Konsep, Sejarah, Rumus, dan Contoh Soal Medan Magnet

Contoh Soal Medan Magnet – Dalam keseharian, kita membutuhkan magnet. Dengan magnet beberapa elemen kehidupan menjadi lebih mudah. Dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI) magnet diartikan sebagai setiap bahan yang dapat menarik logam besi; daya rangsang.

Magnet memiliki medan magnet yang fungsi-fungsinya dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari-hari. Berikut penjelasan mengenai medan magnet yang telah dirangkum dari berbagai sumber di internet.

Daftar Isi

Konsep Medan Magnet

Melansir dari laman Id.wikipedia.org, medan magnet adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakkan muatan listrik (arus listrik) yang menimbulkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. Sederhananya, medan magnet adalah ruang atau daerah di sekitar magnet yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet tersebut.

Medan magnet dapat permanen dari ferromagnet karena adanya putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk mendan magnet dan putaran tersebut dipengaruhi oleh dirinya sendiri. Peristiwa tersebut disebut sebagai arus listrik.

Sebuah medan magnet sama dengan medan vektor, yakni saling berkaitan dengan setiap titik dalam suatu vektor yang dapat berubah sesuai dengan waktunya. Adapun, arah dari medan ini seimbang atau sama dengan arah jarum jam kompas yang diletakkan di dalam medan magnet tersebut.

Medan magnet adalah medan gaya yang terletak di sekitar benda magnetik atau di sekitar benda konduktor berarus. Medan magnet biasanya dinyatakan dengan anak panah dan digambarkan dengan garis-garis. Medan magnet digambarkan dengan garis-garis gaya magnet yang selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.

Sementara itu, di dalam magnet, garis-garis gaya magnet memiliki arah dari kutub selatan ke kutub utara magnet. Garis-garis tersebut tidak pernah saling berpotongan. Kekuatan medan magnet dapat dilihat dari kerapatan garis-garis gaya magnet. Melansir dari laman Sumber.belajar.kemdikbud.go.id, berikut hal-hal yang peril diperhatika mengenai garis-garis gata magnet.

Garis-garis gaya magnet tidak pernah saling berpotongan.
Garis-garis gaya magnet selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.
Tempat yang garis-garis gaya magnetnya rapat menunjukkan medan magnetnya kuat, sebaliknya tempat yang garis-garis magnetiknya renggang menunjukkan medan magnetnya lemah.

Ketika dua buah magnet dengan kutub yang berbeda didekatkan maka akan timbul medan magnet yang besar. Namun, ketika dua buah magnet yang memiliki kutub sama didekatkan maka tidak akan terjadi garis-garis gaya magnet yang membentuk medan magnet.

Menurut pendapat Einsten, terdapat relativitas khusus yang menunjukkan bahwa medan listrik dan medan magnet adalah dua aspek dari hal yang sama (tensor tingkat 2). Dan han seorang pengamat yang mampu merasakan gaya magnet yang mana seorang pengamat bergerak hanya merasakan gata elektrostatistik. Oleh sebab itu, dengan menggunakan relatiivitas khurus, gaya magnet dapat didefinisikan sebagai manifestasi dati gaya eletrostatistik dari muatan listrik yang bergerak.

Bumi sendiri memiliki medan magnet yang disebut dengan medan geomagnetik. Bumi merupakan magnet batang yang memiliki dua kutub yakni kutub utara dan kutub selatan. Medan magnet bumi terjadi karena adanya inti luar fluida dengan proses dynamo. Adapun, sumber dari medan magnet di bumi terletak di inti bumi, kerak bumi, dan bagian ionosfer serta magnetosfer.

Sejarah Medan Magnet

Melansir dari laman Zenius.net, konsep medan magnet telah diketahui oleh masyarakat kuno. Namun, riset mengenai medan magnet baru dimulai oleh Petrus Peregrinus de Maricourt pada tahun 1269. Caranya dengan memetakan medan magnet menggunakan bola magnet dan jarum besi.

Dari percobaan tersebut memunculkan adanya garis-garis medan magnet yang bersilangan di dua titik yang berbeda. Untuk menyederhanakan riset, Petrus memberikan nama kedua titik dengan sebutan “kutub” karena terinspirasi oleh kutub bumi. Magnet selalu memiliki dua kutub yang berbeda. Oleh sebab itu, meskipun dipotong berkali-kali, magnet tersebut tetap memiliki dua kutub yang berbeda.

Tiga abad setelah Petrus Peregrinus mengemukakan teorinya mengenai medan magnet. William Gilbert melakukan replikasi penelitiannya dengan menerbitkan De Magnete pada tahun 1600. Karyanya ini akhirnya membantu membangun magnetism sebagai sebuah ilmu (masuk ke dalam science).

Pada tahun 1831, Michael Faraday menemukan adanya induksi elektromagnetik. Induksi elektromagnetik menjelaskan bahwa medan listrik yang melingkar dapat ditimbulkan dari medan magnet yang berubah. Penemuan tersebut masih digunakan sampai sekarang dengan nama hukum induksi Faraday.

Adapun, rumus lain yang membahas mengenai listrik dan magnetism ditemukan oleh James Clerk Maxwell. Ia menerbitkan persamaan kedua hal tersebut dalam risetnya yang berjudul On Physical Lines of Force pada tahun 1861. Meski dapat dibuktikan dan dinyatakan valid, persamaan ini sepertinya belum sempurna.

