MEDAN MAGNET (bag.2)

Arus Listrik dan Medan Magnet

Medan magnet tidak selalu hanya dihasilkan oleh bahan magnetik. Setiap arus listrik membangkitkan medan magnet tanpa adanya sedikit pun bahan magnetik.

Hal ini dapat dibuktikan dengan percobaan sederhana :

Alirkan arus searah (DC) melalui sepotong kawat lurus horizontal, lebih baik bila berarah utara-selatan. Selama arus mengalir, sebuah jarum kompas yang ditempatkan di dekat kawat akan berputar dari posisi normalnya.

Gaya yang bekerja pada jarum kompas terdapat di sepanjang kawat. 

Ini berarti :

Penghantar yang dialiri arus akan membangkitkan medan magnet di lingkungan sekitarnya.

Arus searah sebesar 20 sampai 50 ampere diperlukan untuk memperlihatkan medan magnet dalam percobaan ini.

Sebuah penghantar dilewatkan secara vertikal melalui lembaran kertas karton yang telah ditaburi serbuk besi secara merata. 

Arus dilewatkan dan kertas karton diketuk-ketuk perlahan-lahan, serbuk besi dengan segera mengarahkan diri sendiri.

Hasil percobaan ini seperti gambar di bawah ini yang dilihat dari atas.

Garis-garis fluks magnetik membentuk lingkaran di sekitar penghantar.

Distribusi Medan di Sekitar Penghantar Arus

Garis-garis fluks magnetik di sekitar penghantar arus membentuk lingkaran-lingkaran tertutup. 

Titik pusat dari semua lingkaran itu ialah titik pusat penghantar.

Medan magnet mengisi ruang sepanjang penghantar; garis-garis fluks magnetik dengan diameter yang hampir sama dan berdekatan satu dengan yang lain terlihat membentuk tabung-tabung fluks di sekitar penghantar.

Medan magnet selalu timbul di sekitar setiap penghantar yang dilewati arus, juga di sekitar penghantar cair atau yang berbentuk gas.

Kerapatan fluks magnetik maksimum terdapat pada permukaan penghantar dan menurun sebanding dengan bertambahnya jarak dari permukaan tersebut.

Tidak begitu penting apakah penghantar itu diisolasi atau tidak, karena medan di dalam setiap bahan non-magnetik umumnya sama dengan medan di dalam udara.

Gambar di atas memperlihatkan garis-garis fluks magnetik yang berada pada sebuah bidang yang tegak lurus terhadap penghantar arus.

Lingkaran digambarkan dalam jarak sedemikian rupa, hingga terdapat jumlah garis fluks magnetik yang sama besar antara setiap lingkaran dan lingkaran berikutnya. 

Jarak antara dua lingkaran bertambah besar sebanding dengan jarak dari penghantar, yang menunjukkan penurunan kerapatan fluks magnetik.

Bentuk garis-garis fluks magnetik memperlihatkan bahwa garis-garis itu selalu membentuk lingkaran tertutup.

Arah Medan Magnet

Sebuah jarum kompas yang bergerak dalam lintasan melingkar di sekitar suatu penghantar yang membawa arus cukup besar, akan selalu berada dalam posisi tegak lurus terhadap jari-jari. 

Jadi jarum kompas itu menunjukkan arah garis-garis fluks magnetik.

Kutub utara dari jarum kompas menunjukkan arah medan magnet.

Menurut perjanjian telah ditetapkan :

Kutub utara jarum kompas selalu menunjukkan arah dari garis-garis fluks magnetik, yaitu medan magnet.

Posisi apakah yang akan diambil oleh jarum kompas yang dapat  bergerak bebas, bila diletakkan antara kutub sebuah magnet ladam ?

Arah Aliran Arus dan Gerakan Elektron

Berdasarkan perjanjian tersebut di atas, pengamatan tentang posisi jarum kompas menunjukkan bahwa harus terdapat hubungan antara arah aliran arus dan arah medan magnet.

Akan tetapi sebelum kita meneliti hubungan ini secara terinci, marilah kita perhatikan dahulu hal sebagai berikut:

Elektron yang bergerak dalam penghantar membentuk arus, sebelum penemuan elektron (tahun 1895), suatu ketetapan telah disetujui mengenai arah arus. Sesuai dengan persetujuan itu arus listrik mengalir dari kutub positif (terminal +) sumber tenaga listrik ke beban melalui penghantar, kemudian kembali ke kutub negatif (terminal -) melalui penghantar balik.(lihat gambar sebelah kiri) Keadaan ini disebut “Aliran arus konvensional”

                   

Arah aliran arus konvensional ialah terbalik dengan arah gerakan elektron.

Menunjukkan Arah Aliran Arus

Sebuah tanda silang dan tanda titik digunakan untuk menunjukkan secara ilustratif arah aliran arus dalam penghantar. 

Simbol ini diambil dari gambar sepucuk panah yang sedang terbang.

Dengan melihat ke arah panah yang menjauh, dapat terlihat bidang belakang anak panah; bidang belakang ini secara skematis dapat dilukiskan sebagai tanda silang.

Jika panah itu menuju ke arah Anda, dapat terlihat titik ujung panah tersebut; ujung ini digambarkan dengan tanda titik.

Cara penandaan ini dipergunakan dalam gambar di bawah ini, untuk menunjukkan arah aliran arus dalam dua buah  penghantar arus.

Resume:

Kerapatan fluks magnetik merupakan ukuran kekuatan medan magnet.

Setiap penghantar arus membangkitkan medan magnet.

Kerapatan fluks magnetik menurun di sekitar penghantar arus dibandingkan   dengan bertambahnya jarak antara penghantar dan garis fluks magnetik.

Arah Aliran Arus dan Arah Medan

Gambar di bawah ini memperlihatkan hubungan antara arah aliran arus dan arah medan magnetnya.

Sebagai pengganti jarum kompas dicantumkan tanda panah pada garis lingkaran yang memperlihatkan garis-garis fluks magnetik. 

Ujung panah tersebut menunjukkan arah medan magnet.

Bila kita melihat ke arah aliran arus, maka garis-garis fluks magnetik di sekitar penghantar berarah menurut arah putaran jarum jam.

Kaidah tentang Arah

Hubungan antara arah aliran arus dan arah garis-garis fluks magnetik dapat dihafalkan dengan sejumlah kaidah. 

Salah satu di antara kaidah itu ialah 

“ Kaidah Pembuka Sumbat Botol” ( Kaidah sekrup Tangan Kanan).

Arah putaran pembuka sumbat botol, yang disekrupkan ke dalam penghantar ke arah aliran arus, menunjukkan arah garis-garis fluks magnetik di sekitar penghantar.

Bila sesorang membayangkan garis-garis fluks magnetik sepanjang penghantar, maka gambaran yang diperoleh pada setiap titik sepanjang penghantar adalah sama, karena garis-garis itu akan membentuk sebuah tabung fluks magnetik di sekitar penghantar.

(Bersambung...)