Arus
Listrik Menimbulkan Medan Magnet
Medan magnet adalah ruang disekitar magnet dimana
tempat benda-benda tertentu mengalami gaya magnet.
Hans Christian Oersted (1777-1851 orang Denmark)
merupakan orang pertama yang menemukan adanya medan
magnet disekitar arus listrik. Gambar di samping
tampak jarum kompas diletakkan di bawah kawat
penghantar. Saat saklar terbuka, pada kawat
tidak ada arus listrik yang mengalir dan jarum kompas
pada posisi sejajar dengan kawat. Apabila saklar
ditutup sehingga arus mengalir pada kawat penghantar,
maka jarum kompas menyimpang. Simpangan jarum kompas
tergantung arah arus pada kawat dan letaknya..
Dari percobaan yang pernah dilakukan, Oersted menyimpulkan
bahwa "disekitar penghantar berarus listrik
timbul medan magnet". |
 |
Bentuk
Medan Magnet Disekitar Penghantar Berarus
|
|
A.
Penghantar Lurus
Untuk
mengamati bentuk medan magnet di sekitar penghantar
lurus, lewatkan penghantar itu pada sehelai
karton yang disekitarnya ditaburi serbuk besi.
Apabila kertas diketuk, ternyata serbuk besi
akan membentuk pola lingkaran sepusat dengan
penghantar itu sebagai pusatnya. Hal ini menunjukkan
bahwa medan magnet disekitar penghantar lurus
berarus listrik berbentuk lingkaran sepusat
dengan penghantar itu sebagai pusatnya.
Arah medan magnet di sekitar penghantar berarus
listrik dapat dilihat pada gambar di samping.
|
Cara untuk menentukan
arah medan magnet disekitar penghantar berarus digunakan
:
| 1. Kaidah tangan
kanan, dengan ketentuan : |
| - ) arah ibu jari
menunjukkan arah arus listrik. |
| - ) arah lipatan
jari yang lain menunjukkan arah medan magnet |
| 2. Kaidah sekrup
putar kanan, dengan ketentuan : |
| - ) arah putaran
sekrup menunjukkan arah medan magnet. |
|
- ) arah maju/mundurnya
sekrup menunjukkan arah arus listrik
|
|
B. Penghantar
Berbentuk Lingkaran
Apabila kawat dilengkungkan seperti gambar di
samping pola medan magnetnya dapat dilihat pada
gambar. Kaidah tangan juga berlaku pada kawat
melengkung.
|
 |
|
|
C.
Kumparan (Solenoida)
Bila suatu kumparan diberi arus listrik, setiap
bagian kumparan ini menimbulkan medan magnet disekitarnya.
Medan magnet yang timbul merupakan gabungan medan
magnet dari tiap bagian itu. Garis-garis medan magnet
didalam selenoida (kumparan) saling sejajar satu
dengan lainnya, yang dinamakan medan magnet homogen.
Untuk menentukan arah medan magnet dalam selenoida
digunakan aturan tangan kanan seperti pada penghantar
melingkar |
Gaya Magnetik (Gaya
Lorentz)
| Pada
rangkaian di samping, apabila saklar ditutup maka
arus listrik mengalir dari A ke B. Pada saat itu
alumunium foil akan melengkung ke atas. Kemudian
bila kutub sumber dibalik (arus mengalir dari B
ke A), ternyata alumunium foil melengkung ke bawah.
Yang menyebabkan alumunium foil melengkung ke atas
atau ke bawah tidak lain adalah suatu gaya yang
dikenal sebagai gaya magnetik (gaya Lorentz). Jadi
arus listrik yang berada di dalam medan magnet mengalami
gaya magnetik. Arah gaya magnetik ini tergantung
pada arah arus dan arah medan magnet. |
 |
| Untuk menentukan
arah gaya magnetik (gaya Lorentz) digunakan
aturan tangan kanan sebagai berikut: |
| - ) arah
ibu jari menunjukkan arah arus listrik ( i
) |
| - ) arah
jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet
( B ) |
| - ) dorongan
telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz
(F ) |
|
|
| Besar
gaya magnetik (gaya Lorentz) dipengaruhi: |
| a.
besar kuat arus listruk ( i ) |
| b.
besar medan magnet ( B ) |
| c.
panjang kawat ( l ) |
| d.
sudut antara arah arus dan arah medan magnet |
Perlu diketahui bahwa
gaya magnetik merupakan reaksi dari gaya Biot Savart,
yaitu gaya yang menggerakkan kutub magnet karena pengaruh
arus listrik.
