Magnet

Bab 4 Magnet

Pengertian Magnet

Pola medan magnet pada pasir besi yang ditaburkan diatas kertas.

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.

Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik pada Satuan Internasional (SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber. 1 weber/m^2 = 1 tesla, yang memengaruhi satu meter persegi.

Jenis magnet

Magnet tetap

Magnet tetap tidak memerlukan tenaga atau bantuan dari luar untuk menghasilkan daya magnet (berelektromagnetik).

Jenis magnet tetap selama ini yang diketahui terdapat pada:

• Magnet neodymium, merupakan magnet tetap yang paling kuat. Magnet neodymium (juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neo), merupakan sejenis magnettanah jarang, terbuat dari campuran logam neodymium,
• Magnet Samarium-Cobalt: salah satu dari dua jenis magnet bumi yang langka, merupakan magnet permanen yang kuat yang terbuat dari paduan samarium dan kobalt.
• Ceramic Magnets
• Plastic Magnets
• Alnico Magnets

Magnet tidak tetap

Magnet tidak tetap (remanen) tergantung pada medan listrik untuk menghasilkan medan magnet. Contoh magnet tidak tetap adalah elektromagnet.

Magnet buatan

Magnet buatan meliputi hampir seluruh magnet yang ada sekarang ini.

Bentuk magnet buatan antara lain:

• Magnet U
• Magnet ladam
• Magnet batang
• Magnet lingkaran
• Magnet jarum (kompas)

Cara membuat magnet

Cara membuat magnet antara lain:

• Digosok dengan magnet lain secara searah.
• Induksi magnet.
• Magnet diletakkan pada solenoida(kumparan kawat berbentuk tabung panjang dengan lilitan yang sangat rapat) dan dialiri arus listrik searah (DC).

Bahan yang biasa dijadikan magnet adalah: besi dan baja. Besi lebih mudah untuk dijadikan magnet daripada baja. Tapi sifat kemagnetan besi lebih mudah hilang daripada baja. Oleh sebab itu, besi lebih sering digunakan untuk membuat elektromagnet.

Menghilangkan sifat kemagnetan

Cara menghilangkan sifat kemagnetan antara lain:

Dibakar.
Dibanting-banting.
Dipukul-pukul.
Magnet diletakkan pada solenoida(kumparan kawat berbentuk tabung panjang dengan lilitan yang sangat rapat) dan dialiri arus listrik bolak-balik (AC).

Medan magnet

Medan magnet, dalam ilmu Fisika, adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet "permanen"). Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarumkompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.

 

Sifat

Hasil kerja Maxwell telah banyak menyatukan listrik statis dengan kemagnetan, yang menghasilkan sekumpulan empat persamaan mengenai kedua medan tersebut. Namun, berdasarkan rumus Maxwell, masih terdapat dua medan yang berbeda yang menjelaskan gejala yang berbeda. Einsteinlah yang berhasil menunjukkannya dengan relativitas khusus, bahwa medan listrik dan medan magnet adalah dua aspek dari hal yang sama (tensor tingkat 2), dan seorang pengamat bisa merasakan gaya magnet di mana seorang pengamat bergerak hanya merasakan gaya elektrostatik. Jadi, dengan menggunakan relativitas khusus, gaya magnet adalah wujud gaya elektrostatik dari muatan listrik yang bergerak, dan bisa diprakirakan dari pengetahuan tentang gaya elektrostatik dan gerakan muatan tersebut (relatif terhadap seorang pengamat).

Hukum Biot Savart

Sebuah kawat apabila dialiri oleh arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang garis-garis gayanya berupa lingkaran-lingkaran yang berada di sekitar kawat tersebut. Arah dari garis-garis gaya magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan (apabila kita menggenggam tangan kanan ibu jari sebagai arah arus listrik sedang keempat jari yang lain merupakan arah medan magnet)
(Hk. Oersteid)

Keterangan :

Apabila sebuah jarum kompas ditempatkan disekitar kawat berarus ( lihat gambar), maka jarum kompas akan mengarah sedemikian sehinga selalu mengikuti arah medan magnet

Keterangan :

Kuat medan magnet di suatu titik di sekitar kawat berarus listrik disebut induksi magnet (B).
Besar Induksi maget (B)  oleh Biot dan Savart dinyatakan  :

• Berbanding lurus dengan arus listrik (I)
• Berbanding  lurus dengan panjang elemen kawat penghantar (ℓ)
• Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik itu ke elemen kawat penghantar
• Berbanding lurus dengan sinus sudut antara arah arus dan garis penghubung titik itu ke elemen kawat penghantar

Secara matematis untuk menentukan besarnya medan magnet disekitar kawat berarus listrik digunakan metode kalkulus. Hukum Biot Savart tentang medan magnet disekitar kawat berarus listrik adalah

