materi IPA kelas IX Kemagnetan dan gaya lorentz beserta rumusnya

Berdasarkan kemampuan  benda menarik benda lain dibedakan menjadi dua, yaitu benda magnet dan benda bukan magnet. Namun, tidak semua benda yang berada didekat magnetdapat ditarik. Benda yang dapat ditarik magnet disebut benda magnetik. Benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet disebut benda non magnet.

Berdasarkan sifatnya, benda di kelompokkan menjadi tiga, yaitu benda feromagnetik, paramagnetik dan diamagnetik. 


a. Benda feromagnetik 

Benda feromagnetik adalah benda yang ditarik kuat oleh magnet contohnya besi, baja, nikel dan kobalt. 


b. Benda paramagnetik  

Benda paramagnetik adalah benda yang ditarik lemah oleh magnet contohnya platina, tembaga, dan garam. 

c. Benda diamagnetik 

Benda diamagnetik adalah benda yang di tolak oleh magnet contohnya timah, aluminium, emas dan bismuth.

Ada tiga cara untuk membuat magnet yaitu menggosok, dengan cara induksi dan dialiri arus listrik.

Agar sifat kemagnetan sebuah magnet dapat tahan lama, maka dalam menyimpan magnet diperlukan angker (sepotong besi) yang di pasang pada kutub magnet. 

Pemasangan angker bertujuan untuk  mengarahkan magnet elementer hingga membentuk rangkaian tertutup. Untuk menyimpan dua magnet batang di perlukan dua angker yang di hubungkan dengan dua kutub magnet yang berlawanan. Jika magnet berupa U untuk menyimpan diperlukan satu angker yang di hubungkan pada kedua kutubnya.

Sebuah magnet akan hilang sifat kemagnetannya jika magnet di panaskan, di pukul-pukul dan dialiri arus listrik bolak-balik. Magnet yang mengalami pemanasan dan pemukulan akan menyebabkan perubahan susunan magnet elementernya. Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak teratur dan tidak searah. 

Panggunaan arus AC menyebabkan arah arus listrik yang selalu berubah-ubah. Perubahan arah arus listrik memengaruhi letak dan arah magnet elementernya. Apabila letak arah magnet elementer berubah, sifat kemagnetannya hilang.

kutub Magnet 

Sebuah magnet batang bergantung bebas `dalam keadaan setimbang, ujung-ujungnya akan menunjuk arah utara dan arah selatan bumi. Ujung magnet yang akan menunjuk arah utara bumi disebut kutub utara magnet. Sebaliknya ujung magnet yang menunjuk arah selatan bumi disebut kutub selatan magnet.

Jenis interaksi bergantung dengan jenis kutub yang berdekatan. Jika kutub magnet yang berdekatan sejenis maka terjadi reaksi saling tolak menolak, tetapi jika kutub yang berdekatan tidak sejenis maka akan terjadi reaksi saling tarik menarik. Pada saat dua magnet terpisah dengan jarak yang jauh, belum terasa ada gaya tarik atau gaya tolak. Makin dekat kedua magnet makin besar   gaya tarik atau gaya tolaknya. Ruang disekitar magnet yang masih terdapat pengaruh gaya tarik magnet disebut medan magnet. 

 

Garis-garis yang menggambarkan pola medan magnet di sebut garis-garis gaya magnet. Garis-garis gaya megnet tidak pernah berpotongan satu sama lain. Garis-garis gaya magnet keluar dari kutub utara lalu menuju kutub selatan. Makin banyak garis-garis gaya magnet makin besar kuat medan magnet yang dihasilkan.

 

Pada dua kutub magnet yang tak sejenis, garis-garis gaya magnetnya keluar dari kutub utara dan masuk kekutub selatan magnet lain. Itulah sebabnya dua kutub magnet yang tidak sejenis saling tarik-menarik. Sedangkan pada dua kutub magnet yang sejenis, garis-garis gaya magnet yang keluar dari kutub utara masing-masing cenderung saling menolak. Karena arah garis gaya berlawanan, terjadilah tolak-menolak antara garis-garis gaya yang keluar dari kedua kutub magnet. Hal itulah yang menyebabkan dua kutub yang tak sejenis akan saling tolak-menolak.

Deklinasi dan Inklinasi

Penyimpangan kutub utara jarum kompas  akan membentuk sudut terhadap arah utara-selatan bumi (geografis). Sudut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan arah utara-selatan geografis di sebut deklinasi.

Kutub utara jarum kompas menyimpang naik atau turun terhadap permukaan bumi. Penyimpangan kutub utara jarum kompas akan membentuk sudut terhadap bidang datar permukaan bumi. Sudut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan bidang datar di sebut inklinasi. Alat yang digunakan untuk menentukan besar inklinasi di sebut  inklinator.

