Cara menghitung rumus medan magnet, lengkap dengan pengertian, ciri, dan contoh soal

Brilio.net - Salah satu materi fisika yang sudah diajarkan sejak di Sekolah Dasar adalah tentang magnet. Tentu saja, kamu sudah familiar dengan benda-benda yang bersifat magnetik. Semasa kecil kebanyakan orang tentu sering bermain souvenir yang bisa ditempelkan pada kulkas. Souvenir itu biasanya berbentuk macam-macam seperti buah, hewan atau huruf-huruf. Souvenir kulkas yang kuat menempel di pintu kulkas adalah salah satu contoh benda yang mengandung magnet.

Ternyata dalam ilmu fisika terdapat beberapa benda yang erat kaitannya dengan medan magnet. Lantas apa itu medan magnet? Sebelum mengetahui cara menghitung rumus medan magnet, kamu perlu memahami terlebih dahulu apa itu medan magnet. Secara sederhana medan magnet adalah medan yang memiliki muatan listrik atau gaya magnetik yang menghasilkan arus listrik.

Supaya lebih dalam memahami tentang medan magnet ini, berikut brilio.net sajikan penjelasan lengkap tentang cara menghitung rumus medan magnet, lengkap dengan pengertian, ciri, dan contoh soal. Dihimpun dari berbagai sumber pada Rabu (20/9).

Pengertian medan magnet.

Cara menghitung rumus medan magnet
freepik.com

Medan magnet adalah suatu medan yang terbentuk oleh pergerakan muatan listrik atau arus listrik yang dapat memengaruhi muatan listrik atau arus listrik lain yang ada di dalamnya. Medan magnet memiliki besar dan arah yang dapat diperlihatkan dengan garis-garis gaya magnet. Medan magnet juga dapat dihasilkan oleh magnet permanen yang memiliki kutub selatan dan utara.

Merujuk pendapat Giancoli (2001), medan magnet adalah medan vektor yang menggambarkan gaya yang diberikan pada muatan listrik yang bergerak atau arus listrik. Medan magnet dapat ditentukan dengan menggunakan hukum Ampere, hukum Biot-Savart, atau persamaan Maxwell.

Dari kedua penjabaran tersebut, dapat dipahami bahwa medan magnet adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakkan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak ke arah lainnya. Dengan demikian, jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka terjadi perubahan dalam ruang ini yaitu dalam setiap titik dalam ruang akan terdapat medan magnetiknya.

Ciri medan magnet.

Cara menghitung rumus medan magnet
freepik.com

Medan magnet adalah suatu medan yang dibentuk oleh gerakan muatan listrik atau arus listrik yang dapat mempengaruhi muatan listrik atau arus listrik lain yang berada di dalamnya. Medan magnet memiliki arah dan besar yang dapat digambarkan dengan garis-garis gaya magnet. Medan magnet juga dapat dihasilkan oleh magnet permanen yang memiliki kutub utara dan selatan. Adapun ciri medan magnet sebagai berikut:

1. Medan magnet dapat menarik benda-benda yang bersifat magnetik, seperti besi, baja, nikel, kobalt, dan magnetit. Benda-benda yang tidak bersifat magnetik, seperti plastik, kayu, kaca, dan udara, tidak dipengaruhi oleh medan magnet.

2. Medan magnet memiliki kutub-kutub yang disebut kutub utara (N) dan kutub selatan (S). Kutub-kutub ini menunjukkan arah garis-garis gaya magnet. Garis-garis gaya magnet keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan.

3. Medan magnet memiliki sifat tarik-menarik dan tolak-menolak. Jika dua kutub magnet yang sejenis didekatkan, maka akan saling tolak-menolak. Jika dua kutub magnet yang berbeda didekatkan, maka akan saling tarik-menarik.

4. Medan magnet dapat menembus benda-benda yang tidak bersifat magnetik, seperti kertas, plastik, kaca, dan udara. Namun, medan magnet dapat dilemahkan oleh benda-benda yang bersifat diamagnetik, seperti air, tembaga, timbal, dan bismut. Benda-benda yang bersifat diamagnetik dapat menghasilkan medan magnet yang berlawanan arah dengan medan magnet yang dikenakan.

5. Medan magnet dapat berubah-ubah menurut waktu dan tempat. Medan magnet dapat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti arus listrik, magnet permanen, induksi elektromagnetik, dan medan magnet bumi. Medan magnet bumi adalah medan magnet yang melingkupi bumi dan berasal dari gerakan inti luar bumi yang berupa cairan logam yang mengalir.