Penerapan Gaya Magnetik
Pada Motor Listrik dan Meter Listrik
Motor listrik dan meter
listrik bekerja dengan prinsip mengubah energi listrik
menjadi energi mekanik dengan memanfaatkan timbulnya
gaya magnetik. Gerak yang dimaksudkan disini adalah
gerak rotasi. Dalam mekanika, gerak rotasi dipengaruhi
oleh koppel, yaitu pasangan dua gaya sejajar tetapi
berlawanan arah.
Motor
Listrik
Motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik. Motor listrik dapat dijumpai pada mobil-mobilan,
VCD player, mixer dan masih banyak lagi pada peralatan
rumah tangga. Bagian utama dari motor listrik adalah
kumparan dan magnet. Pada dasarnya sumbu motor listrik
dilengkapi dengan kumparan penghantar yang dialiri
arus listrik. Jendela dari kumparan diterobos garis-garis
medan listrik seperti gambar di samping.
Pada saat kumparan dialiri arus, QR mendapat gaya
Lorentz ( F l ) keatas, sedangkan kumparan
PS mendapat gaya Lorentz kebawah. Karena kedua gaya
ini membentuk koppel, maka kumparan akan
berotasi.
Perlu diketahui bahwa kedudukan antara arus listrik
pada QR maupun PS terhadap medan magnet selalu tegak
lurus. Sedangkan pada RS dan QP selalu membentuk
gaya sama besar, berlawanan arah dan resultannya
selalu segaris dengan sumbu putar, sehingga saling
meniadakan.
Jika motor listrik memakai arus searah (DC), maka
agar motor selalu menghasilkan arah putaran yang
tetap, arah arus harus disesuaikan. Dalam hal ini
saat kedudukan kumparan akan menghasilkan arah putaran
berlawanan dengan semula, maka arus listriknya harus
dibalik. Untuk keperluan ini, pada motor listrik
dilengkapi dengan cincin belah (komutator). Untuk
menghasilkan putaran yang lebih kuat, maka diperlukan
jumlah lilitan kumparan yang lebih banyak dan medan
magnet yang lebih kuat. |
|
 |
Meter Listrik
(Galvanometer)
Meter listrik
juga mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Meter listrik dapat dijumpai pada peralatan-peralatan
ukur listrik seperti amperemeter, voltmeter
dan ohmmeter. Pada meter listrik, kumparan
dipasang pada dua poros, yaitu poros atas dan
bawah. Poros ini masing-masing dilengkapi dengan
pegas spiral. Pegas berfungsi untuk mengendalikan
putaran jarum penunjuk agar berputar sebanding
dengan kuat arus yang mengalir pada kumparan.
Pada saat kumparan tidak dialiri arus listrik,
pegas mengatur letak jarum hingga menunjuk angka
nol. Hal itu terjadi saat bidang kumparan sejajar
dengan arah medan magnet. Jika arus listrik dialirkan,
kopel gaya Lorentz pada kumparan memutar kumparan
ke arah tegak lurus medan, tetapi putaran ini
ditahan oleh pegas sehingga sudut putaran jarum
sebanding dengan kuat arus.
|
| Latihan Soal-Soal
Medan Magnet |
|
|
|
|
|
1)
|
Gambar
di samping jarum kompas diletakkan di bawah
kawat penghantar. Arah kompas menunjuk ke
Utara-Selatan geografis. Jika arus listrik
dialirkan dari Utara ke Selatan, maka kutub
Utara magnet kompas menyimpang ke arah …
a. barat
b. timur
c. atas
d. bawah
e. kiri
|
|
|
|
| Perhatikan
gambar dibawah, untuk medan magnet yang
dihasilkan penghantar berarus listrik
yang benar adalah nomor … |
 |
a. 1, 2
,3 dan 4
b. 2, 3 dan 4
c. 1 dan 3
d. 2 dan 4
e. 2 saja
|
|
|
Perhatikan
pernyataan berikut ini:
1. Arus listrik makin besar, medan magnet
yang ditimbulkan makin besar.
