Magnet adalah benda yang memiliki gaya tarik sehingga memungkinkan untuk menarik benda feromagnetik seperti besi, nikel, dan kobalt. Gaya tarik yang ada di sekitar magnet dikarenakan adanya medan magnet, yaitu daerah disekitar magnet yang masih dipengaruhi gaya tarik magnet. Medan magnet yang bekerja pada sebuah titik disimbolkan B dengan satuan Tesla (T) atau Weber per meter persegi (Wb/m2).
Medan magnet juga dapat timbul karena adanya arus listrik pada suatu penghantar yang dikenal dengan sebutan induksi magnetik. Besar induksi magnetik dipengaruhi oleh besar arus listrik yang mengalir (i) pada kawat penghantar dan jarak tegak lurus (a) suatu titik pada medan magnet ke kawat penghantar.
Selain memiliki nilai, medan magnet atau induksi magnetik juga memiliki arah yang bergantung pada arah arus listrik. Misalnya pada sebuah kawat lurus yang menghantarkan arus listrik dari kanan ke kiri. Arah medan magnet di atas kawat adalah keluar bidang dan arah medan magnet di bawah kawat adalah masuk bidang. Jika arah listrik mengalir sebaliknya maka arah medan magnet juga menjadi sebaliknya.
Besar induksi magnetik termasuk besaran vektor yaitu besaran yang memiliki arah. Arah besar medan magnetik terdiri dari dua yaitu arah ke dalam bidang atau ke luar bidang. Simbol penulisan arah medan magnet yang mengarah ke luar bidang adalah dot (•). Sedangkan simbol penulisan arah medan magnet yang mengarah ke dalam bidang adalah cross (×).
Baca Juga: Kaidah Tangan Kanan untuk Menentukan Arah Arus Listrik dan Kutub Magnet
Arus listrik dapat mengalir melalui kawat penghantar dengan berbagai bentuk seperti lurus, melingkar, s0lenoida, dan toroida. Bentuk-bentuk kawat penghantur memengaruhi besar induksi magnetik di suatu titik. Bagaimana cara menentukan arah induksi magnetik? Bagaimana cara menghitung besar induksi magnetik disekitar kawat berarus yang lurus?
Bagaimana cara menghitung besar induksi magnetik disekitar kawat berarus yang melingkar, solenoida, dan toroida? Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.
Table of Contents
Cara Menentukan Arah Medan Magnet
Cara menentukan arah medan magnet dapat menggunakan tangan kanan. Bagian tangan kanan yang digunakan untuk menentukan arah medan magnet adalah ibu jari/jempol, empat jari, dan telapak tangan.
- Ibu jari (jempol) tangan kanan menunjuk arah arus listrik yang mengalir pada suatu kawat penghantar.
- Empat jari tangan kanan menunjuk titik medan magnet yang ada disekitar kawat penghantar.
- Telapak tangan kanan menunjukkan arah medan magnet yang dapat memiliki arah masuk atau keluar bidang.
Posisi telapak tangan yang menghadap ke arah sobat idschool menunjukkan bahwa arah medan magnet adalah keluar bidang. Posisi telapak tangan yang membelakangi sobat idschool menunjukkan bahwa arah medan magnet masuk bidang.
Sebagai contoh, misalkan pada kawat lurus dengan posisi horizontal dilalui arah listrik bergerak dari kiri ke kanan. Sebuah titik P dengan jarak a berada di atas kawat penghantar. Bagaimanakah arah medan magnet pada titik tersebut?
Untuk mengetahui arah medan magnet di sekitar kawat tersebut posisikan jempol searah dengan arus listrik. Posisi empat jari lainnya menuju suatu titik atau daerah di sekitar kawat penghantar.
Dengan posisi tersebut, telapak tangan mengarah menghadap sobat idschool, bukan? Artinya, arah medan magnet pada titik tersebut adalah keluar bidang atau menuju kita, diberi tanda dot (•).
Seberapa pentingya arah induksi magnetik akan terlihat ketika menentukan resultan induksi magnetik pada suatu titik.
Baca Juga: Cara Menghitung Besar Resultan Induksi Magnetik pada Suatu Titik
Rumus Besar Induksi Magnetik
Persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung besar indusi magnetik terdapat dalam rumus medan magnet. Rumus yang digunakan tergantung dari bentuk kawat penghantar arus apakah lurus, melingkar, toroida, atau selonoina. Persamaan-persamaan yang dapat digunakan untuk menentukan besar induksi magnetik dengan berbagai jenis kawat terdapat pada rumus berikut.
1) Kawat Lurus Panjang Tak Hingga/Sangat Panjang
Besar medan magnet pada sebuah titik di sekitar kawat penghantar listrik ditentukan panjang kawat. Ada dua bentuk rumus untuk menghitung besar induksi magnetik disekitar kawat penghantar. Kedua bentuk tersebut dibedakan berdasarkan panjang kawat lurus dengan panjang tak hingga dan panjang tertentu.
Besar – kecilnya medan magnet di suatu titik ditentukan oleh jarak titik ke kawat penghantar. Jarak titik ke kawat penghantar diukur dengan arah tegak lurus. Semakin panjang jarak titik ke kawat penghantar akan membuat besar medan magnet ke titik tersebut semakin kecil.
Rumus untuk menghitung besar induksi magnetik pada bentuk kawat lurus yang sangat panjang (panjang tak hingga) diberikan seperti berikut.
Contoh:
Kawat lurus dengan arah arus listrik mengarah ke atas sebesar 5 A. Titik P berada di kanan kawat dengan jarak 10 cm. Berapakah besar medan magnet pada titik P?
