MEDAN MAGNET (Tamat)

Efek Gaya antara Medan Magnet dan Penghantar Arus

 Sebuah penghantar yang tergantung ditempatkan dalam medan magnet –ladam.

Kita sudah mengetahui bahwa terdapat gaya yang bekerja antara medan magnet di antara dua buah magnet. Gaya seperti ini bekerja pula, bila medan magnet yang satu dibangkitkan di sekitar sebuah penghantar arus. Hal ini akan dibuktikan dengan percobaan sederhana (seperti gambar di atas):

Kedua kawat penghantar yang diberi tanda + dan – dihubungkan ke kutub-kutub dari sumber listrik. 
Begitu arus mengalir, medan magnet yang dihasilkan oleh magnet dan oleh arus saling berinteraksi dan penghantar yang tadinya tidak bergerak, sekarang terdorong ke luar.

Efek apakah yang bekerja pada penghantar arus yang ditempatkan pada medan magnet ? yaitu Efek Gaya.

Perubahan apakah yang diperlukan pada percobaan di atas, untuk membuat supaya penghantar arus bergerak ke arah berlawanan ?

Untuk membuat agar penghantar arus bergerak ke arah yang berlawanan, maka kita perlu membalik arah polaritas magnet atau arah aliran arus dalam penghantar.

 Penyebab Efek Gaya

 

Untuk memahami bagaimana gaya ini timbul, harus dibayangkan medan magnet bersama, yang terdiri dari medan magnet penghantar arus dan medan magnet dari magnet.

Dalam gambar di bawah ini medan magnet yang diperlihatkan di sebelah kiri berasal dari magnet. 

Medan magnet di sekitar penghantar digambarkan di tengah dan medan magnet gabungan di sebelah kanan.

Setiap garis yang berlawanan dari fluks magnetik magnet dan dari penghantar akan saling meniadakan secara menyeluruh atau sebagian.

Jadi dengan demikian medan magnet gabungan menjadi lemah di sebelah kiri penghantar  (ilustrasi sebelah kanan). 

Di sebelah kanan penghantar, semua garis fluks magnetik menuju ke arah yang sama dan dengan demikian menambah kekuatan medan magnet pada sisi tersebut.

Terdapat kecenderungan dari distribusi medan magnet yang tidak sama pada kedua sisi penghantar ini untuk menjadi homogen kembali.

Garis-garis fluks magnetik memiliki kecenderungan untuk memperpendek diri. 

Keadaan ini menyebabkan penghantar yang dapat bergerak itu terdorong dari daerah medan magnet yang lebih kuat ke bagian medan magnet yang lebih lemah.

Gejala ini dinamakan efek elektrodinamis.

Ingatlah : Penghantar arus didesak dari bagian medan magnet yang lebih kuat ke bagian yang lebih lemah.

Gaya elektrodinamis itu meningkat sebanding dengan kerapatan fluks magnetik dari medan magnet, dengan arus yang mengalir melalui penghantar dan dengan ukuran panjang efektif penghantar.

Kaidah mengenai Arah Gaya

Untuk menentukan ke arah mana gaya bekerja, dapat digunakan “Kaidah Tangan Kiri”.  

Yaitu :

Tangan kiri dibuka dan didatarkan, hingga garis-garis fluks magnetik tegak lurus serta berarah ke telapak tangan dan jari-jari menunjuk ke arah aliran arus; ibu jari yang direntangkan akan menunjukkan arak gerakan penghantar/arah gaya.

Arah gerakan penghantar (arah defleksi) tegak lurus terhadap garis-garis fluks magnetik dan terhadap arah aliran arus.

Gaya yang Bekerja di antara Penghantar Arus

Suatu gaya elektrodinamis juga terdapat di antara dua penghantar yang dialiri arus.

Gambar di atas memperlihatkan distribusi medan magnet dalam daerah antara dua penghantar arus

Di antara kedua penghantar, arus yang mengalir dalam arah yang berlawanan membangkitkan garis-garis fluks magnetik yang berada dalam arah yang sama. Maka arus itu memperbesar kekuatan medan magnet di daerah itu. 