2. Sumber tegangan diperbesar, medan magnet
yang timbul makin kecil.
3. Jarak antara suatu titik terhadap penghantar
bermuatan diperbesar, medan magnet makin
besar.
4. Besar medan magnet tergantung pada jaraknya.
Pernyataan yang benar pada medan magnet
adalah ....
a. 1, 2 ,3 dan 4
b. 1 dan 3
c. 2 dan 4
d. 2 dan 3
e. 1 dan 4
|
|
|
Pada penghantar
melingkar diberi arus searah putaran jarum
jam, maka arah medan magnet di pusat lingkaran
penghantar adalah …
a. berlawanan arah putaran jarum jam
b. meninggalkan bidang gambar
c. searah putaran jarum jam
d. melingkar sepusat
e. masuk bidang gambar
|
|
|
Perhatikan
gambar di samping
1. Di ujung A medan magnet menuju solenoida
2. Di titik A merupakan kutub Utara magnet
3. Di titik B medan magnet meninggalkan
solenoida
4. Di titik B merupakan kutub Selatan magnet.
Pernyataan yang tidak benar adalah
nomor …
a. 1, 2 dan 3
b. 1 dan 3
c. 2 dan 4
d. 2, 3 dan 4
e. 1, 2, 3 dan 4
|
|
|
|
Pada gambar
di samping, magnet jarum akan …
a. ditarik
b. ditolak
c. menyimpang ke kiri
d. menyimpang ke kanan
e. diam saja
|
|
|
|
Diantara
pernyataan berikut ini:
1. Kuat arus listrik
2. Besar medan magnet
3. Besar sumber tegangan
4. Arah arus listrik dan arah medan magnet
Pernyataan di atas yang mempengaruhi besar
gaya Lorentz adalah nomor …
a. 1 dan 2
b. 2 dan 3
c. 1 dan 3
d. 1, 2 dan 4
e. 1, 2, 3 dan 4
|
|
|
Arah arus
pada gambar di samping adalah …
a. ke atas
b. keluar bidang gambar
c. ke bawah
d. ke kiri
e. masuk bidang gambar
|
|
|
|
Perhatikan
pernyataan berikut:
1. mengubah energi listrik menjadi energi
kinetik
2. cincin belah berfungsi mengubah polaritas
arus listrik
3. untuk memperbesar kemampuan kerjanya
dapat dilakukan dengan memperbanyak lilitan
kumparan
4. untuk menghasilkan medan magnet dapat
digunakan magnet permanen
Pernyataan di atas yang benar untuk motor
listrik adalah nomor …
a. 1, 3 dan 4
b. 2, 3 dan 4
c. 1, 2 dan 4
d. 1, 2 dan 3
e. 1, 2 ,3 dan 4
|
|
|
Pada gambar
di samping terlihat sebuah kawat penghantar
lurus dialiri arus listrik I dengan arah
ke luar bidang gambar yang berada diantara
2 kumparan. Jika saklar ditutup, maka kawat
akan mengalami gaya magnetik dengan arah
…
a. ke kanan
b. ke atas
c. ke kiri
d. masuk bidang gambar
e. ke bawah
|
|
|
|
Dua alat
berikut yang cara kerjanya berdasarkan prinsip
gaya magnetik adalah …
a. dinamo dan galvanometer
b. motor listrik dan dinamo
c. motor listrik dan galvanometer
d. kompas dan galvanometer
e. dinamo dan kompas
|
|
|
Arah medan
magnet pada titik di tengah-tengah kawat
berarus berbentuk lingkaran seperti pada
gambar adalah …
a. ke atas
b. ke bawah
c. ke kiri
d. masuk bidang gambar
e. keluar bidang gambar
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
