MAKALAH LISTRIK MAGNET“EFEK MEDAN MAGNET”

Oleh :

Kelompok VI

Alifah Nur Rochmah (20600111004)

Cici Anita Sari (20600111018)

Erni R. Manara (20600111022)

Endang Kusmiati (20600111021)

Hasnidar (20600111032)

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI ALAUDDIN

MAKASSAR

2013

KATA PENGANTAR

Segala puji atas kebesaran Sang Khalik yang telah menciptakan

alam semesta dalam suatu keteraturan hingga dari lisan terpetik

berjuta rasa syukur kehadirat ALLAH SWT. Karena atas limpahan

Rahmat dan Karunia-Nyalah sehingga kami diberikan kesempatan dan

kesehatan untuk dapat menyelesaikan makalah listrik magnet ini

dengan judul “efek medan magnet ” yang merupakan tugas kami

dalam mata kuliah listrik magnet di semester lima ini. Shalawat dan

salam senantiasa tercurah kepada baginda Nabi Muhammad SAW,

yang diutus ke permukaan bumi ini menuntun manusia dari lembah

kebiadaban menuju ke puncak peradaban seperti sekarang ini.

Kami menyadari sepenuhnya,dalam penyusunan makalah ini

tidak lepas dari tantangan dan hambatan. Namun berkat usaha dan

motivasi dari pihak-pihak langsung maupun tidak langsung yang

memperlancar jalannya penyusunan makalah ini sehingga makalah ini

dapat kami susun seperti sekarang ini. Olehnya itu, secara mendalam

kami ucapkan banyak terima kasih atas bantuan dan motivasi yang

diberikan sehingga Penyusun dapat menyelesaikan makalah ini.

Akhirnya dengan segala kerendahan hati kami menyadari

bahwa hanya kepada ALLAH SWT jugalah kita menyerahkan segalanya.

Semoga makalah ini dapat menjadi referensi dan tambahan materi

pembelajaran bagi kita semua, Aamiin Yaa Robb.

Makassar, 9 Desember 2013

Penyusun

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang

mempunyai suatu medan magnet. Pada saat ini, suatu

magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan

magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap

atau magnet tidak tetap. Magnet yang sekarang ini ada

hampir semuanya adalah magnet buatan. Ada beberapa cara

untuk membuat magnet diantaranya dengan cara

menggosok, mengaliri arus listrik dan dengan cara induksi.

Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara

(north/N) dan kutub selatan (south/S). Walaupun magnet itu

dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap

memiliki dua kutub. Garis gaya magnet adalah arah medan

magnet yang berupa garis-garis yang menghubungkan kutub-

kutub magnet. Garis gaya magnet memiliki arah

meninggalkan kutub utara dan menuju kutub selatan.

Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda

bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam.

Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama

terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi

yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet.

kemudain aluminium adalah bahan yang dapat ditarik

dengan lemah oleh magnet yang termasuk paramagnetik

sedangkan kertas merupakan contoh materi yang tidak dapat

ditarik oleh magnet karena kertas merupakan nonmagnetik.

Magnet juga mempunyai kemampuan untuk menunjuk

ke arah utara dan selatan geografis bumi, walau ada

penyimpangan antara penunjukan magnet dan arah utara dn

selatan geografis bumi. Adalah Hans Cristhian Oerstad

menyadari bahwa adanya hubungan antara sifat kemagnetan

dan kelistrikan, sehingga beliau melakukan percobaan

dengan menggunakan kompas. Dini oerstad meletakkan

kawat berarus diatas sebuah kom pas yang diam dan setelah

kawat diarusi listrik kompas dapat begerak menyimpang

mengikuti arah kawat berarus. Percobaan inilah yang

dilakukan oleh Oerstad sehingga dia menarik kesimpulan

bahwa Arus listik menghasilkan medan magnet.

B. Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada makalah ini yaitu sebagai

berikut:

1. Bagaimana bunyi hukum Coulomb?

2. Apa yang dimaksud dengan medan magnet?

3. Bagaimana medan magnet disekitar penghantar berarus?

C. Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah:

1. Untuk mengetahui bunyi hukum Coulomb.

2. Untuk memahami pengertian medan magnet.

3. Untuk memahami medan magnet disekitar penghantar

berarus.