Di sebelah kiri dan kanan penghantar, kedua kelompok garis fluks magnetik bekerja berlawanan satu terhadap yang lain, jadi menyebabkan pelemahan medan magnet gabungan.

Arus yang mengalir dalam arah yang sama membangkitkan medan magnet yang bekerja dalam arah yang berlawanan antara kedua penghantar dan memperlemah kekuatan medan magnet di daerah itu. 

Di sebelah kiri dan kanan penghantar, kedua kelompok garis fluks magnetik itu bekerja dalam arah yang sama, jadi menyebabkan diperkuatnya medan magnet gabungan.

 

Distribusi fluks yang tidak merata itu menyebabkan gaya bekerja pada kedua penghantar yang membawa arus.

Gaya yang bekerja di antara dua penghantar arus dinamakan Gaya Elektrodinamis.

Arah Gaya Elektrodinamis

Gaya elektrodinamis yang bekerja pada kedua penghantar arus makin kuat, bila arusnya makin besar dan kedua penghantar berada lebih dekat satu dengan yang lain. 

Inilah sebabnya mengapa penghantar utama (Busbar) dan kumparan yang membawa arus besar, harus dijepit dengan baik, sehingga tidak berubah oleh gaya elektrodinamis.

Cobalah untuk menentukan arah gaya elektrodinamis yang bekerja pada gambar di atas:

Arus yang mengalir dalam arah yang sama dalam dua buah penghantar sejajar yang lurus menyebabkan penghantar saling tarik menarik.

Arus yang mengalir dalam arah yang berlawanan dalam dua buah penghantar sejajar yang lurus menyebabkan penghantar saling tolak menolak.

Medan Magnet yang dibangkitkan oleh Lilitan Kawat

Dalam uraian terdahulu kita mempelajari bahwa arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar membangkitkan medan magnet yang memenuhi ruang di sekitar dan di sepanjang penghantar.

Akan tetapi untuk penggunaan praktis, medan magnet ini sangat lemah, karena kerapatan fluks magnetiknya terlampau rendah. Kuat medan dapat ditingkatkan dengan jalan memperbesar arus.

Medan dapat juga diperkuat dengan jalan menghimpun garis-garis medan. Jika penghantar kita bentuk menjadi lingkaran, maka semua garis fluks magnetik yang terletak di dalam lingkaran berada dalam arah yang sama dan akan meningkatkan kerapatan fluks magnetik. 

Keadaan ini diperlihatkan dalam ilustrasi di bawah ini.

 
Renungan:

Dengan arah arus yang diperlihatkan garis-garis fluks magnetik meninggalkan bidang lilitan ke arah kiri, berputar melingkar sekitar penghantar dan melengkapi satu lingkaran dengan jalan kembali ke titik awalnya.

Penguatan medan magnet disebabkan oleh fakta bahwa semua garis fluks magnetik di dalam lingkaran mempunyai arah yang sama.

Medan Magnet di dalam Solenoid

Ilustrasi di bawah ini memperlihatkan distribusi medan di dalam sebuah solenoid yang dibentuk oleh beberapa lilitan kawat.

Medan magnet dari setiap lilitan saling memperkuat dan membentuk medan magnet menyeluruh solenoid.

Di sebelah dalam solenoid, garis-garis fluks magnetik diberkas berdekatan dan lurus. Jarak antara semua garis itu sebenarnya sama. Di luar solenoid, garis-garis fluks magnetik membuka ke luar dan menutup kembali membentuk lingkaran tertutup yang memanjang.

Kerapatan fluks magnetik di sebelah dalam solenoid dengan demikian jauh lebih besar dari pada di sebelah luarnya. Selain itu medan magnet di sebelah dalam terbagi merata; medan magnet tersebut homogen.

Ilustrasi di bawah ini merupakan gambar dari medan magnet solenoid yang lazim digunakan dan disederhanakan. Jumlah garis fluks magnetik yang diperlihatkan di sini ditentukan secara acak dan hanya untuk contoh atau ilustrasi saja.

Bentuk magnet yang memiliki distribusi medan magnet seperti solenoid adalah Magnet Batang.

Menentukan Kutub-kutub Solenoid

Medan magnet yang dibangkitkan oleh solenoid dengan demikian serupa dengan magnet batang. 