Kemudian, Maxwell melengkapi rumus persamannya dalam riset lain berjudul A Dynamical Theory of Electromagnetic Field pada 1865. Dalam riset tersebut, Maxwell lebih berani untuk menyatakan bahwa cahaya sebenarnya adalah sebuah gelombang elektromagnetik. Pada 1887-1888, Heinrich Hertz membuktikan penemuan Maxwell dan memverifikasi kebenarannya.

Perkembangan medan magnet modern kembali dibuktikan dengan penemuan Nikola Tesla pada 1887. Ia berhasil mengembangkan motor induksi yang berjalan di arus polifase. Perlu dicatat bahwa arus polifase merupakan dua (atau lebih) arus bolak-balik yang sama dengan frekuensinya, tetapi berbeda fasenya. Arus ini akan menghasilkan medan magnet yang berputar untuk menggerakkan motor. Dari penemuannya, Tesla mendapatkan hak paten motor listrik pada 1888.

Memasuki abad ke-20, pembahasan mengenai medan magnet telah meluas sampai ke relativitas khusus, elektrodinamika klasik, dan mekanika kuantum. Salah satu ilmuwan ternama, Albert Einsten juga menjelaskan bahwa medan magnet dan medan listrik merupakan sebuah konsep yang mirip, tetapi pembahasannya menggunakan cara dan kerangka berpikir yang berbeda.

Penerapan Medan Magnet dalam Keseharian

Sebenarnya dalam kehidupan sehari-hari, kita telah bersinggungan dengan medan magnet. Hanya saja, tidak menyadarinya. Berikut penerapan medan magnet dalam kehidupan sehari-hari yang dilansir dari laman Zenius.net.

1. Elektromagnet

Penerapan medan magnet menggunakan elektromagnetik. Misalnya pada bel rumah. Prinsip kerjanya cukup sederhana, ketika menekan tombol bel maka elektromagnetik akan menggerakkan striker untuk membuat bel berbunyi.

Contoh lainnya adalah pengeras suara. Ketika bernyanyi, berbicara, atau mengeluarkan suara apapun dengan perangkat yang dihubungkan ke pengeras suara melalui Bluetooth. Maka, elektromagnetik akan menerima irama tersebut dan penghantarnya (biasanya sebuah kerucut yang melekat pada elektromagnetik, yang dikendalikan oleh arus listrik) akan menerima irama dan mengeluarkannya kembali di pengeras suara.

2. Levitasi Magnetik

Levitasi magnetik atau maglev merupakan penerapan medan magnet yang dilakukan pada kerera listrik. Sehingga, kereta dapat melaju dengan kecepatan tinggi. Hal ini juga diterapkan oleh kereta listrik di Jepang, yakni Shinkansen.

Ketika kereta api ammpu naik tepat di atas rel, maka pada medan magnet terjadi gesekan yang sangat kecil sehingga memudahkan pemindahan kereta dan membuatnya bergerak dengan cepat.

3. Motor

Motor yang dimaksud bukanlah sepeda motor yang biasa kita lihat di jalanan. Motor di sini didefinisikan sebagai mesin yang mampu mengubah energi menjadi gerak. Adapun, penerapan medan magnet dalam kehidupan sehari-hari adalah penggunaan medan magnet agar mampu memutar poros.

Oleh sebab itu, arus listrik yang mengalir ke motor bervariasi. Mereka akan bekerja sama untuk membentuk medan magnet yang naik turun sehingga akan mendorong inti motor di sekitarnya. Sebagai contoh mobil, komputer, pintu lift, dan lain sebagainya.

Rumus Medan Magnet

Berikut rumus medan magnet.

B = μ I / 2 π r

Keterangan

B = besar medan magnet (T)

μ = konstanta permeabilitas (4π 10-7 Tm/A)

I = arus listrik (A)

r = jarak dari kabel (m)

Untuk mencari besar arus listrik dapat menerapkan rumus di bawah ini.

I = B 2πr/ μ

Keterangan:

B = besar medan magnet (T)

μ = konstanta permeabilitas (4π 10-7 Tm/A)

I = arus listrik (A)

r = jarak dari kabel (m)

Contoh Soal Medan Magnet

Berikut contoh soal medan magnet yang telah dirangkum dari berbagai sumber di internet.

1. Sebuah kawat memiliki aliran arus listrik sebesar 4 A dan jarak dengan kabel sebesar 2 m. Hitunglah besar medan magnetnya!

Jawaban:

I = 4 A

r = 2 m

Maka,

B = μ I / 2 π rA

B = 4 π 10-7 4 / 2 π 2

B = 4 10-7 T

Jadi, besar medan magnetnya adalah 4 10-7 T

2. Seutas kawat dialiri arus listrik i = 4 A seperti gambar berikut!

Tentukan:

Kuat medan magnet di titik A
Kuat medan magnet di titik B
Arah medan magnet di titik A
Arah medan magnet di titik B

Diketahui

I = 4 A

rA = 2m

rB = 1m

Penyelesaian

B = μ0 I / 2 π rA

B = 4 π 10-7 4 / 2 π 2

B = 4 10-7 T

Jadi medan magnet pada titik A adalah 4 10-7 T

B = μ0 I / 2 π rB

B = 4 π 10-7 4 / 2 π 1

B = 8 10-7 T

Jadi medan magnet pada titik B adalah 8 10-7 T.

Pada soal yang menanyakan arah kita dapat menggunakan aturan tanga kanan, dimana ibu jari diasumsikan sebagai arus dan empat jari lainnya sebagai medan magnet dengan posisi menggenggam kawat di titik A.

Sehingga arah medan magnet pada titik A ialah ke luar atau mendekati pembaca.

Sehingga arah medan magnet pada titik B ialah ke dalam atau menjauhi pembaca.