BAB II

PEMBAHASAN

A. Kemagnetan (Magnetostika)

1.Hukum Coulomb

Definisi : Besarnya gaya tolak-menolak atau gaya tarik

menarik antara kutub-kutub magnet, sebanding dengan

kuat kutubnya masing-masing dan berbanding terbalik

dengan kwadrat jaraknya.

F=m04 p.m1.m2R2 (2.1)

F = gaya tarik menarik/gaya tolak menolak dalam newton.

R = jarak dalam meter.

m1 dan m2 kuat kutub magnet dalam Ampere-meter.

m 0 = permeabilitas hampa.

Nilai

4 pm0 = 107 Weber/A.m (2.2)

Nilai permeabilitas benda-benda, ternyata tidak sama

dengan permeabilitas hampa. Perbandingan antara

permeabilitas suatu zat debgan permeabilitas hampa

disebut permeabilitas relatif zat itu.

r

= mm0 (2.3)

m r = Permeabilitas relatif suatu zat.

m = permeabilitas zat itu

m 0 = permeabilitas hampa.

2.Pengertian Medan Magnet

Medan magnet adalah ruangan di sekitar kutub magnet,

yang gaya tarik/tolaknya masih dirasakan oleh magnet lain.

Kuat Medan ( H ) = Itensity

Kuat medan magnet di suatu titik di dalam medan magnet

ialah besar gaya pada suatu satuan kuat kutub di titik itu di

dalam medan magnet m adalah kuat kutub yang

menimbulkan medan magnet dalam Ampere-meter. R jarak

dari kutub magnet sampai titik yang bersangkutan dalam

meter. dan H = kuat medan titik itu dalam :

NA .m atau

dalam

Weber

m2

a. Garis Gaya Magnet

1. Garis-garis gaya magnet tidak pernah memutus satu

sama lain.

2. Garis-garis gaya magnet selalu masuk di selatan dan

keluar di utara magnet dan membentuk kurva

tertutup.

Gambar 2.1 pola garis-garis gaya magnet

b. Rapat Garis-Garis Gaya ( FLUX DENSITY ) = B

Definisi : Jumlah garis gaya tiap satuan luas yang tegak

lurus kuat medan.

B= fA (2.4)

Kuat medan magnet di suatu titik sebanding dengan

rapat garis-garis gaya dan berbanding terbalik dengan

permeabilitasnya.

H= Bm (2.5)

B=mH=mr .mo .H (2.6)

B = rapat garis-garis gaya.

m = Permeabilitas zat itu.

H = Kuat medan magnet.

catatan : rapat garis-garis gaya menyatakan

kebesaran induksi magnetik.

Medan magnet yang rapat garis-garis gayanya sama

disebut:medan magnet serba sama ( homogen )

Gambar 2.2 medan magnetik

Bila rapat garis-garis gaya dalam medan yang serba

sama B, maka banyaknya garis-garis gaya ( f ) yang

menembus bidang seluar A m2 dan mengapit sudut q

dengan kuat medan adalah : f = B.A Sinq

Satuanya : Weber.

c. Sifat-sifat magnet ditinjau dari bahannya

Berdasarkan kemampuan benda menarik benda lain

dibedakan menjadi dua yaitu benda magnet dan benda

bukan magnet. Benda yang dapat ditarik oleh magnet

disebut benda magnet.

Benda diamagnetik : bahan yang tidak dapat ditarik

oleh magnet. Contohnya emas.

Benda paramagnetik : bahan yang dapat ditarik

dengan lemah oleh magnet. Contohnya: aluminium

Benda feromagnetik : Benda-benda yang mempunyai

effek magnet yang sangat besar, sangat kuat ditarik

oleh magnet dan mempunyai permeabilitas relatif

sampai beberapa ribu. Contoh: Besi, baja, nikel,

cobalt dan campuran logam tertentu ( almico )

3. Medan magnet di sekitar penghantar berarus

a.Percobaan OERSTED

Di atas jarum kompas yang seimbang dibentangkan

seutas kawat, sehingga kawat itu sejajar dengan jarum

kompas. jika kedalam kaewat dialiri arus listrik, ternyata

jarum kompas berkisar dari keseimbangannya.

Kesimpulan : Disekitar arus listrik ada medan magnet.

