Materi Fisika - Medan Magnet: Penjelasan, Rumus, & Contoh Soal
Oct 22, 2020
Edit
Materi Fisika SMA kelas 12 - 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.
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.
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.
Garis-garis medan magnet memiliki karakteristik yang berguna untuk analisa:
Untuk mengukur arahnya, kita dapat menggunakan kompas magnet. Jika kompas magnet diletakkan di sekitar medan magnet, maka arah jarum kompas akan mengikuti arah medan magnet di titik tersebut.
Pada rumus medan magnet, besarnya medan magnet dituliskan dengan simbol B. Sesuai dengan sistem Internasional, besarnnya memiliki satuan dalam tesla (T) yang diambil dari nama Nikola Tesla. Tesla didefinisikan sebagai seberapa besar gaya medan magnet. Contohnya, sebuah kulkas kecil memproduksi medan magnet sebesar 0,001 T.
Terdapat satu cara untuk membuat medan magnet tanpa menggunakan magnet, yakni dengan mengalirkan arus listrik.
Jika kita alirkan arus listrik melalui kabel (contohnya dengan menyambungkannya ke baterai), maka kita akan mendapat dua fenomena. Semakin besar arus yang mengalir pada kabel, maka akan semakin besar pula medan magnet yang dihasilkan. Demikian juga sebalilknya.
Sesuai dengan hukum Ampere, besar medan magnet yang dihasilkan dapat dihitung dengan rumus:
Untuk mengetahui arahnya, kita dapat menggunakan prinsip tangan kanan. Ibu jari merupakan arah aliran listrik dan jari-jari lainnya menunjukkan arah medan magnet disekitar kabel.
# Contoh Soal 1
Perhatikan gambar diatas, sebuah kabel beralirkan arus listrik ditempatkan di dekat kompas magnet. Berapa besar arus listrik (dan arahnya) yang dibutuhkan untuk meniadakan medan magnet bumi terhadap kompas sehingga kompas menjadi tidak berfungsi?
Pembahasan:
Dengan menggunakan rumus medan magnet:
Dapat dicari besar arus listrik yakni:
Diketahui bahwa jarak r dari kompas ke kabel sebesar 0,05 m. Maka didapar:
Dengan menggunakan kaidah tangan kanan kita harus menempatkan ibu jari kita ke bawah agar jari-jari yang lain memiliki arah yang berlawanan dengan medan magnet kompas. Sehingga arah arus harus menembus menuju kertas/layar, menjauhi kita.
Pembahasan:
Dengan menggunakan rumus medan magnet:
Dapat dicari jarak r yakni:
Dari persamaan diatas diketahui bahwa besar arus listrik I sebanding dengan jarak r. Sehingga jika arus listriknya diperkecil menjadi 1/10 (sepersepuluh) dari sebelumnya, maka besar jarak r juga mengecil 1/10 (sepersepuluh) dari besar sebelumnya.
Maka jarak r sebesar 0,005 m atau 5 mm.
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. 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. Garis-garis medan magnet pada sebuah magnet persegi panjang
Garis-garis medan magnet memiliki karakteristik yang berguna untuk analisa:
- Setiap garis tidak pernah berpotongan satu sama lain
- 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.
- 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.
- 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).
- 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. Visualisasi secara nyata menggunakan bubuk pasir besi
Pengukuran dan Rumus Medan Magnet
Karena medan magnet merupakan besaran vektor, maka terdapat dua aspek untuk mengukur medan magnet: besarnya dan arahnya.Untuk mengukur arahnya, kita dapat menggunakan kompas magnet. Jika kompas magnet diletakkan di sekitar medan magnet, maka arah jarum kompas akan mengikuti arah medan magnet di titik tersebut.
Pada rumus medan magnet, besarnya medan magnet dituliskan dengan simbol B. Sesuai dengan sistem Internasional, besarnnya memiliki satuan dalam tesla (T) yang diambil dari nama Nikola Tesla. Tesla didefinisikan sebagai seberapa besar gaya medan magnet. Contohnya, sebuah kulkas kecil memproduksi medan magnet sebesar 0,001 T.
Terdapat satu cara untuk membuat medan magnet tanpa menggunakan magnet, yakni dengan mengalirkan arus listrik.
Jika kita alirkan arus listrik melalui kabel (contohnya dengan menyambungkannya ke baterai), maka kita akan mendapat dua fenomena. Semakin besar arus yang mengalir pada kabel, maka akan semakin besar pula medan magnet yang dihasilkan. Demikian juga sebalilknya.
Sesuai dengan hukum Ampere, besar medan magnet yang dihasilkan dapat dihitung dengan rumus:
Gambar. Prinsip tangan kanan untuk menentukan arah medan magnet (B) berdasarkan arah arus listrik (I)
Contoh Soal Medan Magnet & Pembahasan
# Contoh Soal 1
Perhatikan gambar diatas, sebuah kabel beralirkan arus listrik ditempatkan di dekat kompas magnet. Berapa besar arus listrik (dan arahnya) yang dibutuhkan untuk meniadakan medan magnet bumi terhadap kompas sehingga kompas menjadi tidak berfungsi?
Dengan menggunakan rumus medan magnet:
# Contoh Soal 2
Bedasarkan soal sebelumnya, jika diketahui bahwa arus yang dapat dialirkan melalui kabel hanya sebesar 1,25 Ampere. Berapa besar jarak r untuk tetap meniadakan medan magnet bumi terhadap kompas?Pembahasan:
Dengan menggunakan rumus medan magnet:
Maka jarak r sebesar 0,005 m atau 5 mm.