Materi tentang Arus listrik muatan listrik medan magnet gaya magnet
Pada tahun 1819, seorang ilmuwan Denmark bernama Hans Christian Oersted (1777-1851) menemukan hubungan antara magnetisme dengan arus listrik atau muatan yang bergerak. Ia menemukan bahwa ketika jarum kompas berada di dekat kawat berarus listrik, jarum kompas dibelokkan. Ketika tidak ada arus listrik, jarum kompas menunjuk utara.
Jarum kompas merupakan magnet sehingga gaya magnet dapat menggerakannya. Dari mana asal gaya magnet (F) ? Di dekat jarum kompas ada kawat berarus listrik sehingga arus listrik pasti menimbulkan gaya magnet.
Perhatikan gambar di samping. Gunakan aturan tangan kanan untuk mengetahui arah arus listrik dan arah medan magnet. Jika arus listrik (I) bergerak ke atas maka arah medan magnet (B) seperti pada gambar di sebelah kiri, sebaliknya apabila arah arus listrik ke bawah maka arah medan magnet seperti pada gambar di sebelah kanan.
Medan magnet mengerahkan gaya pada kawat berarus listrik
Arus listrik dapat mengerjakan gaya pada magnet jarum kompas. Apakah magnet juga dapat mengerjakan gaya pada arus listrik?
Misalkan terdapat sebuah kawat berarus listrik yang berada di antara kutub utara dan selatan magnet. Tanda panah dari kutub utara ke kutub selatan menunjukan arah medan magnet. Tanda panah berwarna merah menunjukan arah arus listrik (I) dan tanda panah berwarna biru menunjukan arah gaya magnet (F).
Arah gaya magnet F tegak lurus arah arus listrik I dan tegak lurus arah medan magnet B. Gunakan kaidah tangan kanan untuk mengetahui arah arus listrik, arah medan magnet dan arah gaya magnet.
Persamaan berikut menyatakan hubungan antara gaya magnet, arus listrik dan medan magnet.
F = B I l sin θ
F adalah lambang gaya magnet, B adalah lambang medan magnet, I adalah lambang arus listrik, l adalah lambang panjang kawat yang berada dalam medan magnet.
θ merupakan sudut antara arah arus listrik dan arah medan magnet. Jika arus listrik tegak lurus terhadap medan magnet (90o) maka nilai sin 90 = 1 sehingga rumus berubah menjadi F = B I l, sebaliknya apabila arus listrik sejajar dengan medan magnet (0o) maka nilai sin 0 = 0 sehingga gaya magnet bernilai 0.
Untuk menghitung medan magnet, rumus di atas berubah menjadi : B = F / I l.
Satuan Internasional untuk gaya magnet adalah Newton (disingkat N), satuan Internasional untuk medan magnet adalah Tesla (disingkat T). Tesla berasal dari nama penemu dan fisikawan Serbia-Amerika, Nikola Tesla (1856-1943). Berdasarkan rumus medan magnet di atas, medan magnet juga dapat dinyatakan dalam satuan Newton per Ampere meter (N/A m). Selain Tesla, medan magnet juga dinyatakan dalam satuan Gauss (G). Gauss berasal dari nama matematikawan, astronom dan fisikawan Jerman, Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855). 1 G = 10-4 T.
Gaya magnet pada muatan listrik yang bergerak di medan magnet
Medan magnet dapat mengerahkan gaya magnet pada kawat berarus listrik. Arus listrik merupakan muatan listrik yang bergerak, karenanya medan magnet juga dapat mengerahkan gaya magnet pada muatan listrik yang bergerak bebas, tidak hanya pada kawat penghantar.
Rumus untuk menghitung gaya magnet pada muatan listrik yang bergerak di dalam medan magnet, diturunkan dari rumus gaya magnet sebelumnya F = B I l sin θ. Karena I = q/t dan l = v t maka rumus gaya magnet berubah menjadi
Keterangan rumus: F = gaya magnet, B = medan magnet, q = muatan listrik, v = kecepatan gerak muatan, θ = sudut antara v dan B
Jika v tegak lurus terhadap B maka θ = 90o , di mana sin 90o = 1. Sebaliknya bila v sejajar dengan B maka θ = 0o, di mana sin 0o = 0. Jadi gaya magnet bernilai maksimum ketika v tegak lurus dengan B dan gaya magnet bernilai nol ketika v sejajar dengan B.
Arah gaya magnet F tegak lurus terhadap medan magnet B dan tegak lurus terhadap kecepatan muatan listrik v.