 

 

Rumus medan magnet.

Cara menghitung rumus medan magnet
freepik.com

Rumus medan magnet adalah suatu persamaan yang digunakan untuk menghitung besar atau kuat medan magnet yang dihasilkan oleh suatu sumber magnet, seperti arus listrik, magnet permanen, atau medan magnet bumi. Rumus medan magnet dapat bervariasi tergantung pada bentuk, ukuran, dan posisi sumber magnet. Berikut ini adalah beberapa rumus medan magnet yang umum digunakan dalam ilmu fisika:

1. Rumus medan magnet pada kawat lurus berarus listrik: B = μ0I/2πr,

Keterangan:
B = besar medan magnet (T)
μ0 = konstanta permeabilitas (4π 10-7 Tm/A)
I = arus listrik (A)
r = jarak dari kawat (m).

2.  Rumus medan magnet pada kawat melingkar berarus listrik: B = μ0IN/2R,

Keterangan:
B = besar medan magnet (T)
μ0 = konstanta permeabilitas (4π 10-7 Tm/A)
I = arus listrik (A)
N = jumlah lilitan kawat
R = jari-jari kawat (m).

3. Rumus medan magnet pada magnet batang: B = μ0 m / 4 π r³,

Keterangan:
m = momen magnet (Am2),
r adalah jarak dari kutub magnet (m).

4. Rumus medan magnet bumi: B = μ0 M / 4 π R3,

Keterangan:
M = momen magnet bumi (Am2)
R = jari-jari bumi (m).

Cara menghitung rumus medan magnet.

Cara menghitung rumus medan magnet
freepik.com

Untuk menghitung rumus medan magnet, kamu perlu mengetahui sumber magnet yang menghasilkan medan magnet, besarnya arus listrik yang mengalir, jarak dari sumber magnet, dan jumlah lilitan kawat jika ada. Berikut ini adalah beberapa langkah yang dapat kamu ikuti untuk menghitung rumus medan magnet:

1. Tentukan sumber magnet yang menghasilkan medan magnet, misalnya kawat lurus berarus listrik, kawat melingkar berarus listrik, magnet batang, atau medan magnet bumi. Setiap sumber magnet memiliki rumus medan magnet yang berbeda-beda.

2. Tentukan besarnya arus listrik yang mengalir pada kawat, jika sumber magnet adalah kawat berarus listrik. Arus listrik dapat diukur dengan menggunakan alat yang disebut amperemeter. Arus listrik biasanya dinyatakan dalam satuan ampere (A).

3. Tentukan jarak dari sumber magnet, yaitu jarak antara titik yang ingin dihitung medan magnetnya dengan sumber magnet. Jarak dapat diukur dengan menggunakan alat yang disebut penggaris atau meteran. Jarak biasanya dinyatakan dalam satuan meter (m).

4. Tentukan jumlah lilitan kawat, jika sumber magnet adalah kawat melingkar berarus listrik. Jumlah lilitan kawat dapat dihitung dengan mengamati bentuk kawat atau dengan menggunakan alat yang disebut lilit meter. Jumlah lilitan kawat biasanya dinyatakan dalam satuan bilangan bulat.

5. Masukkan nilai-nilai yang telah ditentukan ke dalam rumus medan magnet yang sesuai dengan sumber magnet. Rumus medan magnet biasanya menggunakan konstanta permeabilitas (μ0) yang bernilai 4π 10-7 Tm/A. Hitung hasilnya dengan menggunakan kalkulator atau alat hitung lainnya. Hasilnya biasanya dinyatakan dalam satuan tesla (T) atau weber per meter persegi (Wb/m2).

Contoh soal tentang medan magnet dan pembahasannya.

Cara menghitung rumus medan magnet
freepik.com

1. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik sebesar 4 A. Tentukan besar medan magnet pada titik yang berjarak 5cm dari kawat tersebut! (μ0 = 4π x 10-7 Tm/A)

Jawaban:
Sumber magnet adalah kawat lurus berarus listrik, maka rumus medan magnet yang digunakan adalah:

B = μ0 I / 2 π r

Diketahui:

I = 4 A
r = 5 cm = 0,05 m
μ0 = 4π x 10-7 Tm/A

Ditanya:

B = ?

Penyelesaian:

B = μ0 I / 2 π r
B = (4π x 10-7 Tm/A) (4 A) / (2 π) (0,05 m)
B = 1,6 x 10-5 T

Jadi, besar medan magnet pada titik yang berjarak 5 cm dari kawat tersebut adalah 1,6 x 10-5 T.

