanda silang (x) menyatakan araha medan magnet masuk ke bidang atau menjauhi kita
Dengan menggunakan kaidah tangan kanan maka jawaban yang benar adalah B. Tanda x berarti medan magnet masuk menjauhi kita dan tanda titik berarti medan magnet keluar dan mendekati kita.
Kuat Medan Elektromagnet
1. Kuat Medan Magnet pada Kawat Lurus
Besarnya medan elektromagnet atau induksi magnet yang dialami oleh sebuah titik yang berjarak r dari kawat lurus dengan panjangnya dl dan mengalir arus listrik sebesar I dapat sobat hitung menggunakan rumus:
dB = elemen kuat medan magnet di suatu titik (Tesla = Weber/m2)
μo = permeabilitas vakum (4π . 10-7 Wb/Am)
r = jarak titik ke elemen kawat (m)
l = panjang elemen kawat
θ = sudut yang dibentuk antara garis singgung medan magnet pada elemen kawat berarus dengan titik tertentu
Rumus di atas dikenal juga dengan hukum Bio-Savart. Besarnya kuat medan elektromagnet di suatu titik yang berjarak a dari kawat berarus listrik dengan panjang kawat tak terhingga (l = ~) dapat ditentukan dengan rumus
a = jarak tegak lurus titik ke kawat berarus listrik (m)
2. Kuat Medan Elektromagnet di Sekitar Kawat Melingkar
a. Pada Sumbu Lingkaran
Besar kuat medan elektromagnet (induksi magnet) di titik sepanjang sumbu lingkaran ditentukan dengan rumus
atau
N = banyak lilitan
a = jari-jari lingkaran kawat beraruss listrik
x = panjang sumbu lingkaran
b Pada Pusat Lingkaran
Besar induksi magnet di pusat lingkaran kawat ditentukan dengan rumus
B = μo NI/2a
3. Kuat Medan Elektromagnet pada Solenoida.
Apa itu selenoida? Selenoida adalah kawat pajang yang dililitkan pada inti yang berbentuk silinder. Besarnya induksi magnet di ujung solenoida dapat ditentukan dengan rumus:
l = panjang solenoida (m)
Besarnya induksi magnet di pusat (tengah) solenoida dapat ditentukan dengan rumus:
4. Kua Medan Elektromagnet pada Toroida
Toroida adalah kawat yang dililitkan pada inti yang berbentuk lingkaran. Pada prinsipnya, toroida merupakan solenoida yang intinya dibengkokkan sehingga berbentukk lingkaran. Besarnya induksi magnet pada toroida hanya ada di dalam toroida (sumbu toroida) dan besarnya ditentukan dengan rumus
a = jari-jari efektif toroida
Contoh Soal dan Pembahasan
1. Ada sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik sebesar 20 A. Besarnya induksi magnet pada sebuah titik yang jarkanya 10 cm dari pusat kawat magnet tersebut adalah?
| a. 8.10-6 T | c. 8.10-5 T | e. 4.10-4 T |
| b. 4.10-6 T | d. 12.10-5 T |
Pembahasan:
Diketahui
Panjang kawat l = tak hingga
I = 20 A
a = 10 cm = 10-1 m
μo = 4π . 10-7 Wb/Am
B = μo I / 2 π a
B = 4π . 10-7 . 20 / π . 10-1
B = 4. 10-6 T (jawaban b)
2. Sebuah kawat bebentuk lingkaran dan berjari-jari 20 cm terdiri dari 40 lilitan. Agar kuat medan elektro magnet di pusat lingkaran sama dengan 4π.10-3 T, maka berapa besar arus yang harus dialirkan pada kawat tersebut?
| a. 75 A | c. 80 A | e. 5 A |
| b. 200 A | d. 100 A |
Pembahasan:
Diketahui:
a = 20 cm = 2. 10-1 m
N = 40 lilitan
B = 4π.10-3 T
μo = 4π . 10-7 Wb/Am
B = μo NI / 2a
I = B .2a/ μo N
I = 4π.10-3 4. 10-1 / 4π . 10-7 .40
I = 100 A (jawaban d)
jadi agar kuat medan elektromagnet 4π.10-3 T dibutuhkan arus sebesar 100 A.