Gambar 2.3 percobaan Oerstad

Cara menentukan arah perkisaran jarum.

Bila arus listrik yang berada anatara telapak tangan

kanan dan jarum magnet mengalir dengan arah dari

pergelangan tangan menuju ujung-ujung jari, kutub

utara jarum berkisar ke arah ibu jari.

Bila arus listrik arahnya dari pergelangan tangan

kanan menuju ibu jari, arah melingkarnya jari tangan

menyatakan perkisaran kutub Utara.

Pola garis-garis gaya di sekitar arus lurus.

Pada sebidang karton datar ditembuskan sepotong

kawat tegak lurus, di atas karbon ditaburkan serbuk besi

menempatkan diri berupa lingkaran-lingkaran yang titik

pusatnya pada titik tembus kawat. Kesimpulan : Garis-

garis gaya di sekitar arus lurus berupa lingkaran-

lingkaran yang berpusatkan pada arus tersebut.

Gambar 2.4 pola garis-garis gaya disekitar arus lurus

Cara menentukan arah medan magnet

Bila arah dari pergelangan tangan menuju ibu jari, arah

melingkar jari tangan menyatakan arah medan magnet.

b. Hukum BIOT SAVART.

Definisi : Besar induksi magnetik di satu titik di sekitar

elemen arus, sebanding dengan panjang elemen arus,

besar kuat arus, sinus sudut yang diapit arah arus dengan

jaraknya sampai titik tersebut dan berbanding terbalik

dengan kwadrat jaraknya.

DB = k .

I .Dl sinq

r2 (2.7)

k adalah tetapan, di dalam sistem Internasional

k =

m0

4 p = 10-7

WeberA .m (2.8)

Vektor B tegak lurus pada l dan r, arahnya dapat

ditentukan denagan tangan kanan. Jika l sangat kecil,

dapat diganti dengan dl.

dB =

m0

4 p

I .Dl sinq

r2 (2.9)

Persamaan ini disebut hukum Ampere.

4.Induksi Magnetik

Induksi magnetik di sekitar arus lurus.

Besar induksi magnetik di titik A yang jaraknya a dari

kawat sebanding dengan kuat arus dalam kawat dan

berbanding terbalik dengan jarak titik ke kawat.

B =

m0

2 .

Ip .a (2.10)

B dalam W/m2

I dalam Ampere

a dalam meter

Kuat medan dititik

H =

B

m =

B

m r .m0 =

I2 p .a (2.11)

r udara = 1

Jika kawat tidak panjang maka harus digunakan Rumus :

B=m0 i

4 pa(cos q1−cos q2 ) (2.12)

Induksi Induksi magnetik di pusat arus lingkaran.

Gambar 2.5 gambar induksi magnetik di pusar arus

lingkaran

Titik A berjarak x dari pusat kawat melingkar besarnya

induksi magnetik di A dirumuskan :

Jika kawat itu terdiri atas N lilitan maka :

B =

m0

2 .

a . I .N

r2.sinα 1

atau B =

m0

2 .

a2 . I .Nr3

Induksi magnetik di pusat lingkaran.

Dalam hal ini r = a dan = 900

Besar induksi magnetik di pusat lingkaran.

B =

m0

2 .

I .Na (2.13)

B dalam W/m2.

I dalam ampere.

N jumlah lilitan.

a jari-jari lilitan dalam meter.

Arah medan magnetik dapat ditentukan dengan aturan

tangan kanan.

Jika arah arus sesuai dengan arah melingkar jari tangan

kanan arah ibu jari menyatakan arah medan magnet.

Solenoide

Solenoide adalah gulungan kawat yang di gulung seperti

spiral. Bila kedalam solenoide dialirkan arus listrik, di

dalam selenoide terjadi medan magnet dapat ditentukan

dengan tangan.

Gambar 2.6 Solenoida

Besar induksi magnetik dalam solenoide.

Jari-jari penampang solenoide a, banyaknya lilitan N dan

panjang solenoide 1. Banyaknya lilitan pada dx adalah :

N

l.dx

atau n dx, n banyaknya lilitan tiap satuan panjang di

titik P.

