Pada artikel ini, kamu akan mempelajari induksi magnet dari bagaimana magnet pertama ditemukan, perkembangan eksperimennya, hingga pembahasan soal UN mengenai induksi magnet.
Keberadaan batuan yang dapat menarik potongan besi pertama kali ditemukan di daerah Yunani yang bernama magnesia lebih dari 2000 tahun yang lalu. Batuan ini sekarang dikenal dengan istilah magnetit. Awalnya magnetit digunakan sebagai alat navigasi pada abad ke 12. Pierre de Maricout lah yang menemukan bahwa jarum magnet pada berbagai posisi selalu mengarah ke arah tertentu yang kemudian disebut kutub-kutub magnet. Dari situ, berbagai percobaan dilakukan oleh ilmuwan untuk mengungkapkan lebih jauh tentang magnet dan sifat-sifat magnetisme.
Pada tahun 1600an, William Gilbert menemukan bahwa bumi sendiri merupakan magnet alami yang akan selalu menarik jarum besi ke arah kutub magnet utara dan selatan. Kutub magnet utara terletak dekat kutub utara dan begitu juga kutub magnet selatan berada di dekat kutub selatan. Sebuah magnet akan menarik benda disekitarnya, selama benda tersebut terletak di medan magnet.
Bumi sendiri menarik berbagai benda disekitarnya, salah satunya adalah cahaya matahari yang merupakan gelombang elektromagnet dan kemudian disebut aurora. Aurora dapat disaksikan di kutub utara dan kutub selatan bumi. Aurora adalah cahaya matahari yang mengalami pembelokan akibat magnet bumi sehingga memancarkan berbagai warna yang indah.
Daftar Isi
Pengertian Induksi Magnet
Induksi magnet adalah medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik. Sedangkan, medan magnet adalah daerah yang dipengaruhi sumber magnet, baik berupa magnet alami yang permanen maupun arus listrik.
Khusus untuk medan magnet yang diakibatkan adanya arus listrik pada penghantar kemudian disebut induksi magnet. Hubungan arus listrik dan medan magnet pertama kali diungkapkan Hans Christian Oersted pada abad ke-19. Ketika itu H.C Oersted menemukan perubahan medan magnet pada jarum kompas yang ada disekitar kawat berarus listrik.
Jarum kompas yang awalnya selalu mengarah ke kutub utara dan selatan kemudian mengalami pembelokan dengan arah melingkar disekitar kawat lurus. Percobaan berikutnya dilakukan oleh Andr – Marie Ampere serta ilmuwan lainnya, hingga menunjukkan bahwa arus listrik dapat menarik serpihan besi, bahkan dua kawat sejajar berarus saling tarik menarik.
Penemuan Oersted juga mengilhami Jean Baptise Biot dan Felix Savart, dua orang fisikawan asal Prancis untuk meneliti induksi magnet. Hasil eksperimen mereka yang kemudian disebut hukum Biot-Savart mengungkapkan induksi magnet pada penghantar adalah resultan medan magnet yang ditimbulkan muatan yang bergerak.
Menurut Laplace, besar nilai induksi magnet berbading lurus dengan arus listrik yang mengalir sepanjang kawat penghantar dan berbanding terbalik dengan kuadarat jarak titik tersebut dari kawat penghantar. Sedangkan arahnya ditentukan oleh kaidah tangan kanan dengan arah induksi magnet selalu tegak lurus dengan bidang yang dilalui arus listrik.
μo = permeabilitas vakum atau konstanta magnetik
= 4π x 10-7 (Wb/mA)
dB = Induksi magnet untuk setiap titik (T)
dL = satuan panjang
r = jarak (m)
I = arus listrik (A)
Dengan aturan kaidah tangan kanan yakni jempol menunjukkan arah arus listrik (i) sedangkan keempat jari menunjukkan medan magnet (B). Dan berlaku sebaliknya, keempat jari dapat menunjukkan arah arus listrik (i) sedangkan jempol arah medan magnet (B).