Pola Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik

Gejala penyimpangan medan magnet jarum di sekitar arus listrik membuktikan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Arah medan magnet yang ditimbulkan arus listrik dapat diterangkan melalui aturan atau kaidah berikut. Anggaplah suatu penghantar berarus listrik digenggam tangan kanan (perhatikan gambar). 

Jika arus listrik searah ibu jari, arah yang medan magnet yang timbul searah keempat jari yang menggenggam. Kaidah yang demikian disebut kaidah tangan kanan menggenggam.

Solenoida

Solenoida adalah penghantar melingkar yang berbentuk kumparan panjang. Medan magnet yang ditimbulkan oleh solenoida akan lebih besar daripada yang ditimbulkan sebuah penghantar melingkar, apalagi oleh sebuah penghantar lurus.  

Arah garis-garis gaya magnet pada solenoida

Jika solenoida dialiri arus listrik maka akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet yang di hasilkan solenoida berarus listrik bergantung pada kuat arus listrik dan banyaknya kumparan. Garis-garis gaya megnet pada solenoida merupakan gabungan dari garis-garis gaya magnet dari kawat melingkar. Gabungan itu akan menghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnet sebuah magnet batang yang panjang. Kumparan seolah-olah mempunyai dua kutub, yaitu ujung yang satu merupakan kutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.

Agar medan magnet yang di hasilkan solenoida berarus listrik bertambah kuat,maka di dalamnya harus di masukkan inti besi lunak. Besi lunak merupakan besi yang tidak dapat dibuat menjadi magnet tetap. Solenoida berarus listrik dan di lengkapi dengan besi lunak itulah yang dikenal sebagai elektromagnet.

Faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Elektromagnet

Sebuah elektromagnet terdiri atas tiga unsur penting, yaitu jumlah lilitan, kuat arus dan inti besi. 

Makin banyak lilitan dan makin besar arus listrik yang mengalir, makin besar medan magnet yang dihasilkan. Selain itu, medan magnet yang dihasilkan elektromagnet juga tergantung pada inti besi yang digunakan. Makin besar (panjang) inti besi yang berada dalam solenoida, makin besar medan magnet yang dihasilkan elektromagnet. Jadi, kemagnetan sebuah elektromagnet bergantung besar kuat arus yang mengalir,jumlah lilitan dan besar inti besi yang digunakan.

Elektromagnet menghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnet sebuah magnet batang yang panjang. Elektromagnet juga mempunyai dua kutub yaitu ujung yang satu merupakan kutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan. 

Keunggulan Elektromagnet

Dibandingkan dengan magnet biasa, elektromagnet banyak mempunyai keunggulan. Karena itulah elektromagnet banyak digunakan dalamkehidupan sehari-hari. Beberapa keunggulan elektromagnet antara lain sebagai berikut.

• Kemagnetannya dapat diubah-ubah dari mulai yang kecil sampai yang besar dengan cara mengubah salah satu atau ketiga dari kuat arus listrik, jumlah lilitan, dan ukuran inti besi.
• Sifat kemagnetannya mudah ditimbulkan dan dihilangkan dengan cara memutus dan menghubungkan arus listrik menggunakan sakelar.
• Dapat dibuat berbagai bentuk dan ukuran sesuai dengan kebutuhan yang dikehendaki.
• Letak kutubnya dapat diubah-ubah dengan cara mengubah arah arus listrik.

Gaya Lorentz

`Interaksi medan magnet dari kawat berarus dengan medan magnet tetap akan menghasilkan gaya magnet. Pada peristiwa ini terdapat hubungan antaraarus listrik, medan magnet tetap, dan gaya magnet. Hubungan besaran-besaran itu ditemukan oleh fisikawan Belanda, Hendrick Anton Lorentz (1853-1928). Dalam penyelidikannya Lorentz menyimpulkan bahwa besar gaya yang ditimbulkan berbanding lurus dengan kuat arus, kuat medan magnet, panjang kawat dan sudut yang dibentuk arah arus listrik dengan arah arus listrik dengan arah medan magnet.

Apabila arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz dirumuskan :

                                      F = B x I x L 

Dengan : F : Gaya Lorentz satuan Newton (N)
                 B : Kuat medan Magnet satuan Tesla (T)
                 L : Panjang kawat satuan Meter (M)
                  I : Kuat arus listrik satuan Ampere (A)



Contoh Soal :

Kawat memiliki panjang sabanyak 2 m berada tegak lurus dalam medan magnet 20T. Jika kuat arus listrik yang mengalir 400mA, berapakh besar gaya Lorentz yang di alami kawat?

Penyelesaian :
Diketahui : L = 2m
                 B = 20T
                 I = 400mA = 0,4 A
Ditanyakan : F =.....?

Jawab :

F = IxLxB
   = 2 x 0,4 x 20
   = 16 N