Bila 1 sangat besar dibandingkan dengan a, dan p berada

di tengah-tengah maka 1= 0 0 dan 2 = 180 0

Induksi magnetik di tengah-tengah solenoide :

B=m0

2∋. 2

(2.14)

B=m0∋¿ ¿ (2.15)

Bila p tepat di ujung-ujung solenoide 1= 0 0 dan 2 = 90 0

B=m0

2∋. 1

(2.16)

B=m0

2∋¿ ¿

(2.17)

Toroida

Sebuah solenoide yang dilengkungkan sehingga sumbunya

membentuk lingkaran di sebut Toroida. Bila keliling sumbu

toroida 1 dan lilitannya berdekatan, maka induksi magnetik

pada sumbu toroida.

B=m∋¿ ¿ (2.18)

n dapat diganti dengan

N2 pR

N banyaknya lilitan dan R jari-jari toroida.

5. Gaya Lorentz

Pada percobaan oersted telah dibuktikan pengaruh

arus listrik terhadap kutub magnet, bagaimana pengaruh

kutub magnet terhadap arus listrik akan dibuktikan dari

percobaan berikut :

Seutas kawat PQ ditempatkan diantara kutub-kutub

magnet ladam kedalam kawat dialirkan arus listrik ternyata

kawat melengkung kekiri.

Gejala ini menunjukkan bahwa medan magnet

mengerjakan gaya pada arus listrik, disebut Gaya Lorentz.

Vektor gaya Lorentz tegak lurus pada I dan B. Arah gaya

Lorentz dapat ditentukan dengan tangan kanan. Bila arah

melingkar jari-jari tangan kanan sesuai dengan putaran

dari I ke B, maka arah ibu jari menyatakan arah gaya

Lorents.

Besar Gaya Lorentz.

Hasil-hasil yang diperoleh dari percobaan menyatakan

bahwa besar gaya Lorentz dapat dirumuskan sebagai :

F = B I l sin (2.19)

F = gaya Lorentz.

B = induksi magnetik medan magnet.

I = kuat arus.

l = panjang kawat dalam medan magnet.

= sudut yang diapit I dan B.

Satuan Kuat Arus.

Kedalam kawat P dan Q yang sejajar dialirkan arus listrik.

Bila arah arus dalam kedua kawat sama, kawat itu saling

menarik.

Penjelasannya sebagai berikut :

Dilihat dari atas arus listrik P menuju kita digambarkan

sebagai arus listrik dalam kawat P menimbulkan medan

magnet. Medan magnet ini mengerjakan gaya Lorentz pada

arus Q arahnya seperti dinyatakan anak panah F. Dengan

cara yang sama dapat dijelaskan gaya Lorentz yang

bekerja pada arus listrik dalam kawat P.

Gambar 2.7 gaya Lorentz

Kesimpulan :

Arus listrik yang sejajar dan searah tarik-menarik dan yang

berlawanan arah tolak- menolak.

Bila jarak kawat P dan Q adalah a, maka besar induksi

magnetik arus P pada jarak a :

B=m0

2

I Ppa (2.20)

Besar gaya Lorentz pada arus dalam kawat Q

F=B . IQ . lQ (2.21)

Besar gaya Lorentz tiap satuan panjang

F=B . IQ (2.22)

=m0

2

IPpa

IQ (2.23)

F=m0

2

IP IQpa (2.24)

F tiap satuan panjang dalam N/m.

Ip dan IQ dalam Ampere dan a dalam meter.

Bila kuat arus dikedua kawat sama besarnya, maka :

F=m0

2 pI2

a=m0

4 p2 I 2

a=2 .10−7 I

2

a (2.25)

Untuk I = 1 Ampere dan a = 1 m maka F = 2.10-7 N/m

Kesimpulan :

1 Ampere adalah kuat arus dalam kawat sejajar yang

jaraknya 1 meter dan menimbulkan gaya Lorentz sebesar

2.10-7 N tiap meter.

Gerak Partikel Bermuatan Dalam Medan Listrik .

Pertambahan energi kinetik.

Partikel A yang massanya m dan muatannya q berada

dalam medan listrik serba sama, kuat medannya E arah

vektor E kekanan. Pada partikel bekerja gaya sebasar F =

qE, oleh sebab itu partikel memperoleh percepatan :

a=q .Em

Usaha yang dilakukan gaya medan listrik setelah partikel

berpindah d adalah :

W = F . d = q . E .d (2.26)

Usaha yang dilakukan gaya sama dengan perubahan

energi kinetik

Ek = q . E .d12mv

22−

12mv

12=q .E .d

(2.27)

v1 kecepatan awal partikel dan v2 kecepatannya setelah

menempuh medan listrik sejauh d.