Induksi magnet dilambangankan dengan B dan memiliki satuan Tesla atau Wb/m2. Berdasarkan temuan Bio Savart dan Laplace, besaran Induksi magnet merupakan besaran vektor yakni besaran yang memiliki nilai dan arah.
Berdasarkan bentuknya, terdapat 4 bentuk kawat penghantar yang akan kita bahas, yakni kawat lurus , kawat melingkar, selenoida, dan toroida. Pada dasarnya rumus untuk keempat bentuk kawat merupakan hasil integral dari hukum Biot-Savart.
Baca juga: Listrik Statis Serta Penjelasannya
Induksi Magnet Disekitar Kawat Lurus Berarus
Rumus Induksi Magnet Kawat Lurus Tak Berhingga
Untuk kawat lurus berarus yang panjangnya tidak berhingga seperti pada gambar di bawah ini, arah induksi magnetik dicari menggunakan kaidah tangan kanan. Secara 3D arah induksi magnet dapat digambarkan dengan simbol (x) untuk menunjukkan arah B menjauhi pembaca atau masuk bidang gambar. Dan menggunakan (.) untuk menunjukkan arah B menuju pembaca atau keluar dari gambar.
Sedangkan untuk rumus induksi magnetik pada kawat lurus berarus dengan panjang tak terhingga adalah sebagai berikut :
B = induksi magnetik di titik p (Wb)
μo = permeabilitas vakum 4π x 10-7 (Wb/mA)
i = kuat arus listrik (A)
a = jarak penghantar ke titik p (m)
Rumus Induksi Magnet Kawat Lurus Berhingga
Pada kawat berhingga atau kawat berarus dengan panjang tertentu, arah induksi magnet sama dengan panjang kawat tak berhingga sedangkan untuk rumus induksi magnetiknya sebagai berikut:
B = induksi magnetik di titik p (Wb)
μo = permeabilitas vakum 4π x 10-7 (Wb/mA)
i = kuat arus listrik (A)
a = jarak penghantar ke titik p (m)
Induksi Magnet Disekitar Kawat Melingkar Berarus
Rumus Induksi Magnet di Pusat Lingkaran
B = induksi magnetik di titik p (Wb)
μo = permeabilitas vakum 4π x 10-7 (Wb/mA)
i = kuat arus listrik (A)
r = jari-jari kawat (m)
N = jumlah lilitan atau perbandingan sudut yang dibentuk kawat melingkar
Rumus Induksi Magnet Di Sumbu Pusat Lingkaran Berjarak x
Sedangkan, jika induksi magnet yang dicari tidak berada di pusat lingkaran melainkan sejajar sumbunya, kita dapat menggunakan rumus berikut:
Dengan θ adalah sudut yang dibentuk antara sumbu titik x dan ujung kawat melingkar.
Induksi Magnet Bisekitar Selenoida Berarus
Selenoida adalah nama lain dari kumparan. Yakni kumpulan kawat melingkar yang membentuk panjang tertentu.
Rumus Induksi Magnet di Pusat Selenoida
Besar dan arah induksi magnet pada pusat selenoida dapat dicari dengan menggunakan kaidah tangan kanan dan rumus sebagai berikut:
B = induksi magnetik di titik p (Wb)
μo = permeabilitas vakum 4π x 10-7 (Wb/mA)
i = kuat arus listrik (A)
L = panjang selenoida (m)
N = banyak lilitan kawat
Rumus Induksi Magnet di Ujung Selenoida
B = induksi magnetik di titik p (Wb)
μo = permeabilitas vakum 4π x 10-7 (Wb/mA)
i = kuat arus listrik (A)
L = panjang selenoida (m)
N = banyak lilitan kawat
Induksi Magnet Disekitar Toroida
Toroida adalah selenoida yang dibentuk melingkar seperti gambar di bawah ini
Untuk menghitung induksi magnet di pusat toroida dapat menggunakan rumus induksi magnet pada pusat toroida sebagai berikut:
B = induksi magnetik di titik p (Wb)
μo = permeabilitas vakum 4π x 10-7 (Wb/mA)
i = kuat arus listrik (A)
r = jari-jari toroida (m)
N = jumlah lilitan kawat pada toroida
Sedangkan untuk arah induksi magnet pada torida dapat menggunakan kaidah tangan kanan sebagai berikut:
Nah, itulah penjelasan lengkap mengenai medan magnet akibat arus listrik atau induksi magnet serta rumusnya pada berbagai keadaan. Selanjutnya mari kita lihat contoh soal mengenai Induksi Magnet.