Ujung solenoid di mana garis-garis fluks magnetik keluar dinamakan kutub utara (demikian pula halnya dengan magnet batang); ujung di mana garis-garis itu masuk kembali ialah kutub selatan.

Ujung-ujung solenoid di mana garis-garis fluks magnetik keluar dan masuk kembali, yaitu kutub utara dan kutub selatan dapat ditentukan dengan kaidah jam.

Jika arus mengalir melalui solenoid searah jarum jam, kita melihat kutub selatannya.

Jika arus mengalir dalam arah yang berlawanan dengan arah jarum jam, kita melihat kutub utaranya.

Kutub Selatan dan Kutub Utara selenoid yang diperlihatkan dalam penampang pada gambar di bawah ini, perhatikan arah aliran arus.

Satuan SI Untuk Fluks Magnetik

Garis-garis medan magnet pada solenoid yang dilewati arus membangkitkan fluks magnetik, sama halnya seperti magnet permanen.

Satuan yang lazim dipergunakan untuk fluks magnetik ialah huruf besar Yunani Φ (phi).

Satuan SI yang dipergunakan ialah Weber (Wb). 

Satuan setara volt-second (Vs) dapat pula dipergunakan sebagai pengganti Weber.

                1 Wb  =  10⁸ M

Atau

                1 M    =  10^-8 Wb

Satuan SI Untuk Kerapatan Fluks Magnetik

Kerapatan fluks magnetik suatu medan homogen dapat ditentukan dengan mudah dengan cara sebagai berikut :

Simbol B digunakan untuk kerapatan fluks magnetik.

Satuan SI untuk kerapatan fluks magnetik ialah Tesla (T)

1 Tesla  =  1  Weber/ m²

Buku teks yang kuno menggunakan satuan Gauss (G) untuk kerapatan fluks magnetik. 

1  G  =  1 M/ cm² 

Dengan demikian kita memiliki konversi sebagai berikut :

1  T  =  1 Wb/m² = 10⁸/10⁴ M/cm² =  10⁴ M/cm² =  10⁴ G

1  Tesla  =  100.000 Gauss.

Solenoid dengan Inti Ferromagnetik

Fluks magnetik pada selonoid dapat diperbesar dengan memakai inti ferromagnetik, tanpa perlu menambah lilitan ataupun arus.

Meningkatnya fluks magnetik tersebut disebabkan oleh tertatanya magnet molekul bahan inti ke satu arah, yang disebabkan oleh medan magnet solenoid. 

Magnet molekul memperkuat medan magnet solenoid dan dengan memilih bahan inti yang cocok, terdapat kemungkinan untuk meningkatkan fluks magnetik berlipat ganda.

Faktor yang meningkat fluks magnetik itu dinamakan permeabilitas relatif, simbol yang digunakan untuk faktor itu adalah μ_r. 

μ_r merupakan ukuran besarnya peningkatan fluks magnetik solenoid berinti udara, bila dipakai bahan inti itu.

Nilai μ_r tergantung dari bahan initi dan dari cara pembuatannya. 
Untuk udara atau bahan non-magnetik yang lain μ_{r =} 1. 

Akan tetapi untuk bahan magnetik μ_r  dapat mencapai nilai yang sangat tinggi. 

Nilai yang tercantum dalam tabel di bawah ini merupakan nilai maksimum, karena μ_r untuk bahan ferromagnetik juga tergantung pada arus solenoid.

Bahan	μr
Baja lembaran dinamo	5.000 – 8.000
Logam Mu (paduan Ni,Fe,Cu,Cr)	45.000
Paduan 1040 (alloy 1040) (dar Ni,Fe,Cu,Mo)	100.000

Sifat magnetik bahan ferromagnetik dipergunakan secara luas dalam perangkat teknik listrik. Bahan ferromagnetik dipergunakan untuk membuat bagian-bagian yang mengarahkan fluks magnetik di mesin listrik. Bagian-bagian itu dapat dibuat pejal atau dibangun dari beberapa lapis lembaran tipis. Inti transformator dan transduktor dibangun dari bahan lembaran; untuk penggunaan frekuensi tinggi, inti dibuat dari bubuk besi yang ditekan atau dari ferit.

Tamat