2. Sebuah kawat melingkar berdiameter 20 cm dialiri arus listrik sebesar 2A. Tentukan besar medan magnet di pusat lingkaran tersebut! (μ0 = 4π x 10-7 Tm/A)

Jawaban:
Sumber magnet adalah kawat melingkar berarus listrik, maka rumus medan magnet yang digunakan adalah:

B = μ0 I / 2 R

Diketahui:

I = 2 A
R = 0,5 x 20 cm = 10 cm = 0,1 m
μ0 = 4π x 10-7 Tm/A

Ditanya:

B = ?

Penyelesaian:

B = μ0 I / 2 R
B = (4π x 10-7 Tm/A) (2 A) / (2) (0,1 m)
B = 2π x 10-6 T

Jadi, besar medan magnet di pusat lingkaran tersebut adalah 2π x 10-6 T.

3. Sebuah solenoida berbentuk silinder dengan panjang 50 cm dan diameter 10 cm memiliki 1000 lilitan kawat yang dialiri arus listrik sebesar 5A. Tentukan besar medan magnet di dalam solenoida tersebut! (μ0 = 4π x 10-7 Tm/A)

Jawaban:
Sumber magnet adalah solenoida berarus listrik, maka rumus medan magnet yang digunakan adalah:

B = μ0 I N / L

Diketahui:

I = 5 A
N = 1000
L = 50 cm = 0,5 m
μ0 = 4π x 10-7 Tm/A

Ditanya:

B = ?

Penyelesaian:

B = μ0 I N / L
B = (4π x 10-7 Tm/A) (5 A) (1000) / (0,5 m)
B = 0,02 T

Jadi, besar medan magnet di dalam solenoida tersebut adalah 0,02 T.

4. Sebuah magnet batang memiliki momen magnet sebesar 0,01 Am2. Tentukan besar medan magnet pada titik yang berjarak 20 cm dari kutub utara magnet tersebut! (μ0 = 4π x 10-7 Tm/A)

Jawaban:
Sumber magnet adalah magnet batang, maka rumus medan magnet yang digunakan adalah:

B = μ0 m / 4 π r3

Diketahui:

m = 0,01 Am2
r = 20 cm = 0,2 m
μ0 = 4π x 10-7 Tm/A

Ditanya:

B = ?

Penyelesaian:

B = μ0 m / 4 π r3
B = (4π x 10-7 Tm/A) (0,01 Am2) / (4 π) (0,2 m)3
B = 1,25 x 10-6 T

Jadi, besar medan magnet pada titik yang berjarak 20 cm dari kutub utara magnet tersebut adalah 1,25 x 10-6 T.

5. Sebuah toroida berbentuk cincin dengan jari-jari luar 15 cm dan jari-jari dalam 10 cm memiliki 500 lilitan kawat yang dialiri arus listrik sebesar 3 A. Tentukan besar medan magnet di dalam toroida tersebut! (μ0 = 4π x 10-7 Tm/A)

Jawaban:
Sumber magnet adalah toroida berarus listrik, maka rumus medan magnet yang digunakan adalah:

B = μ0 I N / 2 π r

Diketahui:

I = 3 A
N = 500
r = (15 cm + 10 cm) / 2 = 12,5 cm = 0,125 m
μ0 = 4π x 10-7 Tm/A

Ditanya:

B = ?

Penyelesaian:

B = μ0 I N / 2 π r
B = (4π x 10-7 Tm/A) (3 A) (500) / (2 π) (0,125 m)
B = 0,003 T

Jadi, besar medan magnet di dalam toroida tersebut adalah 0,003 T.

6. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik sebesar 5 A. Hitung besar medan magnet pada titik yang berjarak 10 cm dari kawat tersebut!

Jawaban:
Sumber magnet adalah kawat lurus berarus listrik, maka rumus medan magnet yang digunakan adalah:

B = μ0 I / 2 π r

Diketahui:

I = 5 A
r = 10 cm = 0,1 m
μ0 = 4π 10-7 Tm/A

Ditanya:

B = ?

Penyelesaian:

B = μ0 I / 2 π r
B = (4π 10-7 Tm/A) (5 A) / (2 π) (0,1 m)
B = 10-6 T

Jadi, besar medan magnet pada titik yang berjarak 10 cm dari kawat tersebut adalah 10-6 T.