Contoh Soal Induksi Magnet
UN 2013
Suatu penghantar melingkar membentuk sudut 120º dialiri arus listrik I = 9 A. Jika jari-jari kelengkungan R = 2π cm dan µ0 = 4π . 10-7Wb/A.m maka besar induksi magnetik di titik P adalah…
A. 3 . 10-5 T
B. 5 . 10-5 T
C. 9 . 10-5 T
D. 12 . 10-5 T
E. 15 . 10-5 T
Pembahasan:
N = 120º / 360º = 1/3
B =1.9.4π . 10-7 / 3.2.0,02 π
B = 3 . 10-5 T (A)
Baca juga: Kapasitor: Fungsi, Jenis, Rangkaian dan Contoh
Pemahaman Akhir
Penemuan magnet pertama kali yang berasal dari batuan magnesia di Yunani lebih dari 2000 tahun yang lalu. Magnet ini kemudian dikenal sebagai magnetit dan digunakan sebagai alat navigasi pada abad ke-12. Kemudian, ilmuwan seperti Pierre de Maricout dan William Gilbert mengungkapkan sifat-sifat magnetisme dan bahwa bumi sendiri adalah magnet alami.
Pada abad ke-19, Hans Christian Oersted menemukan hubungan antara arus listrik dan medan magnet. Percobaannya dengan jarum kompas menunjukkan bahwa arus listrik pada penghantar dapat menghasilkan medan magnet. Jean Baptise Biot dan Felix Savart kemudian menyempurnakan pemahaman ini dan merumuskan hukum Biot-Savart yang menggambarkan induksi magnet pada penghantar akibat arus listrik.
Perkembangan selanjutnya melibatkan kontribusi dari ilmuwan seperti Andr-Marie Ampere dan Pierre-Simon Laplace, yang menemukan bahwa besar nilai induksi magnet berbanding lurus dengan arus listrik dan berbanding terbalik dengan jarak dari penghantar. Arah induksi magnet ditentukan oleh aturan tangan kanan, di mana arah induksi tegak lurus terhadap arah arus listrik.
Artikel ini juga menjelaskan rumus untuk menghitung induksi magnet pada berbagai bentuk kawat penghantar, termasuk kawat lurus, kawat melingkar, selenoida, dan toroida. Induksi magnet di sekitar kawat-kawat ini ditentukan oleh panjang kawat, jari-jari, dan kuat arus listrik yang mengalir di dalamnya.
Contoh soal UN pada akhir artikel menguji pemahaman tentang induksi magnet pada kawat melingkar dengan sudut tertentu. Dalam soal ini, siswa diminta untuk menghitung besar induksi magnetik di suatu titik berdasarkan kuat arus dan jari-jari kawat melingkar yang diberikan.
Mengerti konsep induksi magnet dan rumus-rumus yang berkaitan sangat penting dalam fisika, karena hal ini terkait dengan berbagai aplikasi dalam teknologi dan pemahaman tentang fenomena elektromagnetik di alam semesta.
Itu dia pembahasan lengkap mengenai induksi magnet beserta contoh soalnya yang muncul di UN Fisika tahun 2013. Ada yang ingin kamu diskusikan? tulis di kolom komentar ya!
Sumber :
Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2 Karya Tipler