Keterangan:

• dB = perubahan medan magnet dalam tesla ( T )
• k    =
• μo  = permeabilitas ruang hampa  =
• i     = Kuat arus listrik dalam ampere ( A )
• dl   = perubahan elemen panjang dalam meter (m)
• θ    = Sudut antara elemen berarus dengan jarak ke titik  yang ditentukan besar medan
           magnetiknya
• r    = Jarak titik P ke elemen panjang dalam meter (m)

Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus

Hans Chiristian Oersted (1777 – 1851) adalah ahli fisika dari Denmark. Ia berhasil mengungkapkan misteri hubungan antara listrik dengan magnet. Oersted berhasil membuktikan bahwa penghantar yang dialiri arus listrik dapat menghasilkan medan magnet.
Perhatikan percobaan berikut ini!

Keterangan :
(a) Kawat ketika belum dialiri arus listrik, jarum kompas berimpit dengan kawat.
(b) Kawat dialiri arus listrik ke arah selatan maka jarum kompas akan menyimpang ke arah timur
(c) Kawat dialiri arus listrik ke arah utara maka jarum kompas akan menyimpang ke arah barat.

Percobaan di atas membuktikan bahwa ketika kawat dialiri arus maka akan ada medan magnet yang timbul di sekitar kawat, hal ini bisa dibuktikan dengan menyimpangnya jarum kompas. Arah medan magnet yang ditimbulkan dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kanan.
Ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I) dan keempat jari menunjukkan arah medan magnet (B)

Magnet dan listrik merupakan dua besaran yang sangat berhubungan dan berkaitan. Hukum oerstedz diatas merupakan pembahasan yang membahas bahwa listrik dapat berubah menjadi magnet sedangkan magnet dapat berubah menjadi listrik akan dibahas di bab tentang Gaya Lorentz.

Medan Magnet di Sekitar Kawat Melingkar

Besar dan arah medan magnet disumbu kawat melingkar berarus listrik dapat ditentukan dengan rumus :

Medan Magnet pada Solenoida

Sebuah kawat dibentuk seperti spiral yang selanjutnya disebut kumparan , apabila dialiri arus listrik maka akan berfungsi seperti magnet batang.

Kumparan ini disebut dengan Solenida

Besarnya medan magnet disumbu pusat (titik O) Solenoida dapat dihitung

Bo = medan magnet pada pusat solenoida dalam tesla ( T )
μ0 = permeabilitas ruang hampa = 4п . 10 ^-7 Wb/amp. M
I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
N = jumlah lilitan dalam solenoida
L = panjang solenoida dalam meter ( m )

Dengan arah medan magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Arah arus menentukan arah medan magnet pada Solenoida.

Besarnya medan magnet  di ujung Solenida  (titik P)  dapat dihitung:

BP = Medan magnet diujung Solenoida dalam tesla ( T )
N = jumlah lilitan pada Solenoida dalam lilitan
I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
L = Panjang Solenoida dalam meter ( m )

Contoh :
Sebuah Solenoida panjang 2 m memiliki 800 lilitan. Bila Solenoida dialiri arus sebesar 0,5 A, tentukan induksi magnet pada :
a. Pusat solenoida
b. Ujung solenoida

Jawab :
Diketahui : I = 0,5 A
L = 2 meter
N = 800 lilitan
Ditanya : a. Bo = ............ ?
b. BP = .......... ?
Dijawab : 

Medan Magnet padaToroida 

Toroida adalah sebuah solenoida yang dilengkungkan sehingga berbentuk lingkaran kumparan.

Besarnya medan magnet ditengah-tengah Toroida ( pada titik-titik yang berada pada garis lingkaran merah ) dapat dihitung

 

• Bo = Meda magnet dititik ditengah-tengah Toroida dalam tesla ( T )
• N  = jumlah lilitan pada Solenoida dalam lilitan
• I   = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
• a  = rata-rata jari2 dalam dan jari-jari luar toroida dengan satuan  meter ( m )
• a =  ½  ( R₁ + R₂ )

Pada gambar anda anak panah merah adalah arah arus sedang tanda panah biru arah medan magnet.

Contoh : 
Sebuah Toroida terdiri dari 6000 lilitan dialiri arus listrik sebesar  10 A . Jika jari-jari dalam dan luar  berturut-turut 2 dan 4 meter . Tentukan besarnya induksi magnet ditengah toroida !
Jawab :
Diketahui :  N = 6000 lilitan
                  I  =  10 A
                  R₁ = 2 meter
                  R₂ = 4 meter
                  a  =  ½ ( 2 + 4 ) = 3 m
Ditanya :  Bo = ……… ?
Dijawab :

Sumber: www.wikipedia.com