Lintasan partikel jika v tegak lurus E.

Didalam medan listrik serba sama yang kuat medannya E,

bergerak partikel bermuatan positif dengan kecepatan vx.

Dalam hal ini partikel mengalami dua gerakan sekaligus,

yakni gerak lurus beraturan sepanjang sumbu x dan gerak

lurus berubah beraturan sepanjang sumbu y.

Oleh sebab itu lintasannya berupa parabola. Setelah

melintasi medan listrik, lintasannya menyimpang dari

lintasannya semula.

t= l

v

d= 1

2at 2= 1

2.q .Em.l2

vX2 (2.28)

Kecepatan pada saat meninggalkan medan listrik.

v=√vX2+vY 2

vY=a. t=q . Em.lvX (2.29)

Arah kecepatan dengan bidang horisontal :

tg q=vYvX (2.30)

Gerak Partikel Bermuatan Dalam Medan Magnet

Besar gaya Lorentz pada partikel.

Pada arus listrik yang berada dalam medan magnet bekerja

gaya Lorentz.

F = B . I . l sin (2.31)

Arus listrik adalah gerakan partikel-partikel yang

kecepatannya tertentu, oleh sebab itu rumus di atas dapat

diubah menjadi :

F = B .

qt . v . t sin

F = B . q . v sin (2.32)

F adalah gaya Lorentz pada partikel yang muatannya q dan

kecepatannya v, B besar induksi magnetik medan magnet,

sudut yang diapit vektor v dan B.

Lintasan partikel bermuatan dalam medan magnet.

Gambar 2.8 Medan magnet

Tanda x menyatakan titik tembus garis-garis gaya

kemagnetan yang arah induksi magnetiknya ( B )

meninggalkan kita. Pada partikel yang kecepatannya v,

bekerja gaya Lorentz.

F = B . q . v sin 900

F = B . q . v (2.33)

Vektor F selalu tegak lurus pada v, akibatnya partikel

bergerak didalam medan magnet dengan lintasan bentuk :

LINGKARAN. Gaya centripetalnya yang mengendalikan

gerak ini adalah gaya Lorentz.

Fc = F Lorentz

mv2

R = B . q . v

R =

mvBq

R jari-jari lintasan partikel dalam magnet.

m massa partikel.

v kecepatan partikel.

q muatan partikel.

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan kadah tangan

kanan bila tangan kanan di buka : Ibu jari menunjukkan

( i ), keempat jari menunjukkan ( B ) dan arah telapak

tangan menunjukkan ( F )

Gambar 2.9 arah gaya Lorentz dengan kaidah tangan

kanan.

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat kami utarakan adalah sebagai

berikut:

1. Bunyi hukum Coulomb: “Besarnya gaya tolak-menolak

atau gaya tarik menarik antara kutub-kutub magnet,

sebanding dengan kuat kutubnya masing-masing dan

berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya”.

2. Medan magnet adalah ruangan di sekitar kutub magnet,

yang gaya tarik/tolaknya masih dirasakan oleh magnet

lain.

3. Medan magnet di sekitar penghantar berarus ada

beberapa misalnya saja pada penghantar lurus berarus,

penghantar melingkar dan disekitar kumparan.

B. Saran

Saran yang dapat kami sampaikan pada makalah ini

yaitu:

1. Diharapkan kepada para pembaca agar memberikan

perbaikan yang semestinya demi kesempuranaan makalah

ini.

2. Diharapkan agar pembaca memberikan koreksi terhadap

materi-materi medan magnet yang sekiranya ada tidak

sesuai dengan yang sebenarnya.

3. Diharapkan kepada para pembaca untuk mencari referensi

lain agar dapat menambah wawasan.

DAFTAR PUSTAKA

http://azharifx.blogspot.com/2012_10_01_archive.html

http://nary-junary.blogspot.com/2013/03/makalah-medan-

listrik.html

http://www.engineeringtown.com/kids/index.php/

percobaanlainnya/152-membuat-magnet-sederhana

http://aqudanfisika.blogspot.com/2010/08/blog-post.html.