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh beberapa informasi berikut
- Besar arah arus listrik: I = 5 A
- Jarak titik P ke kawat: a = 10 cm = 0,1 m
- Permeabilitas magnetik: µ0 = 4 × 10–7 Wb/Am
- Arah arus listrik ke atas
Jawab:
2) Pusat Kawat Melingkar
Berikutnya adalah medan magnet pada pusat kawat dengan bentuk melingkar. Besar medan magnetik pada pusat lingkaran dipengaruhi oleh nilai jari-jari lingkaran.
Hubungan medan magnet dan jari-jari lingkaran dinyatakan dalam hubungan berbanding terbalik. Semakin besar jari-jari lingkaran, besar medan magnet pada pusat lingkaran semakin kecil. Semakin pendek nilai jari-jari lingkaran, besar medan magnet pada pusat lingkaran semakin besar.
Rumus untuk menghitung besar medan magnetik pada pusat lingkaran:
3) Kawat Melingkar dengan Sumbu
Berikutnya medan magnet yang terletak pada sumbu lingkaran sebuah kawat penghantar listrik dengan jari-jari R. Sebuah titik S berada pada perpotongan dua garis singgung lingkaran dan letaknya sejajar dengan pusat lingkaran. Sehingga, titik dan dua garis singgung lingkaran tersebut membentuk bangun kerucut dengan garis pelukis a.
Cara menghitung besar medan magnetik pada sebuah titik S yang terletak sejajar pusat lingkaran dihitung dengan rumus berikut.
4) Kawat Penghantar Solenoida
Solenoida adalah kawat berbentuk kumparan dengan lilitan yang cukup rapat dan memiliki panjang tertentu. Jumlah kumparan dan panjang solenoida mempengaruhi bedar induksi magnetik suatu titik di sekitar medan magnet tersebut. Jumlah lilitan pada kumpuran kawat sebanding dengan dengan besar nilai solenoida. Artinya, semakin banyak jumlah lilitan akan membuat besar induksi magnetik semakin besar.
Sebaliknya, panjang solenoida berbanding terbalik dengan besar induksi magnetik. Semakin panjang solenedia akan membuat besar medan magnet atau induksi magnretik di suatu titik menjadi semakin kecil.
Besar induksi magnetik pada ujung solenoida berbeda dengan besar induksi magnetik di pusat solenoida. Besar induksi magnetik di pusat solenoida lebih besar dari ujung solenoida.
Rumus besar medan magnet pada pusat dan ujung solenoida sesuai dengan persamaan-persamaan di bawah.
5) Kawat Penghantar Toroida
Toroida adalah solenoida yang dilengkungkan sehingga membentuk sebuah lingkaran. Bentuk toroida seperti donat yaitu lingkaran dengan ruang kosong pada bagian tengahnya. Toroida memiliki dua jari-jari yaitu bagian dalam dan bagian luar.
Jari-jari toroida bagian dalam merupakan jarak titik pusat lingakaran ke tepi toroida bagian dalam. Sedangkan jari-jari toroida bagian luar merupakan jarak titik pusat lingkaran ke tepi toroida baian luar. Jari-jari efektif dari toroida merupakan rata-rata kedua jari-jari tersebut.
Rumus yang digunakan untuk menghitung besar induksi magnetik pada pusat kawat penghantar berbentuk toroida adalah sebagai berikut.
Baca Juga: Rumus Gaya Lorentz dan Contoh Penggunaannya
Contoh Soal dan Pembahasan
Keberhasilan mengerjakan soal adalah salah satu indikator bahwa sobat idschool telah memahami suatu materi. Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk mengukur pemahaman bahasan di atas. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasan soal. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan soal sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal.
Contoh 1 – Soal Menghitung Induksi Magnetik
Besar induksi magnetik pada suatu titik yang berjarak 300 cm dari suatu penghantar lurus sangat panjang yang berarus 6A adalah ….
A. 4 × 10–6 tesla
B. 4π × 10–6 tesla
C. 12 × 10–6 tesla
D. 4 × 10–7 tesla
E. 4π × 10–7 tesla
Pembahasan:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi – informasi berikut.
- Jarak titik ke kawat penghantar lurus: a = 300 cm = 3 meter
- Arus yang mengalir pada penghantar: I = 6 A
- Permeabilitas magnetik: µ0 = 4π × 10–7 Wb/Am
Menghitung besr induksi magnetik pada titik tersebut:
B = µ0i/2πa
B = (4π × 10–7· 6)/(2π · 3)
B = (4π × 10–7· 6)/6π
B = 4×10–7 Wb/m²
Jadi induksi magnetik adalah sebesar sebesar B = 4×10–7 Wb/m² = 4 × 10–7 tesla.
Jawaban: A
Contoh 2 – Soal menghitung Induksi Magnetik
Pembahasan:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal diperoh informasi – informasi berikut.
- Ketetapan weber: µ0 = 4π× 10–7 Wb/Am
- Arus listrik yang mengalir pada kawat: i = 2 A
- Jari – jari kelengkungan kawat: R = 40 cm
- Kawat dilengkungkan sehingga membentuk setengah lingkaran
Menghitung besar induksi magnetik di pusat kelengkungan P:
Jadi, induksi magnetik di pusat kelengkungan P sebesar 5π × 10–7 T.
Jawaban: C
Demikianlah tadi ulasan materi cara menghitung besar induksi magnetik yang terdapat pada beberapa bentuk kawat penghantar. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat!
Baca Juga: Cara Menghitung Besar Induksi Magnetik pada Kawat Sejajar
Untuk contoh soal 1 ada yang salah kak , harusnya a nya 3 tapi di rumusnya 3×10^-1
Halo Master, terima kasih kunjungan dan koreksinya, sudah diperbaiki. Salam